Differential and coherent detection schemes for space-time block codes

Abstract

öz Çeşitleme, kablosuz kanallar üzerinden güvenilir bir haberleşme sağlanabilmesi için tek ve en önemli yöntemdir. Çeşitleme tekniklerinden biri uzay çeşitlemesidir. Uzay çeşitlemesinin tipik örnekleri çoklu verici ve/veya alıcı antenli haberleşme sistemleridir. Vericide ya da alıcıda çoklu anten kullanımı ile, çoklu antenli sistemler, gerekli bant genişliğinden feda etmeksizin bayılma ile baş edebilen, bir uzay çeşitlemesi oluştururlar. Böylece uzay çeşitleme sistemleri, geniş bant kablosuz iletişim uygulamaları için cazip çözümler olurlar. Uzay-zaman kodlama, çoklu verici anten kullanılan kablosuz kanallar üzerinden haberleşmek için kullanılan, yeni bir çeşitleme yöntemidir. Bir kaç yıldır üzerinde çalışılan, uzay-zaman kodlamanın iki şekli, kafes ve blok kodlamadır. Uzay-zaman kafes kodlamanın başarımı, oldukça yüksek karmaşıklığının yanında, son derece iyidir. Bu karmaşıklık sebebiyle, bu tezde uzay zaman blok kodlama ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu kodlar sadece, alıcıda yalnızca doğrusal işlemlere dayanan oldukça basit en büyük olabilirlik algıma metodunu desteklemekle kalmayıp, bunun yanında çoklu antenli ayrımsal algılama için de kullanılabilir. Uzay-zaman blok kodlama için evreuyumlu ve ayrımsal algılama yöntemleri, bozucu olmayan Rayleigh bayılmalı kanallar için ayrıntılı olarak incelenmiştir. Uyumlu algılama sistemlerinde, BPSK ve QPSK kiplenimleri için, Alamouti ve Tarokh kodlarının 2,3 ve 4 verici antenli sistemler için benzetimleri yapılmıştır. Buna ek olarak Tarokh ve Hughes ayrımsal algılama yöntemleri 2 verici antenli sistemler için incelenip, bu yapılara ilişkin bütünleştirici bir yaklaşım ile en iyi birimcil kodlar için yeni tasarım kriterleri geliştirilmiştir. Daha sonra Tarokh ve Hughes tarafından seçilen kodlar, BPSK ve QPSK için genelleştirilmiş ayrımsal algılama yöntemleri kullanılarak benzetimleri yapılmıştır. Tarokh'un kodlarının performansları ile kıyaslanmak üzere, Hochwald'in seçtiği kodlar için de benzetimler yapılmıştır.

ABSTRACT The single most important technique providing reliable communication over wireless channels is diversity. One of the diversity techniques is space diversity. Typical examples of space diversity are multiple transmit and/or receive antenna communications. By employing multiple antennas either at the transmitter or at the receiver, multiple antenna communications introduce a space diversity to combat fading without necessarily sacrificing bandwidth resources; thus they become attractive solutions for broadband wireless applications. Space-time coding is a new diversity method for communication over wireless channels using multiple transmit antennas. Two types of space-time coding have been studied for a few years: trellis and block coding. Space-time trellis codes perform extremely well at the cost of relatively high complexity. Owing to this, in this thesis, space-time block codes are investigated in detail. Not only these codes support an extremely simple maximum likelihood detection algorithm based only on linear processing at the receiver, but also they can be used for multiple transmit antenna differential detection. In this thesis, coherent and differential detection schemes for space-time block coding are investigated in detail over non-dispersive Rayleigh fading channels. In coherent detection systems, Alamouti's and Tarokh's codes with two, three and four transmit antennas are simulated for BPSK and QPSK modulation. Furthermore, Tarokh's and Hughes' differential detection schemes with two transmit antennas are investigated and a unifying approach to these structures is developed with a new design criteria for optimal unitary group codes. Then, the codes chosen by Tarokh and Hughes are simulated using a generalized differential detection scheme for BPSK and QPSK modulation. Moreover, codes of Hochwald are also simulated in order to compare them to the codes of Tarokh. IV