KR100922979B1 - 공간다중화방식이 적용된 다중입출력 통신시스템의신호검출방법 - Google Patents

공간다중화방식이 적용된 다중입출력 통신시스템의신호검출방법 Download PDF

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Abstract

nT개의 송신 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기와 송신 안테나의 수와 같거나 많은 nR개의 수신안테나를 통해 상기 신호를 수신하는 수신기를 포함하는, nT x nR 차원의 채널 행렬을 갖는 다중 입출력 통신 시스템의 수신기에서, 본 발명에 따른 신호 검출 방법은 상기 채널 행렬 보다 차원이 낮은 다수의 하위 채널 행렬을 선택하고, 각 하위 채널행렬에 대응하여 수신된 신호에 대해 최대 우도 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 추정하고, 상기 전송심벌들을 이용하여 나머지 송신 안테나(들)로부터 수신된 전송심벌들을 추정하고, 상기 추정된 전송심벌들로 구성되는 후보 심벌 집합을 저장하고, 상기 모든 하위 채널 행렬들에 대응하는 후보 심벌 집합들의 비교하여 가장 작은 값을 갖는 후보 심벌 집합을 전송심벌 집합으로 결정한다. 본 발명의 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 송수신 안테나 수가 많은 시스템에서 채널 행렬 원소들 중 일부로 구성되는 하위시스템을 선택하여 복호 연산을 수행하고 하위 시스템으로부터 구해진 신호를 이용하여 전체 신호를 검출함으로써 복호화 복잡도를 더욱 줄일 수 있다.
다중입출력(MIMO), 최대 우도(ML), 공간 다중화 (spatial multiplexing)

Description

공간다중화방식이 적용된 다중입출력 통신시스템의 신호검출방법{SIGNAL DECTION METHOD FOR MIMO COMMUNICATION SYSTEM EMPLOYING SPATIAL-MULTIPLEXING}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 다중화 MIMO 시스템에서의 신호 검출 방법에서의 하위 시스템 선택 과정을 설명하기 위한 개념도;
도 1b는 도 2에서 선택된 하위시스템의 ML 복호 과정을 설명하기 위한 개념도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간다중화 MIMO 시스템을 위한 신호검출방법에서 3 X 3 시스템으로부터 구성될 수 있는 하위시스템들을 보인 예시도이다.
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공간다중화 방식(Spatial Multiplexing)의 다중입출력 (multiple-input multiple-output: MIMO)통신 시스템을 위한 신호검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 전송 신호는 다중경로, 감쇄, 시변 잡음, 간섭 등의 다양 한 요소들로 인해 유선환경에서 보다 심한 왜곡을 겪게 된다. 다중 경로에 의한 패이딩 현상은 지형적 구조물에 의한 반사나 사용자의 이동에 밀접한 관계가 있으며 패이딩 채널을 겪은 전송신호는 수신단에서 심각한 왜곡된 상태로 수신되고 이는 시스템 전체 성능을 열화시키게 된다. 따라서, 패이딩 현상은 무선 환경에서 고속 데이터 통신에 장애가 되는 가장 큰 요소로서, 패이딩 및 사용자 간 간섭 등의 무선 채널에서의 손실을 최소화 하는 것은 무선 환경에서의 고속 데이터 통신을 구현하기 위해 해결해야 할 과제이다.
이러한 패이딩 현상을 극복하기 위한 방안으로 공간 다이버시티를 이용한 전송 방식이 제안되었으며 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 공간 다이버시티 방식으로는 다중 송신 안테나를 이용하는 송신 안테나 다이버시티와 다중 수신 안테나를 이용하는 수신 안테나 다이버시티가 있으며, 이러한 다중 송/수신 안테나를 이용하여 공간 다이버시티를 얻는 시스템을 MIMO 시스템으로 통칭 한다.
MIMO 시스템에서 다수의 송신 안테나들 각각에 대해 어떤 데이터를 전송할 것인지는 시공간 부호화에 의해 결정되며 수신 안테나들 각각은 상기 송신 안테나 각각으로부터 전송된 신호를 수신하여 시공간 복호화를 수행한다.
