[論文レビュー] The Impact of Noise Correlation and Channel Phase Information on the Data-Rate of the Single-Symbol ML Decodable Distributed STBCs

Zhihang Yi, Il‐Min Kim|ArXiv.org|Aug 24, 2007

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 31被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、単一シンボルML検出可能な分散空間時間ブロック符号（DOSTBCs）のデータレートに及ぼすノイズ相関およびチャネル位相情報の影響を調査する。リレーエージェントに1ホップチャネルのCSIが存在しない状況で、行単項制約を緩和し、その後CSI仮定を緩和しつつも行単項構造を維持することで、データレートのよりタイトな上限を導出し、その上限に到達する符号を構成した。これにより、先行研究と比較して高いスペクトル効率を実現した。

ABSTRACT

Very recently, we proposed the row-monomial distributed orthogonal space-time block codes (DOSTBCs) and showed that the row-monomial DOSTBCs achieved approximately twice higher bandwidth efficiency than the repetitionbased cooperative strategy [1]. However, we imposed two limitations on the row-monomial DOSTBCs. The first one was that the associated matrices of the codes must be row-monomial. The other was the assumption that the relays did not have any channel state information (CSI) of the channels from the source to the relays, although this CSI could be readily obtained at the relays without any additional pilot signals or any feedback overhead. In this paper, we first remove the row-monomial limitation; but keep the CSI limitation. In this case, we derive an upper bound of the data-rate of the DOSTBC and it is larger than that of the row-monomial DOSTBCs in [1]. Secondly, we abandon the CSI limitation; but keep the row-monomial limitation. Specifically, we propose the row-monomial DOSTBCs with channel phase information (DOSTBCs-CPI) and derive an upper bound of the data-rate of those codes. The rowmonomial DOSTBCs-CPI have higher data-rate than the DOSTBCs and the row-monomial DOSTBCs. Furthermore, we find the actual row-monomial DOSTBCs-CPI which achieve the upper bound of the data-rate.

研究の動機と目的

• リレーエージェントがソースからリレーへのチャネルのCSIを有さない状況下で、ノイズ相関が単一シンボルML検出可能なDOSTBCのデータレートに与える影響を分析すること。
• 行単項構造を維持したまま、リレーにチャネル位相情報（CPI）を組み込むことで、データレートに与える影響を調査すること。
• 先行研究と比較して緩和された制約下で、DOSTBCのデータレートに対する改善された上限を導出すること。
• CPIを組み込んだ明示的なDOSTBCs-CPIを構成し、導出された上限に到達させることで、スペクトル効率を最大化すること。

提案手法

• 行単項制約を緩和した状況下で、リレーに1ホップチャネルのCSIが存在しないと仮定し、DOSTBCのデータレートに対する上限を導出する。
• チャネル位相情報（DOSTBCs-CPI）を有する行単項DOSTBCを提案し、リレーに利用可能なCSIを活用することで、より高いデータレートを実現する。
• 行列の分割および行・列における非ゼロエントリの分析を用いて、K > 2のときDOSTBCs-CPIのデータレートが1/2で上界をもつことを証明する。
• シンボルが行にわたって出現する回数に組合せ的制約を課すことで、単一シンボルML検出可能性と対角ノイズ共分散を保証する。
• 各列に含まれる非ゼロ行の数に基づいて符号行列を部分行列に分解し、合計データレートを分析する。
• K > 2の条件下で、上限に到達する明示的な符号を構成することで、上限の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ノイズ相関が許容され、かつリレーが1ホップチャネルのCSIを有さない状況下で、単一シンボルML検出可能なDOSTBCの最大データレートは何か？
• RQ2 リレーにチャネル位相情報が利用可能である場合、行単項DOSTBCのデータレート上限にどのような影響を与えるか？
• RQ3 導出されたデータレート上限に到達する明示的なDOSTBCs-CPIを構成可能か？
• RQ4 ノイズが相関している場合やCSIが利用可能な場合に、単一シンボルML検出可能性を維持するための構造的制約は何か？

主な発見

• 行単項制約を課さないDOSTBCのデータレート上限は、先行研究における行単項DOSTBCと比較して、1ホップチャネルのCSIがリレーに存在しない状況下でより高い。
• リレーにチャネル位相情報が利用可能な場合、行単項DOSTBCs-CPIのデータレート上限は、標準的なDOSTBCよりも高い。
• K > 2のとき、DOSTBCs-CPIのデータレートは1/2で上界をもち、この上限はタイトである。
• 行単項DOSTBCs-CPIの明示的構成が、1/2のデータレート上限に到達することを示し、理論的限界を確認した。
• 解析から、ノイズが無相関であるだけでは単一シンボルML検出可能性を満たさないことが判明し、シンボル配置に追加の構造的制約が必要であることが明らかになった。
• 導出された1/2のデータレート上限はK ≥ 3に対して有効であり、符号行列が各シンボルが行にわたって制御された方法で正確に2回出現するように分割される場合に達成される。