KR101800959B1 - Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes - Google Patents

Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes Download PDF

Info

Publication number
KR101800959B1
KR101800959B1 KR1020160057730A KR20160057730A KR101800959B1 KR 101800959 B1 KR101800959 B1 KR 101800959B1 KR 1020160057730 A KR1020160057730 A KR 1020160057730A KR 20160057730 A KR20160057730 A KR 20160057730A KR 101800959 B1 KR101800959 B1 KR 101800959B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
interference
interference cancellation
transmission signal
mean square
Prior art date
Application number
KR1020160057730A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170127286A (en
Inventor
장경희
우해봉
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020160057730A priority Critical patent/KR101800959B1/en
Publication of KR20170127286A publication Critical patent/KR20170127286A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101800959B1 publication Critical patent/KR101800959B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006Arrangements for removing intersymbol interference
    • H04L25/03178Arrangements involving sequence estimation techniques
    • H04L25/03248Arrangements for operating in conjunction with other apparatus
    • H04L25/0328Arrangements for operating in conjunction with other apparatus with interference cancellation circuitry
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/024Channel estimation channel estimation algorithms
    • H04L25/0256Channel estimation using minimum mean square error criteria
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006Arrangements for removing intersymbol interference
    • H04L25/03178Arrangements involving sequence estimation techniques
    • H04L25/03248Arrangements for operating in conjunction with other apparatus
    • H04L25/03292Arrangements for operating in conjunction with other apparatus with channel estimation circuitry
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03891Spatial equalizers
    • H04L25/03961Spatial equalizers design criteria
    • H04L25/03968Spatial equalizers design criteria mean-square error [MSE]

Abstract

예측 기반 MMSE 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 비직교 다중 접속 방법은 제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 제1 사용자에서 최소평균자승에러의 간섭제거가 적용되는 단계, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호와 잡음 합에 대한 간섭을 구하는 단계, 상기 간섭을 고려하여 IPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계, 상기 IPMMSE 가중치 팩터에 의한 최소평균자승에러의 채널을 추정하는 단계, 상기 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구하는 단계, 상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 전력을 구하는 단계, 상기 잔여 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계를 포함한다.A non - orthogonal multiple access method using prediction - based MMSE interference cancellation is proposed. In the non-orthogonal multiple access method proposed by the present invention, interference cancellation of a minimum mean square error is applied to a first user to remove interference from a second user, Obtaining an IPMMSE weight factor in consideration of the interference, estimating a channel of a minimum mean square error by the IPMMSE weight factor, re-modulating the demodulated signal in the first user, Obtaining a received signal after interference cancellation of a least mean square error with respect to a transmission signal for a user, obtaining power of residual interference with respect to a transmission signal for the first user, calculating a residual interference power by using a RIPMMSE weight factor .

Description

예측 기반 MMSE 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법{Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes}[0002] Non-orthogonal multiple access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes [

본 발명은 예측 기반 최소평균자승에러(Minimum Mean Square Error, MMSE) 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-orthogonal multiple access method applying a predictive minimum mean square error (MMSE) interference cancellation technique.

비직교 다중 접속(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)의 개념은 5세대 이동 통신 시스템의 후보 무선 접속 기술로 제안되어 왔다. NOMA 기법은 송신 측에서는 사용자 멀티플렉싱을 위한 파워 도메인을 활용하며, 예상되는 미래의 모바일 디바이스 진화를 고려한 기본적인 수신기 기법으로서 연속적 간섭제거(SIC) 수신기가 적용된다. 그러나 최근 연구는 수신기에서 완벽한 연속적 간섭제거가 가능하다는 가정 하에 NOMA 성능을 분석하는 측면에 보다 초점이 맞춰지고 있다. The concept of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) has been proposed as a candidate radio access technology for a fifth generation mobile communication system. The NOMA technique utilizes the power domain for user multiplexing on the transmitter side, and a continuous interference cancellation (SIC) receiver is applied as a basic receiver technique considering the expected future mobile device evolution. However, recent research has focused on analyzing NOMA performance on the assumption that perfect continuous interference cancellation is possible at the receiver.

LTE, WiMAX 그리고 LTE-Advanced와 같은 4세대 이동통신 시스템에서는 직교 주파수분할 다중접속(OFDMA) 또는 단일 반송주파수분할 다중접속(SC-FDMA)에 기초한 직교접속 방식이 채용되었다. 직교 접속 방식은 수신기의 복잡도를 낮게 유지하며 향상된 시스템 전송량을 얻기 위한 합리적인 선택이다. 그러나 이미지 전송, 동영상 스트리밍과 클라우드 관련 서비스와 같은 대용량 서비스 수요가 급격히 증가함에 따라, 시스템 전송량의 향상과 같은 성능개선을 이룰 수 있는 차세대(5G) 이동통신시스템을 필요로 한다. 이러한 요구사항을 실현하기 위해서, 하향링크에서의 연속적 간섭제거(SIC)를 이용한 비직교 다중접속(NOMA) 수신기는 여러 유망한 무선접속기술 중의 하나로 제시된다. 하향링크 NOMA를 위해, 사용자 멀티플렉싱을 위한 시간/주파수/코드 영역 중 하나에 파워도메인을 도입함으로써 비직교성이 획득된다. 이 경우, 사용자 디멀티플렉싱은 송신기 측에서 사용자 간 전력할당을 크게 차이나게 하고, 수신단에 SIC를 적용함으로써 얻어진다. 이렇게 함으로서, 모든 사용자가 전체 전송대역폭을 각기 사용할 수 있어 더 높은 스펙트럼 효율을 달성하고, 또한 종래의 직교 다중접속(OMA) 방식에 비해 열악한 채널 조건의 사용자에게 더 큰 전력을 할당함으로써 더 나은 사용자 형평성을 달성 할 수 있다. 또한 더 많은 동시 사용자 접속을 지원할 수 있기 때문에, NOMA에 의해 대규모 접속도 가능하다. Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) or single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) based orthogonal access schemes have been employed in fourth generation mobile communication systems such as LTE, WiMAX and LTE-Advanced. The orthogonal access scheme is a reasonable choice to keep the complexity of the receiver low and to obtain an improved system throughput. However, as the demand for high-capacity services such as image transmission, video streaming and cloud-related services is rapidly increasing, a next generation (5G) mobile communication system capable of improving performance such as system throughput is required. In order to realize this requirement, a non-orthogonal multiple access (NOMA) receiver using continuous interference cancellation (SIC) in the downlink is presented as one of several promising radio access technologies. For downlink NOMA, non-orthogonality is obtained by introducing a power domain into one of the time / frequency / code regions for user multiplexing. In this case, the user demultiplexing is obtained by making a significant difference in the user-to-user power allocation at the transmitter side and applying the SIC to the receiving end. By doing this, all users can use the entire transmission bandwidth to achieve higher spectral efficiency, and by allocating more power to users with poor channel conditions compared to the conventional orthogonal multiple access (OMA) scheme, better user equality Can be achieved. Also, because it can support more simultaneous user connections, large-scale access is also possible by NOMA.

NOMA는 LTE, LTE-Advanced 시스템의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 후보 기술이고, 이러한 성능향상은 수신기에 완벽한 SIC를 적용함으로써 가능하다. 그러므로 현실적인 연속적 간섭제거 기법(다시 말해, 제로포싱 또는 최소평균자승에러 기반 연속적 간섭제거)을 적용한 NOMA의 시스템 성능을 분석하고, 이러한 현실적인 경우의 NOMA 성능을 개선하게 하는 방법을 제안한다.NOMA is a candidate technology that can improve the performance of LTE and LTE-Advanced systems. This enhancement is possible by applying perfect SIC to the receiver. Therefore, we analyze the system performance of NOMA applying realistic continuous interference cancellation techniques (ie zero-forcing or minimum mean square error-based continuous interference cancellation) and propose a method to improve NOMA performance in this realistic case.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 NOMA를 위한 현실적인 연속적 간섭제거 기법을 고려함으로써 간섭제거로부터 야기된 에러의 효과를 분석하고자 한다. 이러한 분석을 기초로 하여, 간섭신호 정보의 예측에 의한 MMSE(Minimum Mean Square Error) 기준에 기초한, NOMA 하향링크를 위한 새로운 간섭 예측 최소 평균 자승 에러(Interference Predicted Minimum Mean Square Error, IPMMSE) 간섭제거기법을 제안하고자 한다. 또한, IPMMSE 제거와 간섭제거 오류효과 분석을 기초로, 시스템 성능을 더욱 향상 시킬 수 있는 잔여간섭 제거를 위한 잔여간섭예측 MMSE(remaining interference predicted MMSE, RIPMMSE) 간섭제거를 제안한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to analyze the effect of interference caused by interference cancellation by considering a realistic continuous interference cancellation technique for NOMA. Based on this analysis, a new interference prediction minimum mean square error (IPMMSE) interference cancellation technique for NOMA downlink based on the Minimum Mean Square Error (MMSE) . In addition, based on IPMMSE removal and interference cancellation error analysis, we propose residual interference predicted MMSE (RIPMMSE) interference cancellation for residual interference cancellation, which can further improve system performance.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 예측 기반 MMSE 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법은 제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 제1 사용자에서 최소평균자승에러의 간섭제거가 적용되는 단계, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호 플러스 노이즈에 대한 간섭을 구하는 단계, 상기 간섭을 고려하여 IPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계, 상기 IPMMSE 가중치 팩터에 의한 최소평균자승에러의 채널을 추정하는 단계, 상기 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구하는 단계, 상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 파워를 구하는 단계, 상기 잔여 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계를 포함한다. In one aspect, a non-orthogonal multiple access method employing a prediction-based MMSE interference cancellation scheme proposed in the present invention includes applying a minimum mean square error interference elimination to a first user to remove interference from a second user, Estimating a channel of the minimum mean square error by the IPMMSE weight factor, calculating a weighted mean square error factor for the first user, Modulating a demodulated signal in the received signal for the first user and obtaining a received signal after interference cancellation of a least mean square error with respect to the transmitted signal for the second user, And obtaining a RIPMMSE weight factor to remove the residual interference.

