Closed-loop를 이용한 다중 입출력 시스템 = Closed-loop Multiple Input Multiple Output Systems

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Space-time coding and spatial multiplexing are prime candidates for achieving high data rates and link quality in multiple-input multiple-output wireless links. However, both the schemes are open-loop systems which assume no channel knowledge at the transmitter. In a number of applications, there are closed-loop systems which mean channel knowledge can be made available at the transmitter.
A natural question to ask is how to use these channel estimates to further optimize the transmitter. There can be several ways to linearly or non-linearly optimize the transmitter and receiver depending on channel information. In this thesis, we first investigate the closed-loop MIMO systems according to the code design aspect. We propose a novel method of extending any Quasi-Orthogonal Space-Time Block Codes (QO-STBC) constructed for 4 transmit antennas to a closed-loop scheme. We show that with the aid of multiplying the entries of QO-STBC code words by the appropriate phase factors which depend on the channel information, the proposed scheme can improve its transmit diversity with one bit feedback. Second, we consider the signal processing aspect of optimizing the closed-loop MIMO systems. The general method of designing the precoder and decoder for the closed-loop system is introduced. Moreover we will study the linear precoder design for Space-Time-Frequency coded systems, the system model is found, and the methodology of the further research is also present.

국문 초록 (Abstract)

다중 입출력 시스템에서 시공간 부호와 공간 다중화란 방법을 이용하여 자료 전송 속도와 전송 경로의 품질을 향상할 수 있다. 시공간 부호와 공간 다중화 방법은 정보를 보낼 때 채널 정보를 이용하지 않는 개회로 시스템에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 정보를 보낼 때 채널 정보를 이용해야 하는 폐회로 시스템에도 이용할 수 있다.
더 나아가 폐회로 시스템에서 최대한 정보를 보내기 위하여 채널 정보를 어떻게 이용할지에 대하여 생각하여 보기를 권한다. 어떻게 채널 정보를 이용하느냐에 따라 비선형적으로 최대한 정보를 보내고 비선형적으로 최대한 정보를 받거나 선형적으로 최대한 정보를 보내고 선형적으로 최대한 정보를 받는 많은 방법이 있을 수 있다. 본 논문에서는 먼저 부호 설계 측면에서 폐회로를 이용한 다중 입출력 시스템에 대하여 살펴보았다. 네 개의 송신 안테나로 구성한 준 직교 시공간 블록 부호를 폐회로에 이용하는 새로운 방법을 제안하였다. 폐회로를 이용한 준 직교 시공간 블록 부호로 시스템을 설계한다는 것은 준 직교 시공간 블록 부호어의 원소에 채널 정보에 따라 결정되는 적절한 위상 계수를 곱하여 시스템을 구현한다는 의미이고 하나의 귀환 정보 비트로 전송 다양성을 향상할 수 있다. 또한 신호 처리 측면에서 폐회로를 이용한 다중 입출력 시스템을 살펴보았다. 또한 폐회로를 이용한 다중 입출력 시스템에 대한 사전 부호기와 복호기를 설계하는 가장 일반적인 방법을 소개하였다. 그 후에 저자가 발견한 공간 시간 주파수 부호화 시스템에 대한 사전 부호기 설계 모형을 소개하였지만 이는 시작 단계에 불과할 뿐 공간 시간 주파수 부호화 시스템에 대한 사전 부호기와 복호기에 대한 아주 많은 부분이 향후 연 구가 많이 필요한 미지의 대상으로 남아 있다는 것을 밝혀 두는 바이다. 또한 저자는 시간 주파수 부호화 시스템에 대한 사전 부호기와 복호기에 대한 향후 연구에서의 많은 방법론 중 하나만을 제시하였고 저자가 제시한 방법론은 하나의 예시라는 것을 밝혀 두는 바이다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1 Introduction = 1
• 1.1 Wireless Communications = 1
• 1.2 Space-Time Processing = 2
• 1.2.1 Array Gain = 4
• 1.2.2 Interference Mitigation = 4
• 1.2.3 Receive Diversity = 5
• 1.2.4 Transmit Diversity = 6
• 1.2.5 Spatial Multiplexing = 7
• 1.2.6 Closed-loop versus Open-loop Systems = 8
• 1.3 Overview = 10
• Chapter 2 MIMO Channel and System Overview = 11
• 2.1 MIMO Wireless Channel = 11
• 2.1.1 The Scalar Channel = 11
• 2.1.2 The Matrix Channel = 14
• 2.2 Signal Model = 16
• 2.2.1 Signal Model for Single Carrier Systems = 17
• 2.2.2 Capacity = 19
• 2.2.3 Performance = 23
• Chapter 3 Space-Time Block Code = 24
• 3.1 Design Criteria = 24
• 3.2 Orthogonal Space-Time Block Code = 28
• 3.2.1 Alamouti Space-Time Code = 28
• 3.2.2 OSTBC for Real Signal Constellations = 34
• 3.2.3 OSTBC for Complex Signal Constellations = 36
• 3.3 Quasi-orthogonal space-time block codes = 38
• 3.3.1 Pairwise Decoding = 38
• 3.3.2 Rotated QOSTBCs = 40
• Chapter 4 One Bit Feedback for Quasi-Orthogonal Space-Time Block Codes Based on Circulant Matrix = 43
• 4.1 Overview of the Closed-loop Systems = 43
• 4.2 The Proposed Closed-loop Scheme Extend from Jafarkani’s QO-STBC = 44
• 4.3 The Proposed Scheme for QO-STBC with Optimal Rotation = 47
• 4.4 Closed-loop scheme for QO-STBC family = 48
• 4.5 Simulation Results = 50
• Chapter 5 Linear Precoding and Decoding = 53
• 5.1 System Model = 53
• 5.2 Problem Formulation = 55
• 5.3 Current work = 59
• Chapter 6 Linear Precoder Design for Space-Time- Frequency Coded Systems = 61
• 6.1 System Model of the Proposed Scheme = 62
• 6.2 Pairwise Word Error Probability Based Design. = 65
• 6.3 Outcomes and Value = 67
• Conclusions = 68
• References = 69