KR100716584B1 - Adaptive k-best detection method for mimo systems - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 송수신 안테나 시스템에서 적응 케이-베스트 검출 방법에 관한 것으로서, 다중 송수신 안테나 시스템에서 데이터 전송률을 최대화하기 위해 공간 다중화 기법으로 데이터를 전송할 때, 수신단에서 사용할 수 있는 ML(Maximum-likelihood} 검출 방식에 기반한 적응 케이-베스트 검출 방법이 개시되어 있다. 방법에 의하면, 심볼 검출을 수행하기 위해 사전에 수행되는 계산은 초기화에서 이루어지고, 채널 이득에 해당하는 의 평균값을 구한다. 이렇게 구해진 평균값으로 각 탐색 레벨별로 해당하는 을 나누어 그 값에 따라 다른 K값을 적용한다. 그 후, 각 탐색 레벨의 전송 가능한 심볼들에 대한 부분 유클리디언 거리 계산이 수행되며 초기화 과정에서 계산된 T 와 그에 대응되는 부분 심볼 벡터 후보들을 최대 K개까지 선택한다. 마지막으로 탐색 레벨을 거듭하면서 다른 K값을 적용하는 과정을 반복하여 최종 심볼이 검출된다. 본 발명은 채널 이득을 고려하기 위해, 의 평균값으로 를 나누는 부분과 나눠진 값의 크기에 따라 각 탐색 레벨별로 다른 K값을 적용해서 심볼을 검출하는 부분으로 구성된다.The present invention relates to an adaptive K-best detection method in a multiple transmit / receive antenna system, and detects maximum-likelihood (ML) that can be used by a receiver when data is transmitted by a spatial multiplexing technique in order to maximize data rate in the multiple transmit / receive antenna system. An adaptive K-best detection method is disclosed, which is based on a method, wherein a calculation performed in advance to perform symbol detection is performed at initialization and corresponds to a channel gain. Find the average value of. This is the average value obtained for each search level. Divide by and apply a different K value depending on the value. Then, partial Euclidean distance calculation is performed on the transmittable symbols of each search level, and up to K T and corresponding partial symbol vector candidates calculated in the initialization process are selected. Finally, the final symbol is detected by repeating the process of applying different K values while repeating the search level. In order to consider the channel gain, As the mean of It is composed of a part that detects a symbol by applying a different K value for each search level according to the division part and the magnitude of the divided value.
다중 송수신 안테나 시스템, maximum-likelihood, K-best, 오차 전달, 부분 유클리디언 거리 Multiple transmit / receive antenna system, maximum-likelihood, K-best, error propagation, partial Euclidean distance
Description
도 1 은 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 시스템에서 적응 케이-베스트 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating an adaptive K-best detection method in a multiple transmit / receive antenna system according to the present invention.
도 2a는 본 발명에 따른 적응 케이-베스트 검출 알고리즘과 기존의 케이-베스트 검출 기법에 의한 비트 오차 확률 성능을 비교한 그래프이다. Figure 2a is a graph comparing the bit error probability performance by the adaptive k-best detection algorithm according to the present invention and the conventional k-best detection technique.
도 2b 는 본 발명에 따른 적응 케이-베스트 검출 알고리즘과 기존의 케이-베스트 검출 기법에 의한 평균 연산량을 비교한 그래프이다.Figure 2b is a graph comparing the average amount of calculation by the adaptive k-best detection algorithm according to the present invention and the conventional k-best detection technique.
본 발명은 다중 송수신 안테나 시스템에서 적응 케이-베스트(K-best) 검출 방법에 관한 것으로 특히, 다중 송수신 안테나 시스템에서 데이터 전송률을 최대화하기 위해 공간 다중화 기법으로 데이터를 전송할 때, 수신단에서 사용할 수 있는 ML(Maximum-likelihood) 검출 방식에 기반한 적응 케이-베스트 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adaptive K-best detection method in a multiple transmit / receive antenna system, and more particularly, an ML that can be used at a receiving end when transmitting data using a spatial multiplexing technique in order to maximize data rate in the multiple transmit / receive antenna system. The present invention relates to an adaptive K-best detection method based on a maximum-likelihood detection method.