상기 제1 사용자에서 최소 평균 자승 간섭제거가 제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 적용되는 단계는 상기 제2 사용자를 위한 전송신호를 먼저 복조 한 뒤, 제1 사용자를 위한 전송신호를 복조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호의 채널계수에 대한 최소평균자승에러의 가중치 팩터를 구한다. Wherein the removing of the minimum mean square interference from the first user is applied to remove interference from the second user comprises demodulating the transmission signal for the first user after first demodulating the transmission signal for the second user, A weight factor of a minimum mean square error with respect to a channel coefficient of a transmission signal for the second user is obtained.

상기 제2 사용자를 위한 전송신호 플러스 노이즈에 대한 간섭을 구하는 단계는 상기 제2 사용자를 위한 전송신호를 복조하기 위한 백그라운드 노이즈를 상기 제2 사용자를 위한 전송신호 플러스 노이즈에 대한 간섭으로 가정한다. The step of obtaining the interference with the transmission signal plus noise for the second user assumes that the background noise for demodulating the transmission signal for the second user is the interference to the transmission signal plus noise for the second user.

상기 간섭을 고려하여 IPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계는 상기 제2 사용자를 위한 전송신호 플러스 노이즈에 대한 간섭의 분산을 이용하여 구한다. The step of obtaining the IPMMSE weight factor in consideration of the interference is obtained by using the variance of the interference with the transmission signal plus noise for the second user.

상기 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구하는 단계는 상기 제1 사용자를 위해 수신된 신호에서 상기 재변조된 제1 사용자에서 복조된 신호를 제거하기 위해 상기 제2 사용자를 위한 채널계수를 이용하여 곱한다. Modulating the demodulated signal by the first user and obtaining a received signal after removing the interference of the minimum mean square error with respect to the transmission signal for the second user, And using the channel coefficients for the second user to remove the demodulated signal from the modulated first user.

상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 파워를 구하는 단계는 최소평균자승에러의 간섭제거 이후의 제2 사용자를 위한 전송신호의 SNR을 이용하여 상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대한 잔여 간섭의 파워를 구하고, 이후 상기 제1 사용자를 위한 전송신호를 복조한다. Wherein the step of obtaining the power of residual interference with respect to the transmission signal for the first user comprises the step of calculating a residual interference power of the transmission signal for the first user using the SNR of the transmission signal for the second user after the interference cancellation of the minimum mean square error, Obtains the power of the interference, and then demodulates the transmission signal for the first user.

상기 잔여 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계는 잔여 간섭 플러스 노이즈의 분산을 이용하여 구하고, 상기 RIPMMSE 가중치 팩터를 미분하여 잔여 간섭의 전력을 고려함으로써 최소평균자승에러의 가중치 팩터를 갱신한다.The step of obtaining the RIPMMSE weight factor to remove the residual interference updates the weight factor of the minimum mean square error by using the variance of residual interference plus noise and by taking the power of the residual interference by differentiating the RIPMMSE weight factor.

본 발명의 실시예들에 따르면 NOMA를 위한 현실적인 연속적 간섭제거 기법을 고려함으로써 간섭제거로부터 야기된 에러의 효과를 분석할 수 있다. 이러한 분석을 기초로하여, 간섭신호 정보의 예측에 의한 MMSE(Minimum Mean Square Error) 기준에 기초한, NOMA 하향링크를 위한 새로운 간섭 예측 최소 평균 자승 에러(Interference Predicted Minimum Mean Square Error, IPMMSE) 간섭제거기법을 제안하고, 또한, IPMMSE 간섭제거와 간섭제거 오류효과 분석을 기초로, 시스템 성능을 더욱 향상 시킬 수 있는 잔여간섭 제거를 위한 잔여간섭예측 MMSE(remaining interference predicted MMSE, RIPMMSE) 간섭제거를 제안한다. According to embodiments of the present invention, the effect of errors caused by interference cancellation can be analyzed by considering a realistic continuous interference cancellation technique for NOMA. Based on this analysis, a new interference prediction minimum mean square error (IPMMSE) interference cancellation technique for NOMA downlink based on the Minimum Mean Square Error (MMSE) And proposed a residual interference predicted MMSE (RIPMMSE) interference cancellation for residual interference cancellation, which can further improve system performance, based on IPMMSE interference cancellation and interference cancellation error analysis.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크에서 SIC를 적용한 기본적인 NOMA 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 명의 사용자를 갖는 하향링크에서의 NOMA-MIMO 기법에 대한 전송기법 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 NOMA-MIMO 기법에 대한 전송기 및 수신기의 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AWGN 채널 하에서 NOMA를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 PER 성능을 비교하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 AWGN 채널 하에서 NOMA를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 처리량을 비교하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 변조 기법들을 갖는 NOMA 하에서 제1 사용자(UE1)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 AWGN 채널 하에서 간섭제거를 이용한 UE1 NOMA 에서의 데이터율 한계치를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일리 채널 하에서 제로포싱 간섭제거에 대한 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일경로 레일리 채널 하의 제로포싱 간섭제거를 이용한 UE1 NOMA에서의 데이터율 한계치와 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 기반 MMSE 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일리 채널 하에서 MMSE IC에 대한 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일경로 레일리 채널 하에서 현실적인 제로포싱과 최소평균자승에러 간섭제거를 이용한 UE1 NOMA의 데이터율 한계치 및 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 종래의 OMA와 단일경로 레일리 페이딩 채널 하에서의 다른 간섭제거 기법들을 이용한 NOMA를 사용하는 경우의 제1 사용자(UE1)에 대한 IPMMSE와의 성능비교 BER 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 경로 레일리 페이딩 채널 하에서 종래의 OMA 및 다른 간섭제거 기법의 NOMA를 사용하는 경우의 제1 사용자(UE1)에 대한 RIPMMSE와의 성능비교 BER 그래프이다.
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic NOMA technique using an SIC in a downlink according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a diagram illustrating a transmission technique scenario for a NOMA-MIMO scheme in a downlink with two users according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a transmitter and a receiver for a downlink NOMA-MIMO scheme according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph comparing PER performance when NOMA is applied and when it is not applied under an AWGN channel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph comparing the throughputs when NOMA is applied and when the NOMA is applied under an AWGN channel according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating the simulation results of a first user UE1 under NOMA with different modulation techniques in accordance with an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating a data rate threshold in UE 1 NOMA using interference cancellation under an AWGN channel in accordance with an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of zero forcing interference cancellation under a Rayleigh channel in accordance with an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a data rate threshold and simulation results in UE 1 NOMA using zero forcing interference cancellation under a single path Rayleigh channel according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a non-orthogonal multiple access method using a prediction-based MMSE interference cancellation technique according to an embodiment of the present invention.
11 is a block diagram of an MMSE IC under a Rayleigh channel according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing a data rate limit value and simulation result of UE 1 NOMA using realistic zero forcing and minimum mean square error interference cancellation under a single path Rayleigh channel according to an embodiment of the present invention.
13 is a performance comparison BER graph of IPMMSE versus IPMMSE for a first user UE1 using NOMA using other interference cancellation techniques under the conventional OMA and single path Rayleigh fading channels according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a performance comparison BER graph of RIPMMSE versus RIPMMSE for a first user UE1 when using NOMA of the conventional OMA and other interference cancellation techniques under a single path Rayleigh fading channel according to an embodiment of the present invention.

제안하는 예측 기반 MMSE 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법은 완벽한 SIC 적용경우와 그리고 현실적인 NOMA 기법 SIC의 성능 차이를 명확히 하고 미래 셀룰러 시스템에 SIC를 사용한 NOMA를 적용할 수 있는 가능성을 검증하기 위해 제로포싱(zero-forcing, ZF)과 최소 평균 자승 에러(Minimum Mean Square Error, MMSE) SIC(successive interference cancellation) 기법을 고려함으로써 다중입력 다중출력(MIMO)을 적용한 NOMA의 성능을 분석한다. 제안하는 방법에서는 NOMA에 대한 현실적인 SIC 방식에 따른 오류 효과의 분석을 제시한다. 이러한 분석에 기초하여, 간섭신호정보를 이용하여 MMSE의 가중치를 수정한 새로운 IPMMSE 간섭제거 기법을 제안한다. 또한 IPMMSE 간섭제거와 간섭제거 오류 효과 분석에 기초하여, 시스템 성능을 더욱 향상시킬 수 있는, 잔여 간섭을 제거하기 위한 잔여 간섭 예측 MMSE(remaining interference predicted MMSE, RIPMMSE) 간섭제거기법을 제안한다. 시뮬레이션 결과는 실제 간섭제거 기법을 고려함으로써, BER 성능이 간섭제거 에러 때문에 종래의 직교 다중 접속(OMA) 보다 성능이 낮다는 것을 보여준다. 그러나 종래의 제로포싱과 MMSE 간섭제거기법을 이용한 NOMA와 비교할 경우 제안된 잔여간섭예측 간섭제거 기법은 더욱 개선된 성능을 제공한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
The non-orthogonal multiple access method using the proposed prediction-based MMSE interference cancellation technique is used to clarify the difference between the perfect SIC application and the realistic NOMA technique SIC and to test the possibility of applying the NOMA using the SIC to the future cellular system We analyze the performance of NOMA with multiple input multiple output (MIMO) by considering zero-forcing (ZF) and minimum mean square error (MMSE) successive interference cancellation (SIC) The proposed method provides an analysis of the error effect according to the realistic SIC method for NOMA. Based on this analysis, we propose a new IPMMSE interference cancellation technique that modifies the weight of MMSE using interference signal information. In addition, we propose residual interference predicted MMSE (RIPMMSE) interference cancellation technique to remove residual interference, which can further improve system performance, based on IPMMSE interference cancellation and interference cancellation error analysis. The simulation results show that by considering the actual interference cancellation technique, the BER performance is lower than that of the conventional orthogonal multiple access (OMA) due to the interference cancellation error. However, compared with the conventional NOMA using zero forcing and MMSE interference cancellation, the proposed residual interference cancellation interference cancellation technique provides more improved performance. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크에서 SIC를 적용한 기본적인 NOMA 기법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a diagram for explaining a basic NOMA technique using an SIC in a downlink according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

셀룰러 하향링크에서 제2 사용자 단말(UE2)의 경우를 위한 연속적인 간섭제거를 이용한 기본적인 NOMA 기법은 도 1에서 도식화되고 있다. UEi (i=1, 2)인 경우 기지국(BS)에서의 전송정보를 si, 전송전력을 pi라 하면 UEi의 전송신호는 다음과 같다.A basic NOMA scheme using successive interference cancellation for the case of the second user terminal UE 2 in the cellular downlink is schematized in FIG. In case of UE i (i = 1,2), if the transmission information at base station (BS) is s i and the transmission power is p i , the transmission signal of UE i is as follows.

