KR100893164B1 - 연판정 디코딩 방법 및 연판정 디코딩 장치 - Google Patents

Abstract

연판정 디코딩 방법 및 그 장치가 개시된다. 동시 전송된 두 개의 제1 및 제2전송 심벌에 대한 상기 연판정 디코딩하는 방법은, 연판정 디코딩 장치가 수신신호와 채널행렬에 기초하여 상기 제1전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제1탐색과정을 수행하는 단계, 상기 수신신호와 상기 채널행렬 중 적어도 하나를 재배열하는 단계, 및 재배열된 상기 수신신호와 상기 채널 행렬 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제2탐색과정을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

연판정 디코딩 방법 및 연판정 디코딩 장치{Method and apparutus for soft decision decoding}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 입출력 시스템(Multiple Input Multiple Output System, 이하 'MIMO')에서의 연판정(soft decision)을 이용한 디코딩 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

오늘날 고속 데이터 통신에 대한 수요가 점차 증가함에 따라 한정된 주파수 자원을 사용하여 높은 전송율을 얻기 위해 여러 개의 송수신 안테나를 사용해 여러 심볼을 동시에 전송하고 수신하는 기법에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 기법을 공간 다중화 기법이라고도 한다.

일반적으로 구현되고 있는 최대 가능성 혹은 근사 최대 가능성 추정 기법을 적용한 공간 다중화 수신기의 구조는 도 1과 같다.

도 1은 종래의 공간 다중화 수신기(10)의 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 1은 MIMO 시스템에서 동시에 2개의 심벌을 수신하는 수신기를 나타내는데, 도 1을 참조하면, 종래의 공간 다중화 수신기(10)는 연판정 디코딩 장치(7) 및 채널 디코더(6)를 포함한다. 상기 연판정 디코딩 장치(7)는 전처리부(1), 메트릭(metric) 연 산부(2), 비트별 최소 메트릭 결정부(3, 4)들, 및 LLR(log likelihood ration) 연산부(5)를 포함한다.

상기 전처리부(1)는 우선 수신 신호(y)와 채널 추정값(H)을 입력으로 받아 심볼 부호 탐색이 용이하도록 QR 분해 등을 사용해 전 처리를 해준다.

상기 메트릭 연산부(2)는 최대 가능성(Maximum Likelihood) 방식, 스피어 디코딩(sphere decoding), QRm-MLD(오늘날 고속 데이터 통신에 대한 수요가 점차 증가함에 따라 한정된 주파수 자원을 사용하여 높은 전송율을 얻기 위해 여러 개의 송수신 안테나를 사용해 여러 심볼을 동시에 전송하고 수신하는 기법에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 기법을 공간 다중화 기법이라고도 한다.

일반적으로 구현되고 있는 최대 가능성 혹은 근사 최대 가능성 추정 기법을 적용한 공간 다중화 수신기의 구조는 그림 1과 같다. 우선 수신 신호와 채널 추정값을 입력으로 받아 심볼 부호 탐색이 용이하도록 QR 분해 등을 사용해 전 처리를 해준다. 다음으로는 최대 가능성(ML) 방식, 스피어 디코딩, QRm-MLD(Maximum Likelihood Detection with QR decomposition and the M-algorithm) 등의 알고리즘을 사용해 송신되었을 신호 후보 집합에 대한 탐색을 수행한다.

상기 비트별 최소 메트릭 결정부(3, 4) 각각은 송신 심볼(S1 또는 S0)의 각 비트가 1인 경우와 0인 경우에, 심볼 후보들 중 가장 수신 신호와 가까운 심볼들을 찾아서 해당 심볼들과 수신 신호 사이의 거리인 최단 메트릭들을 구한다.

상기 LLR 연산부(5)는 이렇게 구해진 상기 최단 메트릭들을 사용해 각 비트에 대한 연판정 값인 LLR (log likelihood ratio)를 구하게 된다. 이 연판정 값 들(LLR)은 채널 디코더(6)의 입력으로 사용되게 된다.

