[논문 리뷰] Interference Mitigation via Interference-Aware Successive Decoding

Hyukjoon Kwon, Jungwon Lee외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 18.

Advanced Wireless Communication Techniques참고 문헌 23인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 점대점 코드와 BICM를 사용하는 MIMO 간섭 채널을 위한 간섭 인지 성 successive decoding (IASD) 및 그 확장인 간섭 인지 병렬 디코딩 (IAPD)을 제안한다. 수신자 신호와 간섭 신호를 차례로 디코딩하면서 사전 정보를 반복적으로 갱신함으로써, IASD는 간섭 무시 또는 간섭 검출 전용 기법보다 뚜렷이 뛰어난 성능을 보이며, 특히 고 SIR 및 고 코드 레이트에서 두드러진다. 이는 간섭 디코딩이 복잡도를 과도하게 증가시키지 않으면서 성능 햖계를 향상시킬 수 있음을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 작은 세포가 많은 밀집 셀룰러 네트워크에서 증가하는 이웃셀 간섭 문제를 해결하기 위해.
• 계산 복잡도가 비현실적으로 높아지지 않는 실용적인 수신기 알고리즘을 개발하여 수신자 및 간섭 신호를 공동으로 디코딩할 수 있도록 하기 위해.
• 사전 정보를 갱신한 순차적 디코딩을 통해 간섭 제한 환경에서 스펙트럼 효율성과 전송률을 향상시키기 위해.
• 간섭 신호를 디코딩하는 것이 간섭을 노이즈로 간주하거나 단지 검출하는 것보다 뚜렷한 성능 향상을 이끌어내는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 수신자 및 간섭 신호를 순차적으로 디코딩하면서, 두 신호의 외부 정보를 이용해 사전 정보를 반복적으로 갱신하는 간섭 인지 성 순차적 디코딩(IASD)을 제안한다.
• 다중 디코더 지원을 위해 IASD를 간섭 인지 병렬 디코딩(IAPD)으로 확장하여 수신자 및 간섭 신호를 병렬 처리할 수 있도록 한다.
• 수렴성과 성능 향상을 분석하기 위해 외부 정보 전달( EXIT ) 차트를 사용하며, 사전 정보가 가우시안 분포를 따른다고 가정한다.
• 검출기와 디코더 간에 로그 우도 비율(LLR)을 교환하기 위해 반복적 검출 및 디코딩( IDD )을 갖는 비트 인터리빙 코딩 변조(BICM)를 사용한다.
• 간섭 신호의 변조 방식 및 코드 레이트 정보를 보조 정보로 통합하여 디코딩 정확도를 향상시킨다.
• 다양한 신호 대 간섭 비율(SNR), 코드 레이트(0.33–0.83), 변조 방식(16/64 QAM), SIR 수준(±3 dB)에서의 시뮬레이션을 통해 접근법을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실용적인 점대점 코드와 BICM를 사용할 때, 간섭 디코딩이 MIMO 간섭 채널의 성능 향상에 기여할 수 있는가?
• RQ2 사전 정보를 갱신한 수신자 및 간섭 신호의 순차적 디코딩이 간섭을 노이즈로 간주하거나 단지 검출하는 것보다 성능이 뛰어나게 되는가?
• RQ3 IASD 및 IAPD의 성능는 코드 레이트, 변조 순서, 신호 대 간섭 비율(SIR)에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 사전 정보가 정확하지 않을 경우 간섭 디코딩에 어떤 영향을 미치며, 이는 수신자 신호 디코딩 성능을 떨어뜨리는가?
• RQ5 EXIT 차트 분석이 제안된 간섭 인지 디코딩 기법의 수렴성과 성능을 정확하게 예측할 수 있는가?

주요 결과

• IASD 및 IAPD는 간섭 무시(IW) 및 간섭 인지 검출(IA-Detection)보다 뚜렷한 성능 향상을 보이며, 특히 고 SIR 수준과 고 코드 레이트에서 두드러진다.
• 코드 레이트 0.83 및 16 QAM 조건에서, SIR가 감소할수록 IW 대비 IASD의 성능 향상이 증가함을 확인하여 간섭 강도에 대한 강건성을 입증한다.
• 제안된 IASD는 간섭 디코딩 기능이 없는 IIAD(즉, IASD에서 간섭 디코딩 제거)보다 우수함을 입증하며, 이는 사전 정보가 불완전하더라도 간섭 디코딩이 측정 가능한 성능 향상을 제공함을 보여준다.
• 시뮬레이션 결과는 EXIT 차트 예측과 밀도적으로 일치하며, 유한 길이 및 이산 변조 조건 하에서 분석 모델의 정확성을 검증한다.
• IAPD는 6 dB SNR에서 2회 반복 시 코드 레이트 0.75를 지원하지 못하지만, 3회 반복 시에는 신뢰할 수 있는 성능을 달성함을 확인하여 반복 수렴의 중요성을 입증한다.
• IASD에서 수신자 신호의 PER는 간섭 신호의 PER보다 항상 낮게 유지되며, 이는 수신자 신호 신뢰성 향상에 초점을 맞춘 방법 설계의 타당성을 확인한다.