논문 11-36-05-01 한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 다중안테나재전송환경을위한 MSSTC 부호화기법 정회원고동주 *, 종신회원이정우 * Design of MSSTC for MIMO Retransmissions Dongju Ko* Regular Member, Jeong Woo Lee* Lifelong Member 요 약 본논문은다중안테나시스템을통한재전송환경에적합한 Multi-Strata Space Time Code(MSSTC) 부호화기법을제안한다. MSSTC는두개의직교시공간블록부호 (OSTBC) 가각계층을이루고이들이중첩되어구성된부호이기때문에, 각계층내에는간섭이존재하지않으나, 계층간에는간섭이존재한다. 본논문에서제안한기법은각계층을구성하는 OSTBC의위상과전력을전송순서마다적응적으로바꾸어할당해줌으로써계층간간섭이재전송에의해빠른속도로완화되는효과를보인다. 제안된기법에서는수신단이 1 bit의정보를송신단으로피드백하고송신단은이피드백정보를이용하여두계층중한계층만이위상을두값중하나로선택하도록하므로매우효율적이다. 또한본논문은제안된기법에적합한계층당전력할당비율을해석적으로구하여적용하였다. 모의실험결과, 제안된기법이간섭완화효과로인하여기존기법들을재전송환경에적용한방식들에비해우수한성능을보여줌을확인하였다. Key Words : Multi-Strata Space Time Code(MSSTC), Multi-Input Multi-Output(MIMO), OSTBC, Automatic Repeat request(arq) ABSTRACT In this paper, we propose a Multi-Strata Space Time Code(MSSTC) for MIMO retransmissions. Since MSSTC is constructed by superimposing two OSTBC matrices, there are no intra-stratum interferences, but there exist inter-strata interferences. In MIMO retransmission environment, the transmitter switches adaptively the phases of strata at each transmission by using 1-bit feedback sent from the receiver in order to reduce the inter-strata interferences efficiently. We also propose a power allocation scheme between strata to improve error performance. Simulation results show that the proposed scheme achieves better performance than other conventional schemes. Ⅰ. 서론최근무선통신환경에서고속, 고신뢰도를요구하는통신서비스의필요가늘어감에따라, 이를만족하는많은통신기술이연구중에있다. 그중하나가다중안테나송수신방식 (Multi-Input Multi-Output: MIMO) 으로, 기존의주파수및시간자원에공간이라 는자원을추가함으로써고속, 고신뢰도의통신서비스를가능케하는기술이다 [1]-[3]. 다중안테나송수신방식은송수신간에여러안테나를사용함으로써서로다른데이터를동시에전송하여시스템대역폭을증가시키지않고보다고속으로데이터를전송할수있는공간다중화기법과, 서로다른송신안테나에같은정보를내포하고있는데이터를전송함으로써높 본연구는방송통신위원회의차세대통신네트워크원천기술개발사업의연구결과로수행되었으며 (KCA-2011-09913-04002), 2010 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행하였음 (2010-0015387) * 중앙대학교전자전기공학부 (jwlee2@cau.ac.kr) 논문번호 :KICS2011-02-129, 접수일자 :2011 년 2 월 28 일, 최종논문접수일자 : 2011 년 4 월 14 일 265