공간 다중화 수신기를 위해 여러 방식들이 제안되고 있으나 일반적인 구조는 대략 도 1에 도시된 바와 같으며, 주로 가장 많은 복잡도를 발생시키는 부분은 상기 메트릭 연산부(2)에서 수행되는 메트릭 연산 및 탐색기법 부분이다. 이 메트릭 연산 및 탐색 기법에서는 전체 송신 심볼 후보들 중에서 각 송신 심볼의 각 비트가 1 혹은 0 값을 가지는 최소 메트릭이 될 가능성이 있는 후보들을 추출하는 기능을 한다. 하지만 상기 메트릭 연산부(2)에서 모든 송신 심볼에 대한 최소 메트릭 후보들을 생성해야 하므로 탐색 과정도 복잡하고 구현 시에도 많은 복잡도가 요구되었다. 또한, 각각의 송신 심볼(S0 및S1)마다 서로 다른 탐색 기법을 사용하여야 하므로, 그 복잡도 및 구현이 비효율적이었다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 최대 가능성 추정 기법 혹은 근사 최대 가능성 추정 기법을 사용하는 공간 다중화 수신기에서 가장 많은 복잡도를 가지는 메트릭 연산 및 탐색 기법 블록 부분의 복잡도를 두 개의 동시 전송 심벌을 가지는 시스템에 대해 최적화하여 전체적으로 적은 복잡도를 가지면서도 성능저하가 없는 연판정 디코딩 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 전송 심벌별로 동일한 탐색 기법 및 탐색장치를 사용할 수 있어서 구현이 용이하며 효율적인 연판정 디코딩을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 동시 전송된 두 개의 제1 및 제2전송 심벌을 연판정 디코딩하는 방법은, 연판정 디코딩 장치가 수신신호와 채널행렬에 기초하여 상기 제1전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제1탐색과정을 수행하는 단계, 상기 수신신호와 상기 채널행렬 중 적어도 하나를 재배열하는 단계, 및 재배열된 상기 수신신호와 상기 채널 행렬 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제2탐색과정을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 제1탐색과정과 상기 제2탐색과정은 동일한 탐색과정일 수 있다.

상기 제1탐색과정을 수행하는 단계는 상기 채널행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 단계, 분해된 행렬 및 상기 분해된 행렬에 의해 변환된 수신신호에 기초하여 메트릭 연산/탐색을 수행하는 단계, 및 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최소 메트릭을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 채널행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 단계는 상기 채널 행렬에 QR 분해를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 분해된 행렬 및 상기 분해된 행렬에 의해 변환된 수신신호에 기초하여 메트릭 연산/탐색을 수행하는 단계는, 상기 분해된 행렬에 기초하여 공통 메트릭 및 중간 노드들을 계산하는 단계, 상기 중간 노드들로부터 최단 거리에 있는 상기 제2전송 심벌의 후보들을 결정하는 단계, 결정된 상기 제2전송 심벌의 후보들에 기초하여 최단 메트릭 후보들을 결정하는 단계, 및 결정된 상기 최단 메트릭 후보들 에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 최단 메트릭 후보들에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정하는 단계는, 상기 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 경판정을 수행하는 단계를 포함하며, 수행된 경판정 결과에 더 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정할 수 있다.

상기 공통 메트릭은 다음 [수학식 1] 에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 1]

(단, Z₁ 은 상기 변환된 수신신호에 상응하는 행렬

의 원소이며, r₁₁ 은 분해된 상기 삼각행렬

의 원소이며, s₁ ^j는 상기 제1전송심벌의 후보들이며, i 및 j는 각각 상기 제1전송심벌의 후보들과 상기 제2전송 심벌의 후보들의 인덱스를 나타냄.)

상기 중간 노드들은 다음 [수학식 2]에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 2]

(단, Z₀ 은 상기 변환된 수신신호에 상응하는 행렬

의 원소이며, r₀₁ 은 분해된 상기 삼각행렬

의 원소이며, s₁ ^j는 상기 제1전송심벌의 후보들이며, i 및 j는 각각 상기 제1전송심벌의 후보들과 상기 제2전송 심벌의 후보들의 인덱스를 나타냄.)

상기 수신신호와 상기 채널행렬을 재배열하는 단계는 상기 채널 행렬의 적어도 하나의 행의 적어도 하나의 채널 원소들의 열을 바꾸는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 동시 전송된 두 개의 제1 및 제2전송 심벌을 연판정 디코딩 장치는, 수신신호와 채널행렬에 기초하여 상기 제1전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제1탐색과정을 수행하는 제1탐색 장치, 상기 수신신호와 상기 채널행렬 중 적어도 하나를 재배열하는 재배열 장치, 및 재배열된 상기 수신신호와 상기 채널 행렬 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2전송 심벌에 대응되 는 LLR을 구하기 위한 제2탐색과정을 수행하는 제2탐색장치를 포함한다.

상기 제1탐색 장치와 상기 제2탐색 장치는 동일한 탐색과정을 수행할 수 있으며, 동일 장치일 수도 있다.

상기 제1탐색 장치는 상기 채널행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 채널 행렬 분해부, 분해된 행렬 및 상기 분해된 행렬에 의해 변환된 수신신호에 기초하여 메트릭 연산/탐색을 수행하는 메트릭 연산부, 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최소 메트릭을 결정하는 비트별 최소 메트릭 결정부, 및 결정된 각 비트별 최소 메트릭에 기초하여 LLR을 계산하는 LLR 연산부를 포함할 수 있다.

