[論文レビュー] Interference Steering to Manage Interference

Zhao Li, Fengjuan Guo+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2017

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、干渉を形状化することで干渉を低減する、新たな干渉管理技術である干渉スティアリング（IS）を提案する。この手法により、被害受信機は干渉の空間的特性を、チャネル状態情報（CSI）と干渉信号からのデータを用いて制御でき、周波数 reuse が制限される干渉の多い WLAN 環境において、干渉中立化（IN）などの従来手法に比べ、送信パワーのオーバーヘッドを低減し、スペクトル効率を著しく向上する。

ABSTRACT

To enable densely deployed base stations (BSs) or access points (APs) to serve an increasing number of users and provide diverse mobile services, we need to improve spectrum utilization in wireless communication networks. Although spectral efficiency (SE) can be enhanced via smart and dynamic resource allocation, interference has become a major impediment in improving SE. There have been numerous interference management (IM) proposals at the interfering transmitter or the victim transmitter/receiver separately or cooperatively. Moreover, the existing IM schemes rely mainly on the use of channel state information (CSI). However, in some communication scenarios, the option to adjust the interferer is not available, and, in the case of downlink transmission, it is always difficult or even impossible for the victim receiver to acquire necessary information for IM. Based on the above observations, we first propose a novel IM technique, called interference steering (IS). By making use of both CSI w.r.t. and data carried in the interfering signal, IS generates a signal to modify the spatial feature of the original interference, so that the steered interference at the victim receiver is orthogonal to its intended signal. We then apply IS to an infrastructurebased enterprise wireless local area network (WLAN) in which the same frequency band is reused by adjacent basic service sets (BSSs) with overlapping areas. With IS, multiple nearby APs could simultaneously transmit data on the same channel to their mobile stations (STAs), thus enhancing spectrum reuse. Our in-depth simulation results show that IS significantly improves network SE over existing IM schemes.

研究の動機と目的

• 周波数再利用が同周波数干渉によって制限される、密に配置された無線ネットワークにおける干渉の課題に対処すること。
• 送信機および受信機に CSI の交換、ビームフォーミングの調整、多素子アンテナハードウェアを要する従来の干渉管理（IM）方式の制限を克服すること。
• 固定アクセスポイントを有するダウンリンク伝送など、干渉源を制御できない状況においても実用的な干渉低減を可能にすること。
• 被害受信機が、局所的な CSI と干渉信号からのデータのみを用いて、能動的に干渉を管理できるメカニズムを開発すること。
• 任意の干渉トポロジーと重複する基本サービスセット（BSS）を有する企業用 WLAN におけるスペクトル効率の向上を図ること。

提案手法

• 被害受信機が干渉信号の空間的特徴を変更するためのステアリング信号を生成する干渉スティアリング（IS）を提案する。これにより、受信機において干渉信号は所望信号と直交するようになる。
• 干渉源に関する CSI と干渉信号に含まれるデータを併用してステアリング信号を設計し、空間的に干渉を効果的に消去できるようにする。
• 複数のアクセスポイント（APs）が重複する BSS で同じ周波数帯域を再利用するインfra構造ベースの WLAN に IS を実装する。これにより、同じチャネル上で同時に送信が可能になる。
• 各被害受信 AP が局所的な CSI と干渉データに基づいて独立にステアリング信号を計算する分散型・非協調的 IS 方式を採用し、信号交換のオーバーヘッドを最小限に抑える。
• ステアリング信号を、所望信号を保持しつつ、被害受信機における有効干渉電力が最小になるように設計する。線形結合として干渉の空間的成分とデータ成分を統合する。
• K 個の AP を含むシステムモデルを構築し、ランダムな干渉グラフと、pb で制御される変動する干渉密度を導入することで、現実的なネットワーク環境下での評価を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 干渉源の制御や協力が不要な状況でも、被害受信機において干渉を効果的に管理できるか？
• RQ2 干渉の多い WLAN 環境において、干渉スティアリング（IS）は干渉中立化（IN）と比較して、スペクトル効率と送信パワーの消費においてどのように異なるか？
• RQ3 干渉密度と干渉源の数が、IS と IN の性能に与える影響は何か？
• RQ4 干渉低減処理の順序が、干渉伝送の連鎖におけるスペクトル効率に影響を与えるか？
• RQ5 IS は、より少ない送信パワーと簡素なハードウェアで、従来の IM 技術を上回るスペクトル効率を達成できるか？

主な発見

• IS は、特に高干渉密度環境下において、IN などの従来の IM 手法に比べてスペクトル効率（SE）を著しく向上させる。
• 協調的 IS は、送信パワーのオーバーヘッドが増加するため、非協調的 IS よりも性能が劣るが、協調的および非協調的 IN は統計的に同一の SE を示す。
• IS は、送信パワーのオーバーヘッドが低いため IN を上回る。ステアリングに使用される送信パワーはわずかであり、データ送信に割り当てられるパワーがより多く残る。
• 干渉密度（pb）が固定されている場合、AP の数（K）が増加するにつれて、IS の下でのシステム SE は上昇する。これは、IS が高い同周波数干渉に対しても効果的に干渉をキャンセルできるためである。
• 被害受信機ごとの干渉源数（η）が増加すると、IS と IN の両方の SE は低下するが、IS は干渉強度に対して感受性が低いため、よりロバストである。
• 干渉低減処理の段階が連鎖的に影響を及ぼす場合でも、被害受信機の SE に影響しない。これは、処理順序に関わらず、干渉電力が統計的に同一であるためである。