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시간 선택적 페이딩 환경에서 CIOD 시공간 블록 부호의 성능 분석
Performance Analysis for The Coordinate Interleaved Orthogonal Design of Space Time Block Code in The Time Selective Fading Channel 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.51 no.6, 2014년, pp.43 - 49  

문승현 (홍익대학교 전자정보통신공학과) ,  이호경 (홍익대학교 전자전기공학부)

초록
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본 논문에서는 4개의 전송 안테나 시스템에서 좌표축 인터리빙된 직교 신호로 디자인(Coordinate interleaved orthogonal design: CIOD)된 시 공간 블록 부호(Space time block code: STBC)가 시간 선택적 페이딩 채널인 1차 Markov 채널을 통과하였을 때에 성능 분석을 다룬다. 채널이 준 정지 페이딩 채널(Quasi-static fading channel)일 경우 STBC-CIOD는 최대 전송률과 최대 다이버시티(Full rate full diversity: FRFD)를 만족하고, 단일 심볼 복호가 가능한(single symbol decodable: SSD) 코드이나, 시간 선택적 페이딩 환경에서는 신호간의 간섭이 생기므로 FRFD을 만족시키더라도 단일 심볼 복호를 수행하였을 때 간섭에 의한 성능 열화가 생길 것이다. 심볼 오류율(Symbol error rate: SER)의 Union bound를 신호 쌍 오류 확률(pairwise error probability)을 유도하여 구한다. 그리고 4-ary PSK 신호에 대한 모의실험을 통하여 유도된 심볼 오류율을 구하고 이를 수식으로 구한 심볼 오류율의 union bound 와 비교한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we consider the performance evaluation of space time block code (STBC)) with coordinate interleaved orthogonal design (CIOD) over time selective channel. In case of quasi static channel, STBC-CIOD satisfies full rate and full diversity (FRFD) property with the single symbol decoding. ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 절에서는 이러한 채널 모델에 기반을 두어 2절에서의 STBC-CIOD 방식에 대한 성능 변화를 해석하고자 한다. 만일 채널이 심볼 시간 간의 채널 상관성이 존재하는 마르코프 채널로 모델링 된다면, 이에 대한 등가 채널 표현은 식 (4)의 채널 이득값 H가 식 (8)과 같이 된다.
  • 준 정지 페이딩 채널에서 STBC-CIOD 는 FRFD을 가지고 단일 심볼 복호가 가능한 코드이나 시간 선택적 페이딩 채널에서는 단일 심볼 복호를 수행하였을 때 간섭 성분으로 인한 성능 열화가 생긴다. 본 논문에서는 이러한 성능 열화를 분석하기 위하여 심볼 쌍 오류율을 수식적으로 분석하고 이를 Monte-carlo simulation을 통하여 구하였으며, 이를 이용하여 심볼 오류율의 Union bound를 구하였다. 만일 Mobile의 속도가 느린 경우에는 단일 심볼 복호를 적용하였을 때 성능 열화도가 상대적으로 낮으나 Mobile의 속도가 증가할수록 낮은 ρ값에 상관성이 작은 채널 환경이될 것이다.

