Lu Zhao


Analysis and Design of Coded Space Time Modulation

Analyse und Entwurf von in Zeit und Raum codierten digitalen Modulationsverfahren

Band 11, Erlanger Berichte aus Informations- und Kommunikationstechnik, Herausgeber: A. Kaup, W. Koch, J. Huber. Shaker Verlag, Aachen, 2005.

Zusammenfassung

Coded space-time modulation (CSTM) ist von großem Interesse für hochratige, drahtlose Kommunikation mit mehreren Sende- und Empfangsantennen, da ein gut entworfenes CSTM System aufgrund der, durch die Verkettung von Fehlerkorrekturcode und höherstufiger space-time modulation (STM) zu erwartenden Codierungs- und Diversitätsgewinne, hohe Leistungs- und Bandbreiteneffizienz bieten kann.

In dieser Arbeit werden zwei bestimmte Ansätze zu CSTM, basierend auf unterschiedlichen Anforderungen an die Decodierverzögerung, im Detail studiert: Ein Ansatz ist CSTM mit mehrfacher Trellisdecodierung, bei dem ein äußerer Faltungs- code direkt seriell mit einem inneren STM System verkettet wird, das aus einem allgemeinen Space-Time-Code und einer beliebigen M-QAM/PSK Konstellation besteht. An der Empfängerseite wird mehrfache Trellisdecodierung mit sehr geringer Decodierverzögerung angewandt. Die Codierungs- und Decodierungsmethoden in diesem Entwurf sind mit denen der trelliscodierten Modulation vergleichbar.

Ein anderer Ansatz ist bit-interleaved coded space-time modulation (BICSTM) mit iterativer oder nicht-iterativer Decodierung. In diesem Fall ist der Encoder eine serielle Verkettung eines äußeren Faltungscodes und eines inneren STM Systems mit einem bitweisen Interleaver zwischen beiden Komponenten. Am Empfänger kann entweder eine nicht-iterative Decodierungsstrategie, oder im Fall von Anwendungen, welche längere Verzögerungen erlauben, eine iterative Decodierungsstrategie (die einen langen Interleaver erfordert) verwendet werden.

Für den CSTM-Ansatz mit mehrfacher Trellisdecodierung, wird ein mittleres Rang-Kriterium für volle Rate und nicht-orthogonale Space-Time-Codes mit mehr als zwei Sendeantennen hergeleitet. Dieses Kriterium wird dann verwendet, um ein CSTM System zu entwerfen, das einen neuen Space-Time-Code in leistungsfähiger Weise einsetzt.

Für den anderen Ansatz der BICSTM mit iterativer oder nicht-iterativer Decodierung werden vor kurzem vorgeschlagene extrinsic information transfer (EXIT) charts als Ausgangspunkt angewandt um diesen Entwurf zu analysieren. Außerdem werden zwei Parameter, die auf bitwise pairwise error probabilities (b-PEP) basieren, vorgeschlagen, um die Zuordnungsregel für STM zu entwerfen, was offenbar eine wesentliche Aufgabe in bitweise permutierenden Strategien mit iterativer oder nicht-iterativer Decodierung ist. Diese Parameter sind nahe mit der EXIT charts Analyse verwandt, können aber effizienter bestimmt werden. Andererseits wird die information processing characteristic (IPC) auf BICSTM erweitert, was einen vereinheitlichten Einblick in BICSTM mit iterativer und nicht-iterativer Decodierung aus informationstheoretischem Gesichtspunkt liefert. Zusätzlich werden die auf IPC basierenden oberen und unteren Grenzen des bit error ratio (BER) für BICSTM Systeme entwickelt und durch Simulationen bestätigt. Da die traditionelle obere Grenze des BER verketteter Codiersysteme unter der Annahme der nur durch einen linearen Code gewahrten Unabhängigkeit der Fehlerwahrscheinlichkeit vom tatsächlich gesendeten Codewort abgeleitet wird, sind die auf IPC basierenden oberen und unteren Grenzen des BER von bedeutendem Interesse für das Abschätzen der Leistungsfähigkeit von Codierungsentwürfen mit allgemeinen (normalerweise nichtlinearen) inneren Systemen für MIMO-Kanäle.