KR100771996B1 - 다중안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법 - Google Patents

다중안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고레벨 직교진폭변조 중 소프트 복조와 소프트 변조의 빠른 구현 방법은 고레벨의 QAM(직교진폭변조)를 이용하여 변조하는 고속 데이터 전송 이동통신 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 소프트 복조의 구현 방법은 빠른 룩업테이블 방법을 이용하며, 이는 먼저 소프트 복조에 사용되는 룩업테이블을 생성하여 저장하고, 채널계수를 근거로 수신된 신호와 노이즈의 분산(variance)에 대하여 정상화(normalization) 처리를 진행하고, 정상화처리된 수신 신호를 양자화(quantization)하여, 양자화된 후의 신호에 대해 룩업테이블 또는 룩업테이블에 인터폴레이션(interpolation)을 결합한 방법을 진행하여 룩업테이블 후 얻어진 값에 정상화시킨 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트의 우도비(LR)를 얻는 단계를 포함하며, 고레벨 직교진폭변조 중의 소프트변조방법은 비트 우도비를 전환하여 계산하되, 자연 QAM 맵핑되는 부호와 비트의 리니어 관계에 따라, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하는 단계를 포함한다.
직교주파수다중분할(OFDM), 동기화 방법, 블록 전송시스템

Description

다중안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법 {Method for Soft-Demodulation and Soft-Modulation of Multi-Antenna System}
도 1은 룩업테이블로 소프트 복조를 구현하는 기본 블록도이다.
도 2는 룩업테이블에 리니어 인터폴레이션을 결합하여 소프트 복조를 구현하는 기본 블록도이다.
도 3은 그레이 맵핑 소프트 변조 블록도이다.
본 발명은 다중안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고레벨 직교진폭변조 중 소프트 복조와 소프트 변조의 빠른 구현 방법은 고레벨의 QAM(직교진폭변조)를 이용하여 변조하는 고속 데이터 전송 이동통신 방법에 관한 것이다.
미래의 무선통신시스템은 고속의 데이터 전송을 요구할 뿐만 아니라, 높은 주파수 스펙트럼 이용효율을 요구한다. 고레벨 변조는 무선통신 시스템이 높은 주파수 스펙트럼 이용율을 실현하는 일종의 유효한 수단이다. 그리고 Turbo 부호, LDPC 부호 등 강력한 에러컨트롤코드는 또한 통신 시스템의 항간섭 능력을 대폭 강화시켜준다. 따라서 비트 인터리브 코드 변조는 무선통신 시스템의 중요한 기본대역 처리방법이 되었다. 이러한 시스템 중, 디코더는 검출기(복조기)로부터의 비트 우도비가 필요하며, 특히 고레벨로 변조된 상황에서, 복조는 여전히 상대적으로 복잡한 과정이다.
이러한 통신 시스템은, 유선통신 시스템과 무선통신 시스템을 포함하며, 어댑티브 코드변조는 시스템의 작업 효율을 향상시키는 중요한 기술이다. 어댑티브 코드 변조의 작업 원리는 채널(channel) 조건에 따라 변조 및 코드 방식을 적응되도록 조정함으로써 시스템의 공률 효율과 주파수 스펙트럼 효율을 향상시키는 것이다. 그러나 수신단에서 각종 변조의 복조 방법이 완전히 같지 않고, 복잡도에도 역시 차이가 있으므로 전통적인 복조 방법으로는 원활한 어댑티브 복조를 구현하기가 불리하다. 본 발명은 룩업테이블 또는 룩업테이블과 다위상식(multi phase) 인터폴레이션을 결합한 방법을 사용하여 소프트 복조를 신속히 구현하고 복잡도를 효과적으로 낮추고자 한 것이다.
수많은 디코딩을 반복 검측하는 시스템에서는 디코더가 피드백하는 소프트 정보를 근거로 신호의 평균치 분산을 재구축할 필요가 있는데, 이로써 사전정보를 지닌 MMSE 검측 또는 간섭 상쇄(interference cancellation) 의 검측을 진행할 수 있다. 그러나 변조 레벨 수가 너무 높을 때에는 비트 우도비로부터 신호의 평균치 분산을 재구축하는 복잡도가 여전히 높은 편이다.
