[论文解读] The Impact of Noise Correlation and Channel Phase Information on the Data-Rate of the Single-Symbol ML Decodable Distributed STBCs

Zhihang Yi, Il‐Min Kim|ArXiv.org|Aug 24, 2007

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 31被引用 9

一句话总结

本文研究了噪声相关性和信道相位信息对单符号最大似然可解分布式空时块码（DOSTBCs）频谱效率的影响。通过在保留中继端无第一跳信道状态信息（CSI）的前提下，移除行单项式约束，随后在放松CSI假设的同时保持行单项式结构，作者推导出更紧致的频谱效率上界，并构造出可达到该上界的码本，证明其频谱效率高于以往方法。

ABSTRACT

Very recently, we proposed the row-monomial distributed orthogonal space-time block codes (DOSTBCs) and showed that the row-monomial DOSTBCs achieved approximately twice higher bandwidth efficiency than the repetitionbased cooperative strategy [1]. However, we imposed two limitations on the row-monomial DOSTBCs. The first one was that the associated matrices of the codes must be row-monomial. The other was the assumption that the relays did not have any channel state information (CSI) of the channels from the source to the relays, although this CSI could be readily obtained at the relays without any additional pilot signals or any feedback overhead. In this paper, we first remove the row-monomial limitation; but keep the CSI limitation. In this case, we derive an upper bound of the data-rate of the DOSTBC and it is larger than that of the row-monomial DOSTBCs in [1]. Secondly, we abandon the CSI limitation; but keep the row-monomial limitation. Specifically, we propose the row-monomial DOSTBCs with channel phase information (DOSTBCs-CPI) and derive an upper bound of the data-rate of those codes. The rowmonomial DOSTBCs-CPI have higher data-rate than the DOSTBCs and the row-monomial DOSTBCs. Furthermore, we find the actual row-monomial DOSTBCs-CPI which achieve the upper bound of the data-rate.

研究动机与目标

• 分析当中继端缺乏源到中继信道CSI时，噪声相关性对单符号最大似然可解DOSTBC频谱效率的影响。
• 研究在保持行单项式结构的前提下，中继端引入信道相位信息（CPI）对频谱效率的影响。
• 在较宽松约束条件下，推导出DOSTBC频谱效率的改进上界，优于以往工作。
• 构造显式DOSTBCs-CPI码本，使其达到所推导的频谱效率上界，从而最大化频谱效率。

提出的方法

• 在放松行单项式约束且假设中继端对第一跳信道无CSI的条件下，推导出DOSTBC频谱效率的上界。
• 提出一种引入信道相位信息（DOSTBCs-CPI）的行单项式DOSTBC，通过利用中继端可用的CSI实现更高频谱效率。
• 通过矩阵分块和行/列非零元素分析，证明当K > 2时，DOSTBCs-CPI的频谱效率上界为1/2。
• 对符号在各行中的出现次数施加组合约束，以确保单符号最大似然可解性及对角噪声协方差。
• 基于每列中非零行数对码矩阵进行子矩阵分解，以分析总频谱效率。
• 通过构造显式码本验证上界，证明在K > 2条件下可实现1/2频谱效率极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 当允许噪声相关性且中继端缺乏第一跳信道CSI时，单符号最大似然可解DOSTBC的最高可实现频谱效率是多少？
• RQ2 在保持行单项式结构的前提下，中继端引入信道相位信息如何影响行单项式DOSTBC的频谱效率上界？
• RQ3 能否构造出显式的DOSTBCs-CPI码本，使其达到所推导的频谱效率上界？
• RQ4 在噪声相关或存在CSI的情况下，为保持单符号最大似然可解性，需要哪些结构约束？

主要发现

• 在不施加行单项式约束但第一跳无CSI的DOSTBC中，其频谱效率上界高于以往工作中行单项式DOSTBC的上界。
• 当中继端具备信道相位信息时，行单项式DOSTBCs-CPI的频谱效率上界高于标准DOSTBC。
• 当中继数K > 2时，DOSTBCs-CPI的频谱效率上界为1/2，且该上界是紧致的。
• 显式构造的行单项式DOSTBCs-CPI码本可达到1/2的频谱效率上界，验证了理论极限。
• 分析表明，仅靠无相关噪声不足以保证单符号最大似然可解性；还需对符号位置施加额外的结构约束。
• 所推导的1/2频谱效率上界适用于K ≥ 3，且当码矩阵被划分为每符号在行中恰好出现两次的受控方式时可实现。