[논문 리뷰] Co-channel Interference Cancellation for Space-Time Coded OFDM Systems Using Adaptive Beamforming and Null Deepening

Raungrong Suleesathira|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 17.

Advanced Wireless Communication Techniques참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 공간시간 코드화 OFDM (STC-OFDM) 시스템에서 동일채도 간섭(Co-channel Interference, CCI)을 제거하기 위해 적응형 빔포밍 및 널 심도 향상 기법을 제안한다. 도착각(DOA)에 대한 사전 지식이 필요 없이 최소 평균 제곱 오차(LMMSE) 기반의 적응형 빔포머를 사용함으로써 간섭 제거 성능을 향상시키면서도 공간시간 디코더 아키텍처를 유지하여 주파수 선택성 fading 채널에서 기존의 널 스위치 빔포머보다 뚜렷한 성능 향상을 이룬다.

ABSTRACT

Combined with space-time coding, the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system explores space diversity. It is a potential scheme to offer spectral efficiency and robust high data rate transmissions over frequency-selective fading channel. However, space-time coding impairs the system ability to suppress interferences as the signals transmitted from two transmit antennas are superposed and interfered at the receiver antennas. In this paper, we developed an adaptive beamforming based on least mean squared error algorithm and null deepening to combat co-channel interference (CCI) for the space-time coded OFDM (STC-OFDM) system. To illustrate the performance of the presented approach, it is compared to the null steering beamformer which requires a prior knowledge of directions of arrival (DOAs). The structure of space-time decoders are preserved although there is the use of beamformers before decoding. By incorporating the proposed beamformer as a CCI canceller in the STC-OFDM systems, the performance improvement is achieved as shown in the simulation results.

연구 동기 및 목표

• 수신기에서 신호의 중첩으로 인해 성능 저하가 발생하는 공간시간 코드화 OFDM(STC-OFDM) 시스템 내 동일채도 간섭(CCI)을 해결하기 위해.
• 간섭원의 도착각(DOA)에 대한 사전 지식이 필요 없는 간섭 제거 방법을 개발하기 위해.
• 간섭 제거 성능 향상과 함께 기존 공간시간 디코더 아키텍처와의 호환성을 유지하기 위해.
• 주파수 선택성 fading 채널에서 스펙트럼 효율성과 비트 오류율(BER) 성능을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 최소 평균 제곱 오차(LMMSE) 기준에 기반한 적응형 빔포밍 알고리즘을 사용하여 간섭 제거 가중치를 추정한다.
• 빔포밍 응답의 널 심도를 향상시켜 동일채도 간섭원의 제거 성능을 향상시키기 위해 널 심도 향상 기법을 적용한다.
• 빔포머는 공간시간 디코더 이전에 위치하여 원래의 디코더 아키텍처를 유지한다.
• 도착각(DOA) 정보가 필요 없이 블라인드 간섭 제거가 가능하도록 시스템이 운영된다.
• 수신기에서의 오차 피드백을 이용해 환경 변화에 실시간으로 적응하는 빔포머이다.
• 다수의 동일채도 간섭원이 존재하는 주파수 선택성 fading 채널에서 방법을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 STC-OFDM 시스템에서 간섭원의 도착각(DOA)에 대한 사전 지식 없이도 동일채도 간섭을 효과적으로 제거할 수 있는가?
• RQ2 널 심도 향상 기법을 적용한 적응형 빔포밍은 기존의 널 스위치 빔포머와 비교해 BER 성능에서 어떻게 다를까?
• RQ3 제안된 방법이 기존 공간시간 디코더의 아키텍처와 기능을 어느 정도 유지하는가?
• RQ4 주파수 선택성 fading 채널에서 널 심도 향상 기법이 간섭 널의 깊이와 시스템의 내구성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 적응형 빔포밍과 널 심도 향상 기법은 특히 저 SNR 영역에서 기존의 널 스위치 빔포머보다 뛰어난 비트 오류율(BER) 성능을 달성한다.
• 도착각(DOA)에 대한 사전 지식이 필요 없이 효과적으로 동일채도 간섭을 억제하여 블라인드 작동이 가능하다.
• 널 심도 향상 기법은 간섭 널의 깊이를 크게 향상시켜 간섭 제거 능력을 향상시킨다.
• 공간시간 디코더 아키텍처는 그대로 유지되어 기존 STC-OFDM 시스템과의 호환성이 보장된다.
• 시뮬레이션 결과는 제안된 기법이 주파수 선택성 fading 환경에서 스펙트럼 효율성과 시스템 신뢰성을 향상시킨다는 것을 확인한다.