[論文レビュー] An Enhanced Leakage-Based Precoding Scheme for Multi-User Multi-Layer MIMO Systems

Chun-Liang Yang|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2014

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、多ユーザー多層MIMOシステム向けに、強化された漏れに基づく precoding 方式であるレイヤー信号対漏れ＋ノイズ比（レイヤー SLNR）を提案する。MIMO受信機構造を precoder 設計に統合し、ユーザー間およびユーザー内層間干渉の両方を考慮することで、信号対干渉バランスが向上し、従来手法に比べ優れたシステム性能が得られる。

ABSTRACT

In this paper, we propose an enhanced leakage-based precoding scheme, i.e., layer signal to leakage plus noise ratio (layer SLNR) scheme, for multi-user multi-layer MIMO systems. Specifically, the layer SLNR scheme incorporates the MIMO receiver structure into the precoder design procedure, which makes the formulation of signal power and interference / leakage power more accurate. Besides, the layer SLNR scheme not only takes into account the inter-layer interference from different users, but also takes care of the inter-layer interference from the same user which is usually assumed to be zero in previous studies. As a result, the proposed layer SLNR scheme produces a good balance between the layer signal power and layer interference power in a multi-user multi-layer MIMO system, therefore achieves better system performance. The effectiveness and superiority of the proposed layer SLNR scheme are validated via simulations.

研究の動機と目的

• 従来の漏れに基づく precoding 方式がユーザー内層間干渉を無視するという限界を解消すること。
• 信号および干渉電力のモデル化を精緻化することで、多ユーザー多層MIMOにおけるシステム性能を向上させること。
• 受信機に配慮した設計により、レイヤー信号電力と干渉電力のバランスをより正確に制御する precoding 方式を開発すること。
• 現実の多層MIMO環境下でのシミュレーションにより、提案手法の優位性を検証すること。

提案手法

• レイヤー SLNR 方式は、MIMO受信機構造を precoder 設計プロセスに組み込むことで、信号電力および干渉電力のモデル化精度を向上させる。
• 実際の受信機構成に基づいて信号電力および干渉／漏れ電力の式を定式化し、従来手法に比べて精度を向上させる。
• 従来の研究で無視されたりゼロと仮定されがちな、ユーザー間およびユーザー内層間干渉を明示的にモデル化する。
• precoder は、レイヤー信号対漏れ＋ノイズ比（レイヤー SLNR）を最大化するように最適化される。これにより、目的信号電力と干渉電力のバランスがとられる。
• 実用的な実装を確保するため、電力制約の下で最適化が行われる。
• 得られた precoder は、多ユーザー多層MIMOシステムにおけるスペクトル効率および耐障害性の向上を目的として設計される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユーザー内層間干渉を考慮することにより、多ユーザー多層MIMOシステムにおける precoding 性能にどのような影響を与えるか？
• RQ2 MIMO受信機構造を precoder 設計に統合することで、信号電力および干渉電力のモデル化がより正確になるか？
• RQ3 従来の漏れに基づく precoding に比べ、レイヤー SLNR を最適化することでどの程度の性能向上が達成できるか？
• RQ4 スペクトル効率および干渉抑圧の観点から、提案手法は既存の precoding 方法と比べてどのように差をつけるか？
• RQ5 現実の多層MIMOチャネル環境下でも、レイヤー SLNR 方式は耐障害性を維持できるか？

主な発見

• 提案されたレイヤー SLNR 方式は、ユーザー間およびユーザー内層間干渉を明示的にモデル化することで、従来の漏れに基づく precoding に比べて優れたシステム性能を達成する。
• 受信機構造を precoder 設計に統合することで、信号電力および干渉電力のより正確な定式化が可能となり、全体のシステム効率が向上する。
• 目的信号電力と干渉電力のバランスが改善され、結果としてスペクトル効率が向上する。
• シミュレーションにより、合計スループットおよび誤り率性能の観点でレイヤー SLNR 方式の優位性が確認された。
• 特に層間干渉が強い環境下でも、包括的な干渉モデル化により、既存手法を上回る性能を示した。