KR100938563B1

KR100938563B1 - 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법 및 이를이용한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체

Info

Publication number: KR100938563B1
Application number: KR1020070136931A
Authority: KR
Inventors: 이인규; 이상림
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2007-12-24
Filing date: 2007-12-24
Publication date: 2010-01-22
Also published as: KR20090069085A

Abstract

공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법 및 이를 이용한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 개시된다.

본 발명에 따른 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법은,

V-BLAST 검출 수신기를 이용한 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법에 있어서,

송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 상기 수신단에서 상기 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음의 분산 값을 연산하는 단계; 상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계; 및 상기 정렬된 수신 신호의 검출 순서에 따라 상기 수신 신호를 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, V-BLAST 시스템을 이용한 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호 검출 정렬 순서를 결정함으로써 기존의 검출 정렬 기법들보다 연산량을 획기적으로 줄이고, 수신 신호의 검출 순서 정렬 과정에서 심볼 검출시 수신 신호를 고려함으로써 수신 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법 및 이를 이용한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체{Method of sorting detection order for spatial division multiplexing and Recording medium using this}

본 발명은 신호 검출에 관한 것으로서, 특히 V-BLAST(Vertical Bell-lab Layered Space-Time)에서의 다중 입출력(Multi Input Multi Output:MIMO) 공간 분할을 이용하여 주파수 영역의 대역폭 자원의 한계를 극복할 수 있는 공간 분할 다중화(Spatial Division Multiplexing:SDM)를 이용한 수신 신호 정렬 방법 및 이를 이용한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템은 이동국들에게 고속의 대용량 데이터 송수신이 가능한 서비스들을 제공하기 위한 이동 통신 시스템 형태로 발전해 나가고 있다.

이러한 차세대 통신 시스템의 대표적인 예가 IEEE 802.16e 통신 시스템이다. 고속 대용량 데이터 송신을 위하여 차세대 통신 시스템은 데이터 전송률을 향상시키고, 송신 신뢰성을 향상시키기 위한 방식으로 송신단과 수신단에서 각각 여려 개의 안테나를 사용하는 다중 안테나 시스템을 고려하고 있다.

실질적으로, 이동통신은 보다 많은 전송 용량이 요구되면서 과거의 아날로그 시스템에서 현재의 디지털 시스템으로 빠르게 발전하고 있다.

이러한 이동통신 환경은 유선 환경과 달리 페이딩, 음영효과, 전파 감쇠, 시변 잡음, 간섭 등에 의해 낮은 신뢰도를 나타낸다.

이 중에서 다중 경로에 의한 페이딩 현상은 서로 다른 경로를 거쳐 위상과 크기가 서로 달라진 신호들이 합쳐져 심한 왜곡을 겪은 신호로 수신되는 현상이다.

이러한 다중 경로에 의한 페이딩 효과는 이동 통신 환경에서 고속 데이터 통신 실현의 난제이며, 이를 효과적으로 대처하기 위하여 많은 연구가 수행되었다.

대표적인 방법이 다이버시티 기법으로 이는 독립적인 페이딩 현상을 겪은 여러 개의 신호를 수신하여 결합 과정을 통해 페이딩 현상에 대처하게 된다.

이러한 다이버시티에 의한 페이딩 대처 방법은 우수한 성능을 내는 것으로 알려져 있으며, 다양한 다이버시티 방법이 제안되고 현재 상용화되고 있다.

다이버시티를 얻는 방법으로는 크게 시간 다이버시티, 주파수 다이버시티, 공간 다이버시티 등이 있다.

이 중에서, 공간 다이버시티는 송신기나 수신기 또는 양쪽 모두에 여러 개의 안테나를 사용하여 다이버시티를 얻는 방법이다.

현재 기지국에 다중 수신 안테나를 채택하여 역방향 링크의 성능을 향상 시키는 시스템이 상용화되어 있다.

순방향 링크의 경우에도 단말기에 다중의 수신 안테나를 채택하여 성능을 향상시킬 수 있으나, 이 방식은 단말기의 적은 전력소모, 소형화, 경량화 및 복잡도 등의 제약으로 인하여 구현상의 어려움이 있다.

