부호화율이 1인 효율적인 QO-STBC 방식 = An Efficient Rate One QO- STBC

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The demand for mobile communication systems with high data rates has dramatically increased in recent years. New methods are necessary to satisfy this huge communications demand, exploiting the limited resources of bandwidth and power [1]. Multi-input multi output (MIMO) systems with multiple antenna elements at both link ends are an efficient solution for future wireless communications systems as they provide high data rates by exploiting the spatial domain under the constraints of limited bandwidth and transmit power. Space-Time Block Coding (STBC) is a MIMO transmit strategy which exploits transmit diversity and high reliability.
STBC can be divided into two main classes, namely Orthogonal Space-Time Block Codes (O-STBC) and Non-Orthogonal Space-Time Block Codes (NO-STBC). The Quasi-Orthogonal Space-Time Block Codes (QO-STBC) belong to a class of NO-STBC and have been an intensive area of research. The O-STBC can achieve full diversity with low decoding complexity. However, full data rate is achievable in connection with full diversity only in the case of two antennas with complex-valued symbol transmission. For more than two transmit antennas full date rate can be achieved with QO-STBC with a loss of the diversity gain. In addition, the quasi-orthogonal coding schemes are generally more complex, especially for decoding, in order to get reasonable performance, the computational cost of the detection step has to be increased compared to that of an orthogonal scheme.
In this thesis two novel ideas are proposed for rate-one QO-STBC scheme. The first idea is using selective antenna scheme, while the second idea is designing an orthogonal channel matrix.

국문 초록 (Abstract)

최근 들어 이동통신시스템에서의 고속 데이터 전송에 대한 요구가 크게 증대하고 있다. 따라서, 제한된 대역폭과 전력 제한 조건 하에서 급속한 사용자 요구사항에 부응하기 위한 새로운 기술들이 필요하게 되었다 [1]. 송 수신 단에서의 다중 입/출력 안테나를 (multi-input multi output ; MIMO) 이용한 시스템은 이러한 요구 사항을 해결할 수 있는 효율적인 방법 중의 하나이다. 왜냐하면, 이 방식은 제한된 대역폭과 전송 전력 내에서 공간 도메인에서의 추가 능력을 활용하는 것이기 때문이다. 시공간블럭부호 (space-time block coding ; STBC)는 전송 다이버시티와 고 신뢰도를 꾀하는 MIMO 전송 기법 중의 하나이다.
STBC 는 크게 직교 STBC(orthogonal SPBC; O-STBC)와 비직교 STBC 의 두 가지로 구분할 수 있다. 준직교 STBC(quasi-orthogonal STBC ;QO-STBC)는 비직교 NO-STBC에 속하는 기법으로써 활발한 연구 분야의 하나가 되어왔다. O-STBC 는 매우 적은 복호 복잡도를 가지고도 완전 다이버시티 이득을 구현할 수 있다. 그러나, 완전 부호화율, 즉 부호화율 1, 및 완전 다이버시티는 두 개의 송신 안테나를 사용하는 복소 심볼 전송 시스템에서만 가능하다. 두 개 이상의 송신 안테나를 사용하여 완전 부호화율을 얻기 위해서는 다이버시티 이득에 대한 손해를 감수하고 QO-STBC 방식을 사용하여야 한다. 그러나, 준직교 방식을 이용하여 어느 정도의 다이버시티 이득을 얻기 위해서는 일반적으로 그 복호 방식이 직교 방식에 비하여 매우 복잡하다는 단점이 있다.
본 논문에서는 부호화율이 1 인 효율적인 QO-STBC 을 구현할 수 있는 두 가지 방식을 제안한다. 첫 번째 방식은 선택적 안테나 방식을 사용하는 것이고, 두 번째 방식은 직교하는 채널 행렬을 설계하는 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction = 1
• 2.Conventional O-STBC = 5
• 2.1.Alamouti Space-Time Block Code = 6
• 2.1.1.Encoding Algorithm for Alamouti STBC = 6
• 2.1.2.Decoding Algorithm for Alamouti STBC = 9
• 2.1.3.Alamouti STBC with Multiple Receiver Antennas = 10
• 2.1.4.Performance of the Alamouti Scheme = 10
• 2.2.Conventional O-STBC Schemes for Three and Four Transmit Antennas = 12
• 2.2.1.Orthogonal Design = 12
• 2.2.2.O-STBC with a Half Rate for Three and Four Transmit Antennas = 13
• 2.2.2.1.Encoding Algorithm = 13
• 2.2.2.2.Decoding Algorithm = 16
• 2.2.2.3.Simulation Results = 17
• 2.2.3.O-STBC with Rate 3/4 for Three and Four Transmit Antennas = 18
• 3.Conventional QO-STBC = 21
• 3.1.Jafarkhani QO-STBC = 22
• 3.2.TBH QO-STBC = 23
• 3.2.1.The Decoding Algorithm of TBH QO-STBC = 24
• 3.2.2.Simulation Results = 25
• 3.3.QO-STBC Scheme with a Selective Receiver = 27
• 3.3.1.Encoding Algorithm = 28
• 3.3.2.Decoding Algorithm = 30
• 3.3.3.Simulation Results = 30
• 4.Proposed QO-STBC Algorithm = 33
• 4.1.Proposed QO-STBC Scheme with Selective Receiver = 33
• 4.1.1.Encoding Agorithm = 33
• 4.1.2.Decoding Agorithm With Selective Receiver = 35
• 4.1.3.Simulation Results = 38
• 4.2.Proposed Rate One QO-STBC = 41
• 4.2.1.Encoding Algorithm = 41
• 4.2.2.Decoding Algorithm = 48
• 4.2.3.Simulation results = 51
• 5.Conclusions = 55
• 6.Achievements = 57
• Reference = 58
• Acknowledgements = 61