시공간 부호화는 동일 데이터를 서로 다른 송신 안테나를 통해 전송하기 위해 서로 다른 포맷으로 부호화하는 시공간 전송 다이버시티 기법 또는 서로 다른 데이터를 서로 다른 송신 안테나를 통해 전송하는 공간다중화 기법으로 구현된다.
일반적으로 공간다중화 기법에서 시공간 부호화된 신호는 수신단에서 공동 또는 분리 검출 (joint or separate detection) 방식을 통해 복호화된다. 공동 검 출 방식에서는 하나의 송신 안테나로부터 전송된 신호뿐만 아니라 타 송신 안테나로부터 전송된 신호들도 고려하여야 한다.
이러한 특성 때문에 공간다중화 MIMO 시스템을 이용하기 위한 최적의 복호 알고리즘으로 최대 우도 (Maximum Likelihood) 복호화가 알려져 있다. 최대 우도 복호 기법을 이용하면 송신 안테나의 수에 관계없이 수신 안테나의 수와 동일한 다이버시티 차수를 얻을 수 있다. 따라서, 최소평규자승오류(minimum mean square error: MMSE)나 제로-포싱 (zero-forcing) 같은 타 복호기법들과 비교하여 최대 우도 복호화 기법은 신호대잡음비 (signal-to-noise ratio: SNR) 측면에서 우수한 성능을 보이며 SNR 이득은 송신 안테나의 수에 비례하여 증가한다.
그러나, 최대 우도 nT개의 송신 안테나를 구비한 송신기와 nR개(단, nT는 nR 이상인 자연수)의 수신 안테나를 구비한 수신기를 포함하는다중 입출력 통신 시스템에서, 상기 수신기의 신호 검출 방법에 있어서,
상기 nT개의 송신 안테나 각각에서 송신된 신호들을 수신하는 과정과,
상기 nT개의 송신 안테나와 상기 nR개의 수신 안테나 중 a(단, a는 2 이상의 자연수)개의 송신 안테나와 b(단, b는 2 이상의 자연수)개의 수신 안테나를 선택하는 제1과정과,
상기 수신된 신호들에 대해 상기 선택된, a개의 송신 안테나와 b개의 수신 안테나에 의해서 형성되는 a x b 차원의 하위 채널 행렬을 사용하여 최대 우도 복호화를 수행함으로써, 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제2과정과,
상기 제2과정에서 검출된 신호들을 사용하여 상기 nT개의 송신 안테나 중 상기 a개의 송신 안테나를 제외한 나머지 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제3과정과,
상기 a와 b 각각이 nR 미만이면, 상기 a와 b 의 값을 각각 1만큼씩 증가시키면서, 상기 제1과정 내지 제2과정을 반복하는 제4과정을 포함하며;
상기 제2과정을 통해서 검출된 신호들은 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬에 대응하는 후보 집합의 원소로 임시 저장되며,
상기 제4과정 이후, 상기 제4과정의 반복 절차 횟수와 동일한 개수의, a x b 차원의 하위 채널 행렬들 각각에 대응하는 후보 집합의 메트릭을 계산하고, 상기 계산된 메트릭들 중 최소 메트릭을 갖는 후보 집합의 원소를 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들로 결정하는 과정을 더 포함하는 수신기의 신호 검출 방법.복호화 기법은 송신안테나의 수가 증가함에 따라 복잡도가 지수적으로 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 공간 다중화 MIMO 시스템에서 복호 성능을 최적으로 유지하면서 복호 복잡도를 최소화 할 수 있는 신호 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은, nT개의 송신 안테나를 구비한 송신기와 nR개(단, nT는 nR 이상인 자연수)의 수신 안테나를 구비한 수신기를 포함하는다중 입출력 통신 시스템에서, 상기 수신기의 신호 검출 방법에 있어서,
상기 nT개의 송신 안테나 각각에서 송신된 신호들을 수신하는 과정과,
상기 nT개의 송신 안테나와 상기 nR개의 수신 안테나 중 a(단, a는 2 이상의 자연수)개의 송신 안테나와 b(단, b는 2 이상의 자연수)개의 수신 안테나를 선택하는 제1과정과,
상기 수신된 신호들에 대해 상기 선택된, a개의 송신 안테나와 b개의 수신 안테나에 의해서 형성되는 a x b 차원의 하위 채널 행렬을 사용하여 최대 우도 복호화를 수행함으로써, 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제2과정과,