상기 제1탐색 장치는 상기 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 경판정을 수행하는 경판정부를 더 포함하며, 상기 비트별 최소 메트릭 결정부는 상기 경판정부에서 수행된 경판정 결과에 더 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연판정 디코딩 방법 및 장치는 공간 다중화 기법을 사용하는 수신기를 구현하는 데 효과적으로 쓰일 수 있다. 특히 두 개의 송신 심벌에 상응하는 데이터 스트림을 가지는 경우에 대해, 최대 가능성 추정 방식과 유사한 성능을 가지면서도 낮은 복잡도를 가짐으로써 성능의 향상을 가져올 수 있다.

또한, 한 심벌에 대한 후보들을 탐색하는 과정을 다른 심벌에 대해서도 동일 하게 사용할 수 있는 방법을 제시함으로써 탐색 복잡도를 대폭 줄일 수 있으며, 따라서 기존 기법에 비해 훨씬 간단하게 수신기를 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 각 심볼별로 동일한 연산을 병렬로 진행하게 되므로 하드웨어 구성이 용이하고, 병렬 구조 혹은 파이프라인 구현, 동일 블록 재사용 등의 기법을 적용하기에 유리한 효과가 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

또한, 본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '전송'하는 경우에는 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소로 직접 상기 데이터를 전송할 수도 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 상기 데이터를 상기 다른 구성요소로 전송할 수도 있는 것을 의미한다.

반대로 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '직접 전송'하는 경우에는 상기 구성요소에서 다른 구성요소를 통하지 않고 상기 다른 구성요소로 상기 데이터가 전송되는 것을 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 일반적인 최대 가능성 추정 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타 내며, 도 3은 근사 최대 가능성 추정 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타낸다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 일반적으로 최대 가능성 추정 탐색 과정은 상기 탐색 트리의 노드에 해당하는 전송 심벌들의 후보 심벌들의 조합 모두에 대해서 루트(root)로부터 단말(leaf) 노드까지의 최단 거리에 해당하는 최단 메트릭을 탐색하는 과정을 수행한다. 따라서 모든 심벌에 대한 최단 메트릭 및 이에 해당하는 심벌 후보들을 같이 탐색하여야 하므로 복잡도가 매우 높게 된다.

도 3에 도시된 바와 같은, 근사 최대 가능성 추정 과정은 특정 탐색 기법(예컨대, 스피어 디코딩, QRM-MLD 등)을 이용해 상기 전송 심벌들의 후보 심벌들 또는 후보 심벌들의 조합을 일정 부분 축소하여 탐색 과정의 복잡도를 낮출 수 있다.

이에 비해, 본 발명의 기술적 사상은 계층적, 단계적으로 탐색을 수행하여서 그 탐색과정에서의 연산 및 복잡도를 줄일 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 채널의 특성을 나타내는 채널 행렬 또는 수신신호 중 적어도 하나를 재배열하여 탐색하는 기술적 사상을 제공함으로써 탐색의 복잡도를 현저히 줄일 수 있으며 장치의 구현을 용이하게 하는 방법을 제공할 수 있다. 특히, 채널 행렬 또는 수신신호 중 적어도 하나를 재배열 하여 제1전송 심벌과 동일한 탐색과정을 제2전송 심벌에서도 사용할 수 있도록 함으로써, 전체 탐색의 복잡도를 현저히 줄일 수 있으며 장치의 구현을 용이하게 하는 방법을 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 디코딩 장치(100)를 포함하는 공간 다중화 수신기의 개략적인 기능 블록도를 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 연판정 디코딩 장치(100)는 동시 전송된 두 개의 제1 및 제2전송 심벌을 연판정 디코딩할 수 있다. 본 명세서에서 동시에 전송되었다 함은, 실질적으로(substantially) 동시에 전송되는 경우를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 공간 다중화 수신기는 연판정 디코딩 장치(100) 및 채널 디코더(200)를 포함할 수 있다. 상기 연판정 디코딩 장치(100)는 제1탐색장치(110), 재배열 장치(120), 및 제2탐색 장치(130)를 포함할 수 있다.

상기 제1탐색장치(110)는 수신신호(y)와 상기 수신신호가 전송된 채널의 특성을 나타내는 채널 행렬(H)에 기초하여 상기 제1전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제1탐색과정을 수행할 수 있다.

상기 재배열 장치(120)는 상기 수신신호(y)와 상기 채널행렬(H) 중 적어도 하나를 재배열할 수 있다. 상기 재배열 장치(120)가 상기 수신신호(y)와 상기 채널행렬(H) 중 적어도 하나를 소정의 방법으로 재배열함으로써 상기 제2전송 심벌의 탐색과정의 연산 및 복잡도를 줄일 수 있다.