한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 은신뢰도를얻을수있는공간다이버시티기술로구분된다 [4]-[6]. 다이버시티기술은 Rayleigh fading 무선환경을좀더안정적인 AWGN으로바꾸어주는기법으로써그동안여러가지다이버시티기법들에대한연구가진행되어왔다. 그중에서도시공간블록부호화 (Space-Time Block Code: STBC) 기법은지난수년동안연구되어왔으며 [7]-[9], 대표적으로 Alamouti 는두개의송신안테나를이용하여최대의다이버시티이득을얻는간단한직교시공간블록부호디자인을제안하였다 [10]. 그러나직교시공간블록부호는여러안테나에같은정보를보내야하므로데이터전송률의손실이따르게된다. 이에따라, 데이터전송률의손실없이높은성능을달성하는시공간부호화에대한여러연구가진행되어왔다. 그중에서비직교시공간블록부호화기법은공간다중화방식과동일한데이터율에서다이버시티이득에의해높은성능을가지는부호이다 [11]. 비직교시공간블록부호화기법중하나로써 Multi-Strata Space-Time Code (MSSTC) 는여러개의직교시공간블록부호들을중첩하여한번에보냄으로써높은데이터율을달성함과동시에다이버시티이득을얻으려는기법으로써, 수신단에서의연산복잡도와높은데이터율달성과서로상충관계에놓여있다 [12]-[15]. 본논문은높은데이터율과낮은오류율성능을동시에만족하려는 MSSTC기법을 [16] 과같은재전송환경에적용한시스템을고려한다. MSSTC는두개의직교시공간블록부호로구성된두계층을중첩시킨부호이기때문에, 계층내에서는직교성을가지고있어간섭이존재하지않으나, 계층간에는간섭이존재한다. 제안된기법은간섭완화를좀더효율적으로할수있는각계층별위상과전력비율값을구한후에, 매전송순서마다그값을적응적으로바꾸어할당해줌으로써계층간간섭이재전송에의해빠른속도로완화되도록하는기법이다. 특히위상의경우, 수신단이 1 bit의정보를송신단으로피드백하고송신단은이피드백정보를이용하여두계층중한계층만의위상을두값중하나로선택하도록하므로매우효율적이다. 또한본논문은제안된기법에적합한계층당전력할당비율을해석적으로구하여적용하였다. 이는오류확률을최소화하는전력할당을통해달성할수있다. 본논문의 2장에서는제안된기법의송수신시스템모델을소개하며, 3장에서는다중안테나재전송환경에적합한 MSSTC 설계기법을제안한다. 4장에서는모의실험을통하여제안된기법을다중안테나재전 송환경및 ARQ 환경에서여러 MIMO 기법들과비교분석하며, 마지막으로 5장에서결론을맺는다. 본논문에서의표기법으로다음과같은기호를사용하였다. 벡터는, 행렬은 와같이표기하였고, 전치및허미션행렬은각각 와 로표기하였다. 실수부와허수부표현은각각 R 와 로표기하였다. Ⅱ. 송수신시스템모델 2.1 송신시스템및채널본논문에서는두개의송신안테나와 개의수신안테나를가지는 MIMO 시스템에서의 회반복전송환경을고려한다. 본논문에서설명및제안하는모든방식은송신안테나가두개이상인경우에대해서도쉽게확장이가능하다. 송신시스템모델은그림 1과같이나타낼수있다. 먼저네개의심볼 를 de-multiplexer에의해분리한다. 직교시공간블록부호화기는분리된심볼들을두심볼 씩묶어, 를 로,, 를 로부호화하며, 각시공간부호를각 버퍼에저장한다. 각전송번호에따라 및 의위상과전력을구하여할당한후, 변환된 과 를중첩하여 MSSTC를구성하여전송한다. 이때, 변환된 과 를 MSSTC의각계층이라한다. 송신단은채널상태정보 (Channel State Information: CSI) 를알지못한다고가정한다. 번째전송시 ( ) 전송되는 MSSTC는 R (1) 로표현되며 [11], 여기서 는 ( ) 행렬이다. 그림 1. 송신시스템모델 266
논문 / 다중안테나재전송환경을위한 MSSTC 부호화기법 를 번째전송시 번째계층의위상이라고하고, 라고하자. 번째전송시행렬, 은,,,, 와같이주어진다. 여기서 는 번째전송시 MSSTC 전체전력중 번째계층에할당된전력의비를의미한다. 식 (1) 은 (2) 와같은식으로다시나타낼수있다. 제안된기법에서는심볼, 가포함되어있는두번째계층의위상에변화를주며, 첫번째계층에는변화를주지않는다. 즉 이다. 번째전송시수신된 ( ) 신호행렬은, (3) R R (4) 와같은등가식으로나타내어진다. 이때 는 가실수표현기법에의해변형된 ( ) 벡터를 의미하며, 는 의 번째열벡터를의미한다. 여기서 는 가실수표현기법에의해변형 된 ( ) 등가벡터로, R R (5) 와같은식으로나타내어진다. 는등가채널이 득행렬로 (6) 와같이정의되며그크기는 이다. 이 때,, 는각각 R (7) R 와같이주어진다. 여기서 는 번째전송시의 ( ) 채널이득행렬을나타내며매전송마다채널이득이변한다고가정한다. 은 번째전송시 ( ) 복소가우시안잡음행렬을의미하며, 의각원소는평균이 0이고분산이 인 circular symmetric complex Gaussian 분포를가진다. 즉 CN 이다. 2.2 수신시스템앞서설명한바와같이 MSSTC는두계층의시공간블록부호를중첩한형태로구성된다. 따라서 MSSTC 수신기는수신신호를계층별로분리하여검출해야하며, 그림 2와같은구조를가진다. 수신단은먼저벡터및행렬의실수표현기법 (real valued representation) 을이용하여등가시스템모델을구성한다 [11,15]. 이에따라수신신호는 그림 2. 수신시스템모델 R (8) R R (9) 이며, 식 (9) 의 는행렬 의 번째열벡터를 267