Figure 112016045053402-pat00001
(1)
Figure 112016045053402-pat00001
(One)

전송전력의 합은 p로 제한된다. 따라서 전송신호들은 다음과 같이 더해진다.The sum of transmit power is limited to p. Therefore, the transmission signals are added as follows.

(2) (2)

UEi에서 수신신호는 다음과 같다.The received signal at UE i is as follows.

Figure 112016045053402-pat00003
(3)
Figure 112016045053402-pat00003
(3)

여기서 hi는 UEi와 기지국 사이의 복소 채널 계수이다. 그리고 ni는 기지국간 간섭을 포함한 수신부 가우시안 노이즈를 의미한다. ni의 출력밀도는 No,i이다. NOMA 하향링크에서 디코딩 순서는 채널 이득을 노이즈와 셀간 간섭 전력으로 정규화한 값인 |hi|2/No,i가 증가하는 순서로 수행한다. 도 1에서의 UE2의 경우, |h1|2/No,1 > |h2|2/No,2 로 가정하며, 따라서 제1 사용자(UE1)는 우선 x2를 디코딩한 후, 수신신호 y1에서 이를 제거한다. 그리고 제2 사용자(UE2)는 송신전력이 적고 경로손실이 많은 x1신호를 간섭제거 하지 않고 바로 x2 신호를 디코딩한다. UEi의 처리량인 Ri는 다음과 같다.Where h i is the complex channel coefficient between UE i and the base station. And n i denotes the Gaussian noise of the receiver including the inter-base-station interference. The output density of n i is N o, i . In the NOMA downlink, the decoding order is a value obtained by normalizing the channel gain by noise and inter-cell interference power | h i | 2 / N o, i in ascending order. In the case of UE 2 in Fig. 1, | h 1 | 2 / N o, 1 > | h 2 | 2 / N o, 2 , so that the first user UE 1 first decodes x 2 and then removes it from the received signal y 1 . And a second user (UE 2) decodes the second signal x directly without removing the interference is much x1 signal path loss less transmission power. UE i of the throughput R i is:

Figure 112016045053402-pat00004
(4)
Figure 112016045053402-pat00004
(4)

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UE2 하향링크의 NOMA-MIMO 기법에 대한 전송기법 시나리오를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a transmission technique scenario for a NOMA-MIMO scheme of a UE 2 downlink according to an embodiment of the present invention.

비직교 사용자 멀티플렉싱을 고려함에도 불구하고 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 시그널링을 가정한다. 도 2는 2명의 UE 경우에서의 하향링크 NOMA-MIMO를 위한 전송기법 시나리오를 나타내며, 여기서 제1 사용자(UE1)는 셀 중심 사용자(cell center user)(다시 말해, 근접 사용자(near user)), 제2 사용자(UE2)는 셀 가장자리 사용자(cell edge user)(다시 말해, 원거리 사용자(far user))이다.
Assume orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signaling despite considering non-orthogonal user multiplexing. 2 shows a transmission technique scenario for downlink NOMA-MIMO in the case of two UEs where the first user UE 1 is a cell center user (i.e., a near user) , And the second user UE2 is a cell edge user (i.e., far user).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 NOMA-MIMO 기법에 대한 전송기 및 수신기의 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다. 3 is a block diagram of a transmitter and a receiver for a downlink NOMA-MIMO scheme according to an embodiment of the present invention.

기지국에 2개의 전송 안테나가 존재한다고 가정하고 각 안테나는 하나의 UE 신호를 전송한다. UEi를 위한 전송신호 xi 는 다음과 같다.Assuming that there are two transmit antennas in the base station, each antenna transmits one UE signal. The transmission signal x i for UE i is as follows.

Figure 112016045053402-pat00005
(5)
Figure 112016045053402-pat00005
(5)

여기서 pi는 할당된 전력, Si는 UEi에 전송된 데이터를 의미한다. 2x2 채널 H를 통해 전송된 후, 도 2에서 보여준 2명의 UE를 갖는 시스템은 다음과 같이 표현된다.Where p i is the allocated power and S i is the data transmitted to UE i . After being transmitted over the 2x2 channel H, the system with two UEs shown in FIG. 2 is expressed as follows.

Figure 112016045053402-pat00006
(6)
Figure 112016045053402-pat00006
(6)

여기서 ni (i=1,2)는 UEi에서의 수신부 가우시안 노이즈를 의미한다. 수신된 신호 UEi에서의 yi는 다음과 같이 표현된다.Where n i (i = 1, 2) denotes the Gaussian noise of the receiver in UE i . Y i of the received signal UE i is expressed as follows.

Figure 112016045053402-pat00007
(7)
Figure 112016045053402-pat00007
(7)

여기서 Hji는 기지국의 j번째 안테나와 i번째 수신기 사이 채널을 의미하고, UEj의 전송 신호인 xj는 UEi의 간섭신호로 작용하고, ni는 가우시안 노이즈를 의미한다. 수신한 이후, 신호는 전력 내림차순으로 순위가 매겨진다. 채널 추정(CE)은 전력 pj > pi(희망 신호의 전력)인 간섭신호 yji에 적용되며, 모든 간섭신호가 제거 될 때까지 연속적 간섭제거(SIC)가 사용되어, UEi의 추정수신신호인

Figure 112016045053402-pat00008
를 얻는다. 2명의 사용자가 존재하는 경우, 수학식(6)에서의 제1 사용자(UE1)와 제2 사용자(UE2)의 수신 신호는 각각 다음과 같다.Here, H ji denotes a channel between the j-th antenna and the i-th receiver of the base station, x j, which is a transmission signal of UE j , acts as an interference signal of UE i , and n i denotes Gaussian noise. After receiving, the signals are ranked in power descending order. Channel estimation (CE) is the power p j> p i is applied to the interference signal y ji (desired power of the signal), is a continuous interference cancellation (SIC) until all of the interference signal is removed using, received estimate of the UE i Signaling
Figure 112016045053402-pat00008
. When there are two users, the reception signals of the first user (UE 1 ) and the second user (UE 2 ) in Equation (6) are as follows.

Figure 112016045053402-pat00009
(8)
Figure 112016045053402-pat00009
(8)

NOMA는 사용자들(UEs)에 같은 자원을 공유하도록 허용하고 UE를 전력에 의해 차별화하기 때문에, 적은 전력의 UE가 사용자간 간섭을 제거하기 위해 간섭제거를 수행된다. 제2 사용자(UE2)는 보다 높은 전력을 갖는 원거리 사용자이므로 H21x2 요소는 간섭제거에 의해 y1으로부터 제거된다. 반면에 y2는 간섭제거 없이 직접 복조된다. 제안하는 방법에서는 현실적인 제로포싱과 MMSE 기준에 근거한 연속간섭제거 기법을 고려한다. 시스템 모델에서 가정한 바와 같이, 전력 p2 >> P1으로 가정함으로써, 제2 사용자(UE2)는 간섭의 제거 없이 직접적으로 신호를 검출한다. 제1 사용자(UE1)의 수신 신호 y1은 다음과 같다.Since the NOMA allows users (UEs) to share the same resources and differentiates the UEs by power, less power UEs perform interference cancellation to eliminate inter-user interference. Since the second user UE2 is a remote user with higher power, the H 21 x 2 element is removed from y 1 by interference cancellation. While y 2 is directly demodulated without interference rejection. The proposed method considers realistic zero-forcing and continuous interference cancellation based on MMSE criterion. As assumed in the system model, by assuming power p 2 > P 1 , the second user UE 2 detects the signal directly without eliminating interference. The received signal y 1 of the first user UE1 is as follows.

Figure 112016045053402-pat00010
(9)
Figure 112016045053402-pat00010
(9)

여기서 간섭은 H21

Figure 112016045053402-pat00011
s2이다. 채널H21의 가중치 팩터(weight factor)인
Figure 112016045053402-pat00012
Figure 112016045053402-pat00013
는 제로포싱 또는 MMSE 기준에 의해 각기 다음과 같이 구해지며, 이를 위하여 추정채널치인
Figure 112016045053402-pat00014
을 구하여 사용한다.Where the interference is H 21
Figure 112016045053402-pat00011
s 2 . The weight factor of channel H 21
Figure 112016045053402-pat00012
Wow
Figure 112016045053402-pat00013
Is obtained by zero-forcing or MMSE criterion as follows. For this purpose,
Figure 112016045053402-pat00014
.