특히, 본 발명의 기술적 사상에서는 상기 제2전송 심벌의 탐색과정을 상기 제1탐색과정과 동일한 과정으로 만들 수 있도록 상기 수신신호(y)와 상기 채널 행렬(H) 중 적어도 하나를 재배열할 수 있다. 따라서, 동일한 탐색장치를 병렬 또는 직렬로 사용하거나, 하나의 탐색장치를 반복하여 사용할 수 있는 효과가 있다. 즉, 상기 제1탐색장치(110)와 상기 제2탐색장치(130)는 동일한 장치일 수도 있다.

바람직하기로는 상기 채널 행렬(H)은 재배열되는 것이 바람직하며, 상기 수신신호(y)는 필요에 따라 재배열될 수 있다.

상기 제2탐색장치는 재배열된 상기 수신신호(y_re)와 상기 채널 행렬(H_re) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제2탐색과정을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 재배열을 통해 제2탐색과정을 상기 제1탐색과정과 동일하도록 하거나 탐색과정의 연산 및 복잡도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 상기 수신신호(y)와 상기 채널 행렬(H)을 재배열 한다고 함은, 상기 제2전송 심벌의 연판정을 위한 과정에서 연산 및 복잡도를 낮추기 위해 상기 수신신호(y)와 상기 채널 행렬(H)의 각 원소들의 배치를 바꾸는 모든 과정을 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 특히, 상기 재배열은 제2탐색과정을 상기 제1탐색과정과 동일하도록 각 원소들의 배치를 바꾸는 것을 의미할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.

상기 제1탐색장치(110)는 채널 행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 채널행렬 분해부(111), 본 발명의 실시 예에 따른 메트릭 연산 및 탐색을 수행하는 메트릭 연산부(113), 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최소 메트릭을 결정하는 비트별 최소 메트릭 결정부(115) 및 결정된 각 비트별 최소 메트릭에 기초하여 LLR을 계산하는 LLR 연산부(118)을 포함할 수 있다. 물론, 수신신호(y)와 분해된 행렬을 곱하기 위한 곱셈기(119)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 제1탐색 장치(110)는 상기 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 경판정을 수행하는 경판정부(117)를 더 포함할 수 있으며, 상기 비트별 최소 메트릭 결정부(115)는 상기 경판정부(117)에서 수행된 경판정 결과에 더 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연판정 디코딩 방법의 기술적 사상은 두 개의 동시 전송 심벌 S0, S1이 있는 경우, 모든 심벌에 대한 최단 메트릭에 상응하는 심벌 후보들을 한 블록에서 동시에 얻기 위해서는 복잡한 탐색 과정을 필요로 하나 그 중 한 심벌에 대한 후보만을 얻는 것은 매우 간단히 이루어질 수 있다는 사실을 이용한다.

즉, 수신 신호(y) 및 채널 행렬(H)에 대한 QR 변환 등의 사전 처리 이후에 이어지는 메트릭 연산 및 탐색 기법에서는 제1전송 심벌(S1)의 각 비트에 대한 LLR을 구하기 위한 후보들만을 얻어낸다. 구해진 후보들로부터 상기 제1전송 심벌(S1)의 각 비트가 1인 경우 및 0인 경우를 가지는 최단 메트릭들을 추출하고 이를 이용해 Max-log 근사가 적용된 LLR 값을 계산한다. 상기 제1전송 심벌(S1)만을 고려하게 되면 탐색 기법의 복잡도가 기존 기법에 비해 절반 이하로 감소하게 된다.

또한, 상기 제2전송 심벌(S0)의 각 비트에 대한 LLR을 구하기 위해서는, 상기 제2전송 심벌(S0)를 위한 별도의 탐색 기법을 두지 않고, 수신 신호 또는 채널 행렬 중 적어도 하나의 각 원소들의 순서를 바꾸어서 상기 제2전송 심벌(S0)와 상기 제1전송 심벌(S1)의 위치가 바뀌도록 재배열한다. 이렇게 재배열하게 되면 수식에서 제2전송 심벌(S0)에 대응되는 파라미터 대신에 제1전송 심벌(S1)에 대응되는 파라미터가, 상기 제1전송 심벌(S1)에 대응되는 파라미터 대신에 상기 제2전송 심벌(S0)에 대응되는 파라미터가 위치하게 되므로, 상기 제1전송 심벌(S1)에 대해서 적용했던 것과 동일한 기법을 그대로 적용하여 상기 제2전송 심벌(S0)에 대한 LLR을 얻을 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 연판정 디코딩 방법은 종래의 방법에 비해 수신신호(y) 또는 채널 행렬(H)의 재배열 후 추가로 QR 변환이 한번 더 사용되게 되지만, 탐색과정의 복잡도 감소량이 크므로 추가 QR 변환의 복잡도 증가는 상대적으로 작은 편이다. 또한, 재배열 블록을 추가로 구비하지만, 이것을 제외하면 상기 제1전송 심벌(S1)과 상기 제2전송 심벌(S0)의 탐색 과정에 완전히 동일한 블록이 사용되므로 구현상에도 많은 이점이 있다.