이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 극복하기 위하여 예의 노력한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 목적은 일종의 고레벨 직교진폭변조 중 소프트 복조(즉 신호 검측값과 노이즈 분산을 근거로 비트 우도비를 계산하는 것)와 소프트 변조(즉 비트 우도비를 근거로 부호 통계량을 계산하는 것)의 낮은 복잡도를 구현하는 방법을 제공하여, 동위상(In phase)/직교의 QAM 변조방식에 적용시키고자 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일종의 다중 안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법에 있어서, 상기 소프트 복조의 구현 방법은 빠른 룩업테이블 구현 방법을 채택하여, (a) 소프트 복조에 사용되는 룩업테이블을 생성 및 저장하는 단계; (b) 채널계수를 근거로 수신된 신호와 노이즈 분산에 대하여 정상화 처리를 진행하는 단계; (c) 정상화 처리된 수신 신호에 대해 양자화를 진행하는 단계; 및 (d) 양자화 후의 신호에 대하여 룩업테이블 또는 룩업테이블과 인터폴레이션의 결합을 진행하고, 룩업테이블 후 얻은 값에 정상화된 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트의 우도비를 얻는 단계를 포함하며; 상기 소프트 변조 방법은 (e) 상기 비트 우도비를 전환하여 계산하는 단계; 및 (f) 자연 QAM 맵핑된 부호와 비트의 리니어 관계에 따라, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하는 단계를 포함하되, 만약 QAM 맵핑 방식이 자연맵핑일 경우 상기 (e) 단계는 생략 가능한 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 일종의 다중 안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법에 있어서, 상기 소프트 복조의 구현 방법은 빠른 룩업테이블 구현 방법을 채택하여, (a) 소프트 복조에 사용되는 룩업테이블을 생성 및 저장하는 단계; (b) 채널계수를 근거로 수신된 신호와 노이즈 분산에 대하여 정상화 처리를 진행하는 단계; (c) 정상화 처리된 수신 신호에 대해 양자화를 진행하는 동시에 오차를 추정하는 단계; (d) 양자화 후의 신호에 대해 룩업테이블을 진행하는 동시에 오차항 계수를 얻은 후, 상기 (c) 단계에서 추정된 오차를 이용하여 인터폴레이션 방법에 따라 상기 오차항 계수를 교정하는 단계; 및 (e) 교정 후의 값에 정상화된 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트 우도비를 얻는 단계를 포함하며; 상기 소프트 변조 방법은 (f) 상기 비트 우도비를 전환하여 계산하는 단계; 및 (g) 자연 QAM 맵핑된 부호와 비트의 리니어 관계에 따라, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하는 단계를 포함하되, 만약 QAM 맵핑 방식이 자연맵핑일 경우 상기 (f) 단계는 생략 가능한 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 정상화 처리는 (b-1) 신호의 정상화: 수신된 신호 값을 채널 증가 계수로 나누는 단계; 및 (b-2) 분산의 정상화: 노이즈 분산 값을 채널 증가 계수로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인터폴레이션 방법은 리니어 인터폴레이션, 2차 인터폴레이션 또는 더욱 높은 레벨의 인터폴레이션을 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 고레벨 직교진폭변조 중 소프트 복조와 소프트 변조의 빠른 구현방법에서, 소프트 복조의 구현 방법은 빠른 룩업테이블 구현 방법을 채택하며, 이는 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 먼저 소프트 복조에 사용되는 룩업테이블을 생성하고 저장한다.
(b) 수신 신호와 노이즈 분산에 대한 채널 계수를 근거로 정상화 처리를 진행한다.
(c) 정상화 처리된 수신 신호에 대해 양자화를 진행한다.
(d) 양자화 후의 신호에 대하여 룩업테이블을 진행하거나 또는 룩업테이블에 인터폴레이션을 결합하고, 룩업테이블 후 얻은 값에 정상화된 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트의 우도비를 얻는다.
