低複雜度區塊碼於高速時-空-頻多輸入-多輸出多路徑衰退通道之設計與分析

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Title:	低複雜度區塊碼於高速時-空-頻多輸入-多輸出多路徑衰退通道之設計與分析
Other Titles:	Low Complexity MIMO System Using Combined Block Coding in Space, Time, and Frequency for High Speed Data Communications in Multipath Fading Channels
Authors:	嚴雨田;劉鴻裕
Contributors:	淡江大學電機工程學系
Keywords:	多路徑衰退效應;多輸入-多輸出通道;時空區塊碼;空頻區塊碼;時空頻區塊碼;最大似然解碼;正交分頻多工
Date:	2007
Issue Date:	2009-03-16 16:42:24 (UTC+8)
Abstract:	無線通道含藏的多路徑衰退(multipath fading)效應，讓不斷朝向高速率的通訊需求帶來巨大的挑戰。在所有對抗多路徑衰退效應的通訊技術中，多天線技術為俱有極佳之頻譜使用效率 (spectral efficiency)的方法，當然，配合目前極成熟的天線製作與訊號處理技術，讓多發射-多接收天線系統成為一有效且確實可行之提升通道容量的方法。除了高速率通訊需求，低複雜度設計隱含低成本的商業化考量。我們注意到最早由Alamouti 與Tarokh et al.提出之正交時空區塊碼(orthogonal space-time block code)，利用正交的特性讓原本多輸入-多輸出通道等效成多個單輸入-單輸出通道，則接收端之最大似然解碼(maximum likelihood decoding)不僅保有原本低錯誤率的特性，也大幅降低其計算複雜度。然則，正交時空區塊碼為針對頻率平坦(frequency-flat) quasi-static 通道所設計，對於頻率選擇 (frequency-selective) 通道的最熱門通訊系統為架構在正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing)之下，因為正交分頻多工能將頻率選擇通道等效成多個頻率平坦通道，如此簡化了接收端設計。本計畫為有系統的提出俱低錯誤率(高速率)、低複雜度的多天線區塊碼的設計與分析。從頻率平坦通道的時空區塊碼，至頻率選擇通道正交分頻多工之空頻(space-frequency)區塊碼，到最後為將時間相關(time correlation)都考慮進去的時空頻碼(space-time-frequency)區塊碼。每一階段的主題都鎖定在能將多輸入-多輸出通道等效成多個單輸入-單輸出通道的低複雜度區塊碼。這樣的議題在quasi-static 時空區塊碼的文獻很多，但在fast-fading 時空區塊碼就很少，而正交分頻多工之下的空頻區塊碼又更少。至於正交分頻多工之下且考慮時間相關的時空頻碼，就目前所能找到的文獻中，尚未見有發表於此範疇，這也是本計畫的特點。從我們初步的研究中，已得到一些樂觀且肯定的結果，透露出本計畫的可行性。特別要強調，我們研究的編碼設計並未限定在正交碼，對於所提出的區塊碼，不僅使用Monte-Carlo 電腦模擬做驗證，我們將推導在Rayleigh fading 下之exact closed-form 錯誤率公式，並且通道的功率分佈為任意的，並非如大多數文獻只限於相同、獨立Rayleigh fading 下的正交碼。
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