Analysis and design of coded space time modulation: = Analyse und Entwurf von in Zeit und Raum codierten digitalen Modulationsverfahren
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| Published: |
Aachen
Shaker
2005
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| Series: | Erlanger Berichte aus Informations- und Kommunikationstechnik
11 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Zugl.: Erlangen-Nürnberg, Univ., Diss., 2005 |
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| adam_text | ERLANGER BERICHTE AUS INFORMATIONS- UND KOMMUNIKATIONSTECHNIK BAND 11 LU
ZHAO ANALYSIS AND DESIGN OF CODED SPACE TIME MODULATION ANALYSE UND
ENTWURF VON IN ZEIT UND RAUM CODIERTEN DIGITALEN MODULATIONSVERFAHREN D
29 (DISS. UNIVERSITAET ERLANGEN-NUERNBERG) SHAKER VERLAG AACHEN 2005
CONTENTS NOTATION XIV 1 INTRODUCTION 1 2 CHANNEL MODELS 9 2.1
DISCRETE-TIME MODEL 9 2.2 MODEL OF SINGLE-INPUT SINGLE-OUTPUT (SISO)
FIAT FADING CHANNEL 11 2.3 MODEL OF MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT
(MIMO) FIAT FADING CHANNEL .... 14 3 SPACE-TIME CODES 19 3.1 SPACE-TIME
TRELLIS CODES (STTCS) 19 3.1.1 THE PRINCIPLE OF STTCS 20 3.1.2 THE RANK
AND DETERMINANT CRITERION OF STTCS 21 3.2 SPACE-TIME BLOCK CODES (STBCS)
25 3.2.1 THE PRINCIPLE OF STBCS 26 3.2.2 ORTHOGONAL STBCS 28 3.3 BLAST
SCHEME AND BLAST-LIKE CODES 30 3.3.1 THE PRINCIPLE OF THE BLAST SCHEME
30 3.3.2 BLAST-LIKE CODES 31 3.4 LINEAR-DISPERSION (LD) CODES 31 3.4.1
THE PRINCIPLE OF LD CODES 31 3.4.2 DECODING OF LD CODES 33 CONTENTS 4
CAPACITY OF SPACE-TIME CODES AND SPACE-TIME MODULATION (STM) 35 4.1
CAPACITY OF SISO AWGN CHANNEL 35 4.2 CAPACITY OF PARALLEL AWGN CHANNELS
36 4.3 CAPACITY OF MIMO CHANNELS WITH FIXED CHANNEL COEFFICIENTS 38 4.4
CAPACITY OF MIMO CHANNELS WITH RANDOM COEFFICIENTS 40 4.4.1
PRELIMINARIES 41 4.4.2 EVALUATION OF THE CAPACITY OF MIMO CHANNELS 42
4.4.3 NUMERICAL RESULTS 44 4.5 CAPACITY OF MIMO CHANNELS UNDER
CONSTRAINT OF STBCS 45 4.5.1 CAPACITY ANALYSIS OF ORTHOGONAL STBCS 47
4.5.1.1 ORTHOGONAL STBCS WITH NO CAPACITY LOSS 47 4.5.1.2 ORTHOGONAL
STBCS WITH CAPACITY LOSS 48 4.5.2 CAPACITY ANALYSIS OF NON-ORTHOGONAL
STBCS 49 4.5.3 CAPACITY ANALYSIS OF BLAST-LIKE STBCS 50 4.5.4 NUMERICAL
RESULTS 50 4.6 CAPACITY OF MIMO CHANNELS UNDER CONSTRAINT OF STM 52
4.6.1 EVALUATION OF CAPACITY OF MIMO CHANNELS WITH STM 52 4.6.2 CAPACITY