Figure 112016045053402-pat00015
(10)
Figure 112016045053402-pat00015
(10)

이 방정식에서 윗첨자의 H 신호는 허미션 전치, 그리고 σ2 n1는 노이즈 n1의 분산을 의미한다. 그러면 추정 간섭신호는 다음과 같이 얻을 수 있다.In this equation, the superscript H signal is the Hermitian transpose, and σ 2 n1 is the variance of the noise n 1 . Then, the estimated interference signal can be obtained as follows.

Figure 112016045053402-pat00016
(11)
Figure 112016045053402-pat00016
(11)

수신 신호는 추정 간섭신호를 차감하여 갱신함으로써 다음과 같이 얻어진다.The received signal is obtained by subtracting the estimated interference signal and updating it as follows.

Figure 112016045053402-pat00017
(12)
Figure 112016045053402-pat00017
(12)

고전력 간섭을 제거한 이후, UE1은 원하는 신호인 s1을 갱신된 수신 신호로부터 검출할 수 있다.
After eliminating the high power interference, UE 1 can detect the desired signal s 1 from the updated received signal.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AWGN 채널 하에서 NOMA를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 PER 성능을 비교하는 그래프이다. FIG. 4 is a graph comparing PER performance when NOMA is applied and when it is not applied under an AWGN channel according to an embodiment of the present invention.

LLS에 의해 패킷오류율(PER)과 종래의 직교다중접속(OMA)과 NOMA의 처리량 성능을 비교한다. 앞서 언급된 2명 사용자 (UE) 경우를 위한 시스템 모델을 이용한다. NOMA를 사용하지 않는 종래의 OMA에서는 워터필링(Water filling, WF) 알고리즘에 따라 제1 사용자(UE1)(근접 사용자)의 전력 p1에 0.8을 할당하고 제2 사용자(UE2)(원거리 사용자)의 p2에 0.2를 할당한다. 그리고 NOMA에서는 전력제어(Power Control, PC)로 p1=0.2, p2=0.8을 할당한다. 링크레벨 시뮬레이션(LLS) 결과를 사용하여 시스템레벨 시뮬레이션(SLS)을 모사하였고, 여기에서 전력 할당은 NOMA를 적용한 경우와 그렇지 않은 경우를 위하여 경로 손실 대신 전력할당을 사용하였다. LTE 규격에 따른 시뮬레이션 파라미터를 표 1에 요약한다.LLS compares packet throughput performance (PER) with conventional orthogonal multiple access (OMA) and NOMA throughput performance. We use the system model for the two-user (UE) case mentioned above. Conventional OMA without NOMA allocates 0.8 to power p 1 of first user UE 1 (proximity user) and second user UE 2 (far user) according to a water filling (WF) in the p 2 allocates 0.2. And NOMA assigns p 1 = 0.2 and p 2 = 0.8 to power control (PC). Link-level simulation (LLS) results were used to simulate system-level simulation (SLS), where power allocation was used instead of path loss for power allocation with and without NOMA. Table 1 summarizes the simulation parameters according to LTE specification.

<표 1><Table 1>

Figure 112016045053402-pat00018
Figure 112016045053402-pat00018

도 4는 NOMA(case1)를 적용한 경우와 NOMA를 적용하지 않은 경우(case2)의 PER 성능을 보여주며, case2에서는 현실적인 제로포싱 간섭제거가 제1 사용자(UE1)를 위해 적용되었다.
FIG. 4 shows the PER performance of NOMA (case 1) and NOMA (case 2). In case 2, realistic zero-forcing interference cancellation is applied to the first user UE1.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 AWGN 채널 하에서 NOMA를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 처리량(throughput)을 비교하는 그래프이다. FIG. 5 is a graph comparing the throughput of NOMA with and without NOMA under an AWGN channel according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

PER에 따라 처리량 C는 다음과 같이 계산될 수 있다.Depending on the PER, the throughput C can be calculated as follows.

Figure 112016045053402-pat00019
(13)
Figure 112016045053402-pat00019
(13)

따라서 case1과 case2의 처리량은 도 5와 같이 나타난다. 경로손실이 고려되지 않는 링크레벨시뮬레이션에서 만약 NOMA가 없는 시나리오 하에 case1(p1=0.2, p2=0.8)과 case2(p1=0.8, p2=0.2)를 비교한다면, case1에서 제1 사용자(UE1)의 처리량은 case2에서의 제2 사용자(UE2)와 동일할 것이다. 그리고 case1 제2 사용자(UE2) 처리량은 case2의 제1 사용자(UE1)와 동일하다. 따라서 NOMA를 사용한 case1과 NOMA를 사용하지 않은 case2를 비교하는 것이 정당하다.Thus, the throughputs of cases 1 and 2 are shown in FIG. If at the link level simulation does not account for path loss compared to the case1 (p 1 = 0.2, p 2 = 0.8) and case2 (p 1 = 0.8, p 2 = 0.2) under a scenario there is no If NOMA, a first user in case1 throughput (UE 1) it will be equal to the second user (UE2) at the case2. And case1 second user (UE2) the throughput is the same as that of the first user (UE 1) of case2. Therefore, it is reasonable to compare case1 with NOMA and case2 without NOMA.

NOMA 성능을 측정하는 경우에는 도 4에 나타난 시뮬레이션으로부터, 제2 사용자(UE2)는 제1 사용자(UE1)로부터의 간섭보다 큰 전력을 갖는 정보를 감지할 수 있다. 반면에 NOMA를 적용하지 않는 case2의 경우, 제2 사용자(UE2)는 제1 사용자(UE1)로부터의 간섭신호보다 낮은 전력 때문에 정보를 감지할 수 없게 된다. 다른 한편으로는, NOMA를 이용한 제1 사용자(UE1)는 원하는 신호보다 간섭신호의 전력이 매우 높음에도 간섭제거를 적용함으로써 혜택을 얻을 수 있다. 반면 NOMA를 적용하지 않는 case2의 경우에는, 낮은 전력 사용자로부터 기인된 기존 간섭 때문에 제1 사용자(UE1)는 NOMA를 이용한 제2 사용자(UE2)와 유사한 성능을 갖는다. 도 5에서 나타난 결과와 같이, NOMA는 NOMA를 적용하지 않는 경우와 비교하여 총 처리량을 증가 시킬 수 있고, 근접 및 원거리 사용자 간의 형평성을 향상시킬 수 있다. 시뮬레이션에서 NOMA의 성능을 측정하기 위해, 전술된 수학식(4)에서 획득된 제1 사용자(UE1)의 한계값을 이용하여 다른 변조 기법 하에 제1 사용자(UE1)의 LLS 결과를 비교한다.
When measuring the performance NOMA is from a simulation shown in Figure 4, the second user (UE2) may sense information with greater power than the interference from the first user (UE 1). On the other hand, does not apply when the NOMA case2, the second user (UE2) will not be able to detect the information, because of the lower power than the interfering signal from the first user (UE 1). On the other hand, the first user (UE 1 ) using the NOMA can benefit from applying interference cancellation even if the power of the interference signal is much higher than the desired signal. On the other hand, in the case 2 in which the NOMA is not applied, the first user UE 1 has similar performance to the second user UE 2 using the NOMA because of the existing interference caused by the low power user. As shown in FIG. 5, the NOMA can increase the total throughput as compared with the case where the NOMA is not applied, and can improve the equality between the near and far users. In order to measure the performance of the NOMA in the simulation, the LLS results of the first user (UE 1 ) are compared under different modulation schemes using the limit values of the first user (UE 1 ) obtained in the above-mentioned equation (4) .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 변조 기법들을 사용하는 NOMA 하에서 제1 사용자(UE1)의 주파수 효율을 나타내는 그래프이다.Figure 6 is a graph illustrating the frequency efficiency of a first user (UE 1 ) under NOMA using other modulation techniques in accordance with an embodiment of the present invention.

코딩 기법은 컨볼루션 코드, 채널 환경은 단일경로 레일리 페이딩, 그리고 그 외의 시뮬레이션 파라미터는 표 1과 동일하다. 이러한 비교로부터, 모든 시뮬레이션 곡선은 한계값보다 낮고, 보다 높은 수준의 변조 기법을 이용할 때 높은 주파수 효율을 얻음을 나타낸다. 이로부터 LLS 결과와 향후 연구를 위한 분석의 타당성을 입증할 수 있다.
The convolutional code for the coding scheme, the single path Rayleigh fading for the channel environment, and other simulation parameters are the same as those in Table 1. From these comparisons, all simulation curves show lower threshold values and higher frequency efficiencies when using higher level modulation techniques. This confirms the validity of the LLS results and analysis for future research.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 AWGN 채널 하에서 간섭제거를 이용한 UE1 NOMA 에서의 데이터율 한계치를 나타내는 그래프이다. 7 is a graph illustrating a data rate threshold in UE 1 NOMA using interference cancellation under an AWGN channel in accordance with an embodiment of the present invention.

편의를 위하여, 앞서 설명된 것과 같은 NOMA-MIMO 전송 시나리오를 이용한다. 제1 사용자(UE1)(근접 사용자)에서, 간섭제거는 제2 사용자(UE2)로부터의 간섭을 제거하기 위해 적용된다. AWGN 채널에서, 제1 사용자(UE1)에 수신된 신호는 다음과 같다.For convenience, the NOMA-MIMO transmission scenario as described above is used. At the first user (UE 1 ) (neighboring user), interference cancellation is applied to eliminate interference from the second user (UE2). In the AWGN channel, the signal received at the first user (UE 1 ) is as follows.

