KR101034882B1 - Apparatus and metnod for receiving efficiently a signal for MIMO-OFDM system according to channel condition - Google Patents
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Abstract
본 발명에서의 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 장치는 수신되는 각 부반송파의 채널 상태를 조사하는 채널 상태 조사부; 및 상기 조사된 채널 상태에 따라, 복잡도 및 신호 검출 성능을 기준으로 나열한 부반송파 순번 중에서 상기 채널 상태가 양호한 일정 순번 이하일 경우에 ordered DFE(Decision Feedback Equalization) 방식으로 신호를 검출하고, 상기 채널 상태가 양호하지 않은 상기 일정 순번 이상일 경우에 QRD-M 방식으로 신호를 검출하는 신호 검출부를 포함함으로써, 채널의 상태에 따라 신호 검출 기법을 달리하므로, 비슷한 성능을 갖으면서도 신호 검출의 복잡도는 60%이상 줄일 수 있어 시스템 제작에 있어서 효율성을 증대시킬 수 있도록 한다.
In accordance with an aspect of the present invention, an apparatus for receiving a MIMO-OFDM signal includes a channel state investigator for investigating a channel state of each received subcarrier; And detecting a signal using an ordered decision feedback equalization (DFE) method when the channel state is less than or equal to a predetermined sequence number among subcarrier sequences listed based on complexity and signal detection performance according to the investigated channel state, and the channel state is good. By including a signal detection unit that detects a signal in the QRD-M method when the predetermined sequence number or more is not, the signal detection technique is changed according to the state of the channel, so that the complexity of signal detection can be reduced by more than 60% while having similar performance. To increase the efficiency in system fabrication.
Description
본 발명은 다중 송수신 전송에서의 신호 검출에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신호 검출의 성능을 그대로 유지하면서도 복잡도를 상당히 감소시키는 신호 검출기법에 관한 것이다. The present invention relates to signal detection in multiple transmission and reception, and more particularly, to a signal detector method that significantly reduces the complexity while maintaining the performance of signal detection.
최근 무선 통신 환경에서 고속 데이터 전송이 요구되면서 MIMO-OFDM 관심이 늘어나고 있다. 이에 따라 MIMO-OFDM 신호 검출 기법도 많이 연구되어 지고 있는 중이다. 하지만 최적의 성능을 가지는 maximum likelihood detection (MLD)는 송신안테나와 변조 방식의 레벨이 늘어날수록 복잡도는 지수적으로 증가한다. 이를 보완하기 위해 성능은 MLD에 근접하면서, 계산양은 MLD에 비해 작은 QRD-M이 연구되어 오고 있다. 하지만 QRD-M도 복잡도가 높아 현실적으로 사용하기에 비용이 많이 든다.Recently, as high-speed data transmission is required in a wireless communication environment, interest in MIMO-OFDM is increasing. Accordingly, many MIMO-OFDM signal detection techniques have been studied. However, the maximum likelihood detection (MLD) with optimal performance increases exponentially with increasing levels of transmit antennas and modulation schemes. To compensate for this, QRD-M has been studied, whose performance is close to MLD, and whose calculation amount is smaller than that of MLD. However, QRD-M is also complicated and expensive to use in reality.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나 시스템 직교 주파수 분할 다중 변조 (Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하 ‘MIMO-OFDM'이라고 함) 방식을 사용하는 디지털 통신 시스템 방법에 관한 것으로 채널의 상태에 따라서 검출 기법을 달리해 신호를 검출해 내서 복잡도를 줄이는 방법에 관한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention relates to a digital communication system method using a multiple input multiple output orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as 'MIMO-OFDM') method of a multi-antenna system. The present invention relates to a method of reducing complexity by detecting signals using different detection techniques.