한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 의미한다. 는 의실수표현기법에의해변형된등가벡터이며, R R (10) 와같이나타내어진다. 이때 는 의 번째열벡터를의미한다. 이후수신기는실수표현기법등가모델로변형된수신신호들을컴바이닝해준다. 이때, 컴바이닝기법으로는 HARQ를위하여제안된 MIMO MRC 기법을적용한다 [17]. 컴바이닝식은 (11) 로나타내어진다. 여기서 는각전송별등가채 널이컴바이닝된채널행렬이며 (12) 와같이정의된다. 수신단은컴바이닝된 와 를이용해검출을 수행한다. 이때, 검출기법으로여러가지기법을적용할수있으나, 제안된기법은연산량이적은 MMSE detection을사용한다 [18]. 이때 MMSE nulling 행렬은 (13) 와같이구해진다. 이때, 은계층 에대해간섭으로작용하는다른계층의검출된심볼벡터를의미한다. 수신단은간섭이제거된후에나머지계층에대한검출을수행한다. Ⅲ. MSSTC 설계기법 3.1 계층간간섭완화기법 MMSE 검출기법은식 (13) 에서보는바와같이 연산을해야한다. 따라서행렬 의분 석이필요하며, 이행렬내의간섭으로작용하는원소를줄여주는것이제안된기법의핵심개념이라할수있다. 이개념을적용하기위해우선컴바이닝되기이전의 번째전송시의등가행렬을분석해볼필요가있다. (15) 여기서행렬각각의 0 이아닌원소들은다음과같다. (16) (17) 와같이나타낼수있다. 여기서 은앞에소개한바와같이 의각원소인복소가우시안잡음의분산을나타내며, 는 ( ) 단위행렬을의미한다. 수신단은수신전력이상대적으로큰계층에대한검출을우선적으로수행하며, 검출된심볼은다른계층에대해간섭으로작용하기때문에 에서간섭제거를한 후에, 나머지계층에대한검출을수행한다. 간섭이제거된후남게된 번째계층의수신신호 는 (18) (19) R R (20) (14) 268
논문 / 다중안테나재전송환경을위한 MSSTC 부호화기법 R R (21) 여기서 는 의 번째행, 번째열의원소를 의미한다. 또한 는 번째전송시전체수신전력에대한 번째계층의수신된신호전력의비이며,,,, 의절대값은계층간간섭의크기로해석된다.,, 와는달리 의경우 와 이항상양의값을가지므로, 의부호는오직 에의해서만결정된다. 또한다른간섭원소인,, 가 에의해조절되는것과는달리 의값은 에의해조절된다. 따라서본논문에서는부호값이복잡하게결정되는간섭원소,, 를 0으로만들어주고, 를단일한파라미 터 에의해제어하고자한다. 이는 ± 로 선택함으로써달성할수있다. ± 를적용하 면,, 는 0 이되고 는 ± (22) 가된다. 번째전송이후 MMSE 연산에해당하는 식은식 (15) 가 번의전송에대해컴바 이닝된것으로다음과같이다시쓸수있다. (23) 여기서,, 이 다. 식 (23) 에서보는바와같이 ± 을적용하 면 를제외한다른간섭원소들은 0 이된다. 채널이매전송번호당그이득이변하는경우, 컴바이닝후의 의부호를예측할수없다. 이에본논문은수신단에서매전송당컴바이닝후 의부호를송신단에피드백해주고송신단이이정보에기반하 여전송번호마다 를 와 중하나로선택 함으로써보다효율적으로간섭원소 의상대적크기를줄여주는위상전환기법을제안한다. 단피드백채널은 ideal하다고가정한다. 제안된기법에서는 번째전송이후 가양수 ( 음수 ) 이면 번째전송에서 는 로선택하여 가음수 ( 양수 ) 가되도록한다. 와 가항상양의값을가지므로전송횟수가늘어남에따라 과 의값이증가하는반면, 는양과음의값을번갈아가지게되므로전송횟수가늘어날수록 의값은 과 에비해상대적으로작아지게된다. 이는재전송에의해간섭의영향이줄어듬을의미한다. 이때 의부호에대한정보는 1 bit의크기로보낼수있기때문에피드백정보량이매우작다는장점을가지고있다. 3.2 계층간전력할당기법 MSSTC의계층별전력할당은검출기법에따라달라진다. 그러나제안된위상전환기법에의하면 만이간섭원소로남으므로, 전력할당문제를좀더단순하게일반화하여전개할수있다. 전력할당문제를풀기위하여식 (11) 에 을곱하여 (24) 와같이나타낸다. 이때, 는 ( ) 의변형된수 신신호벡터로 (25) 와같이표현되며, 은변형된 ( ) 잡음벡터로 (26) 와같이표현된다. 각각은각계층에속 269
