레일리 페이딩 채널에서의 시공간 블록 부호의 듀얼 홉 릴레이에 대한 연구

Abstract

본 논문의 첫 번째 연구 주제는 구현이 복잡한 MIMO DF 릴레이와 거의 같은 성능을 얻으면서도 구현이 간단한 MIMO DCF(decouple-and-forward) 릴레이의 안테나 조합을 8개로 확장한 시스템 성능을 수학적으로 분석한다. 릴레이의 각 수신 안테나의 수신 신호를 더하여 증폭하고 전송하는 MIMO AF(amplify-and-forward) 릴레이는 다중 안테나를 통한 릴레이의 공간 다이버시티(spatial diversity)를 얻을 수 없다. MIMO DF(decode-and-forward) 릴레이는 다중 안테나를 통한 공간 다이버시티를 얻을 수 있지만 릴레이의 복잡성이 높아지는 단점이 있다. MIMO DF 릴레이보다 구현이 간단하면서도 MIMO DCF 릴레이는 공간 다이버시티를 얻을 수 있다. 본 논문의 두 번째 연구 주제는 릴레이가 조건부로 협력 릴레이로 송신국의 전송을 돕는 오퍼튜니스틱 협력 릴레이 시스템의 성능 분석이다. BER 성능을 분석할 때에는 릴레이가 수신한 신호의 디코딩 결과가 하나의 에러도 없을 경우에만 릴레이가 송신국에 협력한다. Outage 성능을 분석할 때에는 주파효율 임계값을 만족했을 때 릴레이가 송신국에 협력한다. 릴레이가 협력할 때에는 송신국과 릴레이가 DSTBC(distributed space-time block code)를 적용하며 릴레이와 수신국에서 간섭 신호를 고려한 협력 릴레이 시스템에 대해서도 분석한다.; Dual-hop relaying is one of the most eligible techniques for achieving high data quality in advanced mobile communication systems. When the direct link between a source and a destination is in a deep fade, relaying signals improves both coverage and reliability. Relaying techniques have attracted increasing interests in the context of cooperative communications. On the other hand, orthogonal space-time block codes (OSTBCs) are also used to enhance the coverage and signal reliability when channel information is not available at the transmitter. In cooperative systems, OSTBCs can be applied in a distributed fashion at several transmitters with one transmit antenna. In this thesis, we examine performances of MIMO decouple-and-forward (DCF) relaying systems as well as cooperative relay systems with a distributed space-time block code (DSTBC) based on opportunistical relaying. In this thesis, we derive the probability density function (PDF) of end-to-end signal-to-noise ratio (SNR) for the dual-hop MIMO DCF system. We also provide the end-to-end BER with M-ary PSK constellations for four antenna combinations: (1,8,1), (8,1,8), (2,4,2), and (4,2,4). Each number in the parentheses denotes the number of transmit antennas at the source, transmit and receive antennas at the relay and receive antennas at the destination, respectively. We show that the end-to-end BER expression makes an exact match with numerical results. We also show that MIMO DCF relay system achieves spatial diversity that is not expected in previous amplify-and-forward MIMO relaying. We also derive BER and a closed-form outage probability expression for a DSTBC cooperative relay system based on opportunistical relaying. We consider co-channel interference and the direct path between source and destination together. When we obtain the outage probability, spectral efficiency is taken as a decision threshold for cooperative relaying. We show that the analytical results make an exact match with numerical results. The opportunistical cooperative relay is shown superior to the other strategies: always cooperation and relaying without a direct path.