고레벨 직교진폭변조 중의 소프트 변조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(d) 비트 우도비를 전환하여 계산한다.
(e) 자연 QAM 맵핑된 부호와 비트의 리니어 관계를 근거로, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하되, 만약 상기 QAM 맵핑 방식이 자연 맵핑일 경우, 상기 (d) 단계는 생략 가능하다.
정상화 처리는 다음 단계를 포함한다.
(a) 신호의 정상화: 수신된 신호값을 채널 증가 계수로 나눈다.
(b) 분산의 정상화: 노이즈 분산치를 채널 증가 계수로 나눈다.
소프트 복조의 룩업테이블에 인터폴레이션을 결합하는 빠른 구현 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(1) 수신신호와 노이즈 분산에 대한 채널계수를 근거로 정상화 처리를 진행한다.
(2) 정상화된 수신신호에 대하여 양자화를 진행하고, 동시에 양자화 오차를 추정한다.
(3)양자화 후의 신호에 대해 룩업테이블을 진행하는 동시에 오차항계수를 얻고, 인터폴레이션 방법을 이용하여 이를 교정한다.
(4) 교정 후의 값에 다시 정상화된 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트 우도비를 얻는다.
양자화 후의 신호에 대해 룩업테이블을 진행하는 동시에 오차항 계수를 얻으며, 인터폴레이션 방법을 이용하여 이를 교정하는 과정 중의 인터폴레이션 방법은 리니어 인터페이스, 2차 인터폴레이션 또는 더욱 높은 단계의 인터폴레이션을 이용한다.
1. 고레벨 QAM 변조 소프트 복조
변조는 한 그룹의 비트 데이터
Figure 112005073240386-pat00001
를 복부호 s로 맵핑하는데, 통상적으로 우리가 사용하는 동위상/직교 QAM 변조는 즉 s의 실부 s R 와 허부 s I 를 각각 비트 a 0 a 1 L a n -1 과 a n L a 2n -1 로 맵핑하여 이루어진 것이다. 신호가 통신 시스템의 전송 과 채널(각종 전송방식과 각종 채널 포함)을 지나, 수신단에서 채널 균형 또는 간섭 상쇄 신호 검측 등을 거치게 되는데, 신호의 동치(equivalant) 전송 채널은 다음과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112005073240386-pat00002
[1]
그 중,
Figure 112005073240386-pat00003
는 실 부호항의 증가 계수를 나타내고,
Figure 112005073240386-pat00004
은 잉여의 간섭과 노이즈를 나타낸다. 통상적으로 에러컨트롤코딩 디코더는 복조기의 비트 우도비를 입력으로 한다. 우리는 신호의 실부와 허부를 분리할 수 있는데, 이럴 경우 공식[1]은 다음과 같이 변한다.
Figure 112005073240386-pat00005
[2]
상기 공식에 따르면 우리는 두 경로의 신호에 대하여 독립적으로 우도비를 복조 계산할 수 있다. 우리는 동위상 컴포넌트(In phase component)를 예로 하여 복조의 과정을 도출할 수 있다. 비트
Figure 112005073240386-pat00006
을 실부호
Figure 112005073240386-pat00007
에 맵핑하고, 상응하는 실 수신 신호를
Figure 112005073240386-pat00008
로, 증가계수는
Figure 112005073240386-pat00009
로, 제곱 노이즈 분산은
Figure 112005073240386-pat00010
으로 설정한다. 복조기가 출력하는 우도비는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112005073240386-pat00011
[3]
상기 공식 중
Figure 112005073240386-pat00012
과
Figure 112005073240386-pat00013
는 각각 비트
Figure 112005073240386-pat00014
의 사전정보와 사전 확률을 나타낸다. 일반성을 잃지 않고, 비트를 0과 1 등 확률로 가설하면, 노이즈의 가우스 가설로부터 다음을 얻을 수 있다:
Figure 112005073240386-pat00015
[4]
Figure 112005073240386-pat00016
를 근거로
Figure 112005073240386-pat00017
[5]
를 얻으며, 통상적으로 우리는 공식 [5]로 매 비트의 우도비를 계산하여 복조의 기능을 완성한다.