한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 하는심볼들중하나씩을추출하여이들의실수부혹은허수부에대해선형조합을취한후잡음을더한형태를이룬다. 또한식 (23) 에주어진 의구 조로부터 과 의쌍, 와 의쌍, 와 의쌍, 와 의쌍각각이동일한심볼요소를포함함을알수있다. 이수신신호쌍들은동일한구조를가지고있으므로, MSSTC 성능분석에임의의한쌍만을사용하여결과를얻은후이를일반화하여도문제가없다. 첫번째계층에해당하는심볼중하나인 R 와두번째계층에해당하는심볼중하나인 에관련된등가수신신호의쌍은 R (27) R (28) 이다. 식 (27) 에서검출하고자하는심볼은 R 이며 은계층간간섭으로작용한다. 이와반대로식 (28) 에서는 가검출되어야하는심볼이고 R 가계층간간섭으로작용한다. 2장에서언급했듯이수신단은첫번째계층에서심볼을검출한후이를두번째계층의간섭으로간주하여제거한다. 그후수신단은간섭이제거된수신신호로부터두번째계층의심볼을검출한다. 따라서두번째계층에대한등가수신신호 (28) 은간섭제거이후 (29) R R (31) 와같이나타낼수있다. 이때 는 의 frobenius norm을의미하고, 은평균이 0이고분산이 (32) 인가우시안잡음이다. 첫번째계층이식 (31) 로표현된등가수신신호로부터 R 를추정한결과 를 R 라하면첫번째계층에대한오류확률은 R R (33) 로나타낼수있다. 이때, 은 R 와 의조합으로나올수있는모든경우의수에대한기대값이다. 간섭제거후의두번째계층의오류확률을구하기위해식 (29) 는 (34) 와같이나타낼수있으며, 이때 은평균이 0이고분산이 (35) 와같이나타낼수있다. 제안된기법에서는식 (28) 과식 (29) 를이용하여전체오류확률을최소화하는계층별전력할당기법을사용한다. 전력할당은첫번째계층이간섭에충분히강인할수있도록되어야하며, 동시에두번째계층의잡음에대한성능도고려하여이루어져야한다. MSSTC의전체적오류확률은 (30) 와같이표현된다. 이때, 는두계층전체의오류확률을, 은 번째계층에대한오류확률을의미한다. 초기전송시식 (27) 은 인가우시안잡음이다. 두번째계층이식 (34) 로 표현된등가수신신호로부터 를추정한결과를 라하면두번째계층에대한오류확률은 (36) 로나타낼수있다. 이때, 은 의모든경우의수에대한기대값이다. 본논문에서는식 (30)-(36) 를통해초기전송시의계층별전력할당규칙을정한다. 한계층의간섭이완전히제거된이후에는두계층이같은양의수신전력을가질때전체오류확률이최소가된다 [21]. 따라서초기전송이후대부 270
논문 / 다중안테나재전송환경을위한 MSSTC 부호화기법 분의간섭이제거되었다는가정하에두번째전송부터는두계층의수신전력이같아지도록계층별송신전력을할당한다. Ⅳ. 모의실험및성능분석 모의실험을통하여제안된기법을평가하고자한다. 두개의송신안테나를가지는 MIMO 시스템과매전송마다채널이변화되는 quasi-static Rayleigh fading 채널환경을가정한다. 변조방식으로는 QPSK 를사용하였고, 수신기는 MMSE 선형검출기법을사용하였다. 모의실험은한개및두개의수신안테나를사용하는통신시스템에서반복전송을 회한것에대해수행하였다 ( ). 또한동등한성능비교를위해동일한데이터전송률을가지는여러가지 MIMO 송신기법들을재전송환경에적용하여모의실험을수행하였다. 비교대상으로는송신안테나 2개를가진공간다중화기법에 MMSE OSIC (Ordered Successive Interferences Cancellation) 수신기법 [19],[20] 을적용한방식과, 기법 [10], 위상과전력할당을수행하지않은기본적인 MSSTC를고려하였다 [14]. 또한제안된기법과앞에언급한다른기법들을 ARQ 전송환경에적용하여성능을비교하였다. QPSK 변조차수에맞는전력할당을수행하기위하여식 (33) 은 R 그림 3은 MIMO 전송환경에서계층별전력할당비와채널 SNR에따라식 (30) 에의해얻어지는오류확률을나타낸다. 그림을통해약 15dB 이상의높은 SNR 영역에서는 과 의비가 일때또는 일때가장작은오류확률을나타냄을확인할수있다. 이전력할당비는 MIMO 전송환경에서도가장작은오류확률을보임을확인하였다. 이에따라초기전송시 로전력을할당한후에, 두번째전송이후로는계층당평균전력을동등하게하기위하여두번째전송시에 로전력을할당하였으며, 그이후의전력은 로할당하였다. 물론초기전송시와두번째전송시의전력비 를각각 와 로하더라도같은결과를얻을수있다. 그림 4와그림 5는각각한개의수신안테나와두개의수신안테나를사용한통신시스템에서 1회전송에의한 ( ) 블록오류율성능곡선을보여준다. 여기서블록오류율 (: Block Error Rate) 은, 한 MSSTC 행렬을이루는데필요한네개의심볼들을한블록으로정의할때, 그블록의전송시발생하는오류율을의미한다. 또한 ' 은위상및전력할당을수행하지않은 MSSTC기법을, ' 는제안된위상및전력할당기법을적용한 MSSTC를의미한다. 그림 4와그림 5에서보듯이 1회전송시에는제안된기법과 16QAM Alamouti 기법이다른대조군들에비해가장좋은 성능을보이며수신안테나가 1개이더라도다른대조군들에비해성능열화가심하지않다. 그림 6과그림 7은각각한개의수신안테나와두 2by2 MIMO, QPSK (37) 으로나타낼수있고, 식 (36) 은 (38) 으로나타낼수있다. 이때 는심볼에너지를의미하며, 는복소가우시안잡음의 power spectral density를의미한다. P e 10-6 0 5 10 15 20 25 1 0.8 0.6 0.4 Proportion of p 1 그림 3. 2 2 MIMO 환경에서계층당전력할당비율과채널 SNR 에따른오류확률 0.2 0 271
