Performance evaluation of an Interference Cancellation scheme for the uplink of a massive user network

Abstract

Inter-user interference constitutes a limiting factor to network performance, especially when dense wireless systems sustaining high traffic loads are deployed. Interference cancellation (IC) policies have proved an invaluable tool in order to counteract this problem. Nonetheless, the success of such IC schemes depends heavily on the received power distribution. In this work, we consider a massive user spread-spectrum Multiple Access (MA) network for wide area Machine to Machine (M2M) communications in which the central node implements a Parallel Multistage Decision-Feedback (PMDF) strategy for MA Interference (MAI) mitigation. In the user-asymptotic case, we make use of Variational Calculus (VC) techniques to derive the optimum energy allocation function that maximizes the network throughput under synchronous access when: (i) user transmissions are subject to a long-term average energy constraint; (ii) users share the same practical Forward Error Correction (FEC) code and modulation scheme, characterized by a known Packet Error Rate (PER) curve. Exhaustive simulations and comparative performance analyses are carried out using two representative FEC codes.

La interferencia multiusuario constituye el factor más limitante en el rendimiento de una red, especialmente cuando se despliegan sistemas densos inalámbricos que soportan elevadas cargas de tráfico. Las políticas de cancelación de interferencias (IC) son herramientas inestimables para combatir este problema. Sin embargo, el éxito de tales esquemas IC depende en gran medida de la distribución de potencia recibida. En este trabajo, consideramos una red de Acceso Múltiple (MA) y espectro ensanchado con una cantidad masiva de usuarios para una amplia área de comunicaciones Máquina a Máquina (M2M) donde el nodo central implementa una estrategia Parallel Multistage Decision-Feedback (PMDF) para mitigar la interferencia MA (MAI). En el caso asintótico de usuarios, hacemos uso de técnicas de Cálculo Variacional (VC) para derivar la función óptima de asignación de energía que maximiza el rendimiento de la red de acceso síncrono cuando: (i) las transmisiones de los usuarios están sujetas a una restricción de energía promedio a lo largo del tiempo; (ii) los usuarios comparten el mismo código práctico Forward Error Correction (FEC) y esquema de modulación, caracterizados por una curva Packet Error Rate (PER) conocida. Se han realizado simulaciones exhaustivas y análisis comparativos de rendimiento utilizando dos códigos FEC representativos.

La interferència multiusuari constitueix el factor més limitant en el rendiment d'una xarxa, especialment quan es despleguen sistemes densos sense fils que suporten elevades càrregues de tràfic. Les polítiques de cancel·lació d'interferències (IC) són eines inestimables per a combatre aquest problema. Tanmateix, l'èxit d'aquest tipus d'esquemes IC depèn en gran mesura de la distribució de potència rebuda. En aquest treball, considerem una xarxa d'Accés Múltiple (MA) i espectre eixamplat amb un nombre massiu d'usuaris per una àmplia àrea de comunicacions Màquina a Màquina (M2M) on el node central implementa una estratègia Parallel Multistage Decision-Feedback (PMDF) per mitigar la interferència MA (MAI). En el cas asimptòtic d'usuaris, fem ús de tècniques de Càlcul Variacional (VC) per derivar la funció òptima d'assignació d'energia que maximitza el rendiment de la xarxa d'accés síncron quan: (i) les transmissions dels usuaris estan subjectes a una restricció d'energia promig al llarg del temps; (ii) els usuaris comparteixen el mateix codi Forward Error Correction (FEC) i esquema de modulació pràctics, caracteritzats per una corba Packet Error Rate (PER) coneguda. S'han dut a terme simulacions exhaustives i anàlisis comparatives de rendiment utilitzant dos codis FEC representatius.