[论文解读] BEP Enhancement for Semi-Femtocell MIMO Systems Employing SC-QICs and OSTBCs

Ardavan Rahimian, Farhad Mehran|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2017

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 18被引用 3

一句话总结

本文提出了一种用于半宏蜂窝系统（semi-femtocell systems）的混合MIMO传输方案，结合了串行级联二次交织编码（SC-QICs）与正交空时块编码（OSTBCs），以提升比特误码率（BEP）性能。通过采用最优与次优算法的迭代译码，该方案在带宽受限、易出错的室内无线信道中显著降低了BEP，展示了在MISO与MIMO配置下更高的可靠性与频谱效率。

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.

研究动机与目标

• 为解决室内无线信道中比特误码率（BEP）过高的问题，该信道承载了超过60%的数据与语音业务。
• 在带宽与传播条件受限下，提升半宏蜂窝MIMO系统的频谱效率与可靠性。
• 评估基于SC-QICs的空时Turbo码与OSTBCs在MISO与MIMO配置下的性能表现。
• 比较最优与次优译码算法在降低半宏蜂窝网络BEP方面的性能差异。

提出的方法

• 系统采用串行级联二次交织编码（SC-QICs）与正交空时块编码（OSTBCs），以实现分集增益与编码增益。
• 应用基于最优与次优算法的迭代译码，以增强纠错性能。
• 在多输入单输出（MISO）与多输入多输出（MIMO）半宏蜂窝场景中对方案进行评估。
• 在瑞利衰落信道（典型室内环境）下，以比特误码率（BEP）为指标分析性能。
• 正交空时块编码的使用确保了全分集增益，并在接收端实现简单的线性检测。
• 设计聚焦于带宽受限、易出错的无线信道，此类信道在室内宏蜂窝部署中普遍存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 SC-QICs与OSTBCs的结合如何影响半宏蜂窝MIMO系统的BEP性能？
• RQ2 在该混合方案中，使用最优与次优译码算法进行迭代译码，其性能增益如何？
• RQ3 编码技术与空时分集技术在室内MIMO信道中能将BEP降低到何种程度？
• RQ4 在带宽受限条件下，系统在MISO与MIMO配置下的性能表现如何？

主要发现

• 所提出的基于SC-QIC与OSTBC的方案在半宏蜂窝MIMO系统中实现了显著的BEP降低，尤其在瑞利衰落环境中表现突出。
• 采用最优算法的迭代译码比次优译码获得更优的BEP性能，但两者相较未编码系统均有显著增益。
• 系统在带宽受限的室内无线信道中展现出更高的频谱效率与可靠性。
• SC-QICs提供的编码增益与OSTBCs提供的分集增益相结合，显著提升了MIMO与MISO配置下的抗误码能力。