2. 고레벨 QAM 변조 소프트 복조의 룩업테이블의 빠른 구현
우리는 공식 [5]를 이용하여 비트 우도비를 계산하면 복잡도가 변조 레벨수에 따라 지수의 증가를 나타내보이고, 연산량이 매우 크다는 것을 알 수 있다. 우리는
Figure 112005073240386-pat00018
를 이용하여 공식[5]를 단축시켜 다음을 얻을 수 있다.
Figure 112005073240386-pat00019
[6]
그 중,
Figure 112005073240386-pat00020
는 룩업테이블 방법으로 구현할 수 있으며, 각기 다른 변조방 식의 소프트 복조를 다른 테이블로 만들 수 있다. 만약 우리가 정상화된 수신 신호
Figure 112005073240386-pat00021
를
Figure 112005073240386-pat00022
비트에 따라 양자화하면,
Figure 112005073240386-pat00023
는 룩업테이블로
Figure 112005073240386-pat00024
길이를 만들어야 하는 테이블을 구현할 수 있다. 다른 변조방식은 사전에 다른 테이블을 만들어 메모리에 저장하기만 하면 되는데, 발송신호의 각기 다른 변조양식에 따라 상응하는 테이블에서 상응하는 값을 얻으면 다른 변조방식의 소프트 복조를 구현할 수 있다. 도 1은 고레벨 변조 소프트복조의 기본 과정을 설명해주고 있는데, 우선 수신신호를 정상화하고 이를 양자화한 후 룩업테이블을 진행한 후, 다시 상응하는 계수를 곱하면 비트 우도비를 얻을 수 있다.
우리는 여기서 테이블의 크기와 양자화 레벨 수가 지수 증가를 나타내는 것을 볼 수 있다. 만약
Figure 112005073240386-pat00025
의 양자화 레벨 수가 비교적 높을 경우, 테이블의 크기는 대폭으로 증가하게 되어 복잡도가 높아진다. 만약 비교적 정확한
Figure 112005073240386-pat00026
에 대하여 저레벨 양자화 룩업테이블을 진행할 경우에는 성능의 손실을 초래하게 된다. 낮은 복잡도로 우수한 성능을 얻으려면, 우리는 룩업테이블에 다항식 인터폴레이션을 결합하는 방법으로 소프트 복조 방법을 개선할 수 있는데, 그것의 기본 원리는
Figure 112005073240386-pat00027
에 대하여 룩업테이블의 정밀도에 따라 양자화를 진행하고, 룩업테이블을 진행한 후 다항식 인터폴레이션을 이용하여 갱신 후의 값을 얻는 것이다.
도 2는 룩업테이블에 리니어 인터폴레이션을 결합하여 소프트 복조를 구현하는 기본 블록도로서, 주요 원리는 다음과 같다. 만약
Figure 112005073240386-pat00028
의 정밀도가 양자화 레벨수보다 높고 서로 이웃한 두 개의 양자화 지점 사이에 놓일 경우, 리니어 인터폴레이 션
Figure 112005073240386-pat00029
으로 더욱 정확한 값을 얻을 수 있다. 이와 유사하게, 2 레벨 또는 더욱 높은 레벨의 인터폴레이션을 진행할 수도 있다. 양자화기는 논리니어(non-linear) 양자화의 방법을 이용하여 테이블 크기를 더욱 축소할 수 있다.
3. 고레벨 QAM 변조 소프트 변조
디코딩을 반복 검출하는 몇몇 방법에서는 보통 디코더가 피드백하는 비트 우도비에 따라 평균치와 분산을 재구축할 것이 요구된다. 다시 말해 각 비트가 +1이거나 -1인 확률을 근거로 발송신호를 부호 집합 중 각 부호의 확률로 계산하고, 이로써 신호의 평균치와 분산을 계산하는 것이다. 비트 우도비로 신호의 평균치 분산을 계산하는 방식은 다음과 같다.