상기 제2과정에서 검출된 신호들을 사용하여 상기 nT개의 송신 안테나 중 상기 a개의 송신 안테나를 제외한 나머지 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제3과정과,
상기 a와 b 각각이 nR 미만이면, 상기 a와 b 의 값을 각각 1만큼씩 증가시키면서, 상기 제1과정 내지 제2과정을 반복하는 제4과정을 포함하며;
상기 제2과정을 통해서 검출된 신호들은 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬에 대응하는 후보 집합의 원소로 임시 저장되며,
상기 제4과정 이후, 상기 제4과정의 반복 절차 횟수와 동일한 개수의, a x b 차원의 하위 채널 행렬들 각각에 대응하는 후보 집합의 메트릭을 계산하고, 상기 계산된 메트릭들 중 최소 메트릭을 갖는 후보 집합의 원소를 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들로 결정하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 다중 입출력 통신 시스템에 있어서, 송신기에 구비된 nT개의 송신 안테나 각각에서 송신된 신호들을 nR개(단, nT는 nR 이상인 자연수)의 수신 안테나를 통해 수신하고, 상기 nT개의 송신 안테나와 상기 nR개의 수신 안테나 중 a(단, a는 2 이상의 자연수)개의 송신 안테나와 b(단, b는 2 이상의 자연수)개의 수신 안테나를 선택하는 제1과정을 수행하고, 상기 수신된 신호들에 대해 상기 선택된, a개의 송신 안테나와 b개의 수신 안테나에 의해서 형성되는 a x b 차원의 하위 채널 행렬을 사용하여 최대 우도 복호화를 수행함으로써, 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제2과정을 수행하고, 상기 제2과정에서 검출된 신호들을 사용하여 상기 nT개의 송신 안테나들 중 상기 a개의 송신 안테나들을 제외한 나머지 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제 3과정을 수행하고, 상기 a와 b 각각이 nR 미만이면, 상기 a와 b 의 값을 각각 1만큼씩 증가시키면서, 상기 제1과정 내지 제2과정을 반복하는 제4과정을 수행하는 수신기를 포함하며; 상기 수신기는, 상기 제2과정을 통해서 검출된 신호들을 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬에 대응하는 후보 집합의 원소로 임시 저장하고, 상기 제4과정 이후, 상기 제4과정의 반복 절차 횟수와 동일한 개수의, a x b 차원의 하위 채널 행렬들 각각에 대응하는 후보 집합의 메트릭을 계산하고, 상기 계산된 메트릭들 중 최소 메트릭을 갖는 후보 집합의 원소를 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들로 결정하는 것을 특징으로 한다.
삭제
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공간다중화 MIMO 시스템에서의 신호 검출 방법 설명한다.
본 발명의 신호 검출 방법이 적용될
Figure 112005045834384-pat00001
송신 안테나와
Figure 112005045834384-pat00002
수신 안테나로 구성되는 MIMO 시스템은 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112005045834384-pat00003
여기서
Figure 112005045834384-pat00004
,
Figure 112005045834384-pat00005
, 는 i번째 송신 안테나로부터 전송된 전송신호이고,
Figure 112005045834384-pat00006
,
Figure 112005045834384-pat00007
는 i번째 수신 안테나로부터 수신된 수신 신호이고,
Figure 112005045834384-pat00008
,
Figure 112005045834384-pat00009
, 는 가우시안 잡음이다.
Figure 112005045834384-pat00010
를 M-QAM 변조 심벌이라고 가정하면, 최대우도는 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00011
과도 검색(exhaustive search)을 위해서는 전송심벌에 대한
Figure 112005045834384-pat00012
개의 조합이 고려되어야 한다.