상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 장치는 수신되는 각 부반송파의 채널 상태를 조사하는 채널 상태 조사부; 및 상기 검사된 채널 상태에 따라, 상기 채널 상태가 소정 기준보다 양호한 경우에 ordered DFE(Decision Feedback Equalization) 방식으로 신호를 검출하고, 상기 채널 상태가 소정 기준보다 양호하지 않은 경우에 QRD-M 방식으로 신호를 검출하는 신호 검출부를 포함한다.In order to achieve the above object, the apparatus for receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state according to the present invention includes a channel state investigator for examining a channel state of each received subcarrier; And detecting a signal in an ordered decision feedback equalization (DFE) method when the channel state is better than a predetermined criterion according to the checked channel state, and performing a QRD-M method when the channel state is not better than a predetermined criterion. And a signal detector for detecting a signal.
상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 방법은 수신되는 각 부반송파의 채널 상태를 조사하는 단계; 및 상기 조사된 채널 상태에 따라, 상기 채널 상태가 소정 기준보다 양호한 경우에 ordered DFE(Decision Feedback Equalization) 방식으로 신호를 검출하고, 상기 채널 상태가 소정 기준보다 양호하지 않은 경우에 QRD-M 방식으로 신호를 검출하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, a method for receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state includes: examining a channel state of each received subcarrier; And detecting a signal in an ordered decision feedback equalization (DFE) method when the channel state is better than a predetermined criterion according to the irradiated channel state, and performing a QRD-M method when the channel state is not better than a predetermined criterion. Detecting the signal.
본 발명은 채널의 상태에 따라 신호 검출 기법을 달리해 검출함으로써, 기존의 MIMO-OFDM 시스템에서의 최적의 신호 검출 기법에 비해, 약간의 성능 손실은 있지만 복잡도는 상당히 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 다중 송수신 전송에서 최적의 성능을 내는 신호 검출방법은 복잡도가 높아 비용이 많이 들었지만 본 발명에 따르면, 채널의 상태에 따라 신호 검출 기법을 달리해 검출하면 비슷한 성능에 복잡도는 60%이상 줄일 수 있어 MIMO-OFDM 시스템 제작에 있어서 비용적인 면에서 효율적이다.According to the present invention, by detecting different signal detection schemes according to channel conditions, compared to an optimal signal detection scheme in a conventional MIMO-OFDM system, the present invention can reduce the complexity and reduce the complexity considerably. In other words, the signal detection method for optimal performance in multiple transmission and reception has a high complexity and high cost, but according to the present invention, if the signal detection technique is detected by different channel conditions, the complexity can be reduced by more than 60% in similar performance. It is cost effective in producing MIMO-OFDM system.
이하, 본 발명에 의한 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an apparatus for receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 장치를 포함하는 MIMO-OFDM 송수신 시스템을 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Nt 개의 송신 안테나를 갖는 MIMO-OFDM 송신기와 Nr개의 수신안테나를 갖는 MIMO-OFDM 수신기를 구비한다. MIMO-OFDM 송신기의 구성요소에 해당하는 모듈레이터(10), 직/병렬 변환기(20), 복수의 IFFT(30) 및 복수의 디지털/아날로그 변환기(40)는 송신기의 일반적인 구성요소에 해당하므로, 상세한 설명을 생략한다. 한편, MIMO-OFDM 수신기의 구성요소에 해당하는 복수의 아날로그/디지털 변환기(50), 복수의 FFT(60), 병/직렬 변환기(90) 및 디모듈레이터(100)는 수신기의 일반적인 구성요소 에 해당하므로, 상세한 설명을 생략한다. 다만, 본 발명에서 특징이 되는 부분은 MIMO-OFDM 수신기의 채널 상태 조사부(70) 및 신호 검출부(80)로서 이하에서는 이 두 구성요소를 중심으로 상세히 설명한다.1 is a block diagram illustrating a MIMO-OFDM transmission / reception system including an apparatus for receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state according to the present invention. As shown in FIG. 1, a MIMO-OFDM transmitter having N t transmit antennas and a MIMO-OFDM receiver having N r receive antennas are provided. The