한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 2by1 MIMO 2by2 MIMO 16 QAM Alamouti 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 10 12 14 16 그림 4. 2 1 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( ) 그림 7. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( ) 10-5 2by2 MIMO 0 5 10 15 20 25 그림 5. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( ) 10-5 16 QAM Alamouti 2by1 MIMO 0 5 10 15 20 25 그림 6. 2 1 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( ) 개의수신안테나를사용하는통신시스템에서 2회전송 ( ) 에의한 곡선을보여준다. 그림에서보는바와같이 MSSTC 기법들은 1회전송 ( ) 일때에비해큰성능향상을보인다. 기법의성능향상폭과비교했을때 MSSTC 기법들의성능향상폭이매우큼을알수있다. 그러나기존의 MSSTC 기법은여전히간섭원소들이 성능에큰영향을주는것을알수있다. 이에비해제안된기법은위상전환을통한빠른간섭완화효과로기존의 MSSTC 기법과비교해큰성능향상을보임을확인할수있다. 특히간섭의영향을받지않는기법인 기법과 곡선의기울기가비슷한것으로볼때, 위상전환을통해간섭의영향이매우작아졌음을알수있다. 그림 8과그림 9는각각한개의수신안테나와두개의수신안테나를사용하는통신시스템에서 3회전송 ( ) 에의한 곡선을보여준다. 수신안테나수및전송횟수의증가로인한다이버시티이득이커질수록제안된기법이기존의기법들과의 성능의격차가줄어드는것을확인할수있다. 이는다이버시티가커질수록기존의방식들또한간섭완화가잘되기때문으로보인다. 그러나성능의격차는줄어들었지만여전히제안된기법이다른기법들에비해가장좋은 성능을보여준다. 위실험결과를통해제안된기법은빠른시간동안에간섭완화를효율적으로수행할수있음을확인하였다. 이에따라제안된기법을 ARQ 시스템에적용하였을때필요전송횟수를줄일수있어수율의향상이기대된다. 272
논문 / 다중안테나재전송환경을위한 MSSTC 부호화기법 2by1 MIMO 1 2by2 MIMO, Block Length : 200 0.9 0.8 0.7 THROUGHPUT 0.6 0.5 0.4 0.3 16 QAM Alamouti 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 그림 8. 2 1 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( ) 0.2 0.1 MSSTC, Conventional MSSTC, Proposed 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 그림 10. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의수율곡선 ( 블록길이 200) 2by2 MIMO 1 2by2 MIMO, Block Length: 400 0.9 0.8 0.7 THROUGHPUT 0.6 0.5 0.4 0.3 MSSTC, Proposed 0.2 0.1 0 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 12 14 그림 9. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( ) 그림 11. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의수율곡선 ( 블록길이 400) 그림 10과그림 11은 MIMO 시스템에최대전송수가 4인 ARQ 기법을적용할때얻어지는수율을나타낸다. 블록길이는 200과 400으로하였으며 ARQ 기법에사용한 CRC는생성다항식이 2by2 MIMO, Block Length : 200 (39) 인 ANSI CRC 이다. 이때수율은 오류없이수신된블록의수 송신단에서전송한블록의수 (40) MSSTC, Conventional MSSTC, Proposed 10-5 0 2 4 6 8 10 12 14 로정의하였다. 또한그림 12 와그림 13 은해당 그림 12. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( 블록길이 200) 273