이에 기지국에서 다중의 송신 안테나를 채택하여, 단말기에서 다중의 수신안테나를 적용한 경우와 같은 다이버시티 효과를 내게 하여 순방향 링크의 성능을 향상시키고자 하는, 송시 다이버시티 기법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 다중 안테나 송신 다이버시티 기법은 한 기지국이 여러 개의 단말을 서비스하기 때문에 경제적으로도 적합한 방법으로 여겨지고 있다.

이와 같이 현재까지의 이동 통신 시스템은 주로 음성 위주의 서비스를 위하여 이동 통신 환경의 페이딩 극복에 초점을 맞추어 발전하였다.

그러나, 2000 년대에 들어서는 멀티미디어 콘텐츠를 포함한 데이터 통신으로 중심축이 이동함에 따라서 고속 데이터 전송이 요구되고 있으며, 특히 데이터 요구량이 많은 순방향 링크에서의 고속 데이터 전송이 그 중요성을 더하고 있다.

그러므로 현시점에서는 이동통신 환경의 열악성 극복과 아울러 데이터 전송량을 크게 높일 수 있는 기술이 절실히 요구된다.

이에 다수의 송수신 안테나를 이용하여 데이터 전송률을 획기적으로 높일 수 있는 공간 분할 다중화(Spatial Division Multiplexing:SDM) 기법이 1996년에 처음으로 제안되었다.

공간 분할 다중화 기술은 송신기에서 각 송신 안테나를 이용하여 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통하여 송신 데이터들을 구분해 내는 공간 멀티플렉싱/디멀티플렉싱 기법을 사용한다.

따라서, 송수신 안테나의 갯수를 동시에 증가시킴에 따라 채널 용량이 증가하여 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다.

예를 들어, 신호 대 잡음비가 큰 경우에는 송수신 안테나의 수를 각각 10배로 증가시키면 현재의 단일 안테나 시스템에 비하여 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 되므로 혁신적으로 데이터 전송률을 높일 수 있다.

이러한 SDM 방식은 차세대 이동통신 시스템 및 그 이후의 초고속 이동 멀티미디어 서비스를 위한 고속 데이터 통신에 적합한 방법으로 여겨지고 있다.

여기서, 다중 안테나 시스템에 있어서 다중 안테나 공간 분할 다중화 시스템을 위한 신호 검출 방법으로 대표적인 것이 V-BLAST(Vertical Bell-lab Layered Space-Time) 시스템을 이용한 신호 검출 기법이다.

이는 송신단에서 N개의 데이터를 전송하였다고 가정하면, V-BLAST 수신기는 N개 중 한 개의 데이터를 선택하여 최소평균자승에러(Minimum Mean Squared Error:MMSE) 등화기 필터를 이용하여 신호를 검출해 낸다.

검출된 데이터는 서로 다른 전송 신호간의 간섭을 일으킬 수 있으므로 검출된 데이터를 수신 신호에서 제거하고, 그에 따른 채널 모델링 수정을 거친 후, 두 번째 데이터를 선택하여 MMSE 등화기 필터를 이용하여 두 번째 데이터를 검출해 낸다.

이때, 검출되는 데이터의 순서를 정하는 것이 V-BLAST의 전체 성능에 상당한 영향을 미친다.

기존의 검출 신호 정렬 기법은 신호 검출의 검출 순서를 결정하는데 있어서 채널 응답만을 고려하였고, 신호 검출 및 검출 신호의 정렬 과정에서 많은 근사화 과정이 수반되어 신호 검출의 성능과 검출 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 채널 응답 및 수신 신호를 고려하여 신호 검출 정렬 순서를 결정하고, 상기 결정된 신호 검출 정렬 순서에 따라 수신 신호 검출을 수행하여 수신 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법을 컴퓨터에서 수행할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는 것이다.

상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 상기 수신단에서 상기 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음의 분산 값을 연산하는 단계; 상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계; 및 상기 정렬된 수신 신호의 검출 순서에 따라 상기 수신 신호를 검출하는 단계를 포함하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법을 제공한다.

