[论文解读] Sphere Decoding for Spatial Modulation Systems with Arbitrary Nt

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

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 6被引用 8

一句话总结

该论文将发射端中心的球形检测（Tx-SD）检测器扩展至任意数量发射天线（Nt）的空分复用（SM）系统，包括Nt > Nr的情况，并提出了一种扩展的Tx-SD（E-Tx-SD）检测器，该检测器在显著降低检测复杂度的同时保持了最大似然（ML）最优性。该方法利用SM的同频干扰（ICI）无关特性，实现了所有Nt值下的高效检测。

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.

研究动机与目标

• 将发射端中心的球形检测（Tx-SD）检测器的应用范围从Nt ≤ Nr的系统扩展至Nt > Nr的系统。
• 为具有任意Nt的空分复用（SM）系统开发一种保持最大似然（ML）最优性的检测方案。
• 通过利用SM的同频干扰（ICI）无关特性，降低SM系统的检测复杂度。
• 证明所提出的扩展Tx-SD（E-Tx-SD）检测器在不损失性能的前提下实现了显著的复杂度降低。

提出的方法

• 本文将现有Tx-SD检测器扩展至适用于Nt ≤ 2Nr - 1的系统，而不仅限于Nt ≤ Nr，并将此扩展称为扩展Tx-SD（E-Tx-SD）。
• E-Tx-SD检测器利用空分复用固有的同频干扰（ICI）无关特性，减少发射端的搜索空间。
• 检测过程通过聚焦于激活的天线索引及其对应符号，最小化候选信号星座的数目。
• 该算法将球形检测原理应用于发射信号空间，利用ICI无关结构高效剪枝无效组合。
• 通过以结构化方式保留完整搜索空间并降低复杂度，确保ML最优性。
• 所提出的方案设计为可扩展至任意Nt值，无论Nt与Nr之间的关系如何。

实验结果

研究问题

• RQ1 发射端中心的球形检测（Tx-SD）检测器能否扩展至Nt > Nr的系统？
• RQ2 E-Tx-SD检测器在空分复用系统中对任意Nt是否保持最大似然（ML）最优性？
• RQ3 SM的ICI无关特性如何实现球形检测中的复杂度降低？
• RQ4 与传统ML检测相比，所提出的E-Tx-SD检测器可实现多大程度的复杂度降低？
• RQ5 E-Tx-SD检测器能否推广至任意数量发射天线的SM系统？

主要发现

• 所提出的扩展Tx-SD（E-Tx-SD）检测器在具有任意Nt的空分复用系统中被证明具有ML最优性。
• E-Tx-SD检测器将Tx-SD的适用范围从Nt ≤ Nr扩展至Nt ≤ 2Nr - 1的系统。
• 通过利用SM的同频干扰（ICI）无关特性，检测复杂度显著降低。
• 仿真结果证实，所提出的检测器在计算复杂度远低于穷举搜索的情况下实现了ML性能。
• 该方法在所有Nt值下均保持低复杂度，适用于高阶天线配置的实际SM系统。