상기 제1전송 심벌(S1)에 대한 탐색 기법에는 여러 가지 방법이 있을 수 있는데, 그 중 하나의 방법에 의한 탐색 과정을 일 예로 설명하며 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 않는다.

삭제

수신 신호 y는 다음 수학식과 같이 나타내어진다.

여기서, s는 상기 제1전송 심벌 및 상기 제2전송 심벌에 상응하는 전송 신 호, n은 노이즈 성분을 나타낸다.

또한, 2x2 채널 행렬 H는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.

여기서 채널 행렬(H)의 각 원소들(h00, h01, h10, h11) 값들은 복소수 값을 가지는 채널 계수가 된다.

이와 같은 채널 행렬(H)은 상기 채널 행렬 분해부(111)에서 일반행렬과 삼각행렬로 분해될 수 있다. 예컨대, 상기 채널 행렬 분해부(111)은 상기 채널 행렬(H)을 수학식 3과 같이 QR(QR decomposition)분해 할 수 있다.

따라서, 수학식 1을 수학식 3에 의해 변환하면 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다.

여기서, 변환된 수신 신호(z)와 전송 심벌들의 후보들 집합과의 거리를 나타내는 메트릭은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.

여기서, i는 제2전송 심벌(S0)의 후보들에 대한 인덱스이고, j는 제1전송 심벌(S1)의 후보들에 대한 인덱스를 나타낸다. i 및 j는 각 전송 심벌의 성좌 크기가 M 개일 경우, 0에서 M-1의 값을 가질 수 있다.

또한, 수학식 5에서는 2-놈(norm)을 메트릭으로 사용한 경우이며, 구현의 용이성을 위해 1-(norm)이나 무한-놈(infinite-norm) 혹은 유사한 근사 메트릭을 사용할 수 있음은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.

상기 제1전송 심벌에 대한 탐색과정은 상기 수학식 1에서 수학식 5까지의 수식들을 바탕으로 상기 메트릭 연산부(113)에서 수행된다. 먼저 상기 수학식 5의 e_j,1은 트리 구조의 첫 번째 계층의 가지에 상응하는 메트릭에 해당하며 도 5에 도시된 바와 같이 트리의 첫 번째 계층을 구성한다. 도 5에 나타난 가지(에지, edge)들 및 노드(node)들은 다음과 같은 수학식들로 표현될 수 있다.

여기에서 j는 제1전송 심벌(S1)의 인덱스를 나타낸다. 따라서, 도 5에 나타난 트리에서는 제2전송 심벌(S0)과는 무관하게 각각의 메트릭(e_{j ,1})과 노드들(z_{0 ,j})을 구할 수 있다. 상기 메트릭 연산부(113)은 상기와 같은 메트릭 연산의 첫 단계에서는 M개의 가지 메트릭(e_{0 ,1}, e_{1 ,1}, ~ e_{M -1},1)과, 다음 계층에서 사용될 M개의 중간 노드들(z_{0 ,0}, z_{0 ,1}, ~ z_{0 ,M-1})의 좌표를 구하게 된다. 일반적으로 여기까지는 대부분의 기존 기법에서 공통적으로 사용되는 부분이다.

종래의 탐색 알고리즘들은 이렇게 첫 번째 계층의 메트릭, 즉 제1전송 심벌(s1)의 후보들에 대한 메트릭들을 구하고, 여기에서 구해진 노드 좌표들로부터 제2 전송 심벌(s0)의 후보들에 해당하는 두 번째 계층의 가지 메트릭들을 구하거나 그 가지 메트릭들에 대한 탐색들이 이루어지게 된다.

하지만 만일 제2전송 심벌(s0)와 무관하게, 제1전송 심벌(s1)의 각 비트가 1인 경우 또는 0인 경우의 최단 메트릭을 구하고자 한다면, 두 번째 계층의 각 가지 메트릭에 상응하는 제2전송 심벌(S0)의 후보들과 상기 중간 노드들(z_{0 ,j})로부터의 최단 메트릭만 알고 있으면 충분하다. 상기 제2전송 심벌(S0)의 후보들과 상기 중간 노드들(z_{0 ,j})로부터의 최단 메트릭은 신호 성상도 상에서 슬라이싱에 의한 경판정을 취함으로써 간단히 얻을 수 있다.

즉, 두 번째 계층의 메트릭은 다음과 같은 식으로 나타내어진다.