한편, 상기 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계는 상기 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼에 따른 이웃 우도 총합이 가장 작은 값을 가지는 신호의 순서에 따라 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 수신 신호의 검출 순서

는 상기

번째 등화기 필터의 출력 신호가

이며, 상기

와 가장 가까운 신호 점이

이며, 상기

에 존재하는 간섭신호의 전력과 잡음 신호의 전력의 합이

이며,

는 상기 등화기 필터의 출력 신호에 대한 상기

번째 심볼에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항이라고 할 때, 수학식

에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계는 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼 중 상기 수신 신호의 상기 특정 심볼의 등화기 필터 출력 신호에 가장 가까운 심볼의 값을 기준으로 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수신 신호의 검출 순서

는 상기

번째 등화기 필터의 출력 신호가

이며, 상기

에 존재하는 간섭신호의 전력과 잡음 신호의 전력의 합 이

이며,

는 상기 등화기 필터의 출력 신호에 대한 상기

번째 심볼에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항이고, 상기

와 가장 가까운 신호 점을

라 하고, 상기

을 제외한 신호 점들 중 상기

에 가장 가까운 신호 점을

라 하면, 수학식

에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 수신단은 수신 신호의 수신 신호 벡터값과 상기 송신단의 안테나 수와 상기 수신단의 안테나 수에 의해 결정되는 채널 응답 행렬값이 이미 입력된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 간섭 신호와 잡음의 분산 값은 정규 분포를 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 송신단에서 전송되는 신호는 BPSK, 4QAM 또는 16QAM에 의해 직교 진폭 변조된 신호인 것을 특징으로 한다.

상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 V-BLAST에서 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬을 수행하는 프로그램이 기록되어 있고, 상기 프로그램은, 송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 상기 수신단에서 상기 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음의 분산 값을 연산하 도록 하는 코드; 상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬하도록 하는 검출 순서 정렬 코드; 및 상기 정렬된 수신 신호의 검출 순서에 따라 상기 수신 신호를 검출하도록 하는 코드를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공한다.

여기서, 상기 검출 순서 정렬 코드는 상기 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼에 따른 이웃 우도 총합이 가장 작은 값을 가지는 신호의 순서에 따라 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 검출 순서 정렬 코드는 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼 중 상기 수신 신호의 상기 특정 심볼의 등화기 필터 출력 신호에 가장 가까운 심볼의 값을 기준으로 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 수신단은 수신 신호의 수신 신호 벡터값과 상기 송신단의 안테나 수와 상기 수신단의 안테나 수에 의해 결정되는 채널 응답 행렬값이 이미 입력된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 간섭 신호와 잡음의 분산 값은 정규 분포를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 송신단에서 전송되는 신호는 BPSK, 4QAM 또는 16QAM에 의해 직교 진폭 변조된 신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공간 분할 다중화 시스템을 위한 새로운 수신 신호 검출 정렬 기법을 제안한다.

본 발명은 V-BLAST 시스템을 이용하여 수신 신호를 검출하는데, V-BLAST 시스템는 송신단측에서 N개의 데이터를 전송하였다고 가정하면, V-BLAST의 수신기는 N개 중 한 개의 데이터를 선택해 최소 평균 자승 에러(MMSE) 등화기 필터를 이용하여 신호를 검출하고, 검출된 데이터를 수신 신호에서 제거하여 동일한 방법으로 N개의 데이터를 모두 순차적으로 검출해 낸다.

이때 검출되는 데이터의 순서를 정하는 것이 V-BLAST의 전체적인 성능에 영향을 미치는데, 종래의 검출 정렬 기법은 각각의 단계마다 채널 응답 행렬에 기초하여 최소의 평균 자승 에러에 대응되는 데이터로부터 검출하여 검출 순서를 결정하는데 있어 채널 응답만을 고려하였기 때문에 신호 검출 성능에 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 V-BLAST 시스템을 이용하여 채널 응답뿐만 아니라 수신 신호까지 추가 적으로 이용하여 수신 신호 검출에 따른 연산의 복잡도를 줄이고 신호 검출 성능을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 다중 입출력 통신 시스템에서의 송신단의 블록 구성도의 일 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 적용되는 다중 입출력 통신 시스템에서 송신단(100)은 직렬/병렬 변환부(110), N개의 맵퍼(121 내지 129) 및 N 개의 송신 안테나(131 내지 139)로 구성될 수 있다.