한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 2by2 MIMO, Block Length: 400 참고문헌 10-5 10-6 0 2 4 6 8 10 12 14 그림 13. 2 2 MIMO 환경에서의여러가지다른기법들과제안된기법의 성능곡선 ( 블록길이 400) ARQ 시스템의 성능을보여준다. 그림에서보는바와같이, 제안된 MSSTC 기법이거의모든 SNR 구간에서다른모든기법들에비해높은수율을보임과동시에낮은 성능을보인다. Ⅴ. 결론 본논문에서는 MIMO 시스템에서재전송환경에적합한 Multi-Strata Space Time Code(MSSTC) 부호화기법을제안하였다. 두개의직교시공간블록부호 (OSTBC) 가중첩되어구성된부호인 MSSTC 의계층간간섭을효율적으로완화시키는것이목적이며, 제안된기법은각계층을구성하는 OSTBC의위상과전력을전송순서마다적응적으로바꾸어할당해줌으로써계층간간섭이재전송에의해빠른속도로완화되는효과를보인다. 특히위상의경우, 수신단이 1 bit의정보를송신단으로피드백하고송신단은이피드백정보를이용하여두계층중한계층만의위상을수신단의간섭제거를효율적으로하도록미리설정된두값중하나로선택하도록하므로매우효율적이다. 또한본논문에서는낮은오류확률을얻기위하여계층당전력할당비율을해석적으로구하여적용하였다. 마지막으로제안된기법의성능을확인하기위하여, 동일한데이터전송률을가지는여러가지다른 MIMO 전송기법을재전송환경및 ARQ 시스템에적용하여비교및분석하였다. 제안된기법이다른 MIMO 전송기법들을적용한방식에비해 및수율성능이향상되었음을확인할수있었다. [1] G. Foschini, Jr. and M. Gans, On limits of wireless communication in a fading environment when using multiple antennas, Wireless Personal Commun., Vol.6, No.3, pp.311-335, Mar., 1998. [2] J. Winters, J. Salz, and R. Gitlin, The impact of antenna diversity on the capacity of wireless communication systems, IEEE Trans. Commun., Vol.42, No.2/3/4, pp.1740-1751, 1994. [3] E. Telatar, Capacity of multi-antenna Gaussian channels, AT&T Bell Laboratories Internal Tech. Memo, June, 1995. [4] G. Foschini, Jr., Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas, Bell Labs Tech. J., pp.41-59, 1996. [5] J. Guey, M. Fitz, M. Bell, and W. Kuo, Signal design for transmitter diversity wireless communication systems over Rayleigh fading channels, in Proc. IEEE VTC'96, pp.136-140, 1996. [6] L. Zheng and D. Tse, Diversity and multiplexing: A fundamental tradeoff in multiple-antenna channels, IEEE Trans. Inform. Theory, Vol.49, pp.1073-1096, May, 2003. [7] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. Calderbank, Space-time block codes from orthogonal designs, IEEE Trans. Inform. Theory, Vol.45, pp.1456-1467, July, 1999. [8] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. Calderbank, Space-time block coding for wireless communications: performance results, IEEE J. Select. Areas Commun., pp.451-460, Mar., 1999. [9] A. Geramita and J. Seberry, Orthogonal designs, quadratic forms and Hadamard matrices, Lecture notes in pure and applied mathematics, vol. 43, Marcel Dekker, New York and Basel, 1979. 274
