다차원 회전 변조기반의 공간 다중화 MIMO 시스템
MIMO System for Spatial Multiplexing with Rotated Multidimensional Modulation
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초록
본 논문에서는 다차원 회전 변조 다이버시티 및 시공간적 인터리빙 방식을 다중 안테나 기반의 공간 다중화 방식과 결합함으로써 추가적인 전력이나 대역폭의 증대 없이 시스템의 효율성을 향상 시킬 수 있는 새로운 MIMO 시스템을 제 안한다. 기존의 변조 다이버시티 방식에서 적용되는 I 성분 및 Q 성분의 독립적인 인터리빙을 공간 다중화 시스템에 적 용할 수 없기 때문에, 이는 MIMO 시스템에 적합한 시공간적 인터리빙 방식을 고려한 것이다. 이를 위해 공간 다중화 시스템에서의 Pairwise Error Probability (PEP)를 기반으로 다차원 회전 방식의 QAM을 설계한다. 그리고 시공간적 으로 인터리빙된 신호 벡터를 maximum likelihood (ML) 복호를 통해 검출하며, 이때 변조 차원의 크기 증가에 따른 ML 복호의 복잡도를 줄이기 위해 Sphere Decoder (SD)을 적용한다. 제안한 방식은 변조 차원의 크기를 증가시킴으 로써 충분히 높은 SNR에서 주파수 효율성의 희생 없이 공간 다중화 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있음을 시뮬레이션 을 통해 보였다. 즉 제안된 시공간적 인터리빙 방식을 통해 MIMO 시스템에서 다차원 회전 변조 다이버시티를 도입함 으로써 공간 다중화 이득뿐만 아니라 송수 다이버시티 이득을 동시에 확보할 수 있는 방안은 제시한 것이다.
Abstract
By integrating the multiple antenna-based spatial multiplexing scheme with the rotated multidimensional modulation diversity and space-time interleaving schemes, a new type of MIMO system is proposed in this paper. Due to the fact that I- and Q-components cannot be separately interleaved in the spatial multiplexing system as opposed to the structure in the existing modulation diversity scheme, it considers a different interleaving scheme. The rotated multidimensional constellation of QAM is designed by using the pairwise error probability of the MIMO system. Furthermore, the interleaved signal vector is detected by maximum likelihood (ML) decoding, which is implemented by the sphere decoder, reducing the inherent complexity of ML decoding especially as the dimensionality of modulation increases. Our simulation results show that a performance of the spatial multiplexing system can be improved with increasing the dimension of modulation at sufficiently large SNR, without sacrificing any bandwidth efficiency. In other words, it is shown that the proposed space-time interleaving scheme enables a rotated multidimensional modulation diversity-based MIMO system to achieve both spatial multiplexing gain and diversity gain at the same time.
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