여기서, 직렬/병렬 변환부(110)는 직렬 데이터의 비트들을 입력받아 맵퍼 및 송신 안테나의 갯수와 동일한 병렬 데이터 비트로 변환하는 역할을 한다.

그리고, N개의 맵퍼(121 내지 129)는 상기 직렬/병렬 변환부(110)로부터 입력된 비트 스트림 중 각각 하나의 스트림 씩을 입력 받아서 복소 데이터 신호로 변환한다.

한편, N개의 맵퍼(121 내지 129)에서 나온 N 개의 신호는 각각에 대응하는 N 개의 송신 안테나(131 내지 139)를 통하여 송신된다.

도 2는 본 발명에 적용되는 다중 입출력 통신 시스템에서의 수신단의 블록 구성도의 일 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 적용되는 다중 입출력 통신 시스템에서 수신단(200)은 V-BLAST 수신 검출기(210), N개의 디맵퍼(221 내지 229), 병렬/직렬 변환부(230)로 구성될 수 있다.

각 구성요소들을 살펴 보면, 상기 송신단(100)으로부터 전송된 복소 데이터 신호를 수신단(200)의 V-BLAST 수신 검출기(210)에서 수신하여 신호를 검출하는 역할을 한다.

그러면, 상기 V-BLAST 수신 검출기(210)에서 수신한 복소 데이터 신호는 N개의 디맵퍼(demapper)(221 내지 229)에서 각각 1개의 복소 신호를 입력받아 비트 정보로 변환하고, 병렬/직렬 변환부(230)에서 상기 N 개의 비트 스트림을 하나의 직렬 비트 스트림의 데이터로 변환한다.

좀 더 자세한 상술을 위하여 M 차원의 복소 수신 신호는 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서, V-BLAST 시스템에서

는 송신 안테나로부터 전송되는 송신 신호를 의미하고,

은 수신단의 안테나에서 발생하는 열잡음 벡터를 의미하며,

은 수신 안테나에서 수신하는 수신 신호를 의미한다.

한편,

개의 송신 안테나와

개의 수신 안테나로 V-BLAST 시스템이 구성될 경우, 구성된 채널 응답 행렬

는 하기의 수학식 2에 따라 채널 응답 행렬을 구성할 수 있다.

여기서,

은

로 구성된 채널 응답 행렬

의

번째 열 벡터를 의미한다.

한편, 상기 채널 응답 행렬

의

성분은

로 나타내며, 이는

번째 송신 안테나로부터

번째 수신 안테나로 신호 전송시의 채널 감쇄 계수를 나타내게 된다.

아울러, 수신단의 안테나에서 발생하는 열잡음 벡터

은 각 원소들이 상호 독립적이고, 평균이 0이고 분산이

인 정규 분포를 가진다고 가정하기로 한다.

한편,

라고 가정할 때, MMSE 등화기 필터 출력 행렬

는 수신 신호를 각각의 성분으로 분리하고, 이는 하기의 수학식 3으로 표현된다.

상기 수학식 3에서

는 행렬의 전치(transpose) 연산자를 의미하고,

는 채널 응답 행렬의 켤레 복소 전치(complex conjugate transpose) 연산을 의미한다.

상기 수학식 3에서

는

이고,

는 BPSK, 4QAM, 16QAM 등에서 사용되는 신호 점들의 집합에 있어서 신호 점들의 평균 에너지를 의미하고,

은 잡음 신호의 평균 에너지를 의미한다.

그리고,

는 상기 등화기 필터 출력 행렬

의

번째 행 벡터를 의미한다.

여기서, 본 발명에 따른 수신단의 V-BLAST 검출 수신기의 목적은 수신 복소 신호 벡터

을 받아서, 송신 데이터 신호

를 검출해 내는 것이다.

검출된 신호 벡터를

로 표기하기로 하고,

의

번째 원소는

로 표기하기로 한다.

여기서, 수신단의 V-BLAST 검출 수신기에서 순차적인 제거 기법에 따른 수신 신호 검출 알고리즘은 하기와 같다.

