[논문 리뷰] Interference Steering to Manage Interference

Zhao Li, Fengjuan Guo외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 21.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 간섭을 조절하는 간섭 조향(IS) 기법을 제안한다. IS는 채널 상태 정보(CSI)와 간섭 신호의 데이터를 활용하여 간섭 신호의 공간적 특성을 조절함으로써 피해를 입는 송신기가 간섭을 완화할 수 있도록 한다. IS는 간섭 중립화(IN)와 같은 기존 기법보다 전력 오버헤드를 줄이고 밀도 높은 WLAN 환경에서 스펙트럼 효율을 크게 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 동일 채널 간섭으로 인해 스펙트럼 재사용이 제한되는 고밀도 배치된 무선 네트워크에서의 간섭 문제를 해결한다.
• CSI 교환, beamforming 조정, 다중 안테나 하드웨어 요구 등 기존 간섭 관리(IM) 기법의 한계를 극복한다.
• 고정된 액세스 포인트를 사용하는 다운링크 전송과 같이 간섭원을 제어할 수 없는 상황에서의 실용적 간섭 완화를 가능하게 한다.
• 피해를 입는 송신기가 간섭 신호의 CSI와 데이터에 대한 국소적 지식만을 이용하여 간섭을 능동적으로 관리할 수 있는 메커니즘을 개발한다.
• 임의의 간섭 구조와 겹치는 기본 서비스 세트(BSS)를 가진 기업용 WLAN에서 스펙트럼 효율을 향상시킨다.

제안 방법

• 피해를 입는 송신기가 간섭 신호의 공간적 특성을 조절하여 수신기에서 수신 신호와 수직이 되도록 하는 간섭 조향(IS) 기법을 제안한다.
• 간섭원에 대한 CSI와 간섭 신호가 지닌 데이터를 활용하여 조향 신호를 설계함으로써 간섭을 공간적으로 효과적으로 제거한다.
• 다수의 액세스 포인트(APs)가 겹치는 BSS에서 동일 주파수 대역을 재사용하는 인fra구처 기반 WLAN 환경에서 IS를 구현한다. 이로써 동일 채널에서 동시 전송이 가능해진다.
• 각 피해 AP가 국소적 CSI와 간섭 데이터에 기반해 독립적으로 조향 신호를 계산하는 분산형 비협력 IS 기법을 적용함으로써 신호 전송 오버헤드를 최소화한다.
• 조향 신호를 선형 조합으로 구성하여 피해 수신기에서의 효과적 간섭 전력이 최소화되도록 하되, 목적 신호는 유지한다.
• K개의 AP, 무작위 간섭 그래프, 다양한 간섭 밀도(pb로 제어)를 가진 시스템 모델을 구성함으로써 현실적인 네트워크 조건에서 평가가 가능하도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간섭원의 제어나 협력 없이도 피해 수신기에서 간섭을 효과적으로 관리할 수 있는가?
• RQ2 밀도 높은 WLAN 환경에서 간섭 조향(IS)과 간섭 중립화(IN)의 스펙트럼 효율 및 전력 소비 측면에서의 성능 비교는 어떠한가?
• RQ3 간섭 밀도와 간섭 AP의 수가 IS 및 IN의 성능에 미치는 영향는 어떠한가?
• RQ4 간섭 완화 체인에서 처리 순서가 스펙트럼 효율에 영향을 미치는가?
• RQ5 IS는 더 적은 전송 전력과 간단한 하드웨어로 기존 IM 기법보다 더 높은 스펙트럼 효율을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• IS는 IN과 같은 기존 IM 기법에 비해 간섭 밀도가 높은 상황에서 스펙트럼 효율(SE)을 크게 향상시킨다.
• 협력형 IS는 전력 오버헤드 증가로 인해 비협력형 IS보다 성능이 열 劣하다. 반면 협력형 및 비협력형 IN은 통계적으로 동일한 SE를 기록한다.
• IS는 전력 오버헤드가 낮기 때문에 IN보다 우수하다. 조향에 사용되는 전송 전력은 전체 전력의 일부에 불과하여 데이터 전송에 더 많은 전력이 남는다.
• 간섭 밀도(pb)가 고정되어 있을 때, AP 수(K)가 증가할수록 IS 하에서의 시스템 SE가 증가한다. 이는 더 높은 동일 채널 간섭에도 불구하고 IS가 간섭을 효과적으로 제거할 수 있기 때문이다.
• 각 피해자에 대한 간섭원 수(η)가 증가할수록 IS 및 IN의 SE는 둘 다 저하되, IS는 간섭 강도에 덜 민감하므로 더 견고하다.
• 간섭 완화 체인에서 처리 단계의 순서는 피해자의 SE에 영향을 주지 않으며, 계산 순서에 관계없이 간섭 전력의 통계적 분포가 동일하기 때문이다.