하나의 OFDM 심볼의 부반송파를 K라 하고 전송되는 데이터를 X라고 한다면, m번째 송신 안테나에서 전송되는 OFDM 심볼은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.If the subcarrier of one OFDM symbol is referred to as K and the transmitted data is X, the OFDM symbol transmitted from the mth transmission antenna may be represented by
OFDM 심볼은 Nt개의 송신안테나에서 서로 다른 데이터들이 동시에 전송된다. 이때 수신단에서 받은 K개의 부반송파 신호중에 k번째 부반송파 신호는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In OFDM symbol, different data are simultaneously transmitted in N t antennas. In this case, the k-th subcarrier signal among the K subcarrier signals received by the receiver may be represented by
여기서 j,i는 송신,수신 안테나 기호를 나타내고, Xk, Yk, Nk는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Here, j, i represents the transmit and receive antenna symbols, and X k , Y k , and N k can be represented by
여기서 Xk는 Nt*1크기를 가지는 송신안테나에서 전송되는 송신 심볼, Yk는 Nr*1의 수신단에서 받은 수신심볼, Nk는 Nr*1의 가우시안 형태를 가지는 잡음의 벡터이다.X k is a transmission symbol transmitted in a transmission antenna having a size of N t * 1, Y k is a reception symbol received at a receiving end of N r * 1, and N k is a vector of noise having a Gaussian form of N r * 1.
한편, 수학식 2에서의 Hk는 아래의 수학식 4의 행렬로 나타낼 수 있다.Meanwhile, H k in
여기서 Hk는 Nr*Nt의 크기를 갖는다. Hi,j는 j번째 송신 안테나에서 i번째 수신 안테나 사이의 채널 상태를 나타내며, Hi,j는 다중경로 채널을 통과한다고 가정한다.Where H k has the size of N r * N t . H i, j represents the channel state between the j th transmit antenna and the i th receive antenna, and it is assumed that H i, j passes through the multipath channel.
본 발명에서 신호검출을 설명하기에 앞서서, 시간 및 주파수 동기와 채널 추정은 최적이라고 가정을 하고, 수신단에서 신호 검출은 각 부반송파 마다 수행된다고 가정한다. Prior to the description of the signal detection in the present invention, it is assumed that time and frequency synchronization and channel estimation are optimal, and it is assumed that signal detection at the receiver is performed for each subcarrier.
채널 상태 조사부(70)는 Nr개의 수신안테나를 통해 수신되는 각 부반송파의 채널 상태를 조사하고, 조사한 결과를 신호 검출부(80)로 출력한다. 이때, 채널 상 태 조사부(70)는 사후 신호대잡음비(Post SNR)를 사용하여 채널 상태를 조사한다. Post SNR은 아래의 수학식 5로 나타낼 수 있다.The channel
여기서, 은 i번째 부반송파의 송신 파워를 의미 하고, G(i)는 Moore-Penrose pseudo-inverse 행렬을 의미하고, σ2 는 노이즈 분산값을 의미한다. Moore-Penrose pseudo-inverse 행렬은 아래의 두 수학식 6 및 7의 행렬로 나타낼 수 있는데, 수학식 6은 잡음이 고려가 되지 않은 zero-forcing 방식을 나타내고, 수학식 7은 잡음이 고려되지 않은 minimum mean square error(MMSE) 방식을 나타낸다. here, Denotes the transmit power of the i-th subcarrier, G (i) denotes a Moore-Penrose pseudo-inverse matrix, and σ 2 denotes a noise variance value. The Moore-Penrose pseudo-inverse matrix can be represented by the following two equations (6) and (7), where equation 6 represents a zero-forcing method where noise is not considered, and equation 7 represents a minimum where noise is not considered. Mean square error (MMSE) method.