Figure 112005073240386-pat00030
[7]
Figure 112005073240386-pat00031
[8]
부호
Figure 112005073240386-pat00032
를 비트 d 0 , d 1 로 설정하고, L d MC -1 을 맵핑하여 구성하면, 즉:
Figure 112005073240386-pat00033
[9]
가 된다. 그 중
Figure 112005073240386-pat00034
는
Figure 112005073240386-pat00035
를 부호
Figure 112005073240386-pat00036
로 표시할 때 상기 비트가 상응되는 값 이다.
고레벨로 변조된 상황에서, 각 부호의 확률을 계산해야만 신호의 평균치와 분산을 재구축할 수 있으며, 복잡도가 각 부호의 비트수에 따라 지수 증가를 보인다는 것을 알 수 있다. 변조 레벨수가 높을 때 복잡도가 대폭 상승하여 하드웨어를 구축하는 데 있어서 난이도가 대폭 증가하게 된다.
본 발명은 자연 맵핑 또는 그레이 맵핑의 QAM 변조에 대하여, 낮은 복잡도의 평균치 분산 알고리즘을 제공코자 하는 것이다. 상기 방법은 일반 QAM 변조를 두 단계로 간주하여, 첫 번째 단계는 비트 서열의 리니어 또는 논리니어 그룹을 나누어 인코딩하는 과정으로서, 예를 들어 항등변환, 그레이코드 등이 있으며, 두 번째 단계는 리니어 맵핑기로서, 즉 변조부호는 첫 번째 단계에서 얻은 비트 서열에 의해 리니어적으로 표시할 수 있다. 이와 대응하여, 소프트 변조 과정도 두 단계로 구분할 수 있는데, 첫 번째 단계에서 비트의 대수 우도비를 변환된 규칙에 따라 비트 우도비 전환을 실시하고, 두 번째 단계에서는 전환 후의 비트 대수 우도비에 의해 리니어 맵핑된 관계를 근거로 구축된 신호의 평균치와 분산을 얻는다. 이러한 방법은 비트 대수 우도비를 근거로 모든 부호의 확률을 계산하는 단계를 생략함으로써, 평균치 분산을 계산하는 복잡도를 효과적으로 낮출 수 있다.
소프트 복조의 구현방법은 빠른 룩업테이블 구현 방법을 채택하며, 이는 다음과 같은 단계를 포함한다;
(a) 공식[6]을 근거로 먼저 계산하고, 일정한 양자화 비트에 따라 소프트 복 조에 사용되는 룩업테이블을 생성하고 저장한다.
(b) 채널 계수를 근거로 수신 신호와 노이즈 분산에 대하여 정상화 처리를 진행한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수신신호
Figure 112005073240386-pat00037
이 우선적으로 채널증가계수
Figure 112005073240386-pat00038
에 의해 정상화되면 정상화된 수신신호
Figure 112005073240386-pat00039
과 정상화된 노이즈 분산의 역수
Figure 112005073240386-pat00040
를 얻는다.
(c) 정상화 처리된 수신신호를 양자화하되, 양자화는 균일 양자화와 비균일 양자화를 사용할 수 있다.
(d) 양자화 후의 신호
Figure 112005073240386-pat00041
에 대하여 룩업테이블을 진행하고, 룩업테이블 후 얻은 값에 정상화된 노이즈 분산의 역수를 곱하면 소프트 복조와 상응하는 비트의 대수 우도비를 얻을 수 있으며, 디코더로 판별 또는 전송하여 디코딩한다.
소프트 복조의 룩업테이블에 인터폴레이션을 결합하는 빠른 구현 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(1) 채널계수를 근거로 수신신호와 노이즈 분산에 대하여 정상화 처리를 진행한다.
(2) 정상화된 수신신호에 대하여 양자화를 진행하는 동시에 양자화 오차를 추정한다.
(3) 양자화 후의 신호에 대하여 룩업테이블을 진행하고, 이와 동시에 오차항 계수를 얻으며, 인터폴레이션 방법을 이용하여 이를 교정한다.