정리 1. ML 해를 위한 필요 충분 조건
수학식 1의 선형 시스템에서
Figure 112005045834384-pat00013
를 정의하고
Figure 112005045834384-pat00014
에 대해 ML 해들
Figure 112005045834384-pat00015
을 가정 하에,
Figure 112005045834384-pat00016
이 수학식 3의 조건을 만족시키면 ML 해
Figure 112005045834384-pat00017
이다.
Figure 112005045834384-pat00018
Figure 112005045834384-pat00019
Figure 112005045834384-pat00020
Figure 112005045834384-pat00021
여기서, 는 슬라이싱 함수 (slicing function) 이고, , ,는 시스템 행렬 H의 i 번째 열이다.
ML 해의 정의로부터 수학식 4를 유도할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00022
따라서, 수학식 5를 만족하는 경우
Figure 112005045834384-pat00023
도 ML 해이다.
Figure 112005045834384-pat00024
관계
Figure 112005045834384-pat00025
는 다음과 같이 증명되며 관계
Figure 112005045834384-pat00026
는 상기 슬라이싱 함수의 정의에 의해 참의 값을 갖는다.
관계
Figure 112005045834384-pat00027
의 증명:
Figure 112005045834384-pat00028
로 정의하면 수학식 5로부터 수학식 6을 유도할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00029
여기서,
Figure 112005045834384-pat00030
,
Figure 112005045834384-pat00031
, 및
Figure 112005045834384-pat00032
는 각각 수학식 7, 수학식 8, 및 수학식 9와 같다.
Figure 112005045834384-pat00033
Figure 112005045834384-pat00034
Figure 112005045834384-pat00035
따라서, 수학식 5의 목적 함수는 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure 112005045834384-pat00036
수학식 10에서 제곱근 함수는 점증 함수이고
Figure 112005045834384-pat00037
항은 주어진
Figure 112005045834384-pat00038
를 위한 상수이다. 따라서,
Figure 112005045834384-pat00039
을 최소화함으로써 하기 수학식 11의 목적 함수을 최소화하는 것과 동등한 효과를 얻는다.
Figure 112005045834384-pat00040
수학식 5로부터, ML 해들
Figure 112005045834384-pat00041
이 전송 신호들과 동일할 때 마지막 요소가 최대 비 결합 (maximal ratio combining: MRC)과 슬라이싱을 통해 구해짐을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 검출 방법에서는 개선된 ML 복호화 기법을 제안한다.
정리 2. 수정 ML (modified ML: MML) 알고리즘
본 발명의 일 실시예에서는 수학식 1로 표현되는 선형 시스템의
Figure 112005045834384-pat00042
에 대한 ML 문제를 수학식 12로 다시 표현한다.
Figure 112005045834384-pat00043
ML 해
Figure 112005045834384-pat00044
은 정리 1에 의해 구해진다.
이를 설명하면, 정리 1로부터 수학식 13을 유도할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00045
따라서,
Figure 112005045834384-pat00046
와 어떤 고정된
Figure 112005045834384-pat00047
에 대해 수학식 14를 얻을 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00048
상기 과정을 통해 수학식 15가 증명된다.
Figure 112005045834384-pat00049
수학식 14와 수학식 15로부터 수학식 16을 얻을 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00050
그러므로,
정리 1에 의해, 수학식 17과
Figure 112005045834384-pat00051
에 대한 ML 해를 얻을 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00052
본 발명에 따른 MML 정리를 이용하면 과도 검색을 위해
Figure 112005045834384-pat00053
매트릭 만을 계산하면 되기 때문에, 매트릭 연산 회수는 성상도 크기
Figure 112005045834384-pat00054
의 계수 만큼 줄어든다. 예를 들어,
Figure 112005045834384-pat00055
MIMO 시스템의 경우 ML 검색을 위해
Figure 112005045834384-pat00056
번의 매트릭 연산량이 요구된다.
이하, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공간다중화 MIMO 시스템에서의 신호 검출 방법을 설명한다.
