An enhanced BLAST-OFDM system with full spatial diversity and interleaved frequency diversity

Abstract

Multiple input multiple output (MIMO) systems based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) are currently considerable interest across the wireless industry because they appear to be a key technology for future wireless generation. MIMO-OFDM systems can be used either to increase the capacity of a wireless system using spatial multiplexing based on OFDM (BLAST-OFDM) or to achieve the maximum diversity order using Space-Time Coding based on OFDM (STC-OFDM). In BLAST-OFDM, independently encoded data streams are transmitted from each transmit antenna at the same time in the same frequency band. Whereas, BLAST-OFDM only obtains receive antenna diversity. STC-OFDM relies on simultaneous coding across space and time to achieve the maximum diversity advantage. Therefore, STC-OFDM provides quite good performance when the channel is flat. However, this requires complicated encoding and decoding structures, and is typically restricted to two transmit antennas, three receive antennas and modulations that do not exceed sixteen constellation points. To overcome these problems of the conventional MIMO-OFDM systems, we propose an enhanced BLAST-OFDM system by employing a grouped precoder and an efficient antenna-subcarrier assignment that are used at the transmitter and/or receiver along with conventional BLAST-OFDM. The use of a non-redundant linear constellation precoder as the grouped precoder does not reduce transmission rates. For the efficient antenna-subcarrier assignment, we utilize an assignment algorithm that allocates precoded symbols to different antennas and different subcarriers. Since the precoded symbols are assigned through all of the transmit antennas, we can guarantee the use of transmit diversity. Because the assigned subcarriers of each transmit antenna do not either overlap or lie adjacent, we can achieve interleaved frequency diversity as well as full spatial diversity at the same time, and reduce the correlation among subchannels. Therefore, the enhanced BLAST-OFDM system increases the diversity advantage, without sacrificing the system capacity compared with the conventional BLAST-OFDM. By computer simulation, we verify that the BER performance of our enhanced BLAST-OFDM outperforms conventional BLAST-OFDM and STC-OFDM because of the full spatial diversity advantage and the interleaved frequency diversity advantage, respectively. A comparison in the respect of the ergodic capacity among conventional BLAST-OFDM, STBC-OFDM, and our enhanced BLAST-OFDM verifies that the proposed system maintains the same transmission rates as conventional BLAST-OFDM, and gives better performance;BLAST-OFDM 시스템은 미래 이동통신 시스템에서 고속의 멀티미디어 데이터 서비스를 위한 효율적인 전송 기술이다. 본 논문에서는 BLAST-OFDM 시스템에 적용 가능한 선형 사전부호화 기법 및 전송 다이버시티를 극대화하기 위한 안테나-부채널 할당 알고리듬을 제안하였다. 제안된 알고리듬은 임의의 송수신 안테나에 대하여, 최대한의 공간 다이버시티 이득과, 인터리빙 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 특히, 제안된 사전부호화 방식은 서브셋 심볼들을 과잉 없는 선형 성상 구조를 통하여 분산하고 있으므로 기존의 다른 부호화 기법과는 달리 데이터 전송률의 손실을 가져오지 않는다. 안테나-부채널 할당 알고리듬은 사전부호화된 정보 서브셋 심볼들을 서로 다른 안테나 및 서로 다른 부채널에 할당하는 방식이다. 전송 안테나 전체를 이용하는 이러한 순환 할당 방식을 통하여 공간 다이버시티를 얻고, 일정 구간 건너뛴 부채널을 사용하여 동일한 정보가 송신되므로, 인터리빙 주파수 다이버시티에 의해 상관도가 높은 주파수 선택적 페이딩 채널에 대처 할 수 있다. 컴퓨터를 이용한 모의실험을 통하여, 제안된 알고리듬을 적용할 경우 기존의 BLAST-OFDM 대비 3dB 이상의 성능 개선이 있음을 증명하였다. 이것은 수신 다이버시티 이득만 얻을 수 있는 기존 BLAST-OFDM시스템과 다르게 제안된 방법은 송수신 다이버시티 이득을 모두 활용할 수 있기 때문에 개선된 성능을 얻을 수 있는 것이다. STBC-OFDM 시스템과 비교한 결과에서 제안된 시스템이 데이터 전송률의 손실이 없음을 보였고, 인터리빙 주파수 다이버시티 활용에 의한 성능 개선을 확인 하였다.