대규모 무작위 확산 CDMA에서 단일 사용자 성능에 근접하는 가능도 상승 탐색 다중 사용자 검출기

초록

Tse와 Verdu가 전역 최대 가능도(GML) 검출기가 대규모 무작위 확산(LRS) CDMA에서 단위 비대칭 다중 사용자 효율(AME)을 달성한다는 것을 증명한 이후, 단위 AME를 달성하는 하위 최적 검출기는 아직 발견되지 않았다. 본 논문에서는 비선형 순차 가능도 상승 탐색(WSLAS) 검출기가 비트당 선형 복잡도를 가지면서도 채널 부하가 ½ − 1/(4 ln 2) bits/s/Hz 미만인 LRS‑CDMA에서 단위 AME를 달성함을 보였다. 또한, 임의의 사용자 수를 갖는 실용적인 시스템을 위해, 고신호대 잡음비(SNR) 영역에서 단일 사용자 성능에 접근할 수 있는 준‑LRS‑CDMA 방식을 제안한다.

상세 요약

본 연구는 다중 사용자 검출 분야에서 오랜 기간 해결되지 않았던 “단위 비대칭 다중 사용자 효율(AME) 달성” 문제에 새로운 해법을 제시한다. 전통적으로, 전역 최대 가능도(GML) 검출기는 이론적으로 최적이지만, 그 구현 복잡도가 지수적으로 증가하기 때문에 실제 시스템에 적용하기 어렵다. Tse와 Verdu가 증명한 바와 같이, 무작위 확산 코드를 사용한 대규모 시스템(LRS‑CDMA)에서는 사용자 수가 무한대로 커질 때 GML 검출기가 단일 사용자와 동일한 성능을 보이며 AME가 1에 수렴한다. 그러나 이와 동등한 성능을 제공하면서도 실용적인 복잡도를 갖는 검출기는 존재하지 않았다.

이 논문에서 제안된 WSLAS(Weighted Sequential Likelihood Ascent Search) 검출기는 “가능도 상승”이라는 탐색 전략을 순차적으로 적용하면서, 각 비트당 연산량이 O(1)인 선형 복잡도를 유지한다. 핵심 아이디어는 현재 추정값의 가능도를 계산하고, 그 가능도를 증가시키는 방향으로 비트를 하나씩 교체해 나가는 것이다. 이 과정은 지역 최적점에 머무를 위험이 있지만, 저자들은 대규모 무작위 확산 환경에서 채널 부하가
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