[논문 리뷰] BEP Enhancement for Semi-Femtocell MIMO Systems Employing SC-QICs and OSTBCs

Ardavan Rahimian, Farhad Mehran|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 03.

Advanced Wireless Communication Techniques참고 문헌 18인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 반-페몰티셀 시스템에서 직렬 연결 이차 간섭기법(스큐-큐아이씨스)와 직교 공간-시간 블록 부호(오스트비씨스)를 조합한 하이브리드 멀티인풋 멀티아웃풋(MIMO) 전송 방식을 제안하여 비트 오류율(BEP) 성능을 향상시킨다. 반복적 디코딩을 최적 및 준최적 알고리즘을 활용하여 구현함으로써, 대역폭 제한 및 오류 발생이 잦은 실내 무선 채널 환경에서 BEP를 크게 감소시켜 MISO 및 MIMO 구성에서 신뢰성과 스펙트럼 효율성을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실내 무선 채널에서 발생하는 높은 비트 오류율(BEP) 문제를 해결하기 위해.
• 대역폭 및 전파 제약 조건 하에서 반-페몰티셀 MIMO 시스템의 스펙트럼 효율성과 신뢰성을 향상시키기 위해.
• MISO 및 MIMO 구성에서 스퀴-큐아이씨스 기반의 공간-시간 터보 부호와 오스트비씨스를 조합한 성능을 평가하기 위해.
• 최적 및 준최적 디코딩 알고리즘의 성능을 비교하여 반-페몰티셀 네트워크에서 BEP 감소 효과를 분석하기 위해.

제안 방법

• 다양한 다양성 및 코딩 이득을 확보하기 위해, 직렬 연결 이차 간섭기법(스큐-큐아이씨스)과 직교 공간-시간 블록 부호(오스트비씨스)를 조합하여 시스템을 설계한다.
• 오류 정정 성능 향상을 위해 최적 및 준최적 알고리즘을 활용한 반복적 디코딩을 적용한다.
• 다중입력 단일출력(MISO) 및 다중입력 다중출력(MIMO) 반-페몰티셀 시나리오에서 시스템을 평가한다.
• 실내 환경에서 흔히 발생하는 레이일라이 페이딩 채널에서 비트 오류율(BEP) 기반으로 성능을 분석한다.
• 직교 공간-시간 블록 부호의 사용으로 수신단에서 전체 다양성과 간단한 선형 검출이 보장된다.
• 실내 페몰티셀 배포에서 흔히 발생하는 대역폭 제한 및 오류 발생이 잦은 무선 채널에 초점을 맞춘다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스큐-큐아이씨스와 오스트비씨스의 조합이 반-페몰티셀 MIMO 시스템의 BEP 성능에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 이 하이브리드 방식에서 최적 알고리즘 대비 준최적 알고리즘을 사용한 반복적 디코딩의 성능 향상은 어느 정도인가?
• RQ3 코딩 및 공간-시간 다양성 기법을 통해 실내 MIMO 채널에서 BEP는 얼마나 감소시킬 수 있는가?
• RQ4 대역폭 제약 조건 하에서 MISO 대비 MIMO 구성에서 시스템 성능은 어떻게 나타나는가?

주요 결과

• 제안된 스퀴-큐아이씨스 및 오스트비씨스 기반의 시스템은 특히 레이일라이 페이딩 환경에서 반-페몰티셀 MIMO 시스템에서 BEP를 크게 감소시킨다.
• 최적 알고리즘을 사용한 반복적 디코딩은 준최적 디코딩보다 더 우수한 BEP 성능을 보이며, 둘 다 비코딩 시스템 대비 상당한 성능 향상을 보인다.
• 대역폭 제한된 실내 무선 채널 환경에서 시스템은 향상된 스펙트럼 효율성과 신뢰성을 확보한다.
• 스큐-큐아이씨스의 코딩 이득과 오스트비씨스의 다양성 이득을 조합함으로써 MIMO 및 MISO 구성에서 오류 내성 능력이 향상된다.