Enhanced Spatial Covariance Matrix Estimation for Asynchronous Inter-Cell Interference Mitigation in MIMO-OFDMA System

In this paper, we propose an asynchonous ICI (Inter-Cell Interference) mitigation techniques for 3GPP LTE MIMO-OFDMA down-link receiver. An increasing in symbol timing misalignments may occur relative to sychronous network as the result of BS (Base Station) timing differences. Such symbol synchronization errors that exceed the guard interval or the cyclic prefix duration may result in MAI (Multiple Access Interference) for other carriers. In particular, at the cell boundary, this MAI becomes a critical factor, leading to degraded channel throughput and severe asynchronous ICI. Hence, many researchers have investigated the interference mitigation method in the presence of asynchronous ICI and it appears that the knowledge of the SCM (Spatial Covariance Matrix) of the asynchronous ICI plus background noise is an important issue. Generally, it is assumed that the SCM estimated by using training symbols. However, it is difficult to measure the interference statistics for a long time and training symbol is also not appropriate for MIMO-OFDMA system such as LTE. Therefore, a noise reduction method is required to improve the estimation accuracy. Although the conventional time-domain low-pass type weighting method can be effective for noise reduction, it causes significant estimation error due to the spectral leakage in practical OFDM system. Therefore, we propose a time-domain sinc type weighing method which can not only reduce the noise effectively minimizing estimation error caused by the spectral leakage but also implement frequency-domain moving average filter easily. By using computer simulation, we show that the proposed method can provide up to 3dB SIR gain compared with the conventional method.

3GPP LTE MIMO-OFDMA 시스템의 인접 셀 간섭 완화를 위한 개선된 Spatial Covariance Matrix 추정 기법

본 논문에서는 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) MIMO-OFDMA(multiple-input multiple-output-orthogonal frequency division multiple access) 시스템의 하향 링크 수신기를 위한 asynchronous ICI (Inter-Cell Interference) 완화 기법을 제안한다. Multi-cell 환경을 고려한 celluar OFDMA 시스템에서는 기본적으로 frequency reuse factor가 1로 설정되기 때문에 셀 경계에 위치한 UE (User Equipment)의 경우 ICI 영향을 받게 되며, 특히 각기 다른 셀 반경 및 nodeB 간의 거리 차이 등 현실적인 celluar 환경을 고려 할 경우에는 UE 간 타이밍 오류가 가중되어 수신 신호의 주파수 영역의 직교성이 파괴될 가능성이 있다. 따라서 이러한 인접 셀 간섭을 제거 및 완화하기 위하여 수신 OFDM 심볼에 대한 SCM (Spatial Covariance Matrix) 추정이 필요하다. 일반적으로 SCM 추정은 training symbol을 이용함을 가정하지만, 긴 시간 동안 간섭의 통계적 특성을 측정하는 것은 어려울 뿐만 아니라 training symbol이 고려되지 않는 LTE와 같은 MIMO-OFDMA 시스템에는 적합하지 않다. 또한 추정의 정확성을 높이기 위하여 noise reduction 방식이 적용된 추정 기법이 제시되고 있으나, 기존 time-domain low-pass type weighting 방식은 spectral leakage에 의한 추정 에러를 유발하는 단점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 noise reduction 효과를 얻으면서 spectral leakage에 의한 SCM 추정 오류를 최소화할 수 있으며, 주파수 영역에의 moving average filter로 구현 가능한 time-domain sinc-type weighting 방식의 SCM 추정 기법을 제안하였으며, 다양한 환경에서의 컴퓨터 모의 실험을 통하여 제안된 방식이 기존의 방식보다 약 3dB 의 SIR (Signal to Interference Ratio) 이득을 보임을 입증하였다.