OF BLAST-LIKE STM 52 4.6.3 COMPARISON OF STM WITH DIFFERENT STBCS 54 5
CODED SPACE-TIME MODULATION (CSTM) WITH MULTIPLE TRELLIS DECODING 57 5.1
ENCODER AND CHANNEL MODEL 57 5.2 DESIGN CRITERION AND CODE SEARCH 59
5.2.1 ANALYSIS OF TRANSMIT DIVERSITY OF NON-ORTHOGONAL STBCS 59 5.2.2
AVERAGE RANK CRITERION 60 5.2.3 EFFICIENT CODE SEARCH SCHEME FOR N T = 3
61 5.3 MULTIPLE TRELLIS DECODING ALGORITHM 62 5.4 SIMULATION RESULTS 65
5.5 CONCLUSIONS 65 CONTENTS VII 6 BIT-INTERLEAVED CODED SPACE-TIME
MODULATION (BICSTM) 67 6.1 INTRODUCTION 67 6.2 SYSTEM MODEL AND TURBO
PRINCIPLE OF BICSTM-ID 69 6.2.1 SYSTEM MODEL OF BICSTM-ID 69 6.2.2 TURBO
PRINCIPLE OF BICSTM-ID 71 6.3 EXTRINSIC INFORMATION TRANSFER (EXIT)
CHART ANALYSIS OF BICSTM-ID 73 6.3.1 DEFINITION OF TRANSFER
CHARACTERISTICS (TC) 74 6.3.2 DETERMINATION OF PDF OF A-PRIORI AND
EXTRINSIC INFORMATION 74 6.3.2.1 INTRODUCTION OF LOG-LIKELIHOOD RATIO
(LLR) VALUES AND THEIR PROPERTIES 75 6.3.2.2 ROLE OF THE INTERLEAVER 77
6.3.2.3 MODEL OF A-PRIORI INFORMATION: GAUSSIAN DISTRIBUTED VARIABLES 77
6.3.2.4 SIMULATION OF EXTRINSIC INFORMATION 78 6.3.3 TC OF LINEAR OUTER
CODE 78 6.3.3.1 SIMPLIFYING THE CALCULATION OF BITWISE MUTUAL
INFORMATION ... 78 6.3.3.2 TC CURVES OF DIFFERENT CONVOLUTIONAL CODES
(CC) 79 6.3.4 TC CURVES OF INNER STM 83 6.3.5 DESIGN OF BICSTM-ID WITH
LOW-RATE CC BY EXIT CHART ANALYSIS ... 86 6.4 BITWISE-PAIRWISE ERROR
PROBABILITY (B-PEP) ANALYSIS OF BICSTM-ID 87 6.4.1 PERFORMANCE ANALYSIS
OF BICSTM-ID WITH DIFFERENT LABELING RULES ... 88 6.4.2 B-PEP ANALYSIS
FOR THE CASE WITH IDEAL FEEDBACK INFORMATION 89 6.4.3 B-PEP ANALYSIS FOR
THE CASE WITHOUT FEEDBACK INFORMATION 92 6.4.4 B-PEP MEASUREMENTS VERSUS
EXIT CHART ANALYSIS 92 6.4.5 SIMULATION RESULTS 94 6.4.6 CONCLUSIONS 95
6.5 CAPACITY ANALYSIS OF BICSTM 96 6.6 INFORMATION PROCESSING
CHARACTERISTIC (IPC) ANALYSIS OF BICSTM-ID 99 6.6.1 FROM EXIT CHART TO
IPC ANALYSIS 100 6.6.2 IPC ANALYSIS OF BICSTM-ID W.R.T. 0 ITERATIONS 100
6.6.3 IPC ANALYSIS OF BICSTM-ID W.R.T. SUFFICIENTLY MANY ITERATIONS 102
VIII CONTENTS 6.6.4 PERFORMANCE ESTIMATION AND SIMULATION RESULTS 104
6.6.4.1 UPPER AND LOWER BOUNDS ON BER PERFORMANCE OF BICSTM BY
IPCANALYSIS 105 6.6.4.2 SIMULATION RESULTS 109 6.6.5 CONCLUSION AND
DISCUSSIONS 110 7 CONCLUSIONS 113 A CHERNOFF BOUND 115 B DERIVATION OF