Figure 112016045053402-pat00020
(14)
Figure 112016045053402-pat00020
(14)

x1보다 x2의 전력이 높기 때문에, x2는 우선 복조된다. 제1 사용자(UE1)에서 x2가 복조될 때, x1은 간섭요소가 된다.Since x 1 higher than the power of the x 2, x 2 is demodulated first. When x 2 is demodulated in the first user (UE 1 ), x 1 becomes an interference element.

Figure 112016045053402-pat00021
(15)
Figure 112016045053402-pat00021
(15)

여기서 i1_AWGN은 x2 간섭과 노이즈의 합이고, 제1 사용자(UE1)에서 x2 복조 신호를

Figure 112016045053402-pat00022
라고 가정한다. 이 경우 잡음 증폭 비 (Noise Enhancement Ratio)는 다음과 같다.Where i is the sum of x 2 1_AWGN interference and noise, the first user (UE 1) to x 2 in the demodulation signal,
Figure 112016045053402-pat00022
. In this case, the noise enhancement ratio is as follows.

Figure 112016045053402-pat00023
(16)
Figure 112016045053402-pat00023
(16)

이후

Figure 112016045053402-pat00024
는 y1으로부터 제거되기 위해서 재변조되고, 간섭제거 이후의 x2 수신 신호는 다음과 같다.after
Figure 112016045053402-pat00024
Is remodulated to be removed from y 1 , and the x 2 received signal after interference cancellation is:

Figure 112016045053402-pat00025
(17)
Figure 112016045053402-pat00025
(17)

Figure 112016045053402-pat00026
는 재변조된 신호이고,
Figure 112016045053402-pat00027
성분은 간섭제거 이후 x1의 잔여 간섭이다. x1의 잔여간섭 전력은 다음과 같다.
Figure 112016045053402-pat00026
Lt; / RTI &gt; is a remodulated signal,
Figure 112016045053402-pat00027
The component is the residual interference of x 1 after interference cancellation. The residual interference power of x 1 is as follows.

Figure 112016045053402-pat00028
(18)
Figure 112016045053402-pat00028
(18)

여기서

Figure 112016045053402-pat00029
는 신호 대 간섭과 노이즈의 합의 비(SINR)이고,
Figure 112016045053402-pat00030
는 완벽한 간섭제거를 이용한 경우 x2의 신호 대 잡음비(SNR)를 의미한다.here
Figure 112016045053402-pat00029
(SINR) of the sum of signal-to-interference and noise,
Figure 112016045053402-pat00030
Means the signal-to-noise ratio (SNR) of x 2 when perfect interference cancellation is used.

그러므로 현실적인 간섭제거기술을 x2에 적용한 경우 제1 사용자(UE1)의 한계값은 다음과 같다.Therefore, when the practical interference cancellation technique is applied to x 2 , the limit value of the first user (UE 1 ) is as follows.

Figure 112016045053402-pat00031
(19)
Figure 112016045053402-pat00031
(19)

도 7은 현실적인 간섭제거 하의 UE1 NOMA에서의 간섭제거 오류로 인한 손실을 완벽한 간섭제거와 비교하여 보여준다.
Figure 7 shows loss due to interference cancellation error in UE 1 NOMA under realistic interference cancellation compared to complete interference cancellation.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일리 채널 하에서 제로포싱 간섭제거를 적용한 시스템의 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다. 8 is a block diagram of a system applying zero forcing interference cancellation under a Rayleigh channel in accordance with an embodiment of the present invention.

AWGN 채널과의 차이로, 다양한 간섭제거 기법은 채널 추정(CE)의 본질 때문에 레일리 채널에서 사용될 수 있다. 우선, 단일경로 레일리 채널에서의 제로포싱 간섭제거 성능을 분석한다. AWGN 경우와 유사하게, 제로포싱 간섭제거는 도 8에 묘사된 제2 사용자(UE2) 신호로부터의 간섭을 제거하기 위해 적용된다. 제1 사용자(UE1)를 위해 수신된 신호는 다음과 같다.In contrast to the AWGN channel, various interference cancellation schemes can be used in the Rayleigh channel due to the nature of channel estimation (CE). First, we analyze the performance of zero-forcing interference cancellation in a single-path Rayleigh channel. Similar to the AWGN case, zero-forcing interference cancellation is performed by the second user UE2, depicted in FIG. 8, To remove interference from the signal. The signal received for the first user UE1 is as follows.

Figure 112016045053402-pat00032
(20)
Figure 112016045053402-pat00032
(20)

여기서 H11과 H21은 각각 x1과 x2를 위한 채널계수이다. 그리고 x2의 상대적으로 큰 파워 때문에, x2는 우선 복조된다. 제1 사용자(UE1)에서 x2가 복조될 때, H11x1은 간섭이 된다. x2를 위한 (완벽한) 제로포싱 간섭제거 이후의 신호는 수학식 (21)과 같다. 여기서 i1_ZF은 x2 간섭과 잡음의 합이고, 제1 사용자(UE1)에서의 복조된 x2 신호를

Figure 112016045053402-pat00033
로 가정한다. 제1 사용자(UE1)에서 복조할 때 잡음 증폭 비 (Noise Enhancement Ratio)는 수학식 (22)와 같다.Where H 11 and H 21 are the channel coefficients for x 1 and x 2 , respectively. And because of the relatively large power x 2, x 2 is demodulated first. When x 2 is demodulated in the first user UE1, H11x1 becomes interference. The signal after (perfect) zero forcing interference cancellation for x 2 is as shown in equation (21). Where i is the sum of x 2 1_ZF interference and noise, the demodulated signal x 2 in a first user (UE1)
Figure 112016045053402-pat00033
. The noise enhancement ratio when demodulating in the first user UE1 is expressed by Equation (22).

Figure 112016045053402-pat00034
(21)
Figure 112016045053402-pat00034
(21)

Figure 112016045053402-pat00035
(22)
Figure 112016045053402-pat00035
(22)

다음으로

Figure 112016045053402-pat00036
가 재변조 되고, y1으로부터 이 신호를 제거하기 위해 채널 계수 H21을 이용해 곱하면, x2를 위한 제로포싱 간섭제거 이후 수신된 신호는 다음과 같다.to the next
Figure 112016045053402-pat00036
Is modulated and multiplied by the channel coefficient H 21 to remove this signal from y 1 , the received signal after zero forcing interference cancellation for x 2 is:

Figure 112016045053402-pat00037
(23)
Figure 112016045053402-pat00037
(23)

여기서

Figure 112016045053402-pat00038
는 재변조된 신호,
Figure 112016045053402-pat00039
성분은 제로포싱 간섭제거 이후 x1의 잔여 간섭이다. x1에서의 잔여 간섭의 전력은 다음과 같다.here
Figure 112016045053402-pat00038
Modulated signal,
Figure 112016045053402-pat00039
The component is the residual interference of x 1 after zero forcing interference cancellation. The power of the residual interference at x 1 is

Figure 112016045053402-pat00040
(24)
Figure 112016045053402-pat00040
(24)

여기서

Figure 112016045053402-pat00041
은 SINR, 그리고
Figure 112016045053402-pat00042
은 완벽한 간섭제거 시의 x2의 SNR이다. 그러므로 x2의 제로포싱 간섭제거 이후 제1 사용자(UE1)에서의 한계값은 다음과 같다.here
Figure 112016045053402-pat00041
Is the SINR, and
Figure 112016045053402-pat00042
Is the SNR of x 2 at perfect interference cancellation. Therefore, the limit value of the interference cancellation after the forcing of x 2 zero first user (UE1) is as follows.

Figure 112016045053402-pat00043
(25)
Figure 112016045053402-pat00043
(25)

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일경로 레일리 채널 하의 제로포싱 간섭제거를 이용한 UE1 NOMA에서의 데이터율 한계치와 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 9 is a diagram illustrating a data rate threshold and simulation results in UE 1 NOMA using zero forcing interference cancellation under a single path Rayleigh channel according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 데이터율 한계치와 시뮬레이션 곡선과의 차이는 완벽한 간섭제거 경우와 비교하여 현실적인 간섭제거를 적용함으로써 생기는 손실에 기인한다.
Referring to FIG. 9, the difference between the data rate threshold and the simulation curve is due to the loss caused by applying realistic interference cancellation as compared to the perfect interference cancellation case.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 예측 기반 MMSE (IPMMSE와 RIPMMSE) 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 10 is a flowchart illustrating a non-orthogonal multiple access method applying an interference prediction based MMSE (IPMMSE and RIPMMSE) interference cancellation technique according to an embodiment of the present invention.

제안하는 간섭 예측 기반 MMSE 간섭 제거 기법을 적용한 비직교 다중 접속 방법은 제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 제1 사용자에서 최소평균자승에러의 간섭제거가 적용되는 단계(1010), 상기 제2 사용자를 위한 전송신호와 잡음 합에 대한 간섭을 구하는 단계(1020), 상기 간섭을 고려하여 IPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계(1030), 상기 IPMMSE 가중치 팩터에 의한 최소평균자승에러의 채널을 추정하는 단계(1040), 상기 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구하는 단계(1050), 상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 파워를 구하는 단계(1060), 상기 잔여 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계(1070)를 포함한다. In the non-orthogonal multiple access method using the proposed interference prediction based MMSE interference cancellation scheme, interference cancellation of a minimum mean square error is applied (1010) in a first user to remove interference from a second user, A step 1030 of obtaining an IPMMSE weight factor in consideration of the interference, a step 1030 of estimating a channel of a minimum mean square error by the IPMMSE weight factor, Modulating the demodulated signal by the first user and obtaining a received signal after removing the interference of the minimum mean square error with respect to the transmission signal for the second user, Obtaining a power of residual interference for the signal (1060), and obtaining (1070) a RIPMMSE weighting factor to remove the residual interference.