채널의 상태를 판단하는 수학식 5에서 송신신호의 파워는 전체 파워를 1로 해서 보내기 때문에 post SNR에 미치는 영향은 아주 적다. post SNR에 미치는 영향 은 대부분 수학식 6과 7에서 구한 Moore-Penrose pseudo-inverse 행렬의 파워 값 이다. 만약 값이 크게 되면, post SNR이 작게 되어 채널의 상태가 좋지 않다고 판단이 되고, 반대로 값이 작게 되면 post SNR이 크게되어 채널의 상태가 좋다고 판단이 된다. 따라서 모든 부판송파 각각에 대해 수학식 6과 7 중 하나를 선택해 를 구하게 된다. 를 구한 후 작은 값부터 큰 값 순서대로 정렬을 하게 된다. 정렬된 부반송파의 인덱스는 아래의 수학식 8으로 표현할 수 있다.In
여기서 l1는 의 값이 가장 작은 부반송파의 인덱스를 뜻하고, lK는 의 값이 가장 큰 부반송파의 인덱스를 뜻다. Where l 1 is Is the index of the subcarrier with the smallest value, and l K is Is the index of the largest subcarrier.
신호 검출부(80)는 채널 상태 조사부(70)에서 조사된 채널 상태에 따라, 채널 상태가 소정 기준보다 양호한 경우에 ordered DEF(ordered Decision Feedback equalization) 방식으로 신호를 검출하고, 채널 상태가 소정 기준보다 양호하지 않은 경우에 QRD-M 방식으로 신호를 검출한다. 검출된 신호는 병/직렬 변환기(90)로 출력된다. 여기서 소정 기준은 미리 정해진 S값을 의미하는 것으로, 이 S 값은 전체의 부반송파 개수중에서 복잡도가 낮고, 성능은 좋지 않은 신호 검출 방식을 선 택하는 수이다. 예를 들어, 한 개의 OFDM 심볼에서 전체의 부반송파가 64개일 때 S의 값이 32이면 수학식 8에서 정렬된 부반송파 인덱스중에서 l1부터 l32까지는 복잡도가 낮고, 성능이 좋지 않은 신호검출 방식에 따라 신호를 검출하고, 정렬된 부반송파 인덱스중에서 l33부터 l64까지는 복잡도가 높고, 성능이 좋은 신호검출 방식에 따라 신호를 검출한다. The
ordered DFE 방식은 각 부반송파 마다 수학식 6 또는 7에서 구한 Moore-Penrose pseudo-inverse 행렬에서 각 행마다의 파워를 구한다. 각 행의 파워를 작은 순서대로 정렬을 하고 그 행에 해당하는 인덱스를 아래의 식과 같이 저장한다. The ordered DFE method calculates the power of each row in the Moore-Penrose pseudo-inverse matrix obtained by Equations 6 or 7 for each subcarrier. The power of each row is sorted in small order and the index corresponding to the row is stored as shown below.
여기서 P1의 값이 가장 채널의 상태가 좋은 경우이고 PNt의 값이 채널의 상태가 나쁜 경우이다. In this case, the value of P 1 is the best state of the channel and the value of P Nt is the state of bad channel.
이 값에 따라서 원래의 채널 수학식 4를 아래의 수학식 10과 같이 정렬할 수 있고, 그 행렬을 라고 한다. According to this value, the
수학식 10에서 나타낸 채널의 행렬을 아래의 식과 같이 QR 분해를 통해서 분해를 한다.The matrix of the channel shown in
여기서 는 정규직교 행렬 이고 인 성질을 만족한다. 은 상 삼각행렬이다. 수학식 2에 수학식 11에서 분해된 채널의 형태를 대입하고 양변에 을 곱하면 아래와 같이 표현을 할 수 있다. 는 행렬의 conjugate transpose 행렬이다.here Is orthonormal matrix Satisfies the nature of phosphorus. Is a phase triangular matrix. Substituting the shape of the channel decomposed in Equation 11 into
여기서 은 역시 가우시안 분포를 가지는 백터가 된다. 그리고 보낸 신호의 추정은 아래의 수학식 13과 같다.here Also becomes a vector with Gaussian distribution. The estimation of the sent signal is shown in Equation 13 below.
