This paper addresses robust communication in multiple-input multiple-output (MIMO) environment in reactive jamming situation. Jamming signal has been a problem in wireless communication systems. Reactive jamming is the most efficiient and effective one since it is not easily detected. If the channel from jammer to receiver is known, interference cancellation techniques can be employed to cancel out the jamming signal. In most cases, unfortunately, it is difficult to estimate the jammer channel at the receiver side. Therefore a method for jamming cancellation without jammer channel knowledge is needed.
We propose iterative channel tracking and jamming signal cancellation methods to make communication possible when there is a reactive jamming signal. We considered uplink MIMO system with single-antenna jammer sending jamming signal to the receiver.
If initial signal channel is known at the receiver, it is possible to track jammer channel ratio and signal channel. Jammer channel ratio refers to the ratio among entries of channel from jammer to the receiver. Since jamming signal cannot be known at the receiver, it is an alternative method to track jamming channel ratio, which represents jammer direction.
If the signal channel and the transmitted signal are known, it is possible to the jammer channel ratio. On the other hand, if the jammer channel ratio and transmitted signal are known, signal channel can be estimated. Therefore it is possible to alternatively and iteratively estimate the signal channel and the jammer channel ratio.
After channel tracking and estimation, jamming signal cancellation is performed. Jammer channel ratio can be used to cancel out the jamming signal. In this paper we assumed the number of receiver antennas is twice the number of transmitter antennas. The received signals are paired. Each pair is scaled and subtracted from each other so that jamming signal is cancelled out. After jamming signal cancellation, least square algorithm is employed to decode the transmitted signal.
We compared proposed jamming signal cancellation method with conventional zero-forcing scheme. There was no performance degradation even if proposed method only uses jammer channel ratio. On the other hand, zero-forcing scheme requires perfect knowledge of jammer channel. Therefore, proposed scheme has contribution in that it requires less information but still provides same performance. Iterative channel tracking error degrades bit error rate (BER) performance. However, communication is still possible with the iterative channel tracking and jamming signal cancellation schemes. To compensate for the performance degradation, we shortened the length of transmission at a time. The BER performance of shorter sequence of symbols was better than that of longer sequence of symbols. Therefore, it can be inferred that frequent short burst of signal transmission is more advantageous than sporadic long burst of transmission.
Proposed method makes communication possible through iterative channel tracking and jamming signal cancellation even in the jammed scenario. It has been shown that this iterative and alternative
channel tracking method can be applied to MIMO systems.
이 논문에서는 다중안테나 시스템에서 반응성 재밍에 강한 통신에 대해 다루었다. 재밍은 무선 통신에서 계속 문제가 되어 왔다. 그 중 반응성 재밍은 탐지하여 제거하기가 어렵기 때문에 특히 문제가 된다. 수신단에서 재밍 채널을 알 수 있다면 제로 포싱(zero-forcing) 해법과 같은 간섭 제거 방안을 활용하여 재밍 신호를 제거할 수 있을 것이다. 하지만 일반적으로 수신단에서 재밍 채널을 알기 쉽기 않기 때문에 재밍 채널 정보 없이 재밍 신호를 제거할 수 있는 방안이 필요하다.
이 논문에서는 반응성 재밍 신호가 있을 때 통신이 가능하도록 하기 위해서 반복적 채널 추적 및 재밍 신호 제거 방안을 제안하였다. 상향 다중 안테나 환경에서 한 개의 안테나를 가지는 재밍 단말이 있는 상황을 가정하였다. 만약 처음 신호 채널을 알 수 있다면 재밍 방향과 신호 채널을 추정할 수 있을 것이다. 재밍 방향은 재밍 단말로부터 수신단까지 채널 성분들 간의 비율을 의미한다. 수신단에서 재밍 신호를 알 수 없기 때문에 재밍 채널을 추정하지 못하고 대신 재밍 방향을 추정하게 된다.
수신단에서 신호 채널과 송신 신호를 안다면 재밍 방향을 알아낼 수 있다. 반대로 수신단에서 재밍 방향과 송신 신호를 안다면 신호 채널을 알아낼 수 있다. 따라서 처음 신호 채널을 알면 재밍 방향과 신호 채널을 번갈아가며 반복적으로 추정할 수 있다.
재밍 방향 및 신호 채널을 추정했다면 재밍 신호를 제거할 수 있다. 재밍 방향 정보를 이용하여 재밍 신호를 제거하고 그 다음 신호 채널 정보를 활용하여 송신 신호를 알아낼 수 있다. 이 논문에서는 수신 안테나의 수가 송신 안테나 수의 두 배 이상이라고 가정하였고 재밍 단말은 안테나를 하나만 가진다고 가정하였다. 수신된 신호를 둘씩 짝지어 재밍 방향을 고려한 값을 곱한 후 서로 빼주면 재밍 신호를 제거 할 수 있다. 재밍 신호를 제거한 이후에는 최소제곱법을 이용하여 송신 신호를 추정하였다.
제안된 재밍 신호 제거 방안을 기존의 제로 포싱 방안과 비교한 결과 성능 차이가 거의 없었다. 기존 제로 포싱 방안은 재밍 채널 정보를 다 활용하는 반면 제안된 방안은 재밍 방향 정보만을 활용하기 때문에 더 적은 정보로 같은 성능을 낸다는 점에서 기여도가 있다. 반복적 채널 추적 방안을 활용하면 채널 정보를 안다고 가정했을 때에 비해 성능 저하가 있지만, 재밍 상황에서 여전히 통신을 가능하게 해준다는 점에서 의미가 있다. 성능 저하를 개선하기 위해 한 번에 전송하는 신호의 수를 줄이고 대신 더 자주 신호를 보내는 방법을 사용하였다. 한 번에 전송하는 신호의 수를 줄였을 때에 비트 에러 확률이 더 낮아지는 것을 확인하였다. 따라서, 반응성 재밍 신호가 존재할 때에는 짧은 길이의 신호를 자주 보내는 것이 더 유리하다고 추론할 수 있다.
이 논문에서는 신호 채널과 재밍 방향을 추적하면서 재밍 상황에서도 통신이 가능할 수 있도록 하는 방안을 제시하였고 제안한 방안을 통해 반복적 채널 추적이 다중안테나 시스템에서도 쓰일 수 있음을 보였다.