단계(1010)에서, 제1 사용자에서 최소 평균 자승 간섭제거가 제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 적용된다. 이때, 제2 사용자를 위한 전송신호를 먼저 복조 한 뒤, 제1 사용자를 위한 전송신호를 복조한다. 그리고, 제2 사용자를 위한 전송신호의 채널계수에 대한 최소평균자승에러의 가중치 팩터를 구한다.
At step 1010, the minimum mean square interference cancellation at the first user is applied to cancel the interference from the second user. At this time, the transmission signal for the second user is first demodulated and then the transmission signal for the first user is demodulated. Then, the weight factor of the minimum mean square error with respect to the channel coefficient of the transmission signal for the second user is obtained.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일리 채널 하에서 MMSE 간섭제거를 적용한 시스템의 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.11 is a block diagram of a system applying MMSE interference cancellation under a Rayleigh channel according to an embodiment of the present invention.

제로포싱 간섭제거 분석과 유사하게, 단일경로 레일리 채널 하에서 최소 평균자승 에러 간섭제거의 성능을 분석한다. 제1 사용자(UE1)에서, 최소 평균 자승 간섭제거는 도 11에서 설명된 바와 같이 제2 사용자(UE2)로부터의 간섭을 제거하기 위해 적용된다. 제1 사용자(UE1)의 수신 신호는 다음과 같다.Similar to zero-forcing interference cancellation analysis, we analyze the performance of least mean square error interference cancellation under a single-path Rayleigh channel. In the first user UE1, the minimum mean square interference cancellation is applied to eliminate interference from the second user UE2 as described in FIG. The received signal of the first user UE1 is as follows.

Figure 112016045053402-pat00044
(26)
Figure 112016045053402-pat00044
(26)

여기서 H11과 H21은 각각 x1과 x2를 위한 채널 계수이다. 그리고 x2의 상대적으로 큰 파워 때문에, x2는 우선 복조된다. x2가 제1 사용자(UE1)에서 복조될 때, H11x1은 간섭이 된다. 여기에서, 완벽한 간섭추정을 가정하면, 채널 H21을 위한 최소평균자승에러 가중치 팩터는 다음과 같다.Where H 11 and H 21 are the channel coefficients for x 1 and x 2 , respectively. And because of the relatively large power x 2, x 2 is demodulated first. When x 2 is demodulated in the first user UE1, H11x1 becomes interference. Here, assuming perfect interference estimation, the minimum mean square error weight factor for channel H 21 is:

Figure 112016045053402-pat00045
(27)
Figure 112016045053402-pat00045
(27)

x2를 위한 (완벽한) 최소평균자승에러 채널추정은 다음과 같다.The (perfect) minimum mean square error channel estimate for x 2 is

Figure 112016045053402-pat00046
(28)
Figure 112016045053402-pat00046
(28)

여기서 i1_MMSE는 x2 간섭과 잡음의 합이고, 제1 사용자(UE1)에서 x2 복조된 신호를

Figure 112016045053402-pat00047
라 가정하면, 제1 사용자(UE1)에서 x2를 복조할 때 잡음 증폭 비 (Noise Enhancement Ratio)는 다음과 같다.Where i is the sum of x 2 1_MMSE interference and noise, of x 2 in a first user (UE1) Demodulated signal
Figure 112016045053402-pat00047
La Assuming, first noise amplification ratio (Enhancement Noise Ratio) is as follows: When demodulating the x 2 from the user (UE1).

Figure 112016045053402-pat00048
(29)
Figure 112016045053402-pat00048
(29)

다음으로,

Figure 112016045053402-pat00049
가 재변조 되고 y1로부터의 이 신호를 제거하기 위해 채널 계수 H21을 이용해 곱하면, x2를 위한 최소평균자승에러 간섭제거 이후 수신된 신호는 다음과 같다.to the next,
Figure 112016045053402-pat00049
The re-modulated and multiplied with the channel coefficients H 21 in order to remove this signal from the y 1, the received signal interference, the minimum mean square error after removal for x 2 is as follows.

Figure 112016045053402-pat00050
(30)
Figure 112016045053402-pat00050
(30)

여기서

Figure 112016045053402-pat00051
는 재변조된 신호,
Figure 112016045053402-pat00052
성분은 최소평균자승에러 간섭제거 이후 x1의 잔여 간섭이다. x1에서의 잔여 간섭의 전력은 다음과 같다.here
Figure 112016045053402-pat00051
Modulated signal,
Figure 112016045053402-pat00052
The component is the residual interference of x 1 after the least mean square error interference cancellation. The power of the residual interference at x 1 is

Figure 112016045053402-pat00053
(31)
Figure 112016045053402-pat00053
(31)

여기서

Figure 112016045053402-pat00054
은 SINR, 그리고
Figure 112016045053402-pat00055
은 완벽한 간섭제거 시의 x2의 SNR이다. 그러므로 x2의 최소평균자승에러 간섭제거 이후 제1 사용자(UE1)에서의 한계값은 다음과 같다.here
Figure 112016045053402-pat00054
Is the SINR, and
Figure 112016045053402-pat00055
Is the SNR of x 2 at perfect interference cancellation. Therefore, a minimum mean square error after removing the interference threshold value of x 2 in a first user (UE1) is as follows.

Figure 112016045053402-pat00056
(32)
Figure 112016045053402-pat00056
(32)

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일경로 레일리 채널 하에서 현실적인 제로포싱과 최소평균자승에러 간섭제거를 이용한 UE1 NOMA의 데이터율 한계치 및 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.12 is a graph showing a data rate limit value and simulation result of UE 1 NOMA using realistic zero forcing and minimum mean square error interference cancellation under a single path Rayleigh channel according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 양자의 데이터율 한계치와 시뮬레이션 곡선은 제로 포싱 간섭제거의 경우와 비교한 최소평균자승에러 간섭제거의 이득을 보여준다.
Referring to FIG. 12, both the data rate limits and the simulation curves show the benefit of the least mean square error interference cancellation compared to the case of zero forcing interference cancellation.

단계(1020)에서, 제2 사용자를 위한 간섭과 잡음의 합을 구하고, 최소평균자승에러 간섭제거 분석에 기초하여, NOMA의 링크레벨 성능을 향상시키기 위한 간섭신호의 정보를 사용함으로써, 수정된 최소평균자승에러 가중치 팩터를 제안한다. 수학식(28)로부터, x2를 위한 최소평균자승에러 채널 추정 이후, x2 간섭과 잡음의 합은 다음과 같이 얻을 수 있다.By using the information of the interference signal to improve the link level performance of the NOMA based on the sum of interference and noise for the second user and based on the minimum mean square error interference cancellation analysis in step 1020, We propose an average squared error weight factor. From equation (28), after the minimum mean square error channel estimate for x 2 , the sum of x 2 interference and noise can be obtained as:

Figure 112016045053402-pat00057
(33)
Figure 112016045053402-pat00057
(33)

단계(1030)에서, x2를 복조하기 위한 백그라운드 노이즈를 i1_MMSE로 가정할 수 있고, 따라서 IPMMSE 가중치 팩터는 다음과 같다.In step 1030, it is possible to assume that the background noise for demodulating a i x 2 1_MMSE, therefore IPMMSE weight factor is:

Figure 112016045053402-pat00058
(34)
Figure 112016045053402-pat00058
(34)

여기서 σ2 i1_MMSE는 i1_MMSE의 분산으로부터 얻을 수 있다. Where σ 2 i1_MMSE can be obtained from the variance of i 1_MMSE .

Figure 112016045053402-pat00059
(35)
Figure 112016045053402-pat00059
(35)

여기서 기호 E는 기대치를 나타낸다. Here, the symbol E indicates an expected value.

그리고, 단계(1040)에서, IPMMSE 가중치 팩터에 의한 최소평균자승에러의 채널을 추정한다. Then, in step 1040, the channel of the minimum mean square error by the IPMMSE weight factor is estimated.

이후 단계(1050)에서, 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구한다. Then, in step 1050, the demodulated signal is re-modulated by the first user and a received signal is obtained after interference cancellation of the minimum mean square error is performed on the transmission signal for the second user.

이때, 제1 사용자를 위해 수신된 신호에서 재변조된 제1 사용자에서 복조된 신호를 제거하기 위해 제2 사용자를 위한 채널계수를 이용하여 곱한다. At this time, the demodulated signal is multiplied by the channel coefficient for the second user to remove the demodulated signal from the first user remodulated from the received signal for the first user.

수학식(35)를 미분한 후, 간섭을 고려함으로써 최소평균자승에러 가중치 팩터를 수정할 수 있다. 이것은 이러한 알고리즘을 실용적으로 만들 수 있다. 수학식 (28)은 다음과 같이 교체될 수 있다.After differentiating equation (35), the minimum mean square error weight factor can be modified by considering interference. This makes these algorithms practical. The equation (28) can be replaced as follows.

Figure 112016045053402-pat00060
(36)
Figure 112016045053402-pat00060
(36)

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 종래의 OMA와 단일경로 레일리 페이딩 채널 하에서의 다른 간섭제거 기법들을 이용한 NOMA을 사용하는 경우의 제1 사용자(UE1)에 대한 IPMMSE와의 성능비교 BER 그래프이다.FIG. 13 is a graph of performance comparison BER versus IPMMSE for a first user UE1 using NOMA using conventional interference cancellation schemes under OMA and other interference cancellation schemes according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 시뮬레이션에서 사용된 변조와 코딩기법은 1/3 컨볼루션 코드를 이용한 QPSK이다. 이러한 시뮬레이션 결과를 통해, OMA 시그널링을 위한 간섭이 없기 때문에 OMA가 최고의 BER 성능을 가진 것을 발견하였다. NOMA 경우, 가장 낮은 복잡도를 가짐에도 제로포싱 간섭제거는 최악의 BER을 보인다. 그리고 이전 분석과 일치하게, 최소평균자승에러 간섭제거는 제로포싱 간섭제거보다 나은 BER 성능을 보여주었다. Referring to FIG. 13, the modulation and coding scheme used in the simulation is QPSK using a 1/3 convolutional code. From these simulation results, we found that OMA has the best BER performance because there is no interference for OMA signaling. In the case of NOMA, zero-forcing interference cancellation exhibits the worst BER even with the lowest complexity. And, consistent with previous analysis, minimum mean square error interference cancellation showed better BER performance than zero forcing interference cancellation.

