RECEIVED SNR BASED CODE AND ANTENNA/RELAY SELECTION FOR LIMITED FEEDBACK COMMUNICATION

Abstract

Code selection and transmit antenna selection are widely used in limited feedback multi input multi output (MIMO) communication system. When one of the antenna channel gains is much higher than the other antenna channel gains; using antenna selection method increases received Signal-to-Noise Ratio (SNR) at the receiver. However, when antenna channel gains are close to each other; using code selection method increases the received SNR at the receiver. In this paper, we propose an adaptive code and antenna selection scheme to increase the received SNR at the destination for MIMO system. In this technique, using one additional feedback bit yields improved SNR at the destination compared to using solely code or transmit antenna selection method. Detailed simulations show that adaptive code and antenna selection with four bit feedback yields a performance of the extended balanced space-time block coding with ideal feedback which requires exact channel state information at the transmitter. In addition, the proposed technique is applied into the cooperative communication and similar performance improvement is observed. The difference between MIMO and cooperative communication is using relay selection instead of antenna selection

Keywords

• Antenna selection, Relay selection, Balanced space-time block coding, Limited feedback

SINIRLI GERİBESLEMELİ HABERLEŞME İÇİN ALICIDAKİ SNR TABANLI KOD VE ANTEN/RÖLE SEÇİMİ

Abstract

Sınırlı geribeslemeli çok-girdili çok-çıktılı (ÇGÇÇ) haberleşme sisteminde kod seçimi ve verici anten seçimi yaygın olarak kullanılır. Eğer vericideki bir antenin kanal kazancı diğer antenlerin kanal kazançlarına göre çok büyükse verici anten seçimi kullanmak alıcıdaki Sinyalin Gürültüye Oranı (SGO)’nı artırır. Buna karşılık, vericideki antenlerin kanal kazançları birbirlerine yakın değerlerde ise kod seçimi kullanmak alıcıdaki SGO’yu arttırır. Bu makalede, ÇGÇÇ haberleşmesinde alıcıdaki SGO’yu arttırmak için uyarlamalı kod ve anten seçimi önerilmiştir. Bu teknikte, fazladan bir bitlik geribesleme kullanılarak verici anten seçimine ve kod seçimine göre alıcıda daha iyi bir SGO değeri elde edilir. Detaylı benzetimler göstermiştir ki, üç verici anten için uyarlamalı kod ve anten seçiminde kullanılacak 4 bitlik geribesleme, kod seçimi olarak kullanılan genişletilmiş dengeli uzay-zaman blok kodlamanın ideal geribesleme başarımını elde etmektedir. İdeal geribesleme ise kanal durum bilgisinin vericide tam olarak bilinmesini gerektirir. Ayrıca, önerilen teknik işbirlikli haberleşmeye uygulanmış ve benzer başarım artışı sağlanmıştır. Önerilen tekniğin ÇGÇÇ ile işbirlikli haberleşmesine uygulanmasındaki fark, anten seçimi yerine röle seçiminin yapılmasıdır.

Keywords

• Anten seçimi, Röle seçimi, Dengeli uzay-zaman blok kodlama, Sınırlı geribesleme