여기서 추정된 신호는 에 의해서 재 정렬되었으므로 아래의 수학식 14를 통해서 다시 정렬을 하게 된다.The estimated signal here Since it is rearranged by Equation 14 is to be rearranged again.
여기서 재 정렬된 신호가 송신 안테나에서 보낸 신호로 추정되게 된다.Here, the rearranged signal is assumed to be a signal sent from the transmitting antenna.
QRD-M 방식은 수학식 12에서부터 시작하게 된다. QRD-M 기법은 M 알고리즘을 기반으로 한 기법이다. 각 단계에서 확장된 path metric 값 중에서 신뢰도가 높은값, 즉 Euclidean distance 값이 작은 값 path들을 선택하고, 나머지 가능성이 없다고 판단되어진 path들은 고려하지 않는 방법이다. QRD-M의 처음 단계의 path metric 계산은 아래의 수학식 15와 같이 계산되어진다.QRD-M method will start from the equation (12). The QRD-M technique is based on the M algorithm. Each path selects paths with high reliability from the extended path metric values, that is, with small Euclidean distance values, and does not consider paths determined to be unlikely. The path metric calculation of the first step of the QRD-M is calculated as in
여기서 는 송신신호의 모든 가능한 성상도를 나타낸다. 만약 송신신호가 QPSK 로 변조 했을 경우 4가지의 모든 가능한 값 들을 나타내게 된다. 수학식 15에서 구한 값들 중에서 우리는 M개의 작은 값들을 남기고 나머지 값 들은 버리게 된다. 다음 단계의 path metric 계산은 아래의 수학식 16과 같이 계산되어진다.here Represents all possible constellations of the transmitted signal. If the transmitted signal is modulated with QPSK, all four possible values are displayed. Among the values obtained in
여기서 의 값은 전 단계에서 남겨진 성상도의 값을 나타낸다. 수학식 16에서의 path metric 값은 M*(성상도 크기)의 metric으로 확장이 되고, 여기서도 작은 값을 가지는 metric중 M 개만 남기고 나머지는 모두 버리게 된다. 계속 위와 같은 방식으로 아래와 같은 일반적인 수학식 17로 path metric 값을 구하게 된다.here The value of represents the constellation value left in the previous step. The path metric value in
마지막 단계에서는 가장 작은 metric을 선택해 이제까지 남겨진 성상도의 값을 송신 신호로 추정을 하게 된다. 도 2 는 QRD-M 추정 방법을 나타낸 도면으로, 도 2에서는 QPSK변조, 송신안테나 수는 4개 , M=2 일 때의 추정방법을 표현한다. In the final step, the smallest metric is selected to estimate the remaining constellation values as the transmission signal. FIG. 2 is a diagram illustrating a QRD-M estimation method. In FIG. 2, an estimation method when QPSK modulation, four transmission antennas and M = 2 is shown.