MML 방식의 매트릭 연산량이 성상도 크기의 계수 만큼 줄어든다 하더라도,
Figure 112005045834384-pat00057
가 커지면 매트릭 연산의 복잡도가 증가한다.
Figure 112005045834384-pat00058
가 큰 경우 MML 방식의 복잡도를 더 줄이기 위해 본 발명의 제2 실시예에서는 반복 공간 역다중화 (recursive spatial demultiplexing)를 이용한다.
Figure 112005045834384-pat00059
인 경우의 반복 MML 문제를 공식화 하기 위해 설명의 편의상
Figure 112005045834384-pat00060
인 시스템을 예를 들어 설명한다. 3 X 3 ML 문제의 부-최적(suboptimal) 해를 구하기 위해 3 X 3 ML 문제를 직접 푸는 대신 3 X 3 시스템으로부터 2 X 2 하위시스템의 ML 문제의 수를 구한다. 제1 실시예에 따른 MML 기반의 신호 검출 방법을 이용할 경우 3 X 3 ML 문제의 해를 얻기 위해서는
Figure 112005045834384-pat00061
의 매트릭 연산량을 요구된다. 만약 여섯 개의 2 X 2 하위시스템을 구성하여 ML 문제를 풀면, 매트릭 연산량은
Figure 112005045834384-pat00062
가 된다. 따라서, 16-QAM 이나 64-QAM 같은 큰 성상도의 변조방식을 이용하는 시스템에서 연산 복잡도는 대략
Figure 112005045834384-pat00063
과
Figure 112005045834384-pat00064
으로 낮출 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제2실시예에 따른 공간다중화 MIMO 시스템에서의 신호검출 방법을 설명하기 위한 개념도들이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 신호검출 방법에서는 먼저 원래의 채널 행렬의 원소 중 일부를 0으로 강제 설정하여 2 X 2 하위시스템을 선택한다. 이를 위해서는 기븐스 회전 (Givens rotation)이 이용된다. 2번에 걸친 기븐스 회전 과정에서, 수신 신호는 물론 잡음 성분도 변환된다. 그러나, 기븐스 회전 행렬은 단위 행렬이기 때문에 잡음은 거의 변화 없이 남아 있게 된다.
도 1a에서는 일 예로 3 X 3 채널 행렬의 원소 중
Figure 112005045834384-pat00065
과
Figure 112005045834384-pat00066
을 0으로 설정하고
Figure 112005045834384-pat00067
,
Figure 112005045834384-pat00068
,
Figure 112005045834384-pat00069
, 및
Figure 112005045834384-pat00070
으로 구성되는 2 X 2 하위 시스템 (11)을 선택한다.
일단 하위 시스템 (11) 이 구성되면 도 1b에서 보는 바와 같이 두 개의 전송 심벌을 결정하기 위해 제1실시예의 MML 방식으로 2 X 2 하위 시스템 (11)을 푼다.
전송 심벌 결정 단계에서의 해들(solutions)이 원래의 시스템의 ML 해들이라고 가정하면 상기한 정리 1에 의해 수학식 18과 같이 마지막 심벌에 대한 해도 구할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00071
심벌 결정 단계에서의 해들이 3 X 3 시스템의 ML 해들이라면 마지막으로 추정된 성분 역시 3 X 3 시스템의 ML 해이다. 그러나, 심벌 결정 단계에서의 해들은 원래의 큰 시스템의 ML 해와 동일하다고 확신할 수 없다. 따라서, 3 X 3 시스템이 3의 다이버시티 차수를 제공할 수 있는데 반해 2 X 2 서브시스템의 ML 해는 단지 2 의 다이버시티 차수 만을 넘겨 줄 수 있다. 전송 심벌 결정 단계에서의 해들이 원래의 3 X 3 시스템의 ML 해가 아닐 경우, 마지막 단계에서의 해도 ML 해가 아니다.