PEP OF STTC OVER FIAT RAYLEIGH FADING MIMO CHANNELS 117 C NUMERICAL
EVALUATION OF CAPACITY OF MIMO CHANNELS UNDER CONSTRAINT OF STM 123
GLOSSARY 125 BIBLIOGRAPHY 129 CONTENTS IX INHALT SVER ZEICHNIS NOTATION
XIV 1 EINLEITUNG 1 2 KANAMODELLE 9 2.1 ZEITDISKRETES KANALMODELL 9 2.2
SINGLE-INPUT SINGLE-OUTPUT (SISO) NICHT-FREQUENZSELEKTIVER SCHWUNDKANAL
... 11 2.3 MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT (MIMO)
NICHT-FREQUENZSELEKTIVER SCHWUNDKANAL 14 3 SPACE-TIME CODES 19 3.1
SPACE-TIME TRELLIS CODES (STTCS) 19 3.1.1 DAS PRINZIP DER STTCS 20 3.1.2
DAS RANG- UND DETERMINANTENKRITERIUM DER STTCS 21 3.2 SPACE-TIME BLOCK
CODES (STBCS) 25 3.2.1 DAS PRINZIP DER STBCS 26 3.2.2 ORTHOGONALE STBCS
28 3.3 BLAST-PRINZIP UND BLAST-AEHNLICHER CODES 30 3.3.1 DAS PRINZIP DES
BLAST 30 3.3.2 BLAST-AEHNLICHE CODES 31 3.4 LINEAR DISPERSION (LD) CODES
31 3.4.1 DAS PRINZIP DER LD CODES 31 3.4.2 DECODIERUNG DER LD CODES 33 4
KAPAZITAET VON SPACE-TIME CODES UND SPACE-TIME MODULATION (STM) 35 4.1
KAPAZITAET DES SISO AWGN-KANALS 35 4.2 KAPAZITAET VON PARALLELEN
AWGN-KANAELEN 36 4.3 KAPAZITAET VON MIMO-KANAELEN MIT KONSTANTEN
KANALKOEFFIZIENTEN 38 4.4 KAPAZITAET VON MIMO-KANAELEN MIT ZUFAELLIGEN
KANALKOEFFIZIENTEN 40 4.4.1 VORBEMERKUNGEN 41 CONTENTS 4.4.2 AUSWERTUNG
DER KAPAZITAET VON MIMO-KANAELEN 42 4.4.3 SIMULATIONSERGEBNISSE 44 4.5
KAPAZITAET VON MIMO-KANAELEN UNTER DER BERUECKSICHTIGUNG DER STBCS 45 4.5.1
KAPAZITAETSANALYSE VON ORTHOGONALEN STBCS 47 4.5.1.1
KAPAZITAETSERREICHENDE ORTHOGONALE STBCS 47 4.5.1.2 NICHT
KAPAZITAETSERREICHENDE ORTHOGONALE STBCS 48 4.5.2 KAPAZITAETSANALYSE VON
NICHT ORTHOGONALEN STBCS 49 4.5.3 KAPAZITAETSANALYSE VON BLAST-AEHNLICHEN
STBCS 50 4.5.4 SIMULATIONSERGEBNISSE 50 4.6 KAPAZITAET VON MIMO-KANAELEN
UNTER DER NEBENBEDINGUNG VON STM 52 4.6.1 AUSWERTUNG DER KAPAZITAET VON
MIMO-KANAELEN MIT STM 52 4.6.2 KAPAZITAET VON BLAST-AEHNLICHER STM 52 4.6.3
VERGLEICH VON STM MIT VERSCHIEDENEN STBCS 54 5 CODIERT E SPACE-TIME
MODULATION (CSTM) MIT MEHRFACHER TRELLISDECODIE- RUNG 57 5.1 ENCODER UND
KANALMODELL 57 5.2 ENTWURFSKRITERIUM UND CODESUCHE 59 5.2.1 ANALYSE DER
SENDEDIVERSITAET VON NICHT-ORTHOGONALEN STBCS 59 5.2.2 MITTLERES
RANG-KRITERIUM 60 5.2.3 EFFIZIENTE VORGEHENSWEISE FUER DIE CODESUCHE FUER
N T = 3 61 5.3 MEHRFACHER TRELLISDECODIERUNGSALGORITHMUS 62 5.4