공간 다중화 기법으로 데이터 전송이 이루어지는 다중 송수신 안테나 시스템의 수신단에서 사용될 수 있는 ML 검출 방식을 기반으로 하는 검출 방법에는 ML 검출 방법, 구 검출 방법, 및 케이-베스트 검출 방법이 있다. 이들 중 케이-베스트 검출 방법은 기존의 ML 검출 방법에 비해 심볼 검출 시 소요되는 연산량이 적으면서도 종래의 검출 방식과 달리 최대 연산량이 고정되어 있기 때문에 ML 검출 방식을 기반으로 한 검출 기법 중 실제 구현 측면에서 가장 적합하다고 할 수 있다.The detection method based on the ML detection method that can be used at the receiving end of the multiple transmit / receive antenna system in which data transmission is performed using a spatial multiplexing technique includes an ML detection method, an old detection method, and a K-best detection method. Among them, the K-best detection method has a small amount of calculation required for symbol detection compared to the conventional ML detection method, but the maximum calculation amount is fixed unlike the conventional detection method. Therefore, the actual implementation of the detection method based on the ML detection method is performed. It is the most suitable in.
ML 검출 방식은 수신 안테나를 통해 수신된 심볼 벡터와 전송 가능한 심볼 벡터들 사이의 유클리디언 거리를 측정해서 그 값이 가장 작은 심볼 벡터를 전송된 심볼 벡터로서 추정하는 방식인데 케이-베스트 검출 기법은 ML 검출 기법에서 고려해야 할 심볼 벡터셋을 줄여보고자 유클리디언 거리 계산을 수행할 심볼 벡터의 탐색 범위를 특정 반경의 구로 한정시켜 검출을 수행하는 기술이다. 우선 실수 단위의 유클리디언 거리 계산을 위해 다음과 같이 다중 송수신 안테나 시스템의 복소 행렬식 y = Hs + n을 실수 행렬식 r = Mu + w로 전환하는 과정이 선행된다.The ML detection method measures the Euclidean distance between the symbol vector received through the receiving antenna and the transmittable symbol vectors and estimates the symbol vector having the smallest value as the transmitted symbol vector. In order to reduce the symbol vector set to be considered in the ML detection technique, the detection is performed by limiting the search range of the symbol vector to which Euclidean distance calculation is performed to a sphere having a specific radius. First, in order to calculate the Euclidean distance in real units, a process of converting the complex matrix y = Hs + n into the real matrix r = Mu + w is performed as follows.
여기에서 s, y, H, n는 각각 M t 개의 송신 안테나로부터 전송된 심볼 벡터, M r 개의 수신 안테나를 통해 수신된 심볼 벡터, M r ×M t 차원의 채널 행렬, 평균이 0인 복소 가우시안 성분의 잡음 벡터를 의미한다. 이후부터 편의상 2M t = 2M r = n으로 가정한다.Where s, y, H, and n are symbol vectors transmitted from M t transmit antennas, symbol vectors received through M r receive antennas, channel matrices of M r × M t dimensions, and a complex Gaussian with an average of zero. The noise vector of the component. From now on, for convenience, 2M t = 2M r = n is assumed.
케이-베스트 검출 기법의 전처리 과정에서 앞서 언급한 바와 같이 우선 유클리디언 거리 계산을 위해 고려해야 할 심볼 벡터의 범위를 을 만족하는 반경 의 구로 한정시킨다. 라 정의하면 은 의 양자화된 값을 의미한다.As mentioned earlier in the pre-processing of the K-best detection technique, we first determine the range of symbol vectors to consider for Euclidean distance calculation. Radius to satisfy To the sphere of. If you define Is the quantized value of.
다음으로 Cholesky factorization을 통해 M T M을 상삼각 행렬 R로 표현한 R T R로 나타낼 때 새로운 상삼각 행렬 Q의 각 성분 는 R의 각 성분 에 의해 아래 식과 같이 정의된다.Next, the Cholesky factorization via M T M the upper triangular matrix R as represented by R T R with the image of the new component of the upper triangular matrix, each Q Each component of R Is defined as
이때, e = p - u 를 만족하는 벡터 e를 정의하고 벡터의 각 성분을 라 하면 다음과 같은 수식 전개가 이루어진다.In this case, we define a vector e that satisfies e = p-u and calculate each component of the vector. In this case, the following equation development is performed.
케이-베스트 검출 기법은 위의 식에서 인 범위 내에서 을 추정하기 위해 각 탐색 레벨 별로 K개의 부분 심볼 벡터셋을 유지하게 되는데 이러한 과정에서 부분 유클리디언 거리 계산을 위해 아래의 두 식이 사용된다.K-best detection technique is from the above equation Within the range of K partial symbol vectors are maintained for each search level to estimate. In this process, the following two equations are used to calculate the partial Euclidean distance.
위의 (7)식에서 P i 는 P의 i번째 성분을 나타내며 초기에 으로 설정된다. 또한 (8)식에서 는 i번째 탐색 레벨에서의 부분 유클리디언 거리를 나타내며 초기에 로 설정한다. 케이-베스트 검출 기법에서 전송된 심볼을 검출하는 과정은 다음과 같다.In equation (7) above, P i represents the i th component of P Is set. Also in (8) Denotes the partial Euclidean distance at the i th search level Set to. The process of detecting the transmitted symbol in the K-best detection technique is as follows.