이러한 전송 심벌 결정 단계에서의 다이버시티 손실을 만회하기 위해 원래의 3 X 3 시스템으로부터 여러 개의 2 X 2 하위시스템을 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공간다중화 MIMO 시스템을 위한 신호검출방법에서 3 X 3 시스템으로부터 구성될 수 있는 2 X 2 하위시스템들을 보인 도면으로서 3 X 3 시스템으로부터 9개의 2 X 2 하위시스템을 구성할 수 있다. 각 하위시스템에 대해, 하나의 후보 집합이 계산되며 계산 결과는 이후의 매트릭 비교를 위해 저장된다. 마지막으로 여러 개의 후보 집합들 중 가장 작은 매트릭을 갖는 집합을 선택한다.
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 신호 검출 방법에서 전체 시스템의 해를 구하기 위해 하위시스템 형성하고 각 하위시스템을 푸는 과정을 일반화한다.
Figure 112005045834384-pat00072
인 시스템의 채널 행렬
Figure 112005045834384-pat00073
을 가정하면,
Figure 112005045834384-pat00074
차원의 여러 개의 하위 시스템을 구성할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00075
시스템을 풀기 위해
Figure 112005045834384-pat00076
하위시스템들을 구성할 수 있으며 계속해서 MML 정리를 이용해 풀 수 있는
Figure 112005045834384-pat00077
하위시스템을 얻을 때까지 더 작은 크기의 하위시스템을 구성할 수 있다.
Figure 112005045834384-pat00078
시스템으로부터
Figure 112005045834384-pat00079
하위 시스템을 구성하 기 위해 요구되는 기븐스 회전을 고려하여, 원래의 시스템 행렬
Figure 112005045834384-pat00080
에 다음 수학식 19의 행렬을 곱한다.
Figure 112005045834384-pat00081
수학식 19의 행렬
Figure 112005045834384-pat00082
에서
Figure 112005045834384-pat00083
이면 기븐스 회전 행렬은 수학식 20과 같고,
Figure 112005045834384-pat00084
이면, 기븐스 회전 행렬은 수학식 21과 같다.
Figure 112005045834384-pat00085
Figure 112005045834384-pat00086
수학식 20 및 수학식 21에서,
Figure 112005045834384-pat00087
이고,
Figure 112005045834384-pat00088
이다.
Figure 112005045834384-pat00089
는,
Figure 112005045834384-pat00090
일 때 피연산 행렬의
Figure 112005045834384-pat00091
번째 원소를 0으로 만들고,
Figure 112005045834384-pat00092
일 때
Figure 112005045834384-pat00093
번째 원소를 0으로 만든다.
표 1는 상기한 본 발명의 제2실시예에 따른 신호 검출 방법의 반복 MML (RMML) 알고리즘을 보여주고 있다.
Figure 112005045834384-pat00094
여기서,
Figure 112005045834384-pat00095
는 심벌 매핑을 위한 성상도를 나타내며,
Figure 112005045834384-pat00096
는 집합
Figure 112005045834384-pat00097
의 원소 수 이다.
표 2은 4 X 4 공간다중화 MIMO 시스템에 본 발명의 신호 검출 방법과 종래의 신호 검출 방법들을 적용하였을 때의 연산 복잡도를 비교하여 보여준다.