SIMULATIONSERGEBNISSE 65 5.5 ERGEBNISSE 65 6 BIT-INTERLEAVED CODED
SPACE-TIME MODULATION (BICSTM) 67 6.1 EINFUEHRUNG 67 6.2 SYSTEMMODELL UND
TURBO-PRINZIP VON BICSTM-ID 69 6.2.1 SYSTEMMODELL VON BICSTM-ID 69 6.2.2
TURBO-PRINZIP VON BICSTM-ID 71 6.3 EXTRINSIC INFORMATION TRANSFER (EXIT)
CHART ANALYSE VON BICSTM-ID 73 XI 6.3.1 DEFINITION DER TRANSFER
CHARAKTERISTIKEN (TC) 74 6.3.2 ERMITTLUNG DER WDF VON A-PRIORI UND
EXTRINSISCHER INFORMATION 74 6.3.2.1 EINFUEHRUNG VON LOG-LIKELIHOOD RATIO
(LLR) WERTEN UND IHREN EIGENSCHAFTEN 75 6.3.2.2 DIE FUNKTION DES
INTERLEAVERS 77 6.3.2.3 MODELL DER A-PRIORI INFORMATION: GAUSSVERTEILTE
VARIABLEN .... 77 6.3.2.4 SIMULATION DER EXTRINSISCHEN INFORMATION 78
6.3.3 TC DES LINEAREN AEUSSEREN CODES 78 6.3.3.1 VEREINFACHUNG DER
BERECHNUG DER BITWEISEN WECHSELSEITIGEN IN- FORMATION 78 6.3.3.2
TC-KURVEN VON VERSCHIEDENEN FALTUNGSCODES 79 6.3.4 TC-KURVEN DER INNEREN
STM 83 6.3.5 ENTWURF VON BICSTM-ID MIT EINEM CODE NIEDRIGER RATE DURCH
EXIT CHART-ANALYSE 86 ANALYSE DER BITWEISE-PAARWEISEN
FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT (B-PEP) VON BICSTM- ID 87 6.4.1 ANALYSE DER
LEISTUNGSFAEHIGKEIT VON BICSTM-ID MIT VERSCHIEDENEN ZU-
ORDNUNGSVORSCHRIFTEN 88 6.4.2 B-PEP ANALYSE FUER DEN FALL DER IDEALEN
FEEDBACK-INFORMATION 89 6.4.3 B-PEP ANALYSE FUER DEN FALL OHNE
FEEDBACK-INFORMATION 92 6.4.4 VERGLEICH VON MESSUNGEN MIT EXIT CHART
ANALYSE 92 6.4.5 SIMULATIONSERGEBNISSE 94 6.4.6 ERGEBNISSE 95
KAPAZITAETSANALYSE VON BICSTM 96 ANALYSE DER INFORMATION PROCESSING
CHARACTERISTIC (IPC) VON BICSTM-ID ... 99 6.6.1 VOM EXIT CHART ZUR IPC
ANALYSE 100 6.6.2 IPC-ANALYSE VON BICSTM-ID BEI 0 ITERATIONEN 100 6.6.3
IPC-ANALYSE VON BICSTM-ID BEI AUSREICHENDER ANZAHL VON ITERATIONEN . 102
6.6.4 ABSCHAETZUNG DER LEISTUNGSFAEHIGKEIT UND SIMULATIONSERGEBNISSE 104
6.6.4.1 OBERE UND UNTERE SCHRANKE DER BER-PERFORMANCE VON BICSTM MITTELS
IPC-ANALYSE 105 6.6.4.2 SIMULATIONSERGEBNISSE 109 6.6.5 ERGEBNISSE UND
EROERTERUNG 110 XU CONTENTS 7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 113 A CHERNOFF BOUND 115
B HERLEITUNG DER PEP VON STTC UEBER RAYLEIGH FADING MIMO-KANAELEN 117 C
NUMERISCHE AUSWERTUNG DER KANALKAPAZITAET VON MIMO-KANAELEN UNTER DER
BERUECKSICHTIGUNG DER STM 123 GLOSSARY 125 LITERATURVERZEICHNIS 129
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