The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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Spatial Multiplexing Using Open-Loop Precoding in Maritime Communication Environment with Channel Correlation and LOS

채널 상관 및 직접파가 존재하는 해상 통신 환경에서 개루프 프리코딩 기반의 공간다중화 전송 기법

  • Jang, Jungyup (Graduate School of NID Fusion Technology, Seoul National University of Science and Technology) ;
  • Lee, Seong Ro (Dept. of Information & Electronics Engineering, Mokpo National University) ;
  • Kim, Dong Ho (Graduate School of NID Fusion Technology, Seoul National University of Science and Technology)
  • Received : 2015.04.02
  • Accepted : 2015.07.09
  • Published : 2015.07.31
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Abstract

Recently, high data rate transmission is required in maritime communication. In this paper, we consider multiple input multiple output (MIMO) spatial multiplexing (SM). However, the performance of SM is severly degraded due to spatial channel correlation and line-of-sight (LOS) component. In the maritime communication, the MIMO channel correlation and LOS are critical due to the lack of scatteres around the transmitter and/or the receiver. When the feedback of channel information is available, precoding can enhance the error performance by exploiting the channel information. However, it is difficult to derive closed-form solution considering both the correlation and LOS. In this paper, we present open-loop precoding-based spatial multiplexing transmission method by showing that the effect of performance for the correlation and LOS. It is shown that the open-loop precoding can mitigate the performance degradation due to the LOS as well as the correlation. Consequently, we expect that the proposed open-loop precoding can be adopted to the maritime communication system.

최근 해상 통신망에서 대용량 데이터 전송이 요구 되고 있다. 이에 따라 본 논문에서 다중 입출력의 공간 다중화 기법을 고려하였다. 하지만 공간 다중화 기법은 송 수신 안테나 사이의 공간 채널 상관 및 직접파 성분에 의해 수신 성능이 열화 된다. 특히, 해상 통신 환경에서 송 수신기 주변의 산란체가 거의 존재하지 않아 채널 상관 및 직접파 수신이 빈번하게 발생한다. 이를 위해 수신기로부터 채널정보를 피드백 받아 프리코딩을 적용하여 수신 성능 열화를 줄일 수 있다. 하지만 채널 상관과 직접파 성분이 동시에 존재 하는 경우 공간 다중화를 위한 프리코딩은 폐형 수식 도출 및 적용의 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 수신기로부터 채널정보를 요구하지 않는 개루프 프리코딩 기반으로 채널 상관 및 LOS에 대한 성능을 분석하여 해상 통신망 환경에서 고속 데이터 전송 방법을 제시하였다. 개루프 프리코딩을 적용한 공간 다중화 기법은 수신기로부터 채널 정보를 피드백 받지 않고 채널 상관 및 직접파 수신 환경에서도 성능 열화를 줄일 수 있음을 확인하였다. 따라서 해상 통신 환경에서 신뢰성 및 고속 데이터 전송을 위한 기법으로 개루프 프리코딩 기반의 공간 다중화 기법이 적합할 것으로 예상된다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 한국연구재단, 정보통신기술진흥센터

References

  1. G. J. Foschini and M. J. Gans, "On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas," Wirel. Personal Commun., vol. 6, no. 3, pp. 311-335, Mar. 1998. https://doi.org/10.1023/A:1008889222784
  2. I. E. Telatar, "Capacity of multi-antenna Gaussian channels," Eur. Trans. Telecom., vol. 10, no. 6, pp. 585-595, Nov. 1999. https://doi.org/10.1002/ett.4460100604
  3. A. Paulraj, R. Nabar, and D. Gore, Introduction to space-time wireless communications, Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2003.
  4. K. Yang, T. Roste, F. Bekkadal and T. Ekman, "Land-to-ship radio channel measurements over sea at 2 GHz," in IEEE Int. Conf. Wirel. Commun., Netw. and Mob. Comput. (WiCOM), pp. 1-4, Chengdu, China, Sep. 2010.
  5. G. Jongren, S. Mikael, and B. Ottersten. "Combining beamforming and orthogonal space-time block coding," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 48, no. 3, pp. 611-627, 2002. https://doi.org/10.1109/18.985950
  6. M. Vu and A. Paulraj. "Optimal linear precoders for MIMO wireless correlated channels with nonzero mean in space-time coded systems," IEEE Trans. Signal Process., vol. 51, no. 6, pp. 2318-2332, 2006.
  7. S.-H. Moon, J.-S. Kim, and I. Lee, "Statistical precoder design for spatial multiplexing systems in correlated MIMO fading channels," in Proc. IEEE Veh. Tech. Conf. (VTC), pp. 1-5, Taipei, Taiwan, May 2010.
  8. D. Vargas, D. Gozalvez, D. Gomez-Barquero, and N. Cardona, "MIMO for DVB-NGH, the next generation mobile TV broadcasting," IEEE Commun. Mag., vol. 51, pp. 130-137, Jul. 2013.
  9. J. Jang and D. H. Kim, "Open-loop precoding for spatial multiplexing systems in correlated channels," J. KICS, vol. 40, no. 1, pp. 58-60, Jan. 2015. https://doi.org/10.7840/kics.2015.40.1.58