여기서, 각 j에 대해서 제2전송심벌(S0)의 후보들 중에서 이 메트릭을 최소화하는 메트릭이 추가된 전체 메트릭은 다음과 같은 식으로 나타내어진다.

상기 수학식 8에 대응되는 탐색 트리의 계층은 도 6에 도시된다. 또한, 수학식 9에 대응되는 탐색 트리 즉, 도 5에 도시된 제1계층과 도 6에 도시된 제2계층의 탐색 트리가 합해진 전체 탐색 트리는 도 7에 도시된다.

상기 수학식 9의 min 연산은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2전송 심벌(S0)의 후보들과 상기 중간 노드들(z_{0 ,j})로부터의 최단 메트릭을 구하는 과정에 대응된다. 상기 min 연산은 M개의 가지 메트릭을 계산해서 그 중 최단 메트릭을 선택해야 하는, 즉 M번의 연산과 M개중 최소 값을 선택하는 과정이 필요한 것처럼 보 이지만, 실제로는 z_{0 ,j}가 도 5에서 설명한 바와 같이 미리 계산되어 있고 삼각행렬 R의 원소인 r₀₀는실수 값이므로 단순히 신호 성상도 상에서 슬라이싱에 의한 경판정을 취하게 되면 e_{ij ,0}을 최소화하는 S₀ ⁱ를 직접 얻게 되므로 이로부터 수학식 9의 오른쪽 항을 바로 구할 수 있다. 이렇게 구해진 메트릭들은 도 6에 도시된 바와 같다.

도 6에 도시된 바와 같은 두 번째 계층에서 M개의 최단 메트릭을 도 5에 도시된 바와 같은 첫 번째 계층에서의 M개의 최단 메트릭과 더하면, M개의 제1전송 심벌(s1) 전체의 최단 메트릭 후보들을 얻게 된다.

이렇게 M개의 전체 최단 메트릭 후보를 구한 후, 제1전송 심벌(S1)의 각 비트가 1인 경우 및 0인 경우 각각의 최소 메트릭을 찾기 위해서, 상기 비트별 최소 메트릭 결정부(115)는 M개의 전체 최단 메트릭 후보들 중 상기 제1전송 심벌(S1)의 각 비트가 1인 경우 및 0인 경우의 메트릭들에 대해 최소 메트릭을 구한다.

예컨대, 상기 제1전송 심벌이 두 비트로 구성되며, 도 7에서 구해진 M개의 전체 최단 메트릭 후보 중 첫 번째 후보(21)는 상기 제1전송 심벌(S1)의 각 비트가 '00'인 경우, 두 번째 후보(22)는 '01'인 경우, 세 번째 후보(23)는 '10'인 경우, 네 번째 후보(24)는 '11' 인 경우를 나타낸다고 가정할 수 있다.

그러면, 상기 제1전송 심벌(S1)의 각 비트별 최소 메트릭을 결정하기 위해서, 상기 제1전송 심벌(S1)의 첫 번째 비트가 '0'인 경우에 최소 메트릭은 상기 4 개의 후보 중에서 첫 번째 후보(21)와 두 번째 후보(22)를 비교하여 더 작은 메트릭이 첫 번째 비트가 '0'인 경우의 최소 메트릭이 된다.

또한, 상기 제1전송 심벌(S1)의 첫 번째 비트가 '1'인 경우에 최소 메트릭은 상기 4개의 후보 중에서 세 번째 후보(23)와 두 번째 후보(24)를 비교하여 더 작은 메트릭이 첫 번째 비트가 '1'인 경우의 최소 메트릭이 된다.

또한, 상기 제1전송 심벌(S1)의 두 번째 비트가 '0'인 경우에 최소 메트릭은 상기 4개의 후보 중에서 첫 번째 후보(21)와 세 번째 후보(23)를 비교하여 더 작은 메트릭이 두 번째 비트가 '0'인 경우의 최소 메트릭이 된다.

또한, 상기 제1전송 심벌(S1)의 두 번째 비트가 '1'인 경우에 최소 메트릭은 상기 4개의 후보 중에서 두 번째 후보(22)와 네 번째 후보(24)를 비교하여 더 작은 메트릭이 두 번째 비트가 '0'인 경우의 최소 메트릭이 된다.

이와 같이, 본 발명의 연판정 디코딩 방법은 전체 최단 메트릭 후보들을 비교하면서 상기 제1전송 심벌(S1)의 각 비트별 최소 메트릭을 구할 수 있다.

한편, 이러한 각 비트별 최소 메트릭을 보다 간편하게 구하기 위해서는, 상기 경판정부(117)에 의해 구해진 경판정의 결과를 이용할 수도 있다. 즉, 경판정 결과가 상기 세 번째 후보(23)이고, 이 때 상기 제1전송 심벌(S1)의 비트는 '10'이라고 하면, 상기 경판정 결과에 상응하는 메트릭이 전체 메트릭 중 최소 메트릭이 된다.