우선, 수신단의 V-BLAST 검출 수신기를 초기화한다.

이는 검출할 송신 데이터 신호를 정하기 위하여 송신 데이터 신호

의

를 1로 셋팅하고, 채널 응답 행렬을 초기화한다.

그 다음, 수신단에서 검출할 신호를 결정하여 이를 정렬한다. 기존의 수신 신호 검출 정렬 기법에서는 검출 정렬에 사용되는 척도인 평균 자승 에러 값이 가장 작은 값을 가지는 신호를 기준으로 검출할 신호를 정렬하고, 검출할 신호에 대한 정렬 순서의 인덱스 넘버

를 부여한다.

그 다음, 검출 순서의 정렬 순서에 따라 신호 검출을 위한 등화기 필터 출력 필터 의 계수값

을 결정한다.

상기 결정되는 필터의 계수값은 하기의 수학식 4와 같다.

상기 수학식에서

는 채널 응답 행렬을 의미하고,

는 BPSK, 4QAM, 16QAM 등에서 사용되는 신호 접들의 집합에 있어서 신호 점들의 평균 에너지를 의미하며,

는 노이즈의 평균 에너지를 의미하며,

는 켤레 복소수 전치 연산자를 의미한다.

상기의 수학식 4에 의하여 필터의 계수값을 결정한 다음, 상기 필터의 계수값

와 수신 신호

와의 내적을 통하여 인덱스 넘버

의 송신 신호

를 검출한다.

그 다음, 상기 수신 신호

에서 하기의 수학식 5에 의해 상기 검출된 신호

의 효과를 제거한다.

그리고, 검출할 신호 목록에서

를 삭제한다.

그런 다음, 채널 응답 행렬

에서

번째의 열벡터를 삭제하여 수신 신호를 순서대로 검출하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법의 흐름도이다.

우선, V-BLAST 검출 수신기를 이용한 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법에 있어서, 송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 상기 수신단에서 상기 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음의 분산 값을 연산한다(310 과정).

송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 수신단의 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 이는 검출할 송신 데이터 신호를 정하기 위하여 송신 데이터 신호

의

를 1로 셋팅하고, 채널 응답 행렬을 초기화한다.

그런 다음, 상기 수신단에서 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음들의 분산의 합

을 하기의 수학식 6에 따라 연산한다.

상기 수학식 6에서 좌측 항의

는 BPSK, 4QAM, 16QAM 등에서 사용되는 신호 점들의 집합에 있어서 신호 점들의 평균 에너지를 의미하고, 우측 항의

는 등화기 필터에 존재하는 잡음의 분산을 의미한다.

또한, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호의 분산의 계수는 등화기 필터의

번째 행 벡터

와

번재의 채널 응답 벡터

에 의해 연산된다.

그리고, 등화기 필터에 존재하는 잡음의 분산의 계수는 등화기 필터의

번째 행 벡터

의 놈(norm) 값에 의해 연산된다.

그 다음, 상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬한다(320 과정).

종래의 평균 자승 에러를 이용한 검출 신호의 정렬 순서는 채널 응답만을 고려한다는 한계가 있어 신호 검출의 성능에 한계가 존재하였으므로, 본 발명에서는 채널 행렬 및 수신 신호까지 검출 정렬에 이용하고, 연산량을 줄여 신호 검출 성능의 월등한 향상을 이룰 수 있다.

본 발명은 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호의 결정에 있어서, 수신 신 호의 검출 순서를 정렬하기 위하여 하기의 수학식 7에 따른 검출 정렬 척도를 연산한다.

상기 수학식 7에서

는 등화기 필터 출력 신호로 이루어진 벡터로,

가 수신되었을 때, 각 송신 안테나에서 전송된 신호가 실제로

일 확률을

에 대하여 연산하고, 그 확률이 가장 큰 것을 먼저 검출하는 것으로, 수신 신호의 검출 순서를 상기 확률 값에 의하여 결정한다.

여기서,

는 등화기 필터의

번째 출력 신호에 가장 가까운 신호 점으로 하기의 수학식 8을 통하여 얻어진다.

