[논문 리뷰] Sphere Decoding for Spatial Modulation Systems with Arbitrary Nt

Rakshith Rajashekar, K.V.S. Hari|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 23.

Advanced Wireless Communication Technologies참고 문헌 6인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 전송기 중심의 구형 디코딩(Tx-SD) 검출기를 Nt개의 전송 안테나를 가진 공간 다중화(SM) 시스템으로 확장하여, Nt > Nr인 경우를 포함한 임의의 Nt에 대해 적용 가능하게 하며, 최대우도(ML) 최적성을 유지하면서 검출 복잡도를 크게 감소시키는 확장된 Tx-SD(E-Tx-SD) 검출기를 제안한다. 이 방법은 SM의 상호채널 간섭(IC)이 없는 특성을 활용하여 모든 Nt 값에서 효율적인 검출을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• Tx-SD 검출기가 Nt ≤ Nr인 시스템에 국한되지 않고 Nt > Nr인 시스템으로까지 적용 가능하도록 확장하는 것.
• 임의의 Nt를 가진 공간 다중화(SM) 시스템에 대해 최대우도(ML) 최적성을 유지하는 검출 기법을 개발하는 것.
• SM의 상호채널 간섭(IC)이 없는 특성을 활용하여 SM 시스템의 검출 복잡도를 감소시키는 것.
• 제안된 확장된 Tx-SD(E-Tx-SD) 검출기가 성능 손실 없이 복잡도를 크게 감소시킬 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 논문은 기존의 Tx-SD 검출기를 Nt ≤ Nr뿐 아니라 Nt ≤ 2Nr - 1인 경우까지 확장하고, 이를 확장된 Tx-SD(E-Tx-SD)로 지칭한다.
• E-Tx-SD 검출기는 공간 다중화가 내재한 상호채널 간섭(IC)이 없는 특성을 활용하여 전송기 측의 탐색 공간을 줄인다.
• 검출 과정은 활성 안테나 인덱스와 그에 해당하는 기호에 집중하여 후보 신호 구성의 수를 최소화하도록 설계된다.
• 알고리즘은 전송 신호 공간에 대해 구형 디코딩 원리를 적용하며, IC가 없는 구조를 이용해 잘못된 조합을 효율적으로 제거한다.
• 전체 탐색 공간을 체계적으로 유지하면서 복잡도를 감소시킴으로써 ML 최적성을 보장한다.
• 제안된 기법은 Nt와 Nr 간의 관계에 관계없이 임의의 Nt 값에 대해 확장 가능하도록 설계되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전송기 중심의 구형 디코딩(Tx-SD) 검출기는 Nt > Nr인 시스템으로까지 확장될 수 있는가?
• RQ2 E-Tx-SD 검출기는 공간 다중화 시스템에서 임의의 Nt에 대해 최대우도(ML) 최적성을 유지하는가?
• RQ3 공간 다중화의 ICI가 없는 특성은 구형 디코딩에서 복잡도 감소를 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ4 기존의 최대우도 검출 대비 제안된 E-Tx-SD 검출기의 실현 가능한 복잡도 감소 수준은 어떠한가?
• RQ5 E-Tx-SD 검출기는 임의의 전송 안테나 수를 가진 SM 시스템으로 일반화될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 확장된 Tx-SD(E-Tx-SD) 검출기는 임의의 Nt를 가진 공간 다중화 시스템에서 ML 최적성이 입증되었다.
• E-Tx-SD 검출기는 Tx-SD의 적용 가능 범위를 Nt ≤ Nr에서 Nt ≤ 2Nr - 1까지 확장한다.
• SM의 상호채널 간섭(IC)이 없는 특성을 활용하여 검출 복잡도가 크게 감소된다.
• 시뮬레이션 결과는 제안된 검출기가 망원 검색보다 훨씬 낮은 계산 복잡도로 ML 성능을 달성함을 확인한다.
• 모든 Nt 값에서 낮은 복잡도를 유지하므로 고차원 안테나 구성이 적용된 실용적인 SM 시스템에 적합하다.