(4) 교정 후의 값이 정상화된 노이즈 분산을 곱하면 필요한 비트 우도비를 얻을 수 있다.
양자화 후의 신호에 대하여 룩업테이블을 진행할 때, 오차항 계수를 동시에 획득하며, 인터폴레이션 방법을 이용하여 이를 교정하는 과정 중의 인터폴레이션 방법은 리니어 인터폴레이션이거나, 2차 인터폴레이션 또는 더욱 높은 레벨의 인터폴레이션을 이용한다.
고레벨 QAM 소프트 복조 룩업테이블/인터폴레이션의 신속한 구현 장치는 도 2에 도시된 바와 같으며, 수신 신호
Figure 112005073240386-pat00042
은 먼저 채널 증가계수
Figure 112005073240386-pat00043
에 의해 정상화되어 정상화된 수신 계수
Figure 112005073240386-pat00044
를 얻은 다음, 이에 대한 양자화를 진행한다. 양자화는 균일 양자화와 비균일 양자화를 사용할 수 있다. 양자화 후의 값
Figure 112005073240386-pat00045
은 룩업테이블에서 상응하는 값을 찾은 후, 양자화 오차
Figure 112005073240386-pat00046
를 계산하고, 아울러 별도의 룩업테이블에서 상응계수
Figure 112005073240386-pat00047
를 찾아, 상기 계수
Figure 112005073240386-pat00048
와 양자화 오차를 이용하여
Figure 112005073240386-pat00049
값을 교정한다.
실제 하드웨어에 구현할 때, 일반적으로 데이터는 하드웨어에서 모두 양자화 데이터의 형식으로 존재한다. 만약 수신 신호와 상응계수 자체의 유효 비트가 비교적 낮을 경우(룩업테이블 양자화 비트와 서로 근접할 경우), 룩업테이블은 결코 크지 않다. 따라서 첫 번째 방식이 비교적 적합하며, 만약 수신 신호와 상응 계수 자체의 유효 비트가 비교적 높을 경우(룩업테이블 양자화 비트보다 훨씬 클 경우), 양자화를 강행하게 되면 데이터의 정밀도가 손실될 수 있다. 이러한 상황에서는 룩업테이블/인터폴레이션 방법을 사용하여 상기 결점을 극복하여 비교적 낮은 복잡도 로 고정밀도의 성능을 얻을 수 있다.
고레벨 직교진폭변조 중의 소프트변조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
(d) 비트 우도비를 전환하여 계산한다.
(e) 자연 QAM 맵핑된 부호와 비트의 리니어 관계를 근거로 하고, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하며, 만약 QAM 맵핑 방식이 자연 맵핑일 경우, 상기 (d)단계는 생략 가능하다.
이하 자연 맵핑과 그레이 맵핑을 실시예로 하여 소프트 변조(즉 비트 우도비로 부호 통계량을 계산하는 것)장치의 작업 단계를 구체적으로 설명하고자 한다.
1. 자연 맵핑
통상적으로 자연 맵핑 비트
Figure 112005073240386-pat00050
(±1을 취함)와 부호
Figure 112005073240386-pat00051
사이의 관계는 하나의 리니어 표현식으로 다음과 같이 설명할 수 있다.
Figure 112005073240386-pat00052
[10]
즉 비트 사이의 독립성에 의해 부호의 평균치와 분산은 다음과 같이 표시된다.
Figure 112005073240386-pat00053
[11]
Figure 112005073240386-pat00054
[12]
그 중
Figure 112005073240386-pat00055
이고,
Figure 112005073240386-pat00056
이다.
2. 그레이 맵핑
그레이 맵핑은 비트와 부호 사이의 관계를 하나의 리니어 관계로 설명할 수 없으나, 이를 하나의 그레이 인코더와 하나의 자연 맵핑기로 분리할 수 있으므로, 우리는 우도비를 그레이 인코더를 통해 전환하고, 다시 자연 맵핑을 통하여 부호의 평균치와 분산을 계산할 수 있다.