따라서, 상기 제1전송 심벌(S1)의 첫 번째 비트가 '1'인 경우의 최소 메트릭은 별도로 비교할 필요 없이 경판정 결과에 상응하는 메트릭인 세 번째 후보(23)가 되고, 두 번째 비트가 '0'인 경우의 최소 메트릭 역시 별도로 비교할 필요 없이 경판정 결과에 상응하는 메트릭인 세 번째 후보(23)가 된다.

즉, 한 심볼 내에 B개의 비트가 있을 때, S1의 각 비트에 대한 LLR을 구하기 위한 메트릭의 수는 2B가지가 되지만, 이 2B가지의 메트릭 중 B가지는 경판정 심벌에 상응하는 메트릭이 된다. 따라서 총 B+1가지의 메트릭을 구하면 된다. 경판정 심벌의 메트릭은 구해진 M개의 최단 메트릭 후보들 중 최소값이 되며, 이렇게 경판정 심벌 및 그 때의 메트릭을 구한 후에는 경판정 심벌의 각 비트가 반전된 경우에 대해서만 최단 메트릭을 구하면 된다.

각 비트별 최소 메트릭이 결정되면, 결정된 각 비트별 최소 메트릭에 대한 정보는 LLR 연산부(118)로 입력되어 LLR이 계산될 수 있으며, 상기 LLR 연산부(118)에 의해 계산된 LLR 값은 채널 디코더(200)의 입력으로 사용될 수 있다.

결국, 상기 제1전송 심벌(S1)의 탐색 과정에서는 종래의 탐색 방법에 비해 훨씬 복잡도가 낮으면서도 높은 성능을 낼 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 제2전송 심벌(S0)의 탐색 과정은 상기 수신신호(y)와 상기 채널 행렬(H) 중 적어도 하나를 재배열 함으로써 그 효율을 높일 수 있다. 특히, 본 명세서에서는 제1 전송 심벌에 대한 탐색과정과 제2 전송 심벌에 대한 탐색과정을 동일하게 할 수 있도록 재배열 하는 경우를 일 예를 들어 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 않는다.

삭제

상기 재배열 장치(120)는 상기 수신신호와 상기 채널행렬 중 적어도 하나를 재배열 할 수 있다.

예컨대, 행렬 재배열을 적용한 경우의 채널 행렬 및 수신신호는 다음과 같을 수 있다.

즉, 수학식 10에서는 채널 행렬의 각 행의 원소끼리 열이 재배열 되었음을 알 수 있다. 하지만, 상기 수신신호와 상기 채널행렬의 행이 재배열될 수 있음은 물론이다.

이렇게 재배열된 수신신호(y_re)와 재배열된 채널 행렬(H_re)은 제1전송 심벌의 탐색과정과 동일한 과정으로 메트릭을 탐색할 수 있다.

수학식 10을 QR 분해하면 다음과 같은 수학식을 얻을 수 있다.

수학식 12와 수학식 5를 비교하면, 그 결과가 같고 다만, i와 j의 인덱스가 각각 제1전송 심벌(S1) 및 제2전송 심벌(S0)의 후보들의 인덱스인점 만 다르다.

따라서, 제1전송 심벌(S1)에서의 제1탐색과정 중 중간 노드들이 제1전송 심벌(S1)의 후보들에 상응하는 반면, 제2전송 심벌(S0)에서의 제2탐색과정 중 중간 노드들은 제2전송 심벌(S0)의 후보들에 상응하게 된다.

하지만, 그 탐색 과정 자체는 제1탐색과정과 완전히 동일한 방법을 사용할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 종래의 공간 다중화 수신기의 구조를 개략적으로 나타낸다.

도 2는 일반적인 최대 가능성 추정 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타낸다.

도 3은 근사 최대 가능성 추정 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 디코딩 장치를 포함하는 공간 다중화 수신기의 개략적인 기능 블록도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1계층 메트릭 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제2계층 메트릭 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전체 메트릭 탐색 과정에 상응하는 탐색 트리를 나타낸다.