이는 다시 말해서, 상기 등화기 필터 출력 신호로 이루어진 벡터 중에서 입력 신호의 심볼 인덱스가

인

에 대하여 등화기 필터 출력 신호

중에서

번째 심볼 인덱스를 가지는 수신 신호

를 검출할 확률이 가장 큰 것을 먼저 검출하는 것으로 수신 신호의 검출 순서를 정렬한다.

상기 수학식 7은 하기의 수학식 8과 같이 구성할 수 있다.

상기 수학식 8에서, 등화기 필터 출력 신호

중에서

번째 심볼 인덱스를 가지는 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점

는 등화기 필터의 심볼 인덱스가

인 등화기 필터 출력 신호

와 BPSK, 4QAM 또는 16QAM등의 환경에서 사용되는 신호 점들의 집합을

라고 할 때, 상기

에 속하는 신호 점

와 상기 등화기 필터 출력 신호에 대한 상기 특정 심볼에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항

의 곱의 오차가 적은 값을 가지는 신호의 순서에 의하여 수신 신호의 검출 순서를 정렬한다.

이는 다시 말하면, 등화기 필터의 검출 정확도가 가장 높은 신호부터 수신 신호의 검출 순서를 정렬한다는 의미이다.

상기 수학식 8에 의하면, 검출 순서의 순서를 정확하게 정렬하기 위하여 높은 계산 복잡도가 요구되기 때문에 수식 근사화를 위하여 상기 수학식 8을 하기의 수학식 9에 의해 근사화할 수 있다.

상기 수학식 9는

를 연산하기 위하여 잡음들 간의 상관도를 고려하여야 하기 때문에 역행렬 연산을 필요로 하므로, 상당한 연산량을 필요로 하게 된다.

따라서, 본 발명은 하기의 수학식 10과 같이 근사화된 검출 정렬 기준을 생성한다.

상기 수학식 10에서 등화기 필터 출력 신호

에 존재하는 간섭 신호와 잡음들의 합이 정규 분포를 따른다고 가정하면, 상기

는 하기의 수학식 11에 의해 변형될 수 있다.

여기서, 연산 복잡도를 더욱 줄이기 위하여 상기 수학식 11에서 지수항 앞의

를 무시하면, 최종적으로 하기의 수학식 12에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 정렬 기준이 생성된다.

이는, 상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 것으로, 상기 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼에 따른 이웃 우도 총합이 작은 값을 가지는 신호의 순서에 따라 상기 수신 신호의 검출 순서

를 결정하는 것이다.

여기서, 상기 수신 신호의 검출 순서

는 상기 수학식 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기

번째 등화기 필터의 출력 신호가

이며, 상기

와 가장 가까운 신호 점이

이며, 상기

에 존재하는 간섭신호의 전력과 잡음 신호의 전력의 합이

이며,

는 상기 등화기 필터의 출력 신호에 대한 상기

번째 심볼에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항이라고 할 때, 상기의 수학식 12에 따라 결정될 수 있다.

한편, 상기 수학식 12는

를 제외한 신호 점에 대하여 모든 연산이 이루어져야 하므로, 아직 높은 연산 복잡도가 요구되기 때문에 하기의 수학식 13과 같이 근사화된 검출 정렬 기준을 생성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 검출 정렬 기준은 하기의 수학식 13에 의하여 결정될 수 있다.

상기 수학식 13은 미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼 중 상기 수신 신호의 상기 특정 심볼의 등화기 필터 출력 신호에 가장 가까운 심볼의 값을 기준으로 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되는 것을 수식화하고 있다.

한편, 수신 신호의 검출 순서

는 , 상기

번째 등화기 필터의 출력 신호가

이며, 상기

에 존재하는 간섭신호의 전력과 잡음 신호의 전력의 합이

이며,

는 상기 등화기 필터의 출력 신호에 대한 상기

번째 심볼에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항이고, 상기

와 가장 가까운 신호 점을

라 하고, 상기

을 제외한 신호 점들 중 상기

에 가장 가까운 신호 점을

라 하면,상기의 수학식 13에 따라 수신 신호의 검출 순서가 결정된다.