References

1. Alamouti S. (1998): “A Simple Transmit Diversity Scheme for Wireless Communications”, IEEE J. Sel. Areas Commun., Cilt 16, s. 1451-1458.
2. Andersen J.B. (2000): “Antenna Arrays in Mobile Communications: Gain, Diversity and Channel Capacity”, IEEE Antenna and Propagation Magazine, Cilt 42, No. 2, s. 12-16.
3. Çelebi M.E., Şahin S., Aygölü A. (2007): “Full Rate Full Diversity Space Time Block Codes for More Than Two Transmit Antenna”, IEEE Transaction on Wireless Commun., Cilt 6, No. 1, s. 16-19.
4. Ekşim A., Çelebi M. E. (2007): “Diversity Enhancement with Cooperative Balanced Space- Time Block Coding”, IEEE PIMRC Sempozyumu, Atina, Yunanistan, 3-6 Eylül.
5. Ekşim A., Çelebi M. E. (20091): “Extended Balanced Space-Time Block Coding for Wireless Communications”, IET Signal Processing, Cilt 3, No. 6, s. 456-467.
6. Ekşim A., Çelebi M. E. (20092): “Extended Cooperative Balanced Space-Time Block Coding for Increased Efficiency in Wireless Sensor Networks”, LNCS Networking 2009, 5550, s. 456-467.
7. Ekşim A., Çelebi M. E. (2009): “Extended Cooperative Balanced Space Time Block Coding in Wireless Networks for Spectral Efficiency”, IEEE 17. Sinyal İşleme ve Haberleşme Konferansı, Antalya, 9-11 Nisan.
8. Ekşim A., Çelebi M. E. (20101): “Performance Improvement of Binary Sensor-Based Statistical Space-Time Block Code Cooperative Diversity Using Limited Feedback”, IETE Technical Review, Cilt 27, No. 1, s. 57-64.

9. Ekşim A., Çelebi M. E. (20102): “Received SNR Based Code and Antenna Selection for Limited Feedback Communication”, IEEE 18. Sinyal İşleme ve Haberleşme Konferansı, Diyarbakır, 22-24 Nisan.
10. Ganesan G., Stoica P. (2001): “Utilizing Space-Time Diversity for Wireless Communications”, Wireless Personal Commun., Cilt 18, s. 149-163.
11. Gore D., Paulraj A. J. (2002): “MIMO Antenna Subset Selection with Space-Time Coding”, IEEE Trans. Signal Process., Cilt 50, s. 2580-2588.
12. Laneman J. N., Wornell G. W., Tse D. N. C. (2001): “An Efficient Protocol for Realizing Cooperative Diversity in Wireless Networks”, IEEE ISIT Konferansı, Washington D.C., ABD.
13. Love D. J., Health Jr R. W., Strohmer T. (2003): “Grassmannian Beamforming for Multiple- Input Multiple-Output Wireless Systems”, IEEE Transactions on Information Theory, Cilt 49, No. 10, s. 2735-2747.
14. Mondal B., Health Jr R. W. (2004): “An Upper Bound on SNR for Limited Feedback MIMO Beamforming Systems”, International Theory Workshop, San Antonio, TX, ABD, 24-29 Ekim.
15. Mondal B., Health Jr R. W. (20042): “Adaptive Feedback for MIMO Beamforming Systems”, IEEE 5th Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications, Lizbon, Portekiz, 11-14 Temmuz.
16. Mondal B., Samanta R., Health Jr R. W. (2005): “Frame Theoretic Quantization for Limited Feedback MIMO Beamforming Systems”, International Conference on Wireless Networks, Communications and Mobile Computing, Maui, HI, 13-16 Haziran.
17. Nabar R. U., Bolcskei H., Kneubuhler F. W. (2004): “Fading Relay Channels: Performance Limits and Space-Time Signal Design”, IEEE J. Select. Areas Commun., Cilt 22, No. 6, s. 1099-1109.
18. Sendonaris A., Erkip E., Aazhang B. (2003): “User Cooperation Diversity Part I: System Description”, IEEE Trans. Commun. Cilt 51, No. 11, s. 1927-1938.
19. Sendonaris A., Erkip E., Aazhang B. (2003): “User Cooperation Diversity Part II: 2 Implementation Aspects and Performance Analysis”, IEEE Trans. Commun. Cilt 51, No. 11, s. 1939-1948.
20. Wang Y., Valenti M. C. (2001): “Coded Transmit Macrodiversity: Block Space-Time Codes Over Distributed Antennas” IEEE Veh. Technol. Konferansı, Rodos, Yunanistan, s. 1435- 1438, 6-9 Mayıs.
21. Vucetic B., Yuan J. (2003): “Space-Time Coding”, Wiley Press.
22. Wang T., Cano A., Giannakis G. B., Laneman J. N. (2007): “High-Performance Cooperative Demodulation with Decode-and-Forward Relays”, IEEE Trans. Commun., Cilt 55, No. 7, s. 1427-1438.