일반화된 최적 다이버시티를 얻는 시공간 부호
A Structured Space-Time Codes Achieving Generalized Optimal Diversity
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 吳成根
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 본문언어 영어
초록/요약
In this thesis, we propose a new structure of space-time codes (STCs), which can achieve generalized optimum diversity (GOD) with minimum delay. The proposed code structure can achieve both the optimal diversity (i.e., the full diversity) and the maximum coding gain, irrespective of the rate (R) and the antenna configuration, if the rate is less than or equal to the rank of the channel matrix. A code can be defined by using a square matrix corresponding to N_(t)(transmit antennas) x N_(t) (time slots) for a code block. The code transmits a total of N_(t) * R data symbols in a code block with the length of N_(t) time slots, thus achieving the average rate of R over N_(t) time slots. At a time slot, each transmit antenna combines mutually exclusive R data sym-bols using complex weights, even though the combining weights for each transmit antenna may vary from a slot to another for each antenna as well as from an antenna to another. Hence, a total of N_(t)*R data symbols are trans-mitted over all N_(t) transmit antennas at every time slot. In a code block, the same set of data symbols are repeated at every time slot, but are transmitted over different spatial channels (i.e., different transmit antennas) with a different set of combining weights. Finally, an optimum code is obtained by finding the set of complex weights so that the minimum or average absolute determinant of code word difference matrices could be maximized. But, our code fol-lows a constraint so that the weighting matrix should be unitary, in order to guarantee that a code achieves the full channel capacity if the code achieves a maximum coding gain. We give two STC design examples with the proposed code structure: one is for rate 2 for two transmit antennas and the other for rate 3 for three transmit antennas. We also provide some guidelines for optimal code search. Computer simulations are performed to demonstrate the performance of the proposed codes. We compare it with those of the existing orthogonal STCs and linear dispersion (LD) STCs. The proposed code structure can achieve full diversity and maximize a coding gain, irrespective of the rate and the antenna configuration due to its inherent structure, and can find easily the sets of optimum weights. In addition, the code can utilize fully the channel capacity if the weighting matrices are unitary in the case of N_(t)=R.
more초록/요약
본 논문에서는, MIMO (multiple input multiple output) 시스템에서 일반화된 최적 다이버시티를 얻으면서 최소의 지연을 가지는 새로운 선형 시공간부호 구조를 제안한다. 일반화된 최적 다이버시티를 얻는 시공간 부호로써, 제안된 시공간부호는 공간다중화율 (R)과 안테나의 구성에 상관없이 다중화율이 채널행렬의 랭크(rank)보다 크거나 같은 조건을 만족하면 최적의 다이버시티 (즉, 최대 다이버시티)와 최대의 부호화 이득을 얻는다. 제안된 시공간 부호는 최소의 지연 (N_(t)=l)을 가지기 위하여 하나의 코드블럭 (code block)이 N_(t) (전송안테나 개수) x N_(t) (타임슬롯) 정방행렬로 정의되며, N_(t) 타임슬롯 구간동안 평균 다중화율 R 을 얻기위하여 하나의 코드블럭 구간동안 R 개의 데이터 심벌을 전송한다. 하나의 타임슬롯에서, 각 전송안테나는 서로 다른 R 개의 데이터 심벌을 복소가중치를 이용하여 조합하여 전송하며, 이때 복소가중치는 안테나별로 타임슬롯별로 다른 값을 가진다. 그러므로, 총 N_(t)*R 개의 데이터 심벌이 총 N_(t) 개의 전송안테나를 통하여 매 타임슬롯마다 전송되며 같은 데이터 심벌들은 하나의 코드블록 구간 동안 매 타임슬롯마다 반복되어 전송되며 반복될 때마다 공간적으로 다른 채널을 통하여 전송되고 이때 마다 사용되는 복소 가중치는 다른값을 사용한다. 최적의 다이버시티를 얻기 위해서, 하나의 코드블록 구간 동안 모든 데이터 심벌은 최소 1번 이상 모든 N_(t) 개의 안테나를 통하여 전송되도록 하고, 각 데이터 심벌은 N_(t) 타임슬롯 구간 동안 각기 다른 안테나를 통하여 전송 되도록 한다. 마지막으로, 최적의 성능을 가지는 부호는 부호어 차행렬의 최소 디터미넌트의 크기가 최대가 되도록 하는 복소가중치 집합을 찾음으로써 얻을 수 있다. 단, 부호화 이득이 최대가 되었을 때 채널용량의 손실을 막기 위하여 복소가중치 행렬이 단위행렬 (unitary matrix)이 되도록 각 복소가중치를 설정한다. 본 논문에서는, 제안된 코드 구조를 이용하여 시공간부호 설계 예로써 다중화율 2를 가지는 두 개의 송신안테나 시스템과 다중화율 3을 가지는 세 개의 송신안테나 시스템을 위한 최대의 채널용량을 가지는 시공간 부호를 설계한다. 또한, 시공간부호 설계과정을 통하여 최적의 부호를 찾는 지침을 제공한다. 모의실험을 통하여 제안된 코드들의 성능을 검증하며, 기존의 직교 시공간 블록부호 (OSTBC)와 선형 시공간블록 (LD-STBC) 부화와 성능을 비교한다. 제안된 코드 구조는 일반화되어 있어 어떠한 안테나 구조, 다중화율에서도 시공간부호 설계가 가능하며 주어진 환경에서 최대의 다이버시티 이득과 최대의 부호화 이득을 얻을 수 있다. 또한 가중치 행렬이 단일행렬이 되는 조건 (N_(t)=R)만족하는 경우에는 최대의 채널 용량을 얻을 수 있다.
more목차
Contents
List of Table Captions = ⅲ
List of Figure Captions = ⅳ
Acronyms = ⅶ
Abstract = ⅷ
국문요약 = ⅹ
Chapter Ⅰ. Introduction = 1
Chapter Ⅱ. MIMO System = 5
A.Channel and System Model = 5
B.Detection at Receiver = 7
C.MIMO Channel Capacity = 8
D.Diversity-Multiplexing Tradeoff = 8
Chapter Ⅲ. Existing STCs = 13
A.Orthogonal Designs = 13
B.Linear Dispersion Code = 19
Chapter Ⅳ. Design of STCs = 34
A.Structure of the Proposed STCs = 34
B.Design Criterions and Conditions = 35
C.Design Examples = 38
Chapter Ⅴ. Simulation Results = 52
A.Two Transmit Antennas with Rate 2 = 52
B.Tree Transmit Antennas with Rate 3 = 57
Chapter Ⅵ. Conclusions = 60
References = 62