첫 번째 단계에서 i=n 이므로 (8)식을 이용해 n번째 탐색 레벨의 가능한 모든 U n 에 대해 부분 유클리디언 거리를 계산해서 그 값이 작은 것부터 K개를, 즉 T n-1 값이 양의 값을 갖는 것 중 큰 것부터 K개를 취하여 이에 해당하는 후보 심볼들을 저장한다. 두 번째 단계에서 i=i-1로 설정 후, 첫 번째 단계에서 저장한 K개의 후 보 심볼셋 U n 각각에 대해 n-1번째 탐색 레벨에서의 가능한 모든 U n-1 을 이용해서 (8)식을 계산한 후에 T n-2 값이 양의 값을 갖는 것 중 큰 것부터 K개를 택하여 이에 대응되는 부분 심볼 벡터를 저장하게 된다. 이와 같은 방식을 반복하면 마지막 단계에서 이전 단계의 K개의 부분 심볼 벡터셋 후보 각각에 대해 현 단계에서의 가능한 모든 u 1 을 적용해서 T O 를 구한 후 이러한 T O 값 중 가장 큰 값을 만족하는 전체 심볼 벡터가 최종적으로 검출된다.First to i = n, so 8 by the formula to calculate the partial Euclidean distance for all U n possible n-th search level K starting with a small value one in the second step, i.e., T n-1 value is a positive Among the ones having a value of K, K is taken from the larger one, and corresponding candidate symbols are stored. After setting i = i-1 in the second step, use all possible U n-1 at the n-1 th search level for each of the K candidate symbol sets U n stored in the first step (8). After the equation is calculated, K is selected from the larger T n-2 value having a positive value and the corresponding partial symbol vector is stored. Repeating the above method, in the last step, T o is obtained by applying all possible u 1s in the current step to each of the K partial symbol vector set candidates in the previous step, and then the total that satisfies the largest of these T O values. The symbol vector is finally detected.
케이-베스트 검출 기법은 이전 탐색 단계에서 선택된 후보 벡터셋들이 현 탐색 단계에서 후보가 되는 부분 심볼 벡터셋을 결정하는데 영향을 미치는 순차적인 검출 방식을 채택한다. 따라서 이전 단계에서 잘못된 후보들을 선택하게 되면 다음 단계에서 후보 벡터셋들을 결정하는데 잘못된 정보를 전달하기 때문에 최종 단계까지 후보 벡터셋들을 결정하는데 있어서 지속적인 오차 전달을 불러일으키게 된다. 이와같은 오차 전달 문제는 비트 오차 확률 측면에서 성능 저하를 야기시키는 문제가 있다.The K-best detection technique employs a sequential detection scheme in which the candidate vector sets selected in the previous search step influence the determination of the partial symbol vector set candidates in the current search step. Therefore, selecting the wrong candidates in the previous step leads to continuous error propagation in determining the candidate vector sets until the final step because the wrong information is transmitted in determining the candidate vector sets in the next step. This error propagation problem causes a performance degradation in terms of bit error probability.
따라서, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 케이-베스트 검출 기법으로 심볼 검출 시 채널 이득에 따라 탐색 레벨별로 다른 K값을 적용함으로써 기존의 케이-베스트 검출 기법을 이용한 방식에 비해 비트 오차 확률 성능을 개선하고 또한 불필요한 심볼 검출에 소요되는 불필요한 연산량 을 줄임으로써 평균 연산량을 낮추는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to employ a conventional K-best detection technique by applying a different K value for each search level according to channel gain in symbol detection using a K-best detection technique. Compared with the proposed method, the average operation amount is lowered by improving the bit error probability performance and reducing the unnecessary operation required for unnecessary symbol detection.
