[論文レビュー] Interference Mitigation via Interference-Aware Successive Decoding

Hyukjoon Kwon, Jungwon Lee+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2012

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 23被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ポイントツーポoinントコードおよびBICMを用いたMIMO干渉チャネル向けに、干渉を意識した逐次復調（IASD）とその拡張版である干渉を意識した並列復調（IAPD）を提案する。目的信号と干渉信号を逐次的に復調し、事前情報（a priori information）を更新することで、IASDは干渉を復調しない手法や干渉を検出するのみの手法に比べて顕著な性能向上を示し、特に高SIRおよび高コードレート条件下で顕著である。これは、干渉の復調が複雑性を著しく増加させることなく性能向上を実現できることを示している。

ABSTRACT

In modern wireless networks, interference is no longer negligible since each cell becomes smaller to support high throughput. The reduced size of each cell forces to install many cells, and consequently causes to increase inter-cell interference at many cell edge areas. This paper considers a practical way of mitigating interference at the receiver equipped with multiple antennas in interference channels. Recently, it is shown that the capacity region of interference channels over point-to-point codes could be established with a combination of two schemes: treating interference as noise and jointly decoding both desired and interference signals. In practice, the first scheme is straightforwardly implementable, but the second scheme needs impractically huge computational burden at the receiver. Within a practical range of complexity, this paper proposes the interference-aware successive decoding (IASD) algorithm which successively decodes desired and interference signals while updating a priori information of both signals. When multiple decoders are allowed to be used, the proposed IASD can be extended to interference-aware parallel decoding (IAPD). The proposed algorithm is analyzed with extrinsic information transfer (EXIT) chart so as to show that the interference decoding is advantageous to improve the performance. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm significantly outperforms interference non-decoding algorithms.

研究の動機と目的

• 小セルを含む高密度セルラーネットワークにおける細胞間干渉の増大する課題に対処すること。
• 計算複雑性が不必要に高くなることなく、目的信号と干渉信号の共同復調を可能にする実用的な受信アルゴリズムの開発。
• 逐次復調と更新された事前情報を利用することで、干渉制限環境におけるスペクトル効率およびスループットの向上。
• 干渉信号を無視するか、検出するのみでなく、復調することにより顕著な性能向上が達成されることの実証。

提案手法

• 目的信号と干渉信号を逐次的に復調し、両信号からの外的情報（extrinsic information）を用いて繰り返し事前情報（a priori information）を更新する干渉を意識した逐次復調（IASD）を提案。
• 複数の復調器をサポートするため、IASDを干渉を意識した並列復調（IAPD）に拡張。これにより、目的信号と干渉信号の並列処理が可能となる。
• 収束性と性能向上の分析に、外的情報伝送（EXIT）チャートを用い、事前情報がガウス分布に従うと仮定。
• 検波器と復調器の間で対数尤度比（LLR）を交換するため、反復的検波と復調（IDD）を用いたビットインタリーブ符号化変調（BICM）を採用。
• 干渉信号の変調方式およびコードレート情報をサイド情報として組み込み、復調精度の向上を図る。
• さまざまなSNR、コードレート（0.33–0.83）、変調方式（16/64 QAM）、SIRレベル（±3 dB）の下でシミュレーションにより手法の有効性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実用的なポイントツーポイントコードおよびBICMを用いた場合、MIMO干渉チャネルにおいて干渉の復調が性能向上に寄与するか？
• RQ2 更新された事前情報を用いて目的信号と干渉信号を逐次復調することで、干渉を無視するか、検出するのみの手法に比べて性能が向上するか？
• RQ3 IASDおよびIAPDの性能は、コードレート、変調方式、信号対干渉比（SIR）にどのように依存するか？
• RQ4 事前情報が不正確な場合、干渉信号の復調に与える影響は何か？また、その影響が目的信号の復調性能を劣化させるか？
• RQ5 EXITチャート分析は、提案手法の収束性と性能を正確に予測できるか？

主な発見

• IASDおよびIAPDは、干渉を復元しない手法（IW）や干渉を意識した検出手法（IA-Detection）に比べ、特に高SIRおよび高コードレート条件下で顕著な性能向上を達成する。
• コードレート0.83および16 QAM条件下では、SIRが低下するほどIASDとIWの性能差が拡大する。これは、干渉の強度に強く依存しない堅牢性を示している。
• 提案手法であるIASDは、干渉信号を復調しないIIAD（IASD without interference decoding）を上回る性能を示しており、事前情報が不完全であっても干渉の復調が明確な性能向上をもたらすことを裏付けている。
• シミュレーション結果はEXITチャートの予測とよく一致しており、有限長および離散的変調の仮定下でも解析モデルの正確性が裏付けられた。
• IAPDは6 dB SNR、2イタレーション条件下でコードレート0.75をサポートできないが、3イタレーションでは信頼性のある性能を達成する。これは反復的収束の重要性を確認している。
• IASDでは、常に目的信号の誤り率（PER）が干渉信号のPERより低く保たれる。これは、本手法の設計が目的信号の信頼性向上に焦点を当てていることを確認している。