[논문 리뷰] High-Rate, Distributed Training-Embedded Complex Orthogonal Designs for Relay Networks

J. Harshan, B. Sundar Rajan외 1명|ArXiv.org|2009. 08. 01.

Cooperative Communication and Network Coding참고 문헌 14인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 복소 정규직교설계(CODs)를 사용한 두 홉 수신 증폭-전달 중계망에서 고속도, 훈련 임bedded 단일기호 최대우도인식 가능 분산 공간-시간 블록 코드(DSTBCs)를 제안한다. 훈련 기호를 직접 코드 구조에 통합함으로써, 기존의 SSD DSTBCs보다 더 높은 스펙트럼 효율성과 완전한 다중화를 달성한다. 비제곱형 훈련 임bedded CODs(TE-CODs)는 10 미만의 중계기 수를 가진 경우 1/3을 초과하는 속도를 제공하며, 1.5 bpcu에서 기존 방법보다 0.5 dB 향상된 BER 성능을 달성한다.

ABSTRACT

Distributed Space-Time Block Codes (DSTBCs) from Complex Orthogonal Designs (CODs) (both square and non-square CODs other than the Alamouti design) are known to lose their single-symbol ML decodable (SSD) property when used in two-hop wireless relay networks using amplify and forward protocol. For such a network, in this paper, a new class of high rate, training-embedded (TE) SSD DSTBCs are constructed from TE-CODs. The proposed codes include the training symbols in the structure of the code which is shown to be the key point to obtain high rate as well as the SSD property. TE-CODs are shown to offer full-diversity for arbitrary complex constellations. Non-square TE-CODs are shown to provide higher rates (in symbols per channel use) compared to the known SSD DSTBCs for relay networks with number of relays less than $10.$

연구 동기 및 목표

• 두 홉 중계망에서 비알라모티 분산 공간-시간 코드의 단일기호 최대우도인식(SSD) 손실 문제를 해결하기 위해.
• 훈련 오버헤드를 비율 계산에 고려하면서도 저복잡도 최대우도 인식을 유지하는 고속도 SSD DSTBCs를 설계하기 위해.
• 중계기에서 수신기로의 채널 위상 정보를 알고 있는 분산 중계망에서 복소 정규직교설계(CODs)를 사용해 완전한 다중화 전송을 가능하게 하기 위해.
• 코드 구조 내 훈련 기호 임베딩을 통해 기존 SSD DSTBCs보다 스펙트럼 효율성을 향상시키기 위해.

제안 방법

• COD의 모든 0 요소를 일정한 훈련 기호로 대체하여 훈련 임bedded 복소 정규직교설계(TE-CODs)를 구성한다.
• 수득기에서의 위상 정보를 알고 있는 두 홉 수신 증폭-전달 중계망에서, 결과적으로 얻어진 TE-CODs를 분산 STBCs로 사용한다.
• 코드 행렬 내에 훈련 기호를 임베딩하여 중계기가 별도의 훈련 시퀀스 없이 자신의 채널 위상을 추정할 수 있도록 한다.
• 훈련 임베딩에도 불구하고 정규직교 구조를 유지함으로써 수신기에서 단일기호 최대우도 인식이 가능하도록 한다.
• 스펙트럼 효율성 계산 시 총 채널 사용 횟수에 훈련 오버헤드를 고려한다(기호당 채널 사용 횟수 기준).
• 두 번째 단계에서 훈련 기호와 데이터 기호를 겹쳐서 수신기에서 채널 추정을 수행함으로써 중계기에서 수신기로 별도의 훈련 전송이 필요 없도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복소 정규직교설계 내에 훈련 기호를 임베딩하여 분산 중계망에서 단일기호 최대우도 인식(SSD)를 유지할 수 있는가?
• RQ2 코드 구조 내 훈련 기호 임베딩은 별도의 오버헤드로 간주하는 방법보다 더 높은 스펙트럼 효율성을 달성할 수 있는가?
• RQ3 TE-CODs는 중계기에서 위상 정보를 알고 있는 중계망에서 임의의 복소 조합 기호에 대해 완전한 다중화를 달성할 수 있는가?
• RQ4 훈련 오버헤드를 비율 계산에 포함했을 때, 비제곱형 TE-CODs에서 유도된 TE-DSTBC의 비율은 기존 SSD DSTBCs와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ5 동일한 스펙트럼 효율 조건에서, 제안된 TE-DSTBC의 BER 성능 향상은 기존 SSD DSTBCs에 비해 얼마나 되는가?

주요 결과

• 비제곱형 TE-CODs는 10 미만의 중계기를 가진 네트워크에서 1/3을 초과하는 스펙트럼 효율성을 달성하며, 훈련 오버헤드를 포함해도 기존 SSD DSTBCs의 비율을 뛰어넘는다.
• K=4 중계기의 경우, 제안된 TE-DSTBC는 스펙트럼 효율 1.5 bpcu에서 [7]의 방법보다 0.5 dB의 SNR 이득을 확보한다.
• 제안된 방법은 QAM을 포함한 임의의 복소 조합 기호에 대해 완전한 다중화를 달성하면서도 단일기호 최대우도 인식 성질을 유지한다.
• 코드 구조 내 훈련 기호 임베딩은 고속도와 SSD 성질을 동시에 달성하는 데 핵심적이다.
• 제안된 방법은 중계기에서 수신기로 별도의 훈련 전송이 필요 없어지며, 이는 기존에 이러한 훈련이 필요한 방법들보다 전체 스펙트럼 효율성이 향상됨을 의미한다.
• 시뮬레이션 결과는 제안된 TE-DSTBC가 QAM 조합 기호에 대해 단일 복소기호 최대우도 인식 성질을 유지함을 확인하며, 저복잡도 디코딩을 가능하게 한다.