[논문 리뷰] Outage Probability in {\eta}-{\mu}/{\eta}-{\mu} Interference-limited Scenarios

José F. Paris|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 02.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 배경 노이즈가 무시 가능할 때, 수신 신호와 동일 대역 간섭자가 모두 η-μ fading을 경험하는 간섭 제한 무선 시스템에서 비상태 확률(OP)에 대한 정확한 닫힌형 표현식을 유도한다. 주요 기여는 간섭 신호의 µ 매개변수 값이 양의 정수일 조건 하에서 기본 함수로 표현 가능한 OP를 가능하게 하는 마스터 공식(식 1)을 제공한다는 점이며, 이는 이전의 나카가미-m 결과를 더 일반적인 η-μ 모델로 확장하고, 공간적으로 상관된 최대 비율 병합(MRC)을 수반한다.

ABSTRACT

In this paper exact closed-form expressions are derived for the outage probability (OP) in scenarios where both the signal of interest (SOI) and the interfering signals experience {\eta}-{\mu} fading and the background noise can be neglected. With the only assumption that the {\mu} parameter is a positive integer number for the interfering signals, the derived expressions are given in elementary terms for maximal ratio combining (MRC) with independent branches. The analysis is also valid when the {\mu} parameters of the pre-combining SOI power envelopes are positive integer or half-integer numbers and the SOI is formed at the receiver from spatially correlated MRC.

연구 동기 및 목표

• 배경 노이즈가 무시 가능할 때, η-μ/η-μ 간섭 제한 시나리오에서 비상태 확률(OP)에 대한 정확한 닫힌형 표현식을 도출하는 것.
• 기존의 나카가미-m/나카가미-m 페이딩에 대한 OP 분석을 더 일반적인 η-μ 페이딩 모델으로 확장하는 것.
• 독립적이고 공간적으로 상관된 최대 비율 병합(MRC) 모두에 대해 유효한 통합 분석 프레임워크를 제공하는 것.
• 기존 문헌의 결과를 일반화하고 보완하는 마스터 공식을 수립하는 것. 특히 실수 매개변수 m 또는 상관된 MRC에 대한 경우에 대해.

제안 방법

• 수신 신호 대 간섭 신호 전력 비율을 나타내는 제곱된 η-μ 랜덤 변수들의 합의 비율에 대한 누적분포함수(CDF)를 위한 마스터 공식(식 1)을 유도한다.
• 수신 신호 및 간섭자에 대해 독립적인 η-μ 랜덤 변수들의 합에 대한 모멘트 생성 함수(MGF)에 라플라스 변환과 잔여물 이론을 적용한다.
• 포흐하머 기호와 일반화된 하이퍼기하급수 함수를 사용하여 잔여물 계산을 통해 CDF를 기본 함수 형태로 표현한다.
• 소스 간섭 온도(SOI) 매개변수에서 유도된 집합 {aℓ, αℓ}과 간섭자 매개변수에서 유도된 집합 {bj, βj}를 사용한 공식적 매개변수화를 도입한다. 여기서 βj는 중간 계수에서 유도된 서로 다른 값들이다.
• 잔여물 정리를 적용하여, 서로 다른 βj 값에 해당하는 극점에서의 잔여물의 합을 통해 CDF를 계산한다.
• 코로나리 1을 통해 일반적인 η-μ/η-μ 경우가 η→0로 한없이 수렴할 때 나카가미-m/나카가미-m 시나리오로 축소됨을 보여주며, 이는 이전 결과와의 일관성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 배경 노이즈가 무시 가능할 때, η-μ/η-μ 간섭 제한 시나리오에서 비상태 확률에 대한 정확한 닫힌형 표현식을 도출할 수 있는가?
• RQ2 유도된 공식은 비정수 m 매개변수 또는 공간적으로 상관된 MRC에 대해 기존의 나카가미-m/나카가미-m 결과를 일반화하는가?
• RQ3 간섭자 µ 매개변수가 양의 정수일 때, 제곱된 η-μ 랜덤 변수들의 합의 비율에 대한 CDF의 수학적 구조는 어떠한가?
• RQ4 제안된 방법은 관심 신호에 대한 MRC 병합에서의 공간적 상관성을 어떻게 다루는가?
• RQ5 이 프레임워크는 η-μ/레일리 간섭 제한 시스템과 같은 혼합 시나리오로 확장될 수 있는가?

주요 결과

• 마스터 공식(식 1)이 도출되어, 기본 함수로 표현 가능한 정확한 닫힌형 비상태 확률을 η-μ/η-μ 간섭 제한 시스템에 적용할 수 있다.
• 유도 과정은 간섭 신호의 µ 매개변수가 양의 정수일 조건 하에서 정확한 잔여물 기반 평가가 가능하다는 데서 유효하다.
• 이 공식은 이전의 나카가미-m/나카가미-m 페이딩 결과를 일반화하며, [3, 식 10.17] 및 [8, 식 18]을 포함한 기존 결과를 η-μ 모델으로 확장한다.
• 이 방법은 관심 신호에 대한 공간적으로 상관된 MRC를 지원하여, 동일하지 않은 페이딩 환경에서의 상관 다중성 병합 분석이 가능하다.
• 코로나리 1은 η→0일 때 η-μ 모델이 나카가미-m로 축소됨을 보여주며, 동일한 닫힌형 구조를 유지함으로써 이전 결과와의 일관성을 확인한다.
• 그림 1과 2의 수치 결과는 분석식이 시뮬레이션과 완벽하게 일치함을 검증하며, 다양한 η-μ 및 나카가미-m 매개변수 설정에서 일관된 결과를 보여준다.