[論文レビュー] BEP Enhancement for Semi-Femtocell MIMO Systems Employing SC-QICs and OSTBCs

Ardavan Rahimian, Farhad Mehran|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2017

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 18被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、半フェムトセルシステムにおけるMIMO送信方式として、直列連結二次インタリーブ符号（SC-QICs）と直交空間時間ブロック符号（OSTBCs）を組み合わせたハイブリッド方式を提案する。反復的デコード手法（最適および準最適アルゴリズムを用いる）により、帯域制限があり誤りの多い屋内無線チャネルにおいて、ビット誤り率（BEP）を顕著に低減し、MISOおよびMIMO構成において、信頼性およびスペクトル効率の向上を実証した。

ABSTRACT

In mobile cellular networks, it is estimated that more than 60% of voice and data services occur indoors. Therefore, cellular network operators have shown an unprecedented interest in research on femtocell systems from various aspects to extend the indoor wireless coverage for providing high-quality and high data-rate wireless multimedia services contents. In an effort for reducing the bit-error probabilities (BEPs) and also increasing bit/symbol capacity of bandwidth limited error-prone wireless channels in femtocell propagation areas, this paper presents the performance of a promising candidate technology designed based on the state-of-the-art techniques. The performance of powerful space-time turbo codes (STTCs) based on serial concatenation of quadratic interleaved codes (SC-QICs) with the optimal and also suboptimal decoding algorithms, in conjunction with orthogonal space-time block codes (OSTBCs) have been presented in this contribution for wireless multiple-input single-output (MISO), and multiple-input multiple-output (MIMO) semi-femtocells.

研究の動機と目的

• 屋内無線チャネルにおける高いビット誤り率（BEP）を是正すること。特に、データおよび音声通信の60％以上が発生する環境を想定する。
• 帯域制限および伝搬制約下での半フェムトセルMIMOシステムにおけるスペクトル効率および信頼性の向上。
• MISOおよびMIMO構成における、SC-QICsに基づく空間時間ターボ符号とOSTBCsの組み合わせの性能評価。
• 最適および準最適デコードアルゴリズムの性能を比較し、半フェムトセルネットワークにおけるBEP低減効果を検証すること。

提案手法

• 本システムは、分散性および符号化ゲインを達成するために、直列連結二次インタリーブ符号（SC-QICs）と直交空間時間ブロック符号（OSTBCs）を組み合わせる。
• 誤り補正性能の向上を図るため、最適および準最適アルゴリズムを用いた反復的デコードを適用する。
• 本方式は、複数入力単一出力（MISO）および複数入力複数出力（MIMO）の半フェムトセル環境で評価される。
• 屋内環境に一般的なRayleigh fadingチャネル上でのビット誤り率（BEP）を指標として性能を分析する。
• 直交空間時間ブロック符号の使用により、受信機で全分散性と簡単な線形検出が実現される。
• 設計は、屋内フェムトセル展開に一般的な帯域制限があり誤りの多い無線チャネルを想定している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SC-QICsとOSTBCsの組み合わせが、半フェムトセルMIMOシステムにおけるBEP性能に与える影響は何か？
• RQ2 本ハイブリッド方式において、最適アルゴリズムと準最適アルゴリズムを用いた反復的デコードによる性能向上はどの程度か？
• RQ3 符号化および空間時間分散技術を用いることで、屋内MIMOチャネルにおけるBEPはどの程度低減可能か？
• RQ4 帯域制限下におけるMISOとMIMO構成において、本システムの性能はどのように異なるか？

主な発見

• 提案されたSC-QICおよびOSTBCベースの方式は、特にRayleigh fading環境下で、半フェムトセルMIMOシステムにおけるBEPを顕著に低減した。
• 最適アルゴリズムを用いた反復的デコードは、準最適デコードよりも優れたBEP性能を達成したが、両者とも符号化なしシステムに比べて顕著な改善を示した。
• 本システムは、帯域制限のある屋内無線チャネルにおいて、スペクトル効率および信頼性の向上を示した。
• SC-QICsによる符号化ゲインとOSTBCsによる分散ゲインの組み合わせにより、MIMOおよびMISO構成における誤り耐性が向上した。