[論文レビュー] Fixed Point Realization of Iterative LR-Aided Soft MIMO Decoding Algorithm

Mehnaz Rahman, Gwan Choi|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2015

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 21被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、複雑さを低減しつつ近似最大尤度性能を維持するため、K-best検出器を用いた反復的LR支援ソフトMIMO復調アルゴリズムの固定小数点実装を提示する。シミュレーションの結果、16ビット固定小数点形式では、さまざまな変調方式において8×8 MIMOシステムでBER劣化が0.3 dB以内に収まることが示され、最小限の性能損失で効率的なハードウェア実装が可能となる。

ABSTRACT

Multiple-input multiple-output (MIMO) systems have been widely acclaimed in order to provide high data rates. Recently Lattice Reduction (LR) aided detectors have been proposed to achieve near Maximum Likelihood (ML) performance with low complexity. In this paper, we develop the fixed point design of an iterative soft decision based LR-aided K-best decoder, which reduces the complexity of existing sphere decoder. A simulation based word-length optimization is presented for physical implementation of the K-best decoder. Simulations show that the fixed point result of 16 bit precision can keep bit error rate (BER) degradation within 0.3 dB for 8x8 MIMO systems with different modulation schemes.

研究の動機と目的

• MIMO検出のハードウェア複雑さを低減しつつ、近似最大尤度性能を維持すること。
• 固定小数点算術を用いて、反復的ソフト決定ベースのLR支援K-best復調の実用的物理実装を可能とすること。
• 固定小数点表現のための語長を最適化し、MIMOシステムにおけるBER劣化を最小限に抑えること。
• さまざまな変調方式およびMIMO構成における固定小数点実装の性能を評価すること。
• 16ビット固定小数点精度が8×8 MIMOシステムで最小限の性能損失で実現可能であることを示すこと。

提案手法

• 16ビット精度のQ15形式を用いて、反復的LR支援ソフトMIMO復調アルゴリズムの固定小数点表現を設計すること。
• 格子還元（LR）を適用して、MIMO検出問題をK-best検出に適した形に変換すること。
• 逐次干渉キャンセレーションにおける信頼性推定値を改善するための反復的ソフト決定フィードバック機構を実装すること。
• シミュレーションに基づく語長最適化を用いて、内部データパスの最適なビット幅を特定すること。
• 固定小数点算術を用いたK-best球体復号化アルゴリズムを実装し、計算複雑さを低減すること。
• 8×8 MIMO構成において、さまざまな変調方式（例：QPSK、16-QAM）で設計を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反復的LR支援K-best MIMO復調器の固定小数点実装は、複雑さを低減しつつ近似ML性能を達成できるか？
• RQ2 8×8 MIMOシステムで、許容可能なBER劣化を維持するために必要な最小語長は何か？
• RQ3 さまざまな変調方式において、固定小数点設計のBER性能は浮動小数点基準と比べてどの程度か？
• RQ4 格子還元は、MIMOシステムにおける固定小数点K-best復調の性能をどの程度向上させるか？
• RQ5 提案された固定小数点設計は、最小限の性能損失で実際のハードウェアに実装可能か？

主な発見

• 16ビット固定小数点実装では、8×8 MIMOシステムにおいて浮動小数点基準と比較してBER劣化が0.3 dB未満に収まる。
• 固定小数点設計は、QPSKや16-QAMを含むさまざまな変調方式で近似最大尤度性能を維持する。
• シミュレーションを用いた語長最適化により、ハードウェア複雑さが顕著に低減されつつ、性能損失はほとんどない。
• 反復的ソフト決定フィードバック機構により、固定小数点復調チェーンにおける信頼性と収束性が向上する。
• 提案手法により、K-best復号化の効率的なハードウェア実現が可能となり、面積と消費電力が低減される。
• 結果として、最小限の性能劣化で高レートMIMOシステムに16ビット固定小数点算術を実装可能であることが示された。