16-QAM 64-QAM
RMML 나눗셈:176 곱셈: 7,186 나눗셈:176 곱셈: 21,008
MML 나눗셈:0 곱셈: 81,920 나눗셈:0 곱셈: 5,242,880
ML 나눗셈: 0 곱셈: 1,310,720 나눗셈:0 곱셈: 335,544,320
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 MML 및 RMML 신호검출 방법은 종래의 ML 방법에 비해 낮은 연산량을 보이고 있음을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 제2실시예에 따른 RMML 신호검출방법은 성상도의 크기가 큰 경우 상대적으로 종래의 ML에 비해 훨씬 적은 연산을 필요로 함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 ML 복호화의 장점인 최적의 복호 성능을 유지하면서 복호화 복잡도를 최소화함으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 송수신 안테나 수가 많은 시스템에서 채널 행렬 원소들 중 일부로 구성되는 하위시스템을 선택하여 복호 연산을 수행하고 하위 시스템으로부터 구해진 신호를 이용하여 전체 신호를 검출함으로써 복호화 복잡도를 더욱 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 전체 시스템의 채널 행렬로부터 선택된 다수의 하위시스템 채널행렬을 이용하여 전체 신호를 검출함으로써 하위시스템 선택에 의한 다이버시티 손실을 최소화하면서 복호 복잡도를 최소화 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. nT개의 송신 안테나를 구비한 송신기와 nR개(단, nT는 nR 이상인 자연수)의 수신 안테나를 구비한 수신기를 포함하는다중 입출력 통신 시스템에서, 상기 수신기의 신호 검출 방법에 있어서,
    상기 nT개의 송신 안테나 각각에서 송신된 신호들을 수신하는 과정과,
    상기 nT개의 송신 안테나와 상기 nR개의 수신 안테나 중 a(단, a는 2 이상의 자연수)개의 송신 안테나와 b(단, b는 2 이상의 자연수)개의 수신 안테나를 선택하는 제1과정과,
    상기 신호들에 대해 상기 선택된, a개의 송신 안테나와 b개의 수신 안테나에 의해서 형성되는 a x b 차원의 하위 채널 행렬을 사용하여 최대 우도 복호화를 수행함으로써, 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제2과정과,
    상기 제2과정에서 검출된 신호들을 사용하여 상기 nT개의 송신 안테나 중 상기 a개의 송신 안테나를 제외한 나머지 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제3과정과,
    상기 a와 b 각각이 nR 미만이면, 상기 a와 b 의 값을 각각 1만큼씩 증가시키면서, 상기 제1과정 내지 제2과정을 반복하는 제4과정을 포함하며;
    상기 제2과정을 통해서 검출된 신호들은 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬에 대응하는 후보 집합의 원소로 임시 저장되며,
    상기 제4과정 이후, 상기 제4과정의 반복 절차 횟수와 동일한 개수의, a x b 차원의 하위 채널 행렬들 각각에 대응하는 후보 집합의 메트릭을 계산하고, 상기 계산된 메트릭들 중 최소 메트릭을 갖는 후보 집합의 원소를 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들로 결정하는 과정을 더 포함하는 수신기의 신호 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 a와 b 각각이 nR 이상이면, 상기 제4과정을 수행하지 않고 종료하는 과정을 더 포함하는 수신기의 신호 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    nT x nR 차원의 채널 행렬이 포함하는 원소들 중, 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬의 차원이 포함하는 원소들의 수에 상응하는 원소들을 임의로 선택하는 과정과,
    상기 임의로 선택된 원소들을 제외한 나머지 원소들의 값을 0으로 설정하는 과정을 포함하는 수신기의 신호 검출 방법.
  8. 다중 입출력 통신 시스템에 있어서,
    송신기에 구비된 nT개의 송신 안테나 각각에서 송신된 신호들을 nR개(단, nT는 nR 이상인 자연수)의 수신 안테나를 통해 수신하고, 상기 nT개의 송신 안테나와 상기 nR개의 수신 안테나 중 a(단, a는 2 이상의 자연수)개의 송신 안테나와 b(단, b는 2 이상의 자연수)개의 수신 안테나를 선택하는 제1과정을 수행하고, 상기 신호들에 대해 상기 선택된, a개의 송신 안테나와 b개의 수신 안테나에 의해서 형성되는 a x b 차원의 하위 채널 행렬을 사용하여 최대 우도 복호화를 수행함으로써, 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제2과정을 수행하고, 상기 제2과정에서 검출된 신호들을 사용하여 상기 nT개의 송신 안테나들 중 상기 a개의 송신 안테나들을 제외한 나머지 송신 안테나들에서 송신된 신호들을 검출하는 제 3과정을 수행하고, 상기 a와 b 각각이 nR 미만이면, 상기 a와 b 의 값을 각각 1만큼씩 증가시키면서, 상기 제1과정 내지 제2과정을 반복하는 제4과정을 수행하는 수신기를 포함하며;
    상기 수신기는, 상기 제2과정을 통해서 검출된 신호들을 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬에 대응하는 후보 집합의 원소로 임시 저장하고, 상기 제4과정 이후, 상기 제4과정의 반복 절차 횟수와 동일한 개수의, a x b 차원의 하위 채널 행렬들 각각에 대응하는 후보 집합의 메트릭을 계산하고, 상기 계산된 메트릭들 중 최소 메트릭을 갖는 후보 집합의 원소를 상기 a개의 송신 안테나들에서 송신된 신호들로 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수신기는,
    상기 a와 b 각각이 nR 이상이면, 상기 제4과정을 수행하지 않고 종료함을 특징으로 하는 다중 입출력 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수신기는,
    nT x nR 차원의 채널 행렬이 포함하는 원소들 중, 상기 a x b 차원의 하위 채널 행렬의 차원이 포함하는 원소들의 수에 상응하는 원소들을 임의로 선택하고, 상기 임의로 선택된 원소들을 제외한 나머지 원소들의 값을 0으로 설정함을 특징으로 하는 다중 입출력 통신 시스템.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1028823C2 (nl) * 2005-04-20 2006-10-23 Fico Bv Inrichting en werkwijze voor het met bestuurbare aantallen elektronische componenten vullen van langwerpige houders.