도 3은 그레이 맵핑의 평균치 분산을 계산하는 과정을 설명한 것으로서, 주로 두 부분으로 나뉘며, 먼저 그레이 코드를 근거로 그것의 비트 우도비를 전환한 후, 공식[10], [11],[12]로 자연 맵핑된 평균치와 분산을 계산한다.
통상적으로 비트 서열 그레이코드는 다음과 같은 공식으로 표현될 수 있다:
Figure 112005073240386-pat00057
[13]
식 중
Figure 112005073240386-pat00058
는 그레이 코드 전의 비트를 나타내고,
Figure 112005073240386-pat00059
는 그레이 코드 후의 비트를 나타낸다. 이러한 관계를 근거로, 우리는 우도비 사이의 관계를 계산할 수 있다.
Figure 112005073240386-pat00060
[14]
식 중
Figure 112005073240386-pat00061
Figure 112005073240386-pat00062
이며,
Figure 112005073240386-pat00063
를 이용하여 근접할 수 있다. 수학함수
Figure 112005073240386-pat00064
는 프로그램에서 통상 룩업테이블의 방식으로 구현된다.
본 발명 중의 고레벨 QAM 소프트 변조의 신속한 구현은 비트 우도비를 근거로 부호의 평균치와 분산을 재구축하는 복잡도를 대폭 낮춰줄 수 있으며, 특히 변조 레벨수가 높거나 리니어 맵핑을 사용할 경우 그러하다. 그 성능은 가장 우수한 계산 방법에 근접하거나 또는 같다.
본 발명 중의 고레벨 QAM 소프트 복조의 빠른 룩업테이블 구현은 고레벨 QAM 변조를 사용하는 각종 시스템에 응용 가능하며, 유선통신시스템과 무선통신시스템을 포함한 각종 고레벨 QAM 맵핑 통신 시스템에 활용하기 적합하고, 단일안테나, 다중안테나, 단일 반송파, 다중 반송파 등 전송 시스템을 포함한 각종 전송방식의 통신시스템에 적합하며, 규칙적인 맵에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 비규칙적인 맵에도 사용 가능하다.
본 발명 중의 고레벨 QAM 소프트 변조의 신속한 구현은 사전 정보를 지닌 MMSE Turbo 균형, CDMA 시스템 중 MMSE 또는 여파(filtering)의 간섭 상쇄와 정합하는 멀티유저 검출기, 다중 안테나 시스템 중 리니어 검측기를 사용하는 반복 검 측 디코딩 등, 고레벨 QAM으로 변조되고 부호의 평균치와 분산을 계산할 필요가 있는 시스템에 응용될 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 양자화/룩업테이블의 빠른 구현을 이용하여 성능을 감소시키지 않으면서도 복잡도를 대폭 줄여줄 수 있으며, 이는 특히 고레벨 변조의 상황에서도 마찬가지이다. 또한 각기 다른 변조방식에 대해 테이블 중 상응하는 값을 바꿔주기만 하면 되므로, 활용성이 크게 증가된다. 그리고 소프트 변조를 비트 우도비 전환과 통계량 계산이라는 두 개의 과정으로 분리하여 부호 통계량을 계산하는 복잡도를 효과적으로 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 고레벨 QAM 소프트 복조의 빠른 룩업테이블을 구현하는 경우, 고레벨 QAM 변조의 상황에서 QAM 변조 소프트복조의 복잡도를 대폭 절감시킬 수 있고, 성능이 거의 손상을 입지 않으며, 발신단에 각기 다른 변조방식을 사용하는 상황에서, 수신단의 소프트복조가 동일한 프레임에서 진행되며 또한 동일한 복잡도를 지니므로 어댑티브 변조의 수신을 구현하기에 유리하고, 매우 복잡한 비규칙 QAM 맴핑이 동일한 규칙의 QAM 맵핑과 동일한 복잡도를 지니도록 함으로써, 맴핑방식의 선택이 더욱 다양화할 수 있다.