논문 / 다중안테나재전송환경을위한 MSSTC 부호화기법 [10] S. Alamouti, A simple transmit diversity technique for wireless communications, IEEE J. Select. Areas Commun., Vol.16, pp.1451-1458, Oct., 1998. [11] H. Jafarkhani, Space-time coding: theory and practice, Cambridge Academic Press, 2005. [12] B. Hassibi and B. Hochwald, Linear dispersion codes, in Proc. Int. Symp. Inform. Theory, Washington, DC, p.325, June, 2001. [13] R. Heath, Jr. and A. Paulraj, Linear dispersion codes for MIMO systems based on frame theory, IEEE Trans. Signal Processing, Vol.50, pp.2429-2441, Oct., 2002. [14] U. Wachsmann, J. Thielecke, and H. Schotten, Exploiting the data-rate potential of MIMO channels: multi-stratum space-time coding, in Proc. COMCAR VTC, 2001. [15] M. Samuel and M. Fitz, Multi-strata codes: space-time block codes with low detection complexity, IEEE Trans. Commun., Vol.58, No.4, pp.1080-1089, Apr., 2010. [16] S. Lin, D. Costello, and M. Miller, Automatic-repeat-request error-control schemes, IEEE Communications Magazine, Vol.22, No.12, pp.5-17, 1984. [17] E. Jang, J. Lee, H. Lou, and J. Cioffi, On the combining schemes for MIMO systems with hybrid ARQ, IEEE Trans. on Wireless Commun., Vol.8, No.2, pp.836-842, Feb., 2009. [18] A. Benjebbour, H. Murata, and S. Yoshida, Comparison of ordered successive receivers for space-time transmission, in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference(VTC), USA, Fall 2001. [19] H. Lee, B. Lee, and I. Lee, Iterative detection and decoding with an improved V-BLAST for MIMO-OFDM systems, IEEE J. Select. Areas Commun., Vol.24, No.3, pp.504-513, Mar., 2006. [20] H. Lee and I. Lee, New approach for coded layered spacetime architecture for MIMO-OFDM systems, in Proc. ICC, May, 2005, pp.608-612. [21] D. Tse and P. Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2005. 고동주 (Dongju Ko) 정회원 2009년 2월중앙대학교전자전기공학부학사 2011년 2월중앙대학교전자전기공학부석사 2011년 3월~현재 LG 전자 < 관심분야 > 무선통신, 통신시스템이정우 (Jeong Woo Lee) 종신회원 1994년서울대학교전기공학과학사 1996년서울대학교전기공학과석사 2003년 University of Illinois at Urbana-Champaign, Ph.D. in Electrical Engineering 2003년~2004년 University of Illinois, Research Associate 2004년~현재중앙대학교전자전기공학부교수 < 관심분야 > 통신시스템, 오류정정부호, 정보이론, 무선통신, 신호처리 275