IL181398A0 (en) * 2007-02-18 2007-12-03 Runcom Technologies Ltd Mimo decoding system and method
KR100888058B1 (ko) * 2007-04-20 2009-03-10 연세대학교 산학협력단 공간 다중화 심볼 검출 방법
US20080279298A1 (en) * 2007-05-10 2008-11-13 Comsys Communication & Signal Processing Ltd. Multiple-input multiple-output (mimo) detector incorporating efficient signal point search
CN101383652B (zh) * 2007-09-04 2012-09-26 中兴通讯股份有限公司 一种多输入多输出系统的信号检测方法及装置
KR100912508B1 (ko) 2007-11-22 2009-08-17 한국전자통신연구원 후보 벡터 선택 방법 및 송신 심볼 검출 방법
CN101572561B (zh) 2008-04-30 2012-09-05 华为技术有限公司 多输入多输出系统的信号检测方法和装置
CN101282195B (zh) * 2008-05-22 2011-05-11 上海交通大学 应用于mimo无线通信系统的检测方法及检测器
KR101269683B1 (ko) * 2008-12-01 2013-06-04 삼성전자주식회사 신호 검출 방법 및 수신 장치
CN101924601B (zh) * 2009-06-10 2012-12-19 电信科学技术研究院 一种实现mimo信号检测的方法和装置
KR101026021B1 (ko) * 2009-09-16 2011-03-30 포항공과대학교 산학협력단 시공간 블록 부호의 검출 방법 및 장치
KR101043698B1 (ko) * 2009-10-21 2011-06-24 중앙대학교 산학협력단 공간다중화 시스템에서 신호검출 장치 및 방법
CN102970085B (zh) * 2012-11-19 2015-01-14 北京航空航天大学 信号检测方法
CN103532889B (zh) * 2013-09-30 2017-03-01 上海交通大学 一种软输出并行堆栈mimo信号检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050046306A (ko) * 2003-11-13 2005-05-18 삼성전자주식회사 다중 송수신 안테나들을 구비하는 이동통신시스템에서,송신 안테나들을 그룹핑하여 신호를 전송하는 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7822150B2 (en) * 2003-03-15 2010-10-26 Alcatel-Lucent Usa Inc. Spherical decoder for wireless communications
US7489746B1 (en) * 2004-04-22 2009-02-10 Qualcomm, Inc. MIMO receiver using maximum likelihood detector in combination with QR decomposition
US7636406B2 (en) * 2004-05-05 2009-12-22 Metalink Ltd. System and method of a MIMO transmitter / receiver

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050046306A (ko) * 2003-11-13 2005-05-18 삼성전자주식회사 다중 송수신 안테나들을 구비하는 이동통신시스템에서,송신 안테나들을 그룹핑하여 신호를 전송하는 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEI HE et al. 'Reduced complexity maximum likelihood detection for v-blast systems' 2003 IEEE MILITARY COMMUNICATIONS CONFERENCE.*

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Publication number Publication date
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