결국 제안된 IPMMSE 간섭제거는 간섭신호의 효과를 고려하기 때문에 NOMA 간섭제거 기법 가운데 최고의 BER 성능을 제공한다. 목표 BER이 10-3일 때, IPMMSE 간섭제거 기법은 제로포싱 간섭제거 기법 대비 약 1dB, MMSE 간섭제거 기법 대비 0.2dB 정도 우수한 성능을 보인다.Finally, the proposed IPMMSE interference cancellation provides the best BER performance among the NOMA interference cancellation schemes because it takes into account the effect of interference signals. When the target BER is 10 -3 , the IPMMSE interference cancellation technique is about 1dB compared to the zero-forcing interference cancellation technique and about 0.2dB compared with the MMSE interference cancellation technique.

단계(1060)에서, 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 파워를 구한다. 최소평균자승에러의 간섭제거 이후의 제2 사용자를 위한 전송신호의 SNR을 이용하여 상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대한 잔여 간섭의 파워를 구하고, 이후 상기 제1 사용자를 위한 전송신호를 복조한다. In step 1060, the power of the residual interference is determined for the transmission signal for the first user. The residual interference power for the transmission signal for the first user is obtained using the SNR of the transmission signal for the second user after the interference cancellation of the minimum mean square error and then the transmission signal for the first user is demodulated .

간섭제거 효과의 분석을 기초하여, IPMMSE 채널추정 이후, 제1 사용자(UE1)에서 x2를 복조할 때 잡음 증폭 비 (Noise Enhancement Ratio)는 다음과 같다.Based on the analysis of the interference cancellation effect, after the IPMMSE channel estimation, the noise enhancement ratio when demodulating x 2 in the first user UE1 is as follows.

Figure 112016045053402-pat00061
(37)
Figure 112016045053402-pat00061
(37)

그러면 x1을 위한 잔여 간섭의 전력은 다음과 같다.Then the power of the residual interference for x 1 is

Figure 112016045053402-pat00062
(38)
Figure 112016045053402-pat00062
(38)

여기서

Figure 112016045053402-pat00063
은 SINR,
Figure 112016045053402-pat00064
은 완벽한 간섭제거를 한 경우 x2의 SNR이다. here
Figure 112016045053402-pat00063
Lt; / RTI &gt;
Figure 112016045053402-pat00064
Is the SNR of x 2 for perfect interference cancellation.

단계(1070)에서, 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구한다. 이때, 잔여 간섭과 잡음 합의 분산을 이용하여 구하고, RIPMMSE 가중치 팩터를 미분하여 잔여 간섭의 전력을 고려함으로써 최소평균자승에러의 가중치 팩터를 갱신한다. In step 1070, a RIPMMSE weight factor is calculated to remove interference. At this time, the weight factor of the minimum mean square error is updated by taking the residual interference and the variance of the noise sum, and by taking the residual interference power into account by differentiating the RIPMMSE weight factor.

다시 말해, 다음 단계는 x1을 복조하는 것이고, 잔여 간섭을 제거하기 위해 잔여 간섭이 예측된 MMSE(RIPMMSE) 간섭제거를 제안한다. 채널 H11을 위한 RIPMMSE 가중치 팩터는 다음과 같다.In other words, the next step is to demodulate x 1 and suggest MMSE (RIPMMSE) interference cancellation where residual interference is predicted to eliminate residual interference. The RIPMMSE weight factor for channel H 11 is:

Figure 112016045053402-pat00065
(39)
Figure 112016045053402-pat00065
(39)

여기서

Figure 112016045053402-pat00066
는 잔여간섭과 잡음 합의 분산으로부터 획득된다.here
Figure 112016045053402-pat00066
Is obtained from the variance of residual interference and noise sum.

Figure 112016045053402-pat00067
(40)
Figure 112016045053402-pat00067
(40)

수학식(40)을 미분한 후, 잔여 간섭의 전력을 고려함으로써 MMSE의 가중치 팩터를 갱신할 수 있다. 이것은 알고리즘을 실현 가능하도록 한다.
After differentiating (40), the weight factor of the MMSE can be updated by considering the power of the residual interference. This makes the algorithm feasible.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 경로 레일리 페이딩 채널 하에서 종래의 OMA 및 다른 간섭제거 기법의 NOMA을 사용하는 경우의 제1 사용자(UE1)에 대한 RIPMMSE외의 BER 성능비교를 나타내는 그래프이다. FIG. 14 is a graph illustrating a comparison of BER performance for RIMMs other than RIPMMSE for a first user UE1 using a conventional OMA and other interference cancellation techniques under a single path Rayleigh fading channel according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 시뮬레이션에서 사용된 변조와 코딩 기법은 1/3 컨볼루션 코드를 이용한 QPSK이다. 시뮬레이션결과는 NOMA를 위한 IPMMSE 간섭제거 보다 RIPMMSE 간섭제거가 보다 BER 성능을 향상시킬 수 있다는 점을 보여준다.Referring to FIG. 14, the modulation and coding scheme used in the simulation is QPSK using a 1/3 convolutional code. Simulation results show that RIPMMSE interference cancellation can improve BER performance more than IPMMSE interference cancellation for NOMA.

목표 BER이 10-3일 때, RIPMMSE 간섭제거 기법은 제로포싱 간섭제거 기법 대비 약 1.5dB, MMSE 간섭제거 기법 대비 0.5dB 정도의 이득을 제공한다. 그리고 이와 같은 이론에 근거하여, 3명의 사용자를 갖는 NOMA 시스템의 경우, 최소평균자승에러 가중치 팩터는 보다 BER 성능을 향상시키기 위해 3회 업데이트 될 수 있다.When the target BER is 10 -3 , the RIPMMSE interference cancellation technique provides a gain of about 1.5 dB compared to the zero-forcing interference cancellation technique and about 0.5 dB compared to the MMSE interference cancellation technique. And based on this theory, for a NOMA system with three users, the minimum mean square error weight factor can be updated three times to further improve BER performance.

제안하는 완벽한 또는 현실적인 연속적 간섭제거 기법의 경우에서 비직교 멀티플렉싱 접속(NOMA)-다중입력 다중출력(MIMO) 시스템의 성능을 최대한 활용하였고, NOMA를 위한 간섭제거 기법에 대한 연구의 필요성을 명확히 하였다. 많은 선행 연구가 NOMA에 집중하여 왔기 때문에, 약간의 조사 주제, 현실적인 연속적 간섭제거의 이용과 간섭제거에 의한 오류효과와 같은 연구는 여전히 초기 단계이거나 완전히 진행되지 않은 상태이다. 제안하는 방법에서는, NOMA에서의 제로포싱과 최소평균자승 연속적 간섭제거 기법과 관계된 에러 분석을 수행하였고, 이러한 분석을 기초로 간섭신호 정보를 이용해 MMSE 가중치 팩터를 예측함으로써 새로운 IPMMSE 간섭제거 기법을 제안하였다. 추가적으로 IPMMSE 간섭제거 기법과 간섭제거 오류 효과의 분석에 기초하여, 보다 시스템 성능을 향상시키기 위한 RIPMMSE 간섭제거를 제안하였다. 단일경로 레일리 채널 하에서 2명 사용자의 경우 NOMA-MIMO 시스템을 위한 링크레벨 성능평가 결과를 제공하고, 시뮬레이션 결과는 RIPMMSE IC 기법이 목표 BER이 10-3일 때 제로포싱과 MMSE 간섭제거 기법 대비 각각 1.5dB와 0.5dB 정도 성능을 향상시키는 것을 보여준다.
In the case of the proposed perfect or realistic continuous interference cancellation technique, the performance of the non - orthogonal multiplexing access (NOMA) - multiple - input multiple - output (MIMO) system is maximized and the need for research on the interference cancellation technique for the NOMA is clarified. Since many prior studies have focused on NOMA, studies such as some research themes, the use of realistic continuous interference cancellation, and error effects due to interference cancellation are still at an early stage or not fully progressed. In the proposed method, we perform error analysis related to zero forcing and minimum mean square successive interference cancellation in NOMA, and propose a new IPMMSE interference cancellation technique by predicting the MMSE weight factor using the interference signal information based on this analysis . In addition, based on analysis of IPMMSE interference cancellation technique and interference cancellation error effect, RIPMMSE interference cancellation is proposed to improve system performance. For a single path Rayleigh channel 2 under the users provide a link-level performance evaluation results for NOMA-MIMO system, the simulation results show that the IC technique RIPMMSE each target BER of 10 -3 compared technique zero forcing and MMSE interference removal when 1.5 dB and 0.5dB, respectively.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (8)

비직교 다중 접속 방법에 있어서,
제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 제1 사용자에서 최소평균자승에러의 간섭제거가 적용되는 단계;
상기 제2 사용자를 위한 전송신호와 잡음 합에 대한 간섭을 구하는 단계;
상기 간섭을 고려하여 IPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계;
상기 IPMMSE 가중치 팩터에 의한 최소평균자승에러의 채널을 추정하는 단계;
상기 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구하는 단계;
상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 전력을 구하는 단계; 및
상기 잔여 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계
를 포함하고,
상기 잔여 간섭을 제거하기 위해 RIPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계는,
잔여 간섭과 잡음 합의 분산을 이용하여 구하고, 상기 RIPMMSE 가중치 팩터를 미분하여 잔여 간섭의 전력을 고려함으로써 최소평균자승에러의 가중치 팩터를 갱신하고, 채널 H11을 위한 RIPMMSE 가중치 팩터는 하기 식을 이용하고,
Figure 112017070142624-pat00082