상기 수학식 13에 따라 단순화한 수신 신호의 검출 정렬 기법은 단순화한 이웃 우도 총합(Simplified Neighbor's Likelihood Sum:SNLS)으로 BPSK와 4QAM 변조 방식을 사용하는 시스템의 경우, SNLS 검출 정렬 기법은 보다 명확하게 표현될 수 있다.

BPSK의 경우 SNLS 검출 정렬 기법은 하기의 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.

하기 수학식 14에서

는 특정 심볼

의 등화기 필터 출력 신호가

의 위상을 의미한다.

또한, 4QAM 변조 방식을 적용할 경우, SNLS 검출 정렬 기법은 하기의 수학식 15에 의해 표현될 수 있다.

이와 같이, 전술한 등화기 필터는 MMSE 등화기 필터를 사용하는 시스템에 있어서, NLS 또는 SNLS 검출 정렬 기법의 실시 예에 따른 것이지만, 실질적으로 영 강압(Zero Forcing:ZF) 등화기 필터를 사용하는 시스템에 있어서도 무리없이 적용 할 수 있다.

여기서, ZF 등화기 필터를 사용하는 경우, 채널 응답의 효과가 완전히 사라지면서 데이터 신호 간의 간섭이 완전히 사라지기 때문에, 상기 수학식 12 내지 수학식 15의 검출 정렬 기법을 그대로 적용할 수 있다.

한편, 본 발명에서 제안한 검출 정렬 기법을 실수 체계 모델에 적용할 경우, 더 큰 성능의 향상을 기대할 수 있다.

실수 체계 모델을 그대로 적용할 경우, 상기 수학식 1에 따른 복소 신호 모델은 하기의 수학식 16에 따른 실수 체계 모델과 동일하다.

즉, 상기의 수학식 1의 입력 신호

개와 출력 신호

개를 가지는 복소 체계 다중 입출력 시스템은 상기 수학식 16의 실수 체계 다중 입출력 시스템에서 입력

개와 출력 신호

개와 수학적으로 동등하다.

이는 복소 체계 모델에서

개의 복소 데이터 신호를 순차적으로 검출하였지만, 실수 체계 모델에서는

개의 실수 데이터 신호를 순차적으로 검출해 낼 수 있다.

이는 상술한 도 1의

개의 맵퍼(121 내지 129)에서 그레이 맵핑(Gray Mapping)을 적용할 경우, 복소 데이터 신호의 실수부와 허수부가 서로 독립적으로 얻어지기 때문이다. 실수 체계 모델에서

개의 실수 데이터 신호를 V-BLAST 방식으로 순차적으로 검출할 경우, 본 발명에서 제안하는 검출 정렬 기법을 그대로 적용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법의 성능을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 그래프(410)는 공간 분할 다중화 시스템에서 종래의 평균 오차 제곱합(Mean Square Error:MSE)에 따른 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법의 BER 별 신호대 잡음비를 나타낸 것이고, 그래프(420)은 공간 분할 다중화 시스템에서 종래의 로그 우도율(Log Likelihood Ratio:LLR)에 따른 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법의 BER 별 신호대 잡음비를 나타낸 것이고, 그래프(430)은 공간 분할 다중화 시스템에서 본 발명의 일 실시예에 따른 NLS 기반의 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법의 BER 별 신호대 잡음비를 나타낸 것이며, 그래프(440)은 공간 분할 다중화 시스템에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 SNLS 기반의 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법의 BER 별 신호대 잡음비를 나타낸 것이다.

도 4에 의하면, 종래의 MSE(410) 및 LLR(420)에 따른 검출 신호 정렬을 이용한 공간 분할 다중화 시스템에 비해 본 발명에 따른 NLS 및 SNLS 기반의 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법이 동일 BER 에서 4 내지 5dB 정도의 SNR 비가 우수함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 V-BLAST 시스템을 이용한 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호 검출 정렬 순서를 결정함으로써 기존의 검출 정렬 기법들보다 연산량을 획기적으로 줄이고, 수신 신호의 검출 순서 정렬 과정에서 심볼 검출시 수신 신호를 고려함으로써 수신 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법은 컴퓨터에 의하여 소프트웨어로 인하여 저장될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 테이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, DVD±ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크(hard disk), 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변 형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