한편, 본 발명에서는 MIMO(Multiple-input Multiple-output) 시스템에서 실시간으로 변하고 있는 채널의 상태를 추정하여 각 layer에서 survivor path들의 개수인, M을 효율적으로 조절하는 Adaptive QR decomposition and M-algorithm (이하:‘Adaptive QRD-M’이라 함)을 사용할 수 있다. 채널상태와 상관없이 고정된 M을 사용하는 QRD-M 기법은 MLD(maximum-likelihood detection)의 성능에 근접하기 위해 correct path를 놓치지 않기 위한 큰 값의 M을 사용하여야 하므로, 큰 계산양이 요구된다. 이를 보완하기 위해 채널 행렬의 성분을 이용하여 채널 상태를 추정하여, M을 적절히 조절하는 기법이 제안되었으나 매 프레임에서 변하고 있는 채널 이득 성분만을 이용할 뿐 매 순간 바뀌고 있는 수신 잡음에 대한 정보를 이용하지 못하는 단점을 가진다. 본 발명에서는 잡음 전력 값을 측정하지 않고서도 채널 이득뿐 아니라 순간적인 수신 잡음에 대한 정보까지 모두 반영하여, M을 더욱더 효율적으로 조절하는 QRD-M 기법을 제안한다. 채널환경이 좋은 경우에는 그렇지 못한 경우에 비해, 가장 작은 path metric 값이 다른 path의 metric 값들에 비해 확연히 작다는 사실을 이용하여, 가장 작은 값을 가지는 두 path metric의 비(ratio)를 채널상태를 추정하도록 하였다. 제안된 기법은 M을 적절하게 조절하므로 MLD에 근접하는 최적의 성능을 가지면서, 기존의 QRD-M 기법에 비해 계산양은 확연히 감소 시킨다. Meanwhile, in the present invention, an adaptive QR decomposition and M-algorithm (hereinafter, referred to as M-algorithm) that efficiently adjusts M, the number of survivor paths in each layer, is estimated by estimating the state of a channel changing in real time in a multiple-input multiple-output (MIMO) system. ('Adaptive QRD-M') can be used. QRD-M using fixed M irrespective of channel conditions requires a large amount of M, because it must use a large value M to not miss the correct path in order to approach the performance of maximum-likelihood detection (MLD). . To compensate for this, a technique for properly adjusting M by estimating the channel state by using the components of the channel matrix has been proposed, but only using the channel gain component that changes in every frame, it is impossible to use the information about the received noise that is changing every moment. Has its drawbacks. The present invention proposes a QRD-M technique that more efficiently adjusts M by reflecting not only channel gain but also information on instantaneous received noise without measuring noise power. If the channel environment is good, the ratio of the two path metrics having the smallest value is determined by taking advantage of the fact that the smallest path metric value is significantly smaller than the other path metric values. It was estimated. Since the proposed method adjusts M appropriately, it has an optimal performance close to the MLD and significantly reduces the amount of computation compared to the conventional QRD-M method.
Adaptive QRD-M의 동작하는 방식은 QRD-M과 비슷하지만 수학식 8에서 구해진 채널의 상태를 이용해 채널이 좋을 경우는 M값을 적게 할당하고, 채널이 안 좋을 경우에는 M 값을 많이 할당하는 방식을 사용한다. 따라서 수학식 8에서 구해진 채널의 상태에 따라 채널을 재 정렬 할때 ordered DFE는 수학식 채널의 상태가 수학식 9처럼 정렬되었지만 Adaptive QRD-M을 사용 할 경우에는 아래의 수학식 18과 같이 채널의 상태를 정렬하게 된다.Adaptive QRD-M operates in a similar way to QRD-M, but uses the channel state obtained in
여기서 마지막 열의 채널의 상태는 안 좋은 상태를 뜻하므로 M 값을 크게 반대로 첫 번째 열의 채널의 상태는 좋은 경우이기 때문에 M 값을 작게 하여 복잡도를 QRD-M과 비교해 줄일 수 있다.In this case, the state of the channel in the last column indicates a bad state, so the value of M is largely reversed, and the state of the channel in the first column is a good case. Therefore, by reducing the value of M, the complexity can be reduced compared to QRD-M.
