[论文解读] Full Diversity Space-Time Block Codes with Low-Complexity Partial Interference Cancellation Group Decoding

Wei Zhang, Long Shi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2010

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 39被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种新型全分集空时块码（STBC），用于MIMO系统，基于将Alamouti码元素替换为多层对角矩阵的群正交结构。该设计实现了低复杂度部分干扰消除（PIC）组检测，以$2M/(M+2)$的码率实现全分集，且相比先前具有PIC检测的全分集STBC，解码复杂度降低一半。

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.

研究动机与目标

• 解决MIMO STBC设计中码率、分集增益与解码复杂度之间的权衡问题。
• 提出一种系统化方法，用于构造可实现低复杂度解码的全分集STBC。
• 在保持全分集的同时降低解码复杂度，并实现高码率。
• 将设计方法从Alamouti码推广至其他正交STBC。

提出的方法

• 所提出的STBC将2×2 Alamouti码矩阵的每个元素替换为由多个对角层编码符号组成的基元矩阵。
• 基元矩阵通过信道状态信息导出的对角矩阵与编码符号向量构造而成。
• 采用特定的分组方案，以实现复杂度降低的局部干扰消除（PIC）组解码。
• 码结构确保群正交性，使得符号组可实现干扰最小化的连续解码。
• 解码过程利用一种变换，将MIMO信号模型映射为适合低复杂度PIC处理的等效形式。
• 理论分析证明，通过满足秩准则，该码在PIC组解码下可实现全分集。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否为MIMO系统设计一种具备低复杂度PIC组解码的全分集STBC？
• RQ2 何种码结构可在PIC解码下同时实现高码率与全分集？
• RQ3 如何将解码复杂度降低至现有全分集STBC（PIC）的一半？
• RQ4 所提出的方案能否推广至Alamouti码以外的其他正交STBC？
• RQ5 在PIC解码下，该STBC的可实现码率是多少，同时保持全分集？

主要发现

• 所提出的STBC在部分干扰消除（PIC）组解码下实现全分集，确保在衰落信道中可靠通信。
• 码率达到$2M/(M+2)$，超过传统正交STBC的码率，并在$M$个发射天线时接近全速率。
• 仿真结果证实，解码复杂度降低至现有全分集STBC（PIC）的一半。
• 码结构具有群正交性，支持低复杂度处理的连续组解码。
• 仿真结果表明，所提码的性能与文献[46]中的全分集STBC相当，但解码复杂度显著降低。
• 该设计可推广至Alamouti码以外的其他正交STBC，表明其具有更广泛的应用潜力。