여기에서, Hji는 기지국의 j번째 안테나와 i번째 수신기 사이 채널이고,
Figure 112017070142624-pat00083
는 잔여간섭과 잡음 합의 분산으로부터 획득되는
비직교 다중 접속 방법.
In a non-orthogonal multiple access method,
Applying interference cancellation of a minimum mean square error at a first user to remove interference from a second user;
Obtaining interference for a transmission signal and a noise sum for the second user;
Obtaining an IPMMSE weight factor in consideration of the interference;
Estimating a channel of a minimum mean square error by the IPMMSE weight factor;
Modulating a signal demodulated by the first user and obtaining a received signal after eliminating interference of a minimum mean square error with respect to a transmission signal for the second user;
Obtaining a power of residual interference for a transmission signal for the first user; And
Obtaining a RIPMMSE weight factor to remove the residual interference
Lt; / RTI &gt;
The step of obtaining a RIPMMSE weight factor to remove the residual interference comprises:
The RIPMMSE weight factor is calculated by using the residual interference and the noise sum dispersion, the weight factor of the minimum mean square error is updated by considering the residual interference power by differentiating the RIPMMSE weight factor, and the RIPMMSE weight factor for the channel H 11 is calculated using the following equation ,
Figure 112017070142624-pat00082

Where H ji is the channel between the jth antenna and the i th receiver of the base station,
Figure 112017070142624-pat00083
Is obtained from the variance of residual interference and noise sum
Non - orthogonal multiple access method.
제1항에 있어서,
상기 제1 사용자에서 최소 평균 자승 간섭제거가 제2 사용자로부터의 간섭을 제거하기 위해 적용되는 단계는,
상기 제2 사용자를 위한 전송신호를 먼저 복조 한 뒤, 제1 사용자를 위한 전송신호를 복조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호의 채널계수에 대한 최소평균자승에러의 가중치 팩터를 구하는
비직교 다중 접속 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the minimum mean square interference cancellation at the first user is applied to remove interference from the second user,
Demodulates the transmission signal for the first user after first demodulating the transmission signal for the second user and obtains a weight factor of the minimum mean square error with respect to the channel coefficient of the transmission signal for the second user
Non - orthogonal multiple access method.
제1항에 있어서,
상기 제2 사용자를 위한 전송신호와 잡음 합에 대한 간섭을 구하는 단계는,
상기 제2 사용자를 위한 전송신호를 복조하기 위한 배경잡음을 상기 제2 사용자를 위한 전송신호와 잡음 합에 대한 간섭으로 가정하는
비직교 다중 접속 방법.
The method according to claim 1,
The method of claim 1, wherein the obtaining of the interference of the transmission signal and the noise sum for the second user comprises:
The background noise for demodulating the transmission signal for the second user is assumed to be the interference for the transmission signal for the second user and the noise sum
Non - orthogonal multiple access method.
제1항에 있어서,
상기 간섭을 고려하여 IPMMSE 가중치 팩터를 구하는 단계는,
상기 제2 사용자를 위한 전송신호와 잡음 합에 대한 간섭의 분산을 이용하여 구하는
비직교 다중 접속 방법.
The method according to claim 1,
The step of obtaining an IPMMSE weight factor in consideration of the interference includes:
Using the variance of the interference of the transmission signal and the noise sum for the second user
Non - orthogonal multiple access method.
제1항에 있어서,
상기 제1 사용자에서 복조된 신호를 재변조하고, 상기 제2 사용자를 위한 전송신호에 대하여 최소평균자승에러의 간섭제거 이후 수신된 신호를 구하는 단계는,
상기 제1 사용자를 위해 수신된 신호에서 상기 재변조된 제1 사용자에서 복조된 신호를 제거하기 위해 상기 제2 사용자를 위한 채널계수를 이용하여 곱하는
비직교 다중 접속 방법.
The method according to claim 1,
Modulating the demodulated signal by the first user and obtaining a received signal after removing the interference of the minimum mean square error with respect to the transmission signal for the second user,
Using a channel coefficient for the second user to remove a demodulated signal from the remodulated first user in a received signal for the first user
Non - orthogonal multiple access method.
제1항에 있어서,
상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대하여 잔여 간섭의 전력을 구하는 단계는,
최소평균자승에러의 간섭제거 이후의 제2 사용자를 위한 전송신호의 SNR을 이용하여 상기 제1 사용자를 위한 전송신호에 대한 잔여 간섭의 전력을 구하고, 이후 상기 제1 사용자를 위한 전송신호를 복조하는
비직교 다중 접속 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of determining the residual interference power for the transmission signal for the first user comprises:
The residual interference power for the transmission signal for the first user is obtained using the SNR of the transmission signal for the second user after the interference cancellation of the minimum mean square error and then the transmission signal for the first user is demodulated
Non - orthogonal multiple access method.
삭제delete 삭제delete
KR1020160057730A 2016-05-11 2016-05-11 Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes KR101800959B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160057730A KR101800959B1 (en) 2016-05-11 2016-05-11 Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160057730A KR101800959B1 (en) 2016-05-11 2016-05-11 Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170127286A KR20170127286A (en) 2017-11-21
KR101800959B1 true KR101800959B1 (en) 2017-11-22

Family

ID=60808818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160057730A KR101800959B1 (en) 2016-05-11 2016-05-11 Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101800959B1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102074569B1 (en) * 2018-02-20 2020-02-06 세종대학교산학협력단 Techniques of adaptive allocation of frequency and power for multi-user scheduling in multi-cell non-orthogonal multiple access network
TR201809910A2 (en) * 2018-07-11 2018-08-27 T C Istanbul Medipol Ueniversitesi A SYSTEM FOR CONTROLLING INTERFERENCE IN NEW GENERATION COMMUNICATION SYSTEMS WITH NON-RANGENT MULTI-ACCESS
KR102038605B1 (en) * 2018-12-31 2019-10-30 세종대학교 산학협력단 Noma system using user grouping and receiver diversity and signal transmission method thereof
KR102263034B1 (en) * 2019-12-17 2021-06-08 금오공과대학교 산학협력단 Method for transmitting down-link signal of wireless communication system
CN116684987B (en) * 2023-07-18 2024-03-22 西南交通大学 Power domain non-orthogonal random access method based on spatial filtering

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100319830B1 (en) * 2000-02-29 2002-01-09 조정남 Apparatus and method for detecting a desired signal in CDMA receiver
KR101313862B1 (en) 2013-05-28 2013-09-30 지씨티 세미컨덕터 인코포레이티드 Apparatus for interference cancellation in mimo receiver, method for interference cancellation in mimo receiver and mimo receiver
KR101400852B1 (en) * 2007-12-05 2014-05-29 삼성전자주식회사 Apparatus and method for cancelling of interference in multi-antenna system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100319830B1 (en) * 2000-02-29 2002-01-09 조정남 Apparatus and method for detecting a desired signal in CDMA receiver
KR101400852B1 (en) * 2007-12-05 2014-05-29 삼성전자주식회사 Apparatus and method for cancelling of interference in multi-antenna system
KR101313862B1 (en) 2013-05-28 2013-09-30 지씨티 세미컨덕터 인코포레이티드 Apparatus for interference cancellation in mimo receiver, method for interference cancellation in mimo receiver and mimo receiver

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170127286A (en) 2017-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9991976B2 (en) Method and apparatus for interference estimation in wireless communication networks
KR101800959B1 (en) Non-orthogonal Multiple Access with Prediction-based MMSE Interference Cancellation Schemes
US10680741B2 (en) Method and apparatus for receiving downlink data through interference signal cancellation and suppression in wireless communication system
TWI511493B (en) Method of channel estimation and data detection in a wireless communication system and device in a wireless communication system
US9078151B2 (en) Link performance abstraction method and apparatus in a wireless communication system
US9883464B2 (en) Radio communication system and user device
US20170324462A1 (en) Unified interference rejection combining
KR20170073138A (en) Apparatus and method for non orthogonal multiple access in a wireless communication system
US10193582B2 (en) Interference cancellation method and base station apparatus therefor
US9516528B2 (en) Method for estimating interference within a serving cell, user equipment, computer program and computer program products
KR102639615B1 (en) Apparatus and method for supporting multiple access in wireless communication system
US10484210B2 (en) Successive interference cancellation and multi-user minimum mean square channel estimation based on soft decoding information
US20170311332A1 (en) Method and apparatus for receiving signals based on interference measurement in mobile communication system
US9426683B2 (en) Method and base station for providing an estimate of interference and noise power of an uplink resource block
US10270624B2 (en) Channel estimation method and apparatus for use in wireless communication system
KR20090128343A (en) Multi-cell cooperative communication system and terminal device
WO2014156526A1 (en) User device and user allocation information estimation method
JP5415604B2 (en) Method and receiver for recovering a desired signal transmitted in the presence of one or more interfering signals
US9787446B2 (en) Method and device for processing resource blocks
KR101784625B1 (en) Method and Apparatus for Non-orthogonal Multiple Access-based Space Shift Keying and MIMO Multiplexing
JP7109883B2 (en) Radio base station and radio communication method
JP6849067B2 (en) Base station equipment, wireless communication systems, methods and programs
WO2018159550A1 (en) User terminal, wireless base station, and wireless communication method
JP6393527B2 (en) User apparatus and interference reduction method
Bharathi et al. Performance analysis of non orthogonal multiple access technique with precoding

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant