Distributed Alamouti Space Time Block Coding Based On Cooperative Relay System

In this paper, we propose a new distributed Alamouti space-time block coding scheme using cooperative relay system composed of one source node, three relay nodes and one destination node. The source node is assumed to be equipped with two antennas which respectively use a 2-beam array to communicate with two nodes selected from the three relay nodes. During the first time slot, the two signals which respectively were transmitted by one antenna at the source, are selected by one relay node, added, amplified, and forwarded to the destination. During the second time slot, the other two relay nodes implement the conjugate and minusconjugate operations to the two received signals, respectively, each in turn is amplified and forwarded to the destination node. This transmission scheme represents a new distributed Alamouti space-time block code that can be constructed at the relay-destination channel. Through an equivalent matrix expression of symbols, we analyze the performance of this proposed space-time block code in terms of the chernoff upper bound pairwise error probability (PEP). In addition, we evaluate the effect of the coefficient $\alpha$ ($0{\leq}{\alpha}{\leq}1$) determined by power allocation between the two antennas at the source on the received signal performance. Through computer simulation, we show that the received signals at the three relays have same variance only when the value of $\alpha$ is equal to $\frac{2}{3}$, as a consequence, a better performance is obtained at the destination. These analysis results show that the proposed scheme outperforms conventional proposed schemes in terms of diversity gain, PEP and the complexity of relay nodes.

협동 중계 시스템을 이용한 분산 Alamouti 시공간 블록 부호

본 논문에서는 하나의 기지국, 세 개의 중계국, 하나의 수신국으로 이루어진 중계 기반 협동 시스템을 이용하는 새로운 분산 Alamouti 시공간 블록 부호화 기법을 제안하였다. 세 개의 중계국 중에서 선택한 두 개의 중계국과 통신이 이루어지도록 기지국은 두 개의 빔(beam)으로 구성된 array를 사용하는 개별적인 두 개의 안테나로 이루어졌다고 가정하였다. 첫 번째 시간 슬롯(slot) 동안, 기지국의 한 안테나로부터 전송된 개별적인 두 개의 신호가 하나의 중계국에 의하여 선택되고, 더해지고, 증폭되고, 수신국으로 보내진다. 이 전송 기법은 중계국과 수신국 사이의 채널에서 생성될 수 있는 새로운 분산 Alamouti 시공간 블록 부호를 나타낸다. 심벌의 등가 행렬 표현을 이용하여 처노프(Chernoff) 상계(upper bound) 쌍 오류 확률(PEP)의 관점에서 제안된 시공간 블록 부호의 성능을 분석하였다 또한, 수신 신호 성능 관점에서 기지국의 두 개의 안테나 사이의 전력 배분에 따라 결정되는 계수 $\alpha$의 효과를 평가하였다. 컴퓨터 모의실험을 통하여 $\alpha$의 값이 $\frac{2}{3}$일 때에만 세 개의 중계국에서의 수신 신호가 같은 분산을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 수신국에서 더 나은 성능을 얻을 수 있었다. 이 분석 결과를 통하여 제안된 기법을 이용할 경우 기존의 기법에 비하여 중계국에서의 다이버시티 이득, PEP, 복잡성 관점에서 뛰어난 성능을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.