상기 목적을 달성하기 위한 다중 송수신 안테나 시스템에서 적응 케이-베스트 검출 방법은 a) 각 탐색 레벨의 복호화 순서를 결정하고 Q, p, C에 대한 계산을 수행하는 단계,In the multiple transmit / receive antenna system for achieving the above object, the adaptive K-best detection method comprises the steps of: a) determining the decoding order of each search level and performing calculations for Q, p, C ,
이며, Is,
여기서, Q-Chol는 Cholesky factorization 을 통해 MTM으로부터 Q의 각 성분 qij를 구하는 함수이며, 은 P의 양자화된 값, C는 유클리디언 거리, 및 M은 채널을 의미하며;Here, Q-Chol is a function of obtaining each component q ij of Q from M T M through Cholesky factorization, Is the quantized value of P , C is the Euclidean distance, and M is the channel;
b) i=n, , 으로 초기값을 설정하고, q행렬의 대각 성분에 대해 평균값 a를 연산하는 단계,b) i = n, , Setting an initial value with and computing the mean value a for the diagonal components of the q matrix,
, 여기서 n은 1, 2, 3, . . .,2M T 이며; , Where n is 1, 2, 3,. . ., 2 M T ;
c) 단계 b)에 의한 a 값을 기초로 K값을 결정하는 단계,c) determining the K value based on the value a in step b),
이면 K=c, 이면 K=d, 이면 K=e, 여기서 w, y는 실수이고, c, d, e은 정수이며; If K = c, If K = d, If K = e, where w and y are real and c, d and e are integers;
d) i번째 탐색 레벨에서부터 모든 전송 가능한 심볼 ui에 대해 부분 유클리디언 거리를 계산하고, Ti-1 > 0을 만족하는 최대 K개의 Ti-1 값과 그에 대응하는 후보 심볼셋을 저장하는 단계,d) Compute the partial Euclidean distance for all transmittable symbols u i from the i th search level and store up to K T i-1 values corresponding to T i-1 > 0 and corresponding candidate symbol sets Steps,
이며; Is;
e) 단계 d)에서 선택된 후보 심볼셋 ui의 개수 Z 값이 0인지 판단하는 단계;e) determining whether the number Z of the candidate symbol set u i selected in step d) is 0;
f) 단계 e)의 판단 결과 Z 값이 0인 경우, 을 검출된 심볼로 결정하고, 아닌 경우, 다음의 i=i-1값에 대한 ei 및 Si-1을 연산하고, 상기 단계 c), d), e)의 과정을 반복하는 단계,f) when the value of Z is 0 as a result of the determination in step e), Determining as a detected symbol, if not, calculating e i and S i-1 for the following i = i-1 values and repeating the steps c), d), and e),
; 및 ; And
g) 단계 f)에 의해 상기 i값이 1이 되는 경우인 경우 최종적으로 가장 큰 T O 값에 대응되는 전체 심볼 벡터 u1을 검출하는 단계를 포함한다.g) if the i value becomes 1 by step f), finally detecting the entire symbol vector u 1 corresponding to the largest T O value.
본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 시스템에서 적응 케이-베스트 검출 방법은 심볼 검출을 수행하기 위해 사전에 수행되는 계산은 초기화에서 이루어지고, 채널 이득에 해당하는 의 평균값을 구한다. 이렇게 구해진 평균값으로 각 탐색 레벨별로 해당하는 qii을 나누어 그 값에 따라 다른 K값을 적용한다. In the multiple transmit / receive antenna system according to the present invention, in the adaptive K-best detection method, a calculation performed in advance to perform symbol detection is performed at initialization, and corresponds to a channel gain. Find the average value of. The average value thus obtained is divided by q ii for each search level, and a different K value is applied according to the value.
그 후, 각 탐색 레벨의 전송 가능한 심볼들에 대한 부분 유클리디언 거리 계산이 수행되며 초기화 과정에서 계산된 T 와 그에 대응되는 부분 심볼 벡터 후보들을 최대 K개까지 선택한다. Then, partial Euclidean distance calculation is performed on the transmittable symbols of each search level, and up to K T and corresponding partial symbol vector candidates calculated in the initialization process are selected.
마지막으로 탐색 레벨을 거듭하면서 다른 K값을 적용하는 과정을 반복하여 최종 심볼이 검출된다. 본 발명은 채널 이득을 고려하기 위해, qii의 평균값으로 qii를 나누는 부분과 나눠진 값의 크기에 따라 각 탐색 레벨별로 다른 K값을 적용해서 심볼을 검출하는 기술로 구성된다.Finally, the final symbol is detected by repeating the process of applying different K values while repeating the search level. The invention comprises, as an average value of q ii for each search level according to the size of the part and the divided value divides the q ii a technique for detecting the symbols by applying different K values to account for channel gain.