Claims (14)

1. 동시 전송된 두 개의 제1 및 제2전송 심벌을 연판정 디코딩하는 방법에 있어서,

   연판정 디코딩 장치가 수신신호와 채널행렬에 기초하여 상기 제1전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제1탐색과정을 수행하는 단계;

   상기 수신신호와 상기 채널행렬 중 적어도 하나를 재배열하는 단계; 및

   재배열된 상기 수신신호와 상기 채널 행렬 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제2탐색과정을 수행하는 단계를 포함하는 연판정 디코딩 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1탐색과정과 상기 제2탐색과정은,

   동일한 탐색과정인 연판정 디코딩 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1탐색과정을 수행하는 단계는,

   상기 채널행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 단계;

   분해된 행렬 및 상기 분해된 행렬에 의해 변환된 수신신호에 기초하여 메트릭 연산/탐색을 수행하는 단계; 및

   메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최소 메트릭을 결정하는 단계를 포함하는 연판정 디코딩 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 채널행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 단계는,

   상기 채널 행렬에 QR 분해를 수행하는 단계를 포함하는 연판정 디코딩 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 분해된 행렬 및 상기 분해된 행렬에 의해 변환된 수신신호에 기초하여 메트릭 연산/탐색을 수행하는 단계는,

   상기 분해된 행렬에 기초하여 공통 메트릭 및 중간 노드들을 계산하는 단계;

   상기 중간 노드들로부터 최단 거리에 있는 상기 제2전송 심벌의 후보들을 결정하는 단계;

   결정된 상기 제2전송 심벌의 후보들에 기초하여 최단 메트릭 후보들을 결정하는 단계; 및

   결정된 상기 최단 메트릭 후보들에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정하는 단계를 포함하는 연판정 디코딩 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 최단 메트릭 후보들에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정하는 단계는,

   상기 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 경판정을 수행하는 단계를 포함하며,

   수행된 경판정 결과에 더 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정하는 연판정 디코딩 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 공통 메트릭은 다음 [수학식 1] 에 의해 결정되는 연판정 디코딩 방법.

   [수학식 1]

   

   (단, Z₁ 은 상기 변환된 수신신호에 상응하는 행렬

   

   의 원소이며, r₁₁ 은 분해된 상기 삼각행렬

   

   의 원소이며, s₁ ^j는 상기 제1전송심벌의 후보들이며, i 및 j는 각각 상기 제1전송심벌의 후보들과 상기 제2전송 심벌의 후보들의 인덱스를 나타냄.)
8. 제 5항에 있어서, 상기 중간 노드들은 다음 [수학식 2]에 의해 결정되는 연판정 디코딩 방법.

   [수학식 2]

   

   (단, Z₀ 은 상기 변환된 수신신호에 상응하는 행렬

   

   의 원소이며, r₀₁ 은 분해된 상기 삼각행렬

   

   의 원소이며, s₁ ^j는 상기 제1전송심벌의 후보들이며, i 및 j는 각각 상기 제1전송심벌의 후보들과 상기 제2전송 심벌의 후보들의 인덱스를 나타냄.)
9. 제 1항에 있어서, 상기 수신신호와 상기 채널행렬을 재배열하는 단계는,

   상기 채널 행렬의 적어도 하나의 행의 적어도 하나의 채널 원소들의 열을 바꾸는 단계를 포함하는 연판정 디코딩 방법.
10. 동시 전송된 두 개의 제1 및 제2전송 심벌을 연판정 디코딩 장치에 있어서,

    수신신호와 채널행렬에 기초하여 상기 제1전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제1탐색과정을 수행하는 제1탐색 장치;

    상기 수신신호와 상기 채널행렬 중 적어도 하나를 재배열하는 재배열 장치; 및

    재배열된 상기 수신신호와 상기 채널 행렬 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2전송 심벌에 대응되는 LLR을 구하기 위한 제2탐색과정을 수행하는 제2탐색장치를 포함하는 연판정 디코딩 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 제1탐색 장치와 상기 제2탐색 장치는,

    동일한 탐색과정을 수행하는 연판정 디코딩 장치.
12. 제 10항에 있어서, 상기 제1탐색 장치와 상기 제2탐색 장치는,

    동일 장치인 연판정 디코딩 장치.
13. 제 10항에 있어서, 상기 제1탐색 장치는,

    상기 채널행렬을 일반행렬과 삼각행렬로 분해하는 채널 행렬 분해부;

    분해된 행렬 및 상기 분해된 행렬에 의해 변환된 수신신호에 기초하여 메트릭 연산/탐색을 수행하는 메트릭 연산부;

    메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최소 메트릭을 결정하는 비트별 최소 메트릭 결정부; 및

    결정된 각 비트별 최소 메트릭에 기초하여 LLR을 계산하는 LLR 연산부를 포함하는 연판정 디코딩 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 제1탐색 장치는,

    상기 메트릭 연산/탐색의 수행결과에 기초하여 경판정을 수행하는 경판정부를 더 포함하며,

    상기 비트별 최소 메트릭 결정부는 상기 경판정부에서 수행된 경판정 결과에 더 기초하여 상기 제1전송 심벌의 각 비트별 최단 메트릭을 결정하는 연판정 디코딩 장치.

Images