가설 설정

  • 준 정지 페이딩 채널을 가정하면, 회전된 신호 성좌의 블록 부호 의 각 송신 안테나에서 전송되는 신호들은 블록 시간동안 고정된 채널 이득 값인 hn (n = 0,1,2,3)을 겪게 된다. 각 채널 이득 값의 크기는 레일리 분포를 가지는 것으로 가정한다. hn은 평균이 0이고 차원당 분산이 0.
  • 여기서 P(xi)는 심볼 xi의 발생 확률이며, Uniform 분포를 가정하였다. 만일 채널이 준 정지 페이딩 채널이라면, Hmarkov = H 일 경우이며, 이때의 결과는 참고논문[11]에 제시된 준 정지 페이딩 채널에서의 오류율을 나타낸 식과 동일하다.
  • (n=0, 1, 2, 3)은 그림 1의 채널 출력 신호 벡터의 n번째 심볼 시간에 수신된 신호를 의미한다. 준 정지 페이딩 채널을 가정하면, 회전된 신호 성좌의 블록 부호 의 각 송신 안테나에서 전송되는 신호들은 블록 시간동안 고정된 채널 이득 값인 hn (n = 0,1,2,3)을 겪게 된다. 각 채널 이득 값의 크기는 레일리 분포를 가지는 것으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CIOD방식의 특징은? 이러한 한계점을 극복하기 위하여 STBC 신호에서 실수 부분과 허수 부분의 직교성을 이용하여 좌표축 인터리빙을 이용한 신호 설계로 CIOD(Co-ordinate interleaved orthogonal design) 방식이 제안된다[5]. 이는 수신단에서 SSD가 가능하며 FRFD을 만족시키는 방식이지만, 이를 만족시키기 위해서는 각 심볼간의 좌표축곱 거리(Coordinate product distance: CPD)의 값이 0이 되지 않도록 해야 한다는 조건이 있다[6]. 이는 전송되는 심볼의 신호 성좌를 회전시킨 후 좌표축 인터리빙 함으로서 해결될 수 있다[7].
다중 송신 안테나에서 전송 다이버시티를 얻기 위한 방법으로 사용되는 것은? 다중 송신 안테나에서 전송 다이버시티를 얻기 위한 방법으로 시 공간 블록 부호(Space time block code: STBC)가 사용되고 있다[1]. Alamouti가 제안한 STBC는 두 개의 전송 안테나에서 최대 전송율과 최대 다이버시티를 만족시키며(Full rate full diversity: FRFD) 수신단에서 단일 심볼 복호(Single symbol decoding: SSD)가 가능하다.
어떤 한계점을 극복하기 위해 CIOD방식이 제안되었나? Alamouti가 제안한 STBC는 두 개의 전송 안테나에서 최대 전송율과 최대 다이버시티를 만족시키며(Full rate full diversity: FRFD) 수신단에서 단일 심볼 복호(Single symbol decoding: SSD)가 가능하다. 3개 이상의 전송 안테나에서 SSD를 만족하기 위해서 직교 시공간 블록 부호 (Orthogonal space time block code: OSTBC)[2]가 제안되었지만, 이는 FRFD은 만족하지는 못한다. 그리고 QO-STBC (Quasi-orthogonal STBC)[3] 방식은 FRFD 조건은 만족하나, 심볼 쌍 복호(double symbol decoding: DSD)[4]를 하여야 하여 복호 복잡도가 증가한다.
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참고문헌 (15)

  1. S. M. Alamouti, "A simple transmitter diversity scheme for wireless communications," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 16, pp. 1451-1458, Oct.1998. 

  2. V. Tarokh, H. Jafarkhani, A. R. Calderbank, "Spacetime block codes from orthogonal designs," IEEE Trans. Info. Theory, Vol.45, No.5, pp.1456-1467. July 1999. 

  3. H. Jafarkhani, "A Quasi-Orthogonal Space-Time Block Code," IEEE Trans. Commun, Vol.49, pp.1-4, Jan.2001. 

  4. Hamid Jafarkhani, "Space-Time Codes: theory and practice," Cambridge University Press 2005, pp. l- 54, 126-150 

  5. Z. A. Khan and B. S. Rajan : "Single-symbol maximum likelihood decodable linear STBCs", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 52, No. 5, pp. 2062-2091, May 2006. 

  6. W. Su and X.-G. Xia, "Signal constellations for quasiorthogonal spacetime block codes with full-diversity," 

  7. Z. A. Khan, B. S. Rajan, and H. H. Lee, "Rectangular coordinate interleaved orthogonal designs," in Proc. IEEE GLOBECOM 2003,Commun. Theory Symp., vol. 4, San Francisco, CA, Dec. 2003, pp. 2004-2009. 

  8. M. Z. A. Khan and B. S. Rajan, "A Co-Ordinate Interleaved Orthogonal Design for Four Transmit Antennas," Dep. Elect. Commun. Eng., Indian Inst. Sci., Bangalore, India, IISc-DRDO Rep. No. TR-PME-2002-17, 2002. 

  9. B. S. Rajan, M. Z. A. Khan, and M. H. Lee, "A Co-ordinate interleaved orthogonal design for eight transmit antennas," Dep. Elect. Commun. Eng., Indian Inst. Sci., Bangalore, India, IISc-DRDO Rep. No. TR-PME-2002-16, 2002. 

  10. Ying Rao wei and M.Z.Wang, "Performance analysis of Full-rate STBC's from coordinate interleaved orthogoanl design" IEEE, 2007. 

  11. H. S. Wang and P.-C. Chang, "On Verifying the First-Order Markovian Assumption for a Rayleigh Fading Channel Model", IEEE Trans. Veh. Technol., Vol.45, No.2, pp.353-357, May 1996. 

  12. Z. Liu, X. Ma, and G.B. Giannakis, "Space-time coding and Kalman filtering for time-selective fading cahnnels." IEEE Trans. Commu., Vol.50, No. 2, pp.183-6, Feb. 2002. 

  13. W. C. Jakes, Microwave Mobile Communication. New York, NY:Wiley, 1974. 

  14. John G. Proakis, Digital Communications, McGraw-Hill, 2001. 

  15. G. Taricco, and E. Viterbo, "Performance of component interleaved signal sets for fading channels," IEE Electronics Letters, vol. 32, June 1996 pp.1170 - 1172 

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