(An) efficient distributed STBC-OFDM systems with overhead reduction scheme in multipath fading channels

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis proposes an overhead reduction scheme via pilot pattern re-design in distributed space-time block coded orthogonal frequency division multiplexing (DSTBC-OFDM) systems. The DSTBC-OFDM is a cooperative technique using the Alamouti’s transmitter diversity among spatially dispersed terminals in multipath fading channels in order to improve bit error rate (BER) performance. Since most researches, however, deal with the DSTBC-OFDM systems under the assumption of perfect channel state information (CSI), the throughput degradation due to the pilot symbols and the effect of the channel estimation errors have not been considered deeply.In this thesis, DSTBC-OFDM system with a pair of a pilot symbol and a null symbol is investigated as a practical DSTBC-OFDM model considering realistic channel estimation. Moreover, an overhead reduction scheme (ORS) is proposed when the CSI between PS (Primary Souce) and Destination is better than that between SS and Destination. The ORS performs the pilot pattern redesign according to the minimum pilot spacing criterion, which is based on the frequency-domain sampling theorem, in PS. The minimum pilot spacing information gets by RTS-CTS (Request to Send-Clear to Send) protocols i.e. SS or PS transmits RTS to Destination and Destination transmits CTS included minimum pilot spacing information to SS or PS after estimates channel by RTS. Then, SS or PS redesigns pilot pattern as to received minimum pilot spacing information.The minimum pilot spacing criterion and the normalized effective throughput (NET) via the ORS are derived as closed-form expressions. Simulation results show that the proposed ORS gives more than 0.3 bits/subcarrier NET compared with a conventional scheme while keeping the similar BER performance to the conventional one and low complexity LMMSE by reduced pilot subcarrier (channel estimate complexity of PS-Destination link).

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 다중 경로 페이딩 환경에서 DSTBC-OFDM에 대해 고려한다. ORS(Overhead Reduction Scheme)에 의해 수정된 DSTBC-OFDM은 각각 하나의 안테나를 가진 SS(Secondary Source), PS(Primary Source), Destination 단말로 이루어진 간단한 Relay Network를 구성하며 PD-link (PS-Destination Link)의 채널 상태가 SD-link (SS-Destination Link) 보다 좋을 때 효과적으로 동작한다. 즉, Maximum Delay Spread에 따라 파일럿 패턴 재설계에 의해 동작한다. 제안된 파일럿 패턴 재설계는 릴레이에서 이루어지며 최소 파일럿 간격 결정은 RTS-CTS(Request To Send-Clear to Send) 프로토콜에 의해 이루어진다. 최소 파일럿 간격은 각 채널 경로에서 최대 지연 확산에 대한 기준(Criterion)에 의하여 결정된다.본 본문에서는 DSTBC-OFDM 시스템 환경에서 파일럿 패턴 재설계에 대한 기준과 유효 throughput에 대한 식을 도출하였고 Destination에서 채널 추정을 위해 사용된 LMMSE의 복잡도를 줄였다 (RD구간 채널 추정을 위한 LMMSE의 복잡도). 또한 시뮬레이션을 통하여 기준에 의해 결정된 최소 파일럿 간격에 대한 비트 오율과 유효 throughput을 검토하였다. 시험 결과에서, 제안된 오버 헤드 절감 방안의 throughput은 오버 헤드 절감 방안이 적용되지 않은 일반적인 방법과 비교해서 약 0.3 bits/subcarrier가 향상되었다. 그리고 이것은 기존 방법을 사용했을 때 비트 오율 성능과 유사하게 유지하고 있다. 즉, DSTBC-OFDM 시스템 환경에서 제안된 방법은 기존 방법과 비교해서 비트 오율은 유지 하면서 throughput을 향상 시키고 낮은 복잡도를 갖는 채널 추정의 이점을 가진다.