Performance Comparison of Alamouti Space-Time Coded and Amplify-Forward Relay Diversities for OFDM Signals

Year 2011, Volume: 1 Issue: 1, 47 - 54, 01.01.2011

Ahmet Oturak Hakan Kaya Ertan Öztürk

Abstract

Diversity implementation improves the error rate performance of communication systems. Two diversity techniques among various of them are space-time diversity and cooperative diversity. In this study, symbol error rate performances of space-time and cooperative diversities for Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM signals are compared. A simple space-time diversity, Alamouti scheme with two transmitter and one receiver antennas, and a cooperative diversity with single relay amplify-and-forward structure are considered. Both can achieve a transmit diversity order of 2. The considered channel model is a Rayleigh flat fading per carrier frequency due to narrow-band multi-carrier transmitted signal. For modulation technique, phase shift keying PSK modulation is used. By using both of diversity techniques, performance results are obtained by theoretically and by simulation for different modulation levels 4, 16 ve 64 of PSK. Results show that the Alamouti scheme achieves better symbol error performance than the single relay cooperative diversity.

Keywords

Cooperative Diversity, Space Time Diversity, Alamouti, OFDM

Alamouti Uzay-Zaman Kodlu ve Kuvvetlendir-Aktar Röleli Çeşitlemelerin OFDM İşaretleri için Başarım Karşılaştırması

Abstract

İletişim sistemlerinde çeşitleme uygulanması, hata oranı başarımını iyileştirmektedir. Farklı çeşitleme tekniklerinden ikisi; uzay-zaman çeşitleme ve işbirlikli çeşitlemedir. Bu çalışmada Dik Frekans Bölmeli Çoğullama Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM uygulanmış işaretlerin bu iki çeşitleme yöntemiyle sembol hata oranı başarımları hesaplanıp karşılaştırılmıştır. Uzay-zaman kodlu çeşitleme için iki verici bir alıcı antenli Alamouti yapısı ve işbirlikli çeşitleme için tek röleli kuvvetlendir-aktar yapı göz önüne alınmıştır. Her iki sistemin de verici çeşitleme derecesi ikidir. Kanal modelinin, iletilen işaretin dar bant çoklu taşıyıcılı işaret olmasından dolayı, her bir taşıyıcı frekansı için Rayleigh düz sönümlemeli olduğu kabul edilmiştir. Kullanılan modülasyon tekniği faz kaydırmalı anahtarlamadır. Farklı modülasyon seviyeleri 4, 16 ve 64 için her iki çeşitleme tekniği kullanılarak başarım sonuçları teorik olarak ve benzetimle elde edilmiştir. Sonuçlar Alamouti yapısının, tek röleli işbirlikli iletişime göre daha iyi başarım verdiğini göstermektedir

Keywords

İşbirlikli çeşitleme, Uzay-zaman çeşitleme, Alamouti, OFDM

References

• Abdaoui, A., Ikki, SS., Ahmed, MH., Châtelet, E. 2010. On The Performance Analysis of A Mimo- Relaying Scheme With Space-Time Block Codes, IEEE T. Vehicul. Technol., 59: 3604–3609.
• Alamouti, SM. 1998. A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications, IEEE J. Sel. Area. Comm., 16:1451- 1458.
• Anghel, PA., Leus, G., Kaveh, M. 2003. Multi-user space-time coding in cooperative networks. Proceedings of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 4:73–76, Hong Kong, China.
• Fazel, K., Kaiser, S. 2008. Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems, Second Edition, John Wiley and Sons Ltd, West Southhern Gatze, Chichester, West Sussex, PO19 8SQ, UK,.360 pp.
• Goldsmith, A. 2005. Wireless Communications, Cambridge University Press. 644 pp.
• Laneman, JN., Tse, DNC., Wornell, GW. 2004. Cooperative Diversity in Wireless Networks: Efficient Protocols and Outage Behavior, IEEE T. Inform. Theory, 50: 3062-3080.
• Li Z., Xia XG., 2007. A Simple Alamouti Space-Time Transmission Cooperative Systems, IEEE Signal Proc. Let., 14:804-807. For Asynchronous
• Li Z., Xia X.G., 2008. An Alamouti Coded OFDM Transmission For Cooperative Systems Robust To Both Timing Errors And Frequency Offsets, IEEE T. Wirel. Commun., 7:1839-1844.
• Öztürk, E., Tunçkaya, Y., 2010. M-FaKA ve M- DöGM modülasyonlu DFBÇ İşaretlerin EBGG ve Rayleigh Sönümlemeli Kanallarda Başarımları, IEEE 18. Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı (SİU 2010), Diyarbakır.
• Sendonaris, A., Erkip, E., Aazhang, B. 2003. User Cooperation Diversity-Part I: System Description, IEEE T. Commun., 51: 1927-1938.
• Simon, MK., Alouini, MS. 2005. Digital Communication over Fading Channel, Second Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 936 pp.
• Tarokh, V., Jafarkhani, H., Calderbank, A. R. 1999. Space-Time Block Codes For Orthogonal Designs, IEEE T. Inform. Theory, 45: 1456- 1467.
• Wang, J., Wen, OY., Li, S., Shu, R., Cheng, K. 2006. Capacity of Alamouti Coded OFDM Systems in Time-Varying Channels, IEEE Vehicular Technology Conference, pp.1923-1927, Melbourne, Vic. Fading
• Weifeng, Su, Sadek, AK., Liu, KJR. 2008. Cooperative communication protocols in wireless networks:performance analysis and optimum power allocation, Wireless Pers. Commun., 44: 181-217.
• Xia, C., Zhu, B., Cheng, W. 2009. The Upper and Lower Bound for Amplify-and-Forward Cooperative Communication, WiCOM'09 Proceedings of the 5th International Conference on Wireless communications, networking and mobile computing. pp. 1-4 Beijing, China.