V-BLAST 검출 수신기를 이용한 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법에 있어서,

송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 상기 수신단에서 상기 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음의 분산 값을 연산하는 단계;

상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계; 및

상기 정렬된 수신 신호의 검출 순서에 따라 상기 수신 신호를 검출하는 단계를 포함하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계는

미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼에 따른 이웃 우도 총합이 작은 값을 가지는 신호의 순서에 따라 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 수신 신호의 검출 순서
는

상기 등화기 필터의 출력 신호 중 심볼 인덱스가
인 출력 신호가
이며, 상기
와 가장 가까운 신호 점이
이며, 상기
에 존재하는 간섭신호의 전력과 잡음 신호의 전력의 합이
이며,
는 상기 등화기 필터의 출력 신호에 대한 상기 심볼 인덱스
에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항이라고 할 때, 하기의 식 1에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.

(1)
제 1 항에 있어서,

상기 수신 신호의 검출 순서를 정렬하는 단계는

미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼 중 상기 수신 신호의 상기 특정 심볼의 등화기 필터 출력 신호에 가장 가까운 심볼의 값을 기준으로 상기 수신 신호의 검출 순서를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 수신 신호의 검출 순서
는

상기 등화기 필터의 출력 신호 중 심볼 인덱스가
인 출력 신호가
이며, 상기
에 존재하는 간섭신호의 전력과 잡음 신호의 전력의 합이
이며,
는 상기 등화기 필터의 출력 신호에 대한 상기 심볼 인덱스
에 해당되는 수신 신호의 바이어스 항이고, 상기
와 가장 가까운 신호 점을
라 하고, 상기
을 제외한 신호 점들 중 상기
에 가장 가까운 신호 점을
라 하면, 하기의 식 2에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.

(2)
제 1 항에 있어서,

상기 수신단은

수신 신호의 수신 신호 벡터값과 상기 송신단의 안테나 수와 상기 수신단의 안테나 수에 의해 결정되는 채널 응답 행렬값이 이미 입력된 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 간섭 신호와 잡음의 분산 값은 정규 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법
제 1 항에 있어서,

상기 송신단에서 전송되는 신호는 BPSK, 4QAM 또는 16QAM에 의해 직교 진폭 변조된 신호인 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬 방법.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 V-BLAST 검출 수신기에서 공간 분할 다중화에서의 수신 신호 정렬을 수행하는 프로그램이 기록되어 있고, 상기 프로그램은,

송신단에서 전송하고자 하는 데이터가 수신단에 수신되면, 상기 수신단에서 상기 V-BLAST 검출 수신기를 초기화하고, 등화기 필터에 존재하는 간섭 신호와 잡음의 분산 값을 연산하도록 하는 코드;

상기 수신단에서 검출하고자 하는 수신 신호를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호의 이웃 우도 총합(Neighbor's Likelihood Sum:NLS)의 크기에 따라 수신 신호의 검출 순서를 정렬하도록 하는 검출 순서 정렬 코드; 및

상기 정렬된 수신 신호의 검출 순서에 따라 상기 수신 신호를 검출하도록 하는 코드를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
제 9 항에 있어서,

상기 검출 순서 정렬 코드는

미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼에 따른 이웃 우도 총합이 작은 값을 가지는 신호의 순서에 따라 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
제 9 항에 있어서,

상기 검출 순서 정렬 코드는

미리 정해진 변조에 따른 기준 신호 점의 특정 심볼을 제외한 이웃 심볼 중 상기 수신 신호의 상기 특정 심볼의 등화기 필터 출력 신호에 가장 가까운 심볼의 값을 기준으로 상기 수신 신호의 검출 순서가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
제 9 항에 있어서,

상기 수신단은

수신 신호의 수신 신호 벡터값과 상기 송신단의 안테나 수와 상기 수신단의 안테나 수에 의해 결정되는 채널 응답 행렬값이 이미 입력된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
제 9 항에 있어서,

상기 간섭 신호와 잡음의 분산 값은 정규 분포를 형성하는 것을 특징으로 하 는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
제 9 항에 있어서,

상기 송신단에서 전송되는 신호는 BPSK, 4QAM 또는 16QAM에 의해 직교 진폭 변조된 신호인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.