[論文レビュー] Sphere Decoding for Spatial Modulation Systems with Arbitrary Nt

Rakshith Rajashekar, K.V.S. Hari|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2012

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 6被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、送信機中心の球体符号化（Tx-SD）検出器を、任意の送信アンテナ数（Nt）を持つ空間多重（SM）システムに拡張し、Nt > Nr の場合を含む。最大尤度（ML）最適性を維持しながら検出の複雑さを顕著に低減する拡張版Tx-SD（E-Tx-SD）検出器を提案。SMのチャネル間干渉（ICI）なしの性質を活用し、すべてのNt値において効率的な検出を実現する。

ABSTRACT

Recently, three Sphere Decoding (SD) algorithms were proposed for Spatial Modulation (SM) scheme which focus on reducing the transmit-, receive-, and both transmit and receive-search spaces at the receiver and were termed as Receiver-centric SD (Rx-SD), Transmitter-centric SD (Tx-SD), and Combined SD (C-SD) detectors, respectively. The Tx-SD detector was proposed for systems with Nt \leq Nr, where Nt and Nr are the number of transmit and receive antennas of the system. In this paper, we show that the existing Tx-SD detector is not limited to systems with Nt \leq Nr but can be used with systems Nr < Nt \leq 2Nr - 1 as well. We refer to this detector as the Extended Tx-SD (E-Tx-SD) detector. Further, we propose an E- Tx-SD based detection scheme for SM systems with arbitrary Nt by exploiting the Inter-Channel Interference (ICI) free property of the SM systems. We show with our simulation results that the proposed detectors are ML-optimal and offer significantly reduced complexity.

研究の動機と目的

• 送信アンテナ数（Nt）≤ Nr に限らないシステム、特に Nt > Nr の場合にも適用可能な送信機中心の球体符号化（Tx-SD）検出器の適用範囲を拡張すること。
• 任意のNtを持つ空間多重（SM）システムに対して、最大尤度（ML）最適性を維持する検出方式を開発すること。
• SMのチャネル間干渉（ICI）なしの性質を活用して、SMシステムにおける検出の複雑さを低減すること。
• 提案された拡張版Tx-SD（E-Tx-SD）検出器が、性能損失なしに顕著な複雑さの低減を達成することを示すこと。

提案手法

• 本稿は、従来のTx-SD検出器をNt ≤ Nr に限らず、Nt ≤ 2Nr - 1 の範囲まで拡張し、この拡張版を拡張版Tx-SD（E-Tx-SD）と呼ぶ。
• E-Tx-SD検出器は、空間多重に内在するチャネル間干渉（ICI）なしの性質を活用して、送信側の探索空間を削減する。
• 検出プロセスは、アクティブなアンテナインデックスとそれに対応するシンボルに焦点を当て、候補信号.constellationの数を最小限に抑える構造となっている。
• アルゴリズムは、送信信号空間に球体符号化の原則を適用し、ICIなしの構造を活用して無効な組み合わせを効率的に除外する。
• ML最適性は、構造的かつ複雑さを低減した形で、完全な探索空間を保持することで保証される。
• 提案手法は、NtとNrの関係にかかわらず、任意のNt値にスケーラブルに適合可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 送信機中心の球体符号化（Tx-SD）検出器は、Nt > Nr のシステムにも拡張可能か？
• RQ2 E-Tx-SD検出器は、任意のNtにおける空間多重システムで最大尤度（ML）最適性を維持するか？
• RQ3 空間多重のICIなしの性質は、球体符号化における複雑さ低減をどのように実現するか？
• RQ4 従来のML検出と比較して、提案されたE-Tx-SD検出器の達成可能な複雑さの低減はどの程度か？
• RQ5 E-Tx-SD検出器は、任意の数の送信アンテナを持つSMシステムに一般化可能か？

主な発見

• 提案された拡張版Tx-SD（E-Tx-SD）検出器は、任意のNtを持つ空間多重システムにおいてML最適性であることが証明された。
• E-Tx-SD検出器は、Tx-SDの適用範囲をNt ≤ Nr からNt ≤ 2Nr - 1 まで拡張した。
• SMのチャネル間干渉（ICI）なしの性質を活用することで、検出の複雑さが顕著に低減された。
• シミュレーション結果により、提案された検出器が、全探索と比較して顕著に低い計算複雑さでML性能を達成することが確認された。
• 本手法は、すべてのNt値において低複雑さを維持するため、高次アンテナ構成を有する実用的SMシステムに適している。