Precoded dual-polarized spatial modulation over correlated fading channels

Abstract

Kablosuz iletişim sistemlerinden, çok-girdili çok-çıktılı (MIMO) sistemler dahayüksek veri hızı, daha iyi hizmet kalitesi ve yüksek şebeke kapasitesi sağladığı içinson yıllarda ortaya çıkmış ve yaygın olarak kullanılmıştır. Ote yandan, çok anten ¨kullanımının neden olduğu, kanallar arası girişim olarak bilinen kaçınılmaz bir sorunvardır. Yalnızca kanallar-arası girişim değil, aynı zamanda bir başka sorun da antenlerarası aralığın sonucu olan ilinti olarak bilinmektedir. Bu etkenler sistemin performansınıdüşürmektedir. Çok-girdili çok-çıktılı (MIMO) sistemlerde Uzamsal kiplenimve çift-kutupsal (DP) antenleri kullanmak fikri bu sorunlarla mücadele etmek için ortayaçıktı. Ayrıca uzamsal kiplenimde anten ve sinyal uzamlarının aynı anda kullanımı,özellikle Rician sönümleme etkisi ve verici antenler arasında olan uzamsal ilintinedeni ile alıcı'nın performansını düşürmekte ve sonuç olarak ortalama bit hataoranını arttırmaktadır. Bu çalışmada ön kodlamalı çift-kutupsal uzamsal kiplenimsisteminin etkilerini hedef alıyoruz. Bu yaklaşım gönderilen sembollerin aktif verici antenegöre faz-döndürme tekniğine dayalıdır. On kodlamadaki optimum faz-döndürme ¨değerleri asimptotik ortalama bit hata oranını minimize eden değerlerle belirlenmektedir.Sonuçlara bakıldığında, ön kodlama yönteminin ağır ilinti ve Rician kanallarındaayni spektral verimliliğe sahip geleneksel ¸cift-kutupsal antenli uzamsal kiplenim sistemineve ön kodlamalı tek-kutupsal antenleri kullanarak uygulanan uzamsal kiplenimsistemine nazaran daha iyi performans sergilediği görülmektedir. Daha sonra, sonuçlarkanal kestirim hatasının olduğu durumlar için genişletilmiştir.

In wireless communication systems, multiple-input multiple-output (MIMO) systemshave been emerged and widely used during past decades to achieve higher datarates, better quality of service and higher network capacity. However, using multipleantennas results in an inevitable problem which is known as inter-channel interference.This is not the only issue due to the usage of multi-antennas, but also spatialcorrelation, which is the result of insufficient spacing among antennas. These effectsdeteriorate the performance of the system. Spatial modulation (SM) and using dualpolarizated(DP) antennas are introduced in MIMO systems to combat with the proposedproblems respectively. In addition the joint utilization of both the antenna andsignal spaces to convey information in SM causes a main drawback, specifically, if thereis a direct line-of-sight (LOS) channel component (i.e., Rician fading) and/or spatialcorrelation among transmit antennas. This causes a significant degradation in the performanceof the receiver in resolving the active transmit antenna and results in a largeincrease in the overall average bit-error rate performance of the DP-SM system. Inthis work, we address the effects of precoding for dual-polarized antennas over MIMOsystems employing SM. This approach is based on phase-rotation of the transmittedsymbols according to the active transmit antenna. The optimum values of the precodingcoefficients are determined so as to minimize the asymptotic average bit-error rate.It is shown that there is a high performance improvement even in the case of heavilycorrelated transmit antennas and Rician channels in comparison to conventional DPSMsystems, and precoded uni-polarized SM systems.Later on, the results are extendedto the case where the receiver estimates the channel imperfectly.