[论文解读] High Date-Rate Single-Symbol ML Decodable Distributed STBCs for Cooperative Networks

Zhihang Yi, Il‐Min Kim|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2006

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 24被引用 9

一句话总结

本文提出了一种高码率的分布式正交空时块编码（DOSTBCs），可在协作网络中实现单符号最大似然（ML）译码与全分集增益。通过引入具有对角噪声协方差的行单项DOSTBCs，作者推导出数据速率的上界——约为传统基于重发的方案的两倍——并提出了系统化的构造方法以达到该上界。

ABSTRACT

High data-rate Distributed Orthogonal Space-Time Block Codes (DOSTBCs) which achieve the single-symbol decodability and full diversity order are proposed in this paper. An upper bound of the data-rate of the DOSTBC is derived and it is approximately twice larger than that of the conventional repetition-based cooperative strategy. In order to facilitate the systematic constructions of the DOSTBCs achieving the upper bound of the data-rate, some special DOSTBCs, which have diagonal noise covariance matrices at the destination terminal, are investigated. These codes are referred to as the row-monomial DOSTBCs. An upper bound of the data-rate of the row-monomial DOSTBC is derived and it is equal to or slightly smaller than that of the DOSTBC. Lastly, the systematic construction methods of the row-monomial DOSTBCs achieving the upper bound of the data-rate are presented.

研究动机与目标

• 解决基于重发分集的传统协作通信方案存在的低码率局限性。
• 设计一种支持高数据速率的分布式正交空时块编码（DOSTBCs），同时保持单符号最大似然（ML）译码能力。
• 推导DOSTBCs可实现数据速率的上界，并确定该上界可被逼近或达到的条件。
• 引入并分析一类特殊的DOSTBCs——行单项DOSTBCs，其具有对角噪声协方差矩阵，以简化设计与译码过程。
• 提供系统化的行单项DOSTBCs构造方法，使其达到理论数据速率上界。

提出的方法

• 推导一般DOSTBCs的数据速率上界，表明其约为传统基于重发的协作策略的两倍。
• 引入行单项DOSTBCs，即在接收端噪声协方差矩阵为对角矩阵的DOSTBCs子类，从而简化最大似然译码。
• 推导行单项DOSTBCs的数据速率上界，其值与一般DOSTBCs的上界相等或仅略小。
• 设计系统化的行单项DOSTBCs构造过程，使其达到所推导的数据速率上界。
• 通过在码矩阵结构上施加约束，确保所构造的码保持全分集阶数与单符号译码能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在保持单符号最大似然译码与全分集增益的前提下，DOSTBCs在协作网络中可实现的理论最大数据速率是多少？
• RQ2 所提出的DOSTBCs的数据速率与传统基于重发的协作方案相比如何？
• RQ3 DOSTBCs的一个子类——行单项DOSTBCs——是否可达到与一般DOSTBCs相同的速率上界？
• RQ4 哪些结构特性使得能够系统化地构造出高码率、单符号可译码且具有对角噪声协方差的DOSTBCs？
• RQ5 在何种条件下可确保所构造的DOSTBCs保持全分集增益与高效的ML译码？

主要发现

• DOSTBCs的数据速率上界约为传统基于重发的协作策略的两倍。
• 行单项DOSTBCs实现的数据速率上界与一般DOSTBCs的上界相等或仅略小。
• 所提出的行单项DOSTBCs系统化构造方法成功实现了所推导的数据速率上界。
• 行单项DOSTBCs中使用对角噪声协方差矩阵，可实现单符号最大似然译码，且译码复杂度降低。
• 所构造的码保持全分集阶数，确保在衰落信道中可靠通信。
• 通过所提出的构造框架，证明了DOSTBCs的理论数据速率上界是可实现的。