[論文レビュー] High Date-Rate Single-Symbol ML Decodable Distributed STBCs for Cooperative Networks

Zhihang Yi, Il‐Min Kim|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2006

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 24被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、協調ネットワークにおける単一シンボル最大尤度（ML）検波と完全な分岐度を達成する高レート分散直交空間時間ブロック符号（DOSTBCs）を提案する。ノイズ共分散行列が対角である行単項DOSTBCsを導入することで、データレートの上限を導出し、従来の反復ベースの手法の約2倍のレートを達成可能であると示し、この上限に到達するための体系的構成手法を提示する。

ABSTRACT

High data-rate Distributed Orthogonal Space-Time Block Codes (DOSTBCs) which achieve the single-symbol decodability and full diversity order are proposed in this paper. An upper bound of the data-rate of the DOSTBC is derived and it is approximately twice larger than that of the conventional repetition-based cooperative strategy. In order to facilitate the systematic constructions of the DOSTBCs achieving the upper bound of the data-rate, some special DOSTBCs, which have diagonal noise covariance matrices at the destination terminal, are investigated. These codes are referred to as the row-monomial DOSTBCs. An upper bound of the data-rate of the row-monomial DOSTBC is derived and it is equal to or slightly smaller than that of the DOSTBC. Lastly, the systematic construction methods of the row-monomial DOSTBCs achieving the upper bound of the data-rate are presented.

研究の動機と目的

• 反復分散に基づく従来の協調通信方式の低レート制限を解決すること。
• 高レートを実現しつつ、単一シンボルML検波を維持する分散直交空間時間ブロック符号（DOSTBCs）の開発。
• DOSTBCsの実現可能なデータレートの上限を導出し、その上限に近づくか達成可能な条件を同定すること。
• ノイズ共分散行列が対角であるという特徴を持つ特別なDOSTBCのクラス—行単項DOSTBCs—を導入・分析し、設計と検波を簡素化すること。
• 理論的データレート上限に到達する行単項DOSTBCsの体系的構成手法の提供。

提案手法

• 一般DOSTBCsのデータレートの上限を導出し、従来の反復ベースの協調戦略の約2倍であることを示す。
• 受信地点でのノイズ共分散行列が対角となるDOSTBCsのサブクラスとして、行単項DOSTBCsを導入し、ML検波を簡素化する。
• 行単項DOSTBCsのデータレートの上限を導出し、一般DOSTBCsの上限と同等またはわずかに小さいことを示す。
• 導出されたデータレート上限に到達する行単項DOSTBCsの体系的構成手順を設計する。
• 符号行列の構造的制約を通じて、構成された符号が完全な分岐度と単一シンボル検波性を維持することを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 協調ネットワークにおけるDOSTBCsが、単一シンボルML検波と完全な分岐度を維持しながら達成可能な理論的最高データレートは何か？
• RQ2 提案されたDOSTBCsのデータレートは、従来の反復ベースの協調方式と比べてどのように異なるか？
• RQ3 DOSTBCsのサブクラスとしての行単項DOSTBCsは、一般DOSTBCsと同等のデータレート上限に到達できるか？
• RQ4 対角ノイズ共分散行列を持つ高レート・単一シンボル検波可能なDOSTBCsの体系的構成を可能にする構造的性質は何か？
• RQ5 構成されたDOSTBCsが完全な分岐度と効率的なML検波を維持するための条件は何か？

主な発見

• DOSTBCsのデータレート上限は、従来の反復ベースの協調戦略の約2倍である。
• 行単項DOSTBCsは、一般DOSTBCsの上限と同等またはわずかに小さいデータレート上限に到達する。
• 行単項DOSTBCsの体系的構成手法は、導出されたデータレート上限に成功して到達する。
• 行単項DOSTBCsにおける対角ノイズ共分散行列の使用により、単一シンボルML検波が実現され、検波の複雑さが低減される。
• 構成された符号は完全な分岐度を維持しており、 fading 環境下での信頼性の高い通信を保証する。
• DOSTBCsの理論的データレート上限が、提案された構成フレームワークにより達成可能であることが示された。