기존의 케이-베스트 검출 기법은 심볼 검출 과정에서 각 탐색 레벨별로 최대 K개의 부분 심볼 벡터만을 취하기 때문에 ML 검출 기법에 비해 복잡도를 현저히 줄였다고 할 수 있지만 탐색 반경을 결정하기 위해 구한 C가 채널 상태가 나쁘거나 잡음 전력이 높아서 큰 값을 가질 경우 각 탐색 단계에서 고려하지 않아도 될 후보 벡터셋들이 유지되고 이러한 불필요한 후보 벡터셋에 대한 부분 유클리디언 거리 계산이 누적되어 연산량을 증가시키는 요인으로 작용한다. Existing K - best detection method is because taking only a maximum of K partial symbol vector for each navigation level in the symbol detection process can was a significantly reduces the complexity compared to the ML detection scheme, but a C channel state calculated to determine the search radius In the case of having a large value due to bad or high noise power, candidate vector sets that do not need to be considered in each search step are maintained, and partial Euclidean distance calculations for these unnecessary candidate vector sets are accumulated, which increases the amount of computation.
케이-베스트 검출 기법의 첫 번째 단계를 예로 들면, (8)식을 참조하여 큰 값을 갖는 C 와 n 번째 탐색 레벨에서의 부분 유클리디언 거리 의 비교를 통해 K개의 후보 심볼셋을 취한다고 가정한다.Taking the first step of the K-best detection technique as an example, the partial Euclidean distance at the C and n th search levels with large values, with reference to Eq. (8) Suppose we take K candidate symbol sets through the comparison of.
이때 C는 수신 심볼 벡터 전체와 ZF 기법을 통해 추정한 심볼 벡터 전체 사이의 유클리디언 거리를 구한 것이기 때문에 벡터의 한 성분에 대해 부분 유클리디 언 거리를 구한 각각의 값들이 모두 C보다 작을 가능성이 크다. In this case, since C is the Euclidean distance between the entire received symbol vector and the entire symbol vector estimated by the ZF method, the partial Euclidean distance is obtained for one component of the vector. Each value is likely to be less than C.
따라서 확률적으로 전송되었다고 보기 어려운 심볼들까지 포함해서 최대 K개를 유지한 채로 다음 단계로 이동하기 때문에 지속적으로 불필요한 연산이 누적되는 문제가 발생하게 된다.As a result, it moves to the next stage while maintaining the maximum number of K, including symbols that are not likely to be transmitted as stochastic.
이러한 문제를 해결하기 위해 채널 상태를 고려하여 채널 이득이 낮은 탐색 레벨에서는 높은 값의 K를 사용하고 채널 이득이 높은 탐색 레벨에서는 낮은 값의 K를 사용함으로써 불필요한 패스의 수를 줄여 탐색에 필요한 연산량을 줄일 수 있다. To solve this problem, considering the channel condition, use high value K at the low level gain level and low value K at the high level gain level to reduce the number of unnecessary passes and reduce the amount of computation required. Can be reduced.
위에서 설명한 내용을 수식을 통해 살펴보면 다음과 같다.Looking at the above description through the formula is as follows.
먼저, 각 탐색 레벨에서의 채널 이득에 해당하는 q행렬의 대각성분에 대하여 평균값을 구한다.First, the average value of the diagonal components of the q matrix corresponding to the channel gains at each search level is obtained.
이렇게 구해진 평균값(a)으로 탐색 레벨별로 해당되는 q ii 에 나누어 주어 얻은 값을 비교하여 그 값이 0.2보다 작은 값이면 K=8, 0.2와 2.0 사이의 값이면 K=3, 2.0이상인 경우 K=1을 적용한다.The value obtained by dividing q ii corresponding to each search level by the average value ( a ) is compared. If the value is less than 0.2, K = 8, and if the value is between 0.2 and 2.0, K = 3, and if K = 1 applies.
행렬의 대각성분에 대해 평균값을 취하는 이유는 채널 상태가 아주 좋거나 아니면 아주 나쁜 경우에도 각 탐색 레벨별로 상대적인 채널 이득을 보고 K값이 변하기 때문에 일정한 비트 오차 확률 성능과 연산량 감소를 보장하기 때문이다. The average value of the diagonal components of the matrix is obtained because the K value is changed by looking at the relative channel gain for each search level even if the channel condition is very good or very bad, thereby guaranteeing a constant bit error probability performance and a reduction in computation amount.
비트 오차 확률과 연산량은 트레이드 오프 관계에 있기 때문에 K값을 바꾸는 범위나 범위에 따라 바뀌는 K값은 요구되는 비트 오차 확률 성능과 연산량을 고려하여 조절할 수 있다.Since the bit error probability and the amount of calculation are in a trade-off relationship, the K value that varies according to the range or range of changing the K value can be adjusted in consideration of the required bit error probability performance and the amount of calculation.
기존의 케이-베스트 검출 방법에 대해 본 발명의 적응 케이-베스트 알고리즘을 적용한 과정을 정리하면 다음과 같다.The process of applying the adaptive K-best algorithm of the present invention to the conventional K-best detection method is as follows.