또한, 본 발명의 고레벨 QAM 등호 평균치 분산을 계산하는 낮은 복잡도 구현하는 경우, 평균치 분산 계산과정의 복잡도를 대폭 낮출 수 있고, 자연맵핑 QAM 중 복잡도는 비트수에 따라 지수 증가로부터 리니어 증가로 낮출 수 있다.
본 발명의 소프트 복조는 양자화/룩업테이블 방법으로 신속하게 구현함으로써, 복잡도를 효과적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 다른 변조방식은 맵핑 테이블을 바꿔주기만 하면 되므로 어댑티브 변조를 융통성있게 구현할 수 있다. 상기 방법은 어떠한 QAM 변조 방식을 이용하는 통신 시스템에도 적합하며, 특히 동위상/직교 QAM 시스템에 적합하다. 본 발명의 소프트 변조는 즉 부호 통계량(통상적으로 부호의 평균치와 분산을 포함함)의 계산을 비트 우도비 전환과 평균치 분산 계산의 두 단계로 구분하며, 이러한 방법은 복잡도를 효과적으로 낮추어주어 동위상/직교 QAM 변조방식에 사용하기 적합하다.

Claims (4)

  1. 일종의 다중 안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법에 있어서,
    상기 소프트 복조의 구현 방법은 빠른 룩업테이블 구현 방법을 채택하여,
    (a) 소프트 복조에 사용되는 룩업테이블을 생성 및 저장하는 단계;
    (b) 채널계수를 근거로 수신된 신호와 노이즈 분산에 대하여 정상화 처리를 진행하는 단계;
    (c) 정상화 처리된 수신 신호에 대해 양자화를 진행하는 단계; 및
    (d) 양자화 후의 신호에 대하여 룩업테이블을 진행하고, 룩업테이블 후 얻은 값에 정상화된 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트의 우도비를 얻는 단계를 포함하며;
    상기 소프트 변조 방법은
    (e) 상기 비트 우도비를 전환하여 계산하는 단계; 및
    (f) 자연 QAM 맵핑된 부호와 비트의 리니어 관계에 따라, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하는 단계를 포함하되, 만약 QAM 맵핑 방식이 자연맵핑일 경우 상기 (e) 단계는 생략 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 일종의 다중 안테나 시스템의 소프트 복조 및 소프트 변조 방법에 있어서,
    상기 소프트 복조의 구현 방법은 빠른 룩업테이블 구현 방법을 채택하여,
    (a) 소프트 복조에 사용되는 룩업테이블을 생성 및 저장하는 단계;
    (b) 채널계수를 근거로 수신된 신호와 노이즈 분산에 대하여 정상화 처리를 진행하는 단계;
    (c) 정상화 처리된 수신 신호에 대해 양자화를 진행하는 동시에 오차를 추정하는 단계;
    (d) 양자화 후의 신호에 대해 룩업테이블을 진행하는 동시에 오차항 계수를 얻은 후, 상기 (c) 단계에서 추정된 오차를 이용하여 인터폴레이션 방법에 따라 상기 오차항 계수를 교정하는 단계; 및
    (e) 교정 후의 값에 정상화된 노이즈 분산을 곱하여 필요한 비트 우도비를 얻는 단계를 포함하며;
    상기 소프트 변조 방법은
    (f) 상기 비트 우도비를 전환하여 계산하는 단계; 및
    (g) 자연 QAM 맵핑된 부호와 비트의 리니어 관계에 따라, 비트의 평균치와 분산을 근거로 부호의 평균치와 분산을 계산하는 단계를 포함하되, 만약 QAM 맵핑 방식이 자연맵핑일 경우 상기 (f) 단계는 생략 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정상화 처리는
    (b-1) 신호의 정상화: 수신된 신호 값을 채널계수로 나누는 단계; 및
    (b-2) 분산의 정상화: 노이즈 분산 값을 채널계수로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서의 인터폴레이션 방법은 리니어 인터폴레이션, 2차 인터폴레이션 또는 더욱 높은 레벨의 인터폴레이션을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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