[論文レビュー] Full Diversity Space-Time Block Codes with Low-Complexity Partial Interference Cancellation Group Decoding

Wei Zhang, Long Shi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2010

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 39被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、Alamoutiコードの要素を多重層の対角行列で置き換えることで、グループ直交構造に基づく新しいフルダイバーシティ空間時間ブロックコード（STBC）を提案する。この設計により、低複雑度の部分干渉キャンセレーション（PIC）グループ・デコーディングが可能となり、コードレート $2M/(M+2)$ を達成し、従来のフルダイバーシティSTBCと比較してデコーディング複雑度を半減する。

ABSTRACT

Partial interference cancellation (PIC) group decoding proposed by Guo and Xia is an attractive low-complexity alternative to the optimal processing for multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communications. It can well deal with the tradeoff among rate, diversity and complexity of space-time block codes (STBC). In this paper, a systematic design of full-diversity STBC with low-complexity PIC group decoding is proposed. The proposed code design is featured as a group-orthogonal STBC by replacing every element of an Alamouti code matrix with an elementary matrix composed of multiple diagonal layers of coded symbols. With the PIC group decoding and a particular grouping scheme, the proposed STBC can achieve full diversity, a rate of $(2M)/(M+2)$ and a low-complexity decoding for $M$ transmit antennas. Simulation results show that the proposed codes can achieve the full diversity with PIC group decoding while requiring half decoding complexity of the existing codes.

研究の動機と目的

• MIMO STBC設計におけるコードレート、ダイバーシティゲイン、デコーディング複雑度のトレードオフを解消すること。
• 低複雑度デコーディングを可能にするフルダイバーシティSTBCの体系的構築法を開発すること。
• フルダイバーシティを維持しながらデコーディング複雑度を低減すること。
• Alamoutiコードを超えた他の直交STBCへも一般化可能な設計を実現すること。

提案手法

• 提案されたSTBCは、2×2 Alamoutiコード行列の各要素を、符号シンボルの複数層からなる基本行列で置き換える。
• 基本行列は、チャネル状態情報から導出される対角行列と符号シンボルベクトルを用いて構築される。
• 特定のグループ化方式を適用することで、低複雑度の部分干渉キャンセレーション（PIC）グループ・デコーディングが可能になる。
• コード構造がグループ直交性を保証し、干渉を最小限に抑えた逐次的シンボルグループデコーディングが可能になる。
• デコーディングプロセスは、MIMO信号モデルを低複雑度PICに適した等価形式に変換する変換を活用する。
• 理論的分析により、ランク基準を満たすことで、PICグループ・デコーディング下でもコードがフルダイバーシティを達成することが証明されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MIMOシステムにおいて、低複雑度PICグループ・デコーディングを備えたフルダイバーシティSTBCを設計可能か？
• RQ2 PICデコーディング下で、高レートとフルダイバーシティを両立できるコード構造は何か？
• RQ3 既存のフルダイバーシティSTBCと比較して、デコーディング複雑度を半分に低減できるか？
• RQ4 提案された設計は、Alamoutiコードを超えて他の直交STBCへ一般化可能か？
• RQ5 PICデコーディング下で、フルダイバーシティを維持した状態で達成可能なコードレートは何か？

主な発見

• 提案されたSTBCは、部分干渉キャンセレーション（PIC）グループ・デコーディング下でもフルダイバーシティを達成し、 fading 環境下でも信頼性の高い通信を保証する。
• コードレートは $2M/(M+2)$ に達し、従来の直交STBCを上回り、$M$送信アンテナではフルレートに近づく。
• シミュレーション結果により、既存のフルダイバーシティSTBCと比較して、デコーディング複雑度が半分に低減されていることが確認された。
• コード構造はグループ直交性を有しており、低複雑度処理で逐次的グループデコーディングが可能である。
• シミュレーション結果から、提案コードは[46]のフルダイバーシティSTBCと同等の性能を示すが、著しく低いデコーディング複雑度を達成している。
• 設計はAlamoutiコードを超える他の直交STBCへも一般化可能であり、より広範な適用性を示唆している。