[논문 리뷰] Full Diversity Space-Time Block Codes with Low-Complexity Partial Interference Cancellation Group Decoding

Wei Zhang, Long Shi외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 20.

Advanced Wireless Communication Techniques참고 문헌 39인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 알라무티 코드 요소를 다층 대각 행렬로 대체함으로써 군 수직 구조를 기반으로 한 새로운 전체 다변화 공간-시간 블록 코드(STBC)를 제안한다. 이 설계는 낮은 복잡도의 부분 간섭 제거(PIC) 군 복호화를 가능하게 하여 코드 비율 $2M/(M+2)$로 전체 다변화를 달성하고, 기존의 전체 다변화 STBC와 비교해 복호화 복잡도를 절반으로 줄인다.

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.

연구 동기 및 목표

• MIMO STBC 설계에서 코드 비율, 다변화 이득 및 복호화 복잡도 간의 상충 관계를 해결하기 위해.
• 낮은 복잡도 복호화를 가능하게 하는 전체 다변화 STBC를 체계적으로 설계하기 위해.
• 전체 다변화를 유지하면서 복호화 복잡도를 낮추기 위해.
• 알라무티 코드를 초월해 다른 수직 STBC로의 설계 일반화를 위해.

제안 방법

• 제안된 STBC는 2×2 알라무티 코드 행렬의 각 요소를 코딩된 기호의 다중 대각층으로 구성된 기본 행렬로 대체한다.
• 기본 행렬은 채널 상태 정보로부터 유도된 대각 행렬과 코딩된 기호 벡터를 사용해 구성된다.
• 특정 그룹화 방식을 적용하여 복잡도를 감소시킨 부분 간섭 제거(PIC) 군 복호화를 가능하게 한다.
• 코드 구조는 군 수직성을 보장하여 간섭 최소화로써 순차적 기호 그룹 복호화를 허용한다.
• 복호화 과정은 MIMO 신호 모델을 낮은 복잡도의 PIC에 적합한 등가 형태로 변환하는 데 활용된다.
• 이론적 분석을 통해 코드가 PIC 군 복호화 하에서 랭크 기준을 만족함으로써 전체 다변화를 달성함을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MIMO 시스템에서 낮은 복잡도의 PIC 군 복호화를 갖는 전체 다변화 STBC를 설계할 수 있는가?
• RQ2 PIC 복호화 하에서 고비율과 전체 다변화를 동시에 달성할 수 있는 코드 구조는 무엇인가?
• RQ3 기존의 전체 다변화 STBC와 비교해 복호화 복잡도를 절반으로 줄일 수 있는가?
• RQ4 제안된 설계는 알라무티 코드를 초월해 다른 수직 STBC로 일반화될 수 있는가?
• RQ5 PIC 복호화 하에서 전체 다변화를 유지하면서도 도달 가능한 코드 비율은 얼마인가?

주요 결과

• 제안된 STBC는 부분 간섭 제거(PIC) 군 복호화 하에서 전체 다변화를 달성하여 fading 채널에서 신뢰성 있는 통신을 보장한다.
• 코드 비율은 $2M/(M+2)$에 도달하며, 이는 전통적인 수직 STBC의 비율을 초월하고 $M$ 송신 안테나 기준 전체 비율에 가까워진다.
• 시뮬레이션 결과에 따르면, 기존의 전체 다변화 STBC와 비교해 복호화 복잡도가 절반으로 감소함을 확인했다.
• 코드 구조는 군 수직성을 가지며, 낮은 복잡도 처리로 순차적 군 복호화를 가능하게 한다.
• 시뮬레이션 결과는 제안된 코드가 [46]의 전체 다변화 STBC와 유사한 성능을 보이며, 복호화 복잡도가 크게 감소함을 시사한다.
• 제안된 설계는 알라무티 코드를 초월해 다른 수직 STBC로도 일반화 가능하므로 더 넓은 적용 가능성을 보인다.