Clustered Interference Cancellation for MC-CDMA in Rayleigh Fading Channel

Abstract

본 논문은 OFDM기반에서 code로 사용자를 구분하는 다중접속방식인 MC-CDMA에서의 다중사용자 간섭을 줄이기 위해서 사용하는 간섭제거 기법을 다룬다. 간섭제거의 방식의 특징을 비교하고 복잡도와 시간지연, 성능사이의 적절한 trade-off를 고려하여, 간섭제거 기법의 2개의 대표적인 순차방식과 병렬방식의 혼합기법인 hybrid interference cancellation (HIC)을 채택하였다. 혼합방식의 간섭제거기법은 다중 사용자 신호들을 수 개의 cluster들로 구성하여 cluster단위로 순차적인 간섭제거를 하며, cluster 내에서는 특정 cluster를 구성하는 사용자 신호들을 병렬적으로 처리하는 기법으로서, clustering의 방법에 따라서 성능차이가 발생한다. 기존의 clustering 방식 중에서 cluster size를 동일하게 구성하는 방식은 cluster를 구성하는 신호들의 크기에 큰 편차가 있으면 성능의 열화가 있는 문제가 있다. 이를 보완하기 위한 clustering 방식으로서 신호크기가 비슷한 사용자들로 cluster를 구성하는 알고리즘이 제안되었다. HIC 기법은 cluster별로 순차적인 간섭제거를 하기 때문에 초기에 처리되는 cluster의 신호검출이 정확하게 이루어져야 뒤따르는 cluster의 신호검출의 검출성능이 우수하다. 따라서 제안하는 clustering 방법은 초기의 cluster에서의 검출성능향상을 위해서 비슷한 크기로 초기의 cluster에서는 구성하는 사용자 수를 적게 구성하여 간섭을 제거한다. 제안하는 clustering 알고리즘은 신호크기에 따라 weighting function을 적용하여 가장 큰 weighted difference를 선택하고, 선택된 user들을 경계로 cluster를 구성하는 방식이다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 제안기법이 기존의 clustering 기법보다 성능향상이 있음을 보았으며 특히, 상대적으로 신호크기가 비슷한 사용자가 많이 분포하는 cell환경에서 비트오율이 10-4 일때 2dB보다 큰 값으로, 같은 오율에서 1dB를 보이는 신호크기가 작은 사용자가 분포하는 환경보다 성능개선의 폭이 큼을 확인하였으며, 채널추정 오류가 있을 경우에는 오류의 MSE값이 0에서 0.2사이의 값을 가질 때 성능 이득이 있음을 확인하였다.;As a candidate for the next generation, MC-CDMA scheme is based on an OFDM system and distinguishes its users by spreading code. The exact detection of the active users can be impaired by the fading cannel, additive noise and time mismatches between the signals for the users, which results in multiple access interference (MAI). As a family of CDMA, the performance of the MC-CDMA system is limited by the MAI. Among various multiple user detection schemes, interference cancellation scheme has the moderate complexity and performance with respect to the number of users in its system. The interference scheme is usually implemented in either serial or parallel way. The parallel form needs less number of iterations than the successive form due to the concurrent interference cancellation from the received signal. The former can be implemented with a simple structure, but its performance can be degraded. On the other hands, the latter has the advantage of better performance, but it requires larger number of iterations to detect all the users. Moreover, in the imperfect channel estimation case, the iterative process can worsen the error that is induced by the channel estimation error, thus the successive interference cancellation scheme can exploit less advantage in the performance. To take the advantages of both forms of interference cancellation, we adopt a hybrid version of interference cancellation. In this paper, we propose an algorithm to enhance the performance and keep robustness to the channel estimation error in Rayleigh fading channel. Also, to reduce the required number of iterations for multi-user detection, we derive the optimal number of clusters with respect to bit error rate. With the algorithm we can make clusters for HIC so that the user signals with similar power can be bound in a cluster. In addition to that, we induce another constraint that the cluster with large average power includes fewer users than that with small average power. We find that the proposed algorithm can achieve the improvement on the performance, even in the imperfect channel estimation case.