Step 1. 초기화 단계
각 탐색 레벨의 복호화 순서를 결정하고 Q, p, C에 대한 계산을 수행한다.The decoding order of each search level is determined and calculations for Q, p, and C are performed.
Step 2. 첫 번째 과정Step 2. First Step
A. A.
B. 이면 K=c, 이면 K=d, 이면 K=e 을 적용한다.B. If K = c, If K = d, Then K = e is applied.
C. 모든 가능한 에 대해 다음 계산을 수행한다.C. Perform the following calculations for all possible things.
D. 양의 값을 갖는 T n-1 중 값이 큰 것부터 최대 K개를 택해서 이에 해당하는 후보 심볼셋들을 저장한다.D. Select up to K from the largest one among positive T n-1 and store the corresponding candidate symbol sets.
E. 선택된 각 심볼에 대해 다음 계산을 수행한다.E. Perform the following calculation for each symbol selected.
Step. 3. 반복 과정Step. 3. Repeat process
A. i=i-1 A. i = i-1
B. 이전 단계에서 선택된 K개의 부분 심볼 벡터 각각에 대해 현 단계에서 가능한 모든 u i 를 대입해서 다음 계산을 수행한다.B. For each of the K partial symbol vectors selected in the previous step, perform the following calculation by substituting all possible u i in the current step.
C. 양의 값을 갖는 T i-1 중 값이 큰 것부터 최대 K개를 택해서 이에 해당하는 부분 심볼 벡터셋 후보들을 저장한다.C. T i-1 with a positive value The maximum K is selected from the larger ones and the corresponding partial symbol vector set candidates are stored.
D. 선택된 각 심볼에 대해 다음 계산을 수행한다.D. Perform the following calculation for each symbol selected.
E. i=1이 될 때까지 step 3을 반복하여 최종적으로 구한 T O 중 가장 큰 값에 대응되는 전체 심볼 벡터를 검출한다.E. Repeat step 3 until i = 1 to detect the entire symbol vector corresponding to the largest value of the final T O.
케이-베스트 검출 기법에서 K값에 따라 비트 오차 확률과 연산량 간에는 트레이드 오프 관계에 있다. In the K-best detection technique, there is a trade-off relationship between the bit error probability and the amount of calculation according to the K value.
즉, K값을 크게 한다는 것은 상위 탐색 레벨로 가져가는 패스의 수를 증가시키는 것이기 때문에 비트 오차 확률 측면에서는 성능 향상을 가져오나 동시에 연산 량은 증가시키는 결과를 가져온다.In other words, increasing the value of K increases the number of passes taken to a higher search level, resulting in performance improvements in terms of bit error probability, but at the same time increasing the amount of computation.
반대로 K값을 작게 하면 상위 탐색 레벨로 가져가는 패스의 수가 작다는 것을 의미하며, 이는 연산량이 감소하는 비트 오차 확률에서 성능 저하를 가져온다.Conversely, a smaller value of K means a smaller number of passes to a higher search level, which leads to a performance degradation in the bit error probability of decreasing computation amount.
상기한 바와 같이 본 발명에 따라 적응 케이-베스트 알고리즘을 적용한 방식은 기존의 케이-베스트 검출 기법에 비해 채널 이득의 영향을 고려하여 탐색 레벨별로 K값을 다르게 적용하므로 심볼 검출에 소요되는 평균 연산량을 감소시키는 효과가 있다.As described above, the method of applying the adaptive K-best algorithm according to the present invention uses the K value for each search level differently from the conventional K-best detection method in consideration of the effect of the channel gain, so that the average computation amount required for symbol detection is determined. It has a reducing effect.
또한 채널 이득이 낮은 탐색 레벨에서는 높은 K값을 적용하므로써 오차 전달을 줄여 비트 오차 확률 측면에서도 성능을 향상시킨다.In addition, the higher K-value is applied at the search level with lower channel gain, which reduces the propagation of error, thereby improving performance in terms of bit error probability.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
도 1은 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 시스템에서 적응 케이-베스트 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating an adaptive K-best detection method in a multiple transmit / receive antenna system according to the present invention.
도 1을 참조하면, 단계 S1에서, 초기화 연산을 수행이된다. 도 1에서 "Q-Chol"은 Cholesky factorization을 통해 입력 M T M으로부터 Q의 각 성분 q ij 를 출력하는 함수이고, "Quant"는 ZF 기법을 통해 양자화된 값을 출력하는 함수를 나타낸다. Referring to FIG. 1, in step S1, an initialization operation is performed. In FIG. 1, "Q-Chol" is a function for outputting each component q ij of Q from the input M T M through Cholesky factorization, and "Quant" is a function for outputting quantized values through the ZF technique.
