High Performance Coding Techniques For Mimo Wireless Communication Systems Using Ofdm Modulation

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2008Tezde, çok-girişli çok-çıkışlı (MIMO) dik frekans bölmeli çoğullama (OFDM) için kanal kodlama yaklaşımları önerilmiş, kod sözcük çiftleri arasındaki ikili hata olasılıkları çözümlenmiş ve elde edilen ölçütler kullanılarak yüksek başarımlı kanal kodları tasarlanmıştır. Önerilen yaklaşımlardan ilki, tam kodlama oranlı üstün-dik uzay-zaman kafes kodların MIMO OFDM için nasıl tasarlanması gerektiğini incelemektedir. İkinci yaklaşımda, MIMO OFDM’de kafes kodlama ve bileşen serpiştirme yardımıyla erişilebilir çeşitleme kazancı arttırılmaktadır. Üçüncü yaklaşım, önerilen kafes kodlamalı ve bileşen serpiştirmeli MIMO OFDM sistemini farksal hale getirmektedir. Böylece alıcıda kanal kestiriminin gerektirdiği pilot simgeler ve getirdiği karmaşıklık ortadan kalkmaktadır. Bu çalışmada, farksal sistemin basit Viterbi algoritması kullanılarak çözülebilmesi için gerekli olan dal metrikleri ve kullanılan kafes kod için tasarım ölçütleri elde edilmiştir. Son yaklaşımda, seri sıralı MIMO OFDM sistem başarımı ek bilgi aktarım (EXIT) diyagramları yardımıyla ve içsel koddan önce birikimli kod kullanarak önemli ölçüde iyileştirilmektedir. Her dört yaklaşımda da önerilen sistemlerin kod sözcük hata olasılıkları (CER) bilgisayar benzetimleriyle elde edilmiş ve sonuçlar literatürde var olan referans sistem başarımlarıyla karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar, önerilen sistemlerin var olanlardan daha yüksek CER başarımına sahip olduklarını göstermektedir. Önerilen yaklaşımların kaynak biti başına gerekli kod çözme işlem sayısı belirlenerek kod çözme karmaşıklıkları elde edilmiştir. Son olarak, önerilen sistemlerin kod çözme karmaşıklıkları referans sistemlerle ve birbiriyle karşılaştırılmıştır.In the thesis, the channel coding methods for multiple-input multiple-output (MIMO) channels with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) are proposed. The design criteria for these methods are found by pairwise error probability (PEP) analysis, and high performance channel codes are obtained. Firstly, full-rate super-orthogonal space-time trellis codes for MIMO OFDM are proposed. Secondly, the achievable diversity gain of MIMO OFDM system is increased by using a trellis code and a coordinate interleaver. Thirdly, a differential version of the concatenated trellis code and coordinate interleaved orthogonal design is proposed. Due to the differential detection, the need for channel estimation and therefore pilot symbol transmission is avoided. Here, branch metrics for Viterbi decoding are obtained, and design criteria for the trellis code are derived. Fourthly, the serially concatenated MIMO OFDM system performance is improved by using extrinsic information transfer (EXIT) diagrams and an accumulator code. For all proposed schemes codeword error rate (CER) performances are obtained by computer simulations and compared with those of the reference systems. According to the comparisons, the proposed systems have superior CER performances. Finally, the decoding complexities for the proposed schemes are calculated, and compared with those of the reference systems and between them as well.DoktoraPh