또한, ui는 i번째 레벨부터 n번째 레벨에 걸쳐 선택된 부분 심볼 벡터를 의미하고, Z는 실제로 선택한 부분 심볼 벡터의 개수를 나타낸다. U i denotes a partial symbol vector selected from the i th level to the n th level, and Z denotes the number of partial symbol vectors actually selected.
먼저, 수신 단에서는 채널 추정을 통해 채널 M에 대한 정보를 완벽하게 알고 있다고 가정할 때, 입력으로 수신 심볼 벡터 r과 초기 K값이 주어지고, 단계 S1에서 알고리즘 수행을 위한 전처리화가 이루어진다(S1).First, assuming that the receiving end perfectly knows the information on the channel M through channel estimation, the received symbol vector r and the initial K value are given as inputs, and in step S1, preprocessing for performing the algorithm is performed (S1). .
이어, 초기 반경 결정 단계가 수행된다. 초기 반경 결정 단계에서는 초기 반경 에 대한 계산이 수행된다(S2).Subsequently, an initial radius determination step is performed. In the initial radius determination step, the calculation for the initial radius is performed (S2).
이어, 채널 평균 이득 계산 단계가 수행된다. 채널 평균 이득 계산 단계에서는 , ,으로 초기값이 설정된 후 q행렬의 대각성분에 대해 평균값을 구한다(S3).Then, the channel average gain calculation step is performed. In the channel average gain calculation step, , After the initial value is set, the average value of the diagonal components of the q matrix is obtained (S3).
단계 S4에서는, 단계 S3에 의해 구해진 평균값(a)으로 q ii 를 나눈 결과 값에 따라 변경된 K값을 부분 심볼 검출에 적용한다(S4).In step S4, the K value changed according to the result of dividing q ii by the average value a obtained by step S3 is applied to partial symbol detection (S4).
이어, 단계 S5에서, 부분 유클리디언 거리가 계산된다. 부분 유클리디언 거리 연산에서는 n번째 탐색 레벨에서부터 모든 전송 가능한 심볼 U n 에 대해 부분 유클리디언 거리 계산이 수행된다.Then, in step S5, the partial Euclidean distance is calculated. In the partial Euclidean distance calculation, the partial Euclidean distance calculation is performed on all transmittable symbols U n from the nth search level.
단계 S6에서, Ti-1 생성 및 후보 심볼셋 저장 단계에서 번째 탐색 레벨에서의 부분 유클리디언 거리 를 구하고 초기 반경 C 대신 을 만족하는 최대 K개의 Tn-1값과 그에 대응되는 후보 심볼셋이 저장되고, 단계 S7에서는 선택된 의 개수를 판단해서 0인 경우에는 을 검출된 심볼로 결정하게 되며, 그렇지 않은 경우 단계 S8로 진행되어, i값 판단 단계로 넘어간다.In step S6, the partial Euclidean distance at the th search level in the T i-1 generation and storing the candidate symbol set. Find and replace the initial radius C Up to K T n -1 values and candidate symbol sets corresponding thereto are stored, and in step S7, If the number of times is 0, Is determined as the detected symbol, otherwise, the process proceeds to step S8, where the process proceeds to the i value determination step.
단계 S8에서, i값이 1보다 큰 경우 단계 S8-1로 넘어가, Si-1에 대한 계산이 이행된 후, 단계 S8-2에서 i값을 1만큼 감소시켜 다시 단계 S4단계로 넘어간다.In step S8, if i is greater than 1 , the process proceeds to step S8-1. After the calculation for S i-1 is performed, the value of i is decreased by 1 in step S8-2, and the process goes back to step S4.
이후, 이전 단계와 마찬가지로 을 a로 나누어진 결과 값에 따라 다른 K값을 적용하고, n-1번째 탐색 레벨에서의 부분 유클리디언 거리 의 계산을 통해 를 만족하는 최대 K개의 T n-2 값과 그에 대응되는 부분 심볼 벡터 들을 저장한다. After that, as in the previous step Apply a different K value according to the result divided by a, and the partial Euclidean distance at the n- 1th search level. Through the calculation of Up to K T n-2 Values Matching the Partial Symbol Vectors Save them.
이와 같이 부분 심볼 검출 단계 별로 채널 이득에 따라 다른 K값을 적용하여 부분 심볼 벡터셋의 선택을 반복하면서 단계 S8에서 i값이 1인 경우 단계 S9의 심볼 검출 단계로 이동해 최종적으로 가장 큰 T 0 값에 대응되는 전체 심볼 벡터 을 검출하게 된다.As described above, if the i value is 1 in step S8 while repeating the selection of the partial symbol vector set by applying a different K value according to the channel gain for each partial symbol detection step, the process moves to the symbol detection step of step S9 to finally obtain the largest T 0 value. The full symbol vector corresponding to Will be detected.
도 2a 및 2b는 본 발명에서 제시된 기술을 사용하는 적응 케이-베스트 검출 기법과 기존의 케이-베스트 검출 기법의 비트 오차 확률 성능 및 평균 연산량을 비교한 결과이다.2A and 2B show the results of comparing the bit error probability performance and the average computation amount of the adaptive K-best detection technique using the technique of the present invention and the conventional K-best detection technique.
여기서 평균 연산량은 케이-베스트 검출 과정의 주요 연산이라 할 수 있는 부분 유클리디언 거리 계산에 소요되는 곱하기 개수의 총합을 통해 측정한 것이다.Here, the average amount of calculation is measured by the sum of the number of multiplications required for the partial Euclidean distance calculation, which is the main operation of the K-best detection process.
실험환경은 송수신 안테나를 각각 4개씩 사용하고, 16-QAM의 변조기법을 사용하는 다중 안테나 시스템을 가정하였다.The experimental environment assumes a multi-antenna system using 4 transmit / receive antennas each and a 16-QAM modulation technique.
기존의 5-best, 6-best 검출 기법과 비트 오차 확률 및 평균 연산량을 비교 하기 위해 w, y의 값은 0.2, 2.0을 적용하였으며 c, d, e의 값은 각각 8, 3, 1을 적용한 8-3-1 적응 케이-베스트를 사용하였다.In order to compare bit error probability and average amount of computation with the existing 5-best and 6-best detection techniques, the values of w and y are 0.2 and 2.0, and the values of c, d and e are 8, 3 and 1, respectively. 8-3-1 adaptive K-best was used.
도 2a는 신호대 잡음비에 따른 비트 오차 확률을 나타낸 것인데 8-3-1 적응 케이-베스트 검출 기법의 경우 낮은 채널 이득에서 높은 K를 사용하는 기술로 인해 높은 오차 전달을 줄여 비트 오차 확률이 줄어드는 효과가 있는 것을 확인할 수 있다. Figure 2a shows the bit error probability according to the signal-to-noise ratio. In the case of the 8-3-1 adaptive K-best detection technique, the technique of using a high K at a low channel gain reduces the error propagation and thus reduces the bit error probability. I can confirm that there is.
10-3의 비트 오차 확률 기준으로 했을때 5-best 기법과 비교시 약 1.4dB의 이득이 발생하며, 또한 평균 연산량을 비교한 도 2b를 살펴 보면, 5-best와 비교시 2~23%, 6best와 비교시 2~33% 정도 낮아진 것을 확인할 수 있다.When the bit error probability of 10 -3 is used, a gain of about 1.4 dB occurs when compared to the 5-best method. Also, referring to FIG. 2b comparing the average operation amount, 2 to 23% when compared to 5-best, Compared to 6best, it can be seen that it is about 2 ~ 33% lower.
상기한 바와 같이, 본 발명은 각 탐색 레벨 별로 K값을 다르게 적용하여 심볼을 검출하므로 기존의 케이-베스트 검출 기법에 비해 부분 탐색 단계에서의 오차 전달의 효과를 줄여 비트 오차 확률 측면에서 성능을 향상시키며, 또한 채널 이득이 큰 탐색 레벨에서는 낮은 K를 적용하여 심볼 검출에 소요되는 평균 연산량을 감소시키는 효과가 있다.As described above, the present invention detects a symbol by applying a different K value for each search level, thereby improving performance in terms of bit error probability by reducing the effect of error propagation in the partial search step compared to the conventional K-best detection technique. In addition, in a search level with a large channel gain, a low K is applied to reduce the average amount of computation required for symbol detection.
본 발명을 상기 실시 예에 의해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.Although the present invention has been described in detail by the above embodiments, the present invention is not limited thereto, and variations and improvements can be made without departing from the ordinary knowledge of those skilled in the art.
Claims (1)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060066694A KR100716584B1 (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Adaptive k-best detection method for mimo systems |
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KR100716584B1 true KR100716584B1 (en) | 2007-05-10 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN101557281B (en) * | 2009-05-13 | 2012-11-28 | 苏州中科半导体集成技术研发中心有限公司 | Multiple-input multiple-output wireless communication data detector |
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WO2005043855A1 (en) | 2003-10-24 | 2005-05-12 | Qualcomm Incorporated | Rate selection for a multi-carrier mimo system |
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2006
- 2006-07-18 KR KR1020060066694A patent/KR100716584B1/en not_active IP Right Cessation
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