도 3은 기존의 신호 검출방식과 본 발명에 적용된 방식의 복잡도를 나타낸다. 복잡도를 계산할 때 덧셈의 계산은 하드웨어 적으로 구현하기 쉽기 때문에 고려를 하지 않았고, 곱하기 연산만 고려하였다. 허수끼리의 한번의 곱은 실수와 실수의 곱하기 4번과 같다고 하였다. 또한, 송신 안테나, 수신안테나 숫자는 4이고, 변조기법을 16 QAM을 사용하고, 본 발명에 적용된 방식에 Adaptive QRD-M의 남겨진 각각의 단계에 남겨진 숫자는 16,8,4 이고 QRD-M의 남겨진 M은 모든 단계에서 16개이다. 만약 부반송파 64이고 S가 32이면 64개중 32개의 부반송파에 해당하는 신호는 ordered DFE 방식으로 신호를 검출하게 되고 나머지는 adaptive QRD-M을 사용하여 신호를 검출한다. 즉, 2개의 신호를 검출하는데 본 발명에서는 하나의 ordered DFE 방식과 Adaptive QRD-M 방식을 사용하여 검출을 하는데, 이때의 복잡도는 7360+872=8232 이고 2개의 신호 모두 QRD-M을 이용하여 검출 했을 경우에는 24832 번의 복잡도를 가지게 되므로, 본 발명에 의해 복잡도는 약 67%정도 줄게 되고, 모든 64개 부반송파 모두 검출했을 경우에는 83%의 복잡도가 감소하게 된다.3 shows the complexity of the conventional signal detection method and the method applied to the present invention. When calculating the complexity, the addition calculation is not considered because it is easy to implement in hardware. Only the multiplication operation is considered. One product of imaginary numbers is equal to four times real and real. In addition, the transmit antenna, the receive antenna number is 4, the modulation technique uses 16 QAM, and the number left in each step left of the Adaptive QRD-M in the scheme applied to the present invention is 16,8,4 and the number of QRD-M There are 16 M left in all stages. If the
도 4부터 6까지는 본 발명에 따른 성능 비교 그래프이다. 모의 실험에서 시간 및 주파수 동기와 채널 추정은 완벽하다고 가정하였다.4 to 6 is a performance comparison graph according to the present invention. The simulations assume that time and frequency synchronization and channel estimation are perfect.
도 4는 QRD-M과 adaptive QRD-M의 비트 에러 비율을 비교한 도면이다. QRD-M의 복잡도는 1.5배 높지만 비트 에러 비율이 10-5에서 약 1 [dB] 차이밖에 나지 않는다.4 is a diagram comparing bit error rates of QRD-M and adaptive QRD-M. The complexity of the QRD-M is 1.5 times higher, but the bit error rate is only about 1 [dB] difference from 10 -5 .
도 5는 S값이 변하면서 비트 에러 비율이 얼마나 차이가 나는지를 보여주는 그래프이다. S가 부반송파/2 일때가지 거의 성능의 차이가 나지 않는다는 것을 알 수가 있다.5 is a graph showing how the bit error rate differs as the S value changes. It can be seen that there is almost no difference in performance until S is subcarrier / 2.
도 6은 S값이 부반송파/2로 고정이 되어있고 adaptive QRD-M에서 남겨진 M의 숫자가 변하는 상황에서의 성능 그래프를 보여주고 있다. 남겨진 M의 숫자가 16,8,4일때 복잡도는 83%가 줄지만 성능의 차이는 비트에러 비율이 10-5에서 약 0.5 [dB] 차이가 나는 것을 알 수가 있다. 복잡도가 많이 줄지만 성능은 크게 차이가 나지 않는다는 것을 알 수가 있다.FIG. 6 shows a performance graph when the S value is fixed to subcarrier / 2 and the number of Ms left in adaptive QRD-M changes. When the number of Ms left is 16, 8, and 4, the complexity decreases by 83%, but the difference in performance is that the bit error rate is about 0.5 [dB] from 10 -5 . You can see that the complexity is much lower but the performance is not significantly different.
이하, 본 발명에 의한 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 7은 본 발명에 따른 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 방법를 설명하기 위한 일 실시예의 플로차트이다. 7 is a flowchart of an embodiment for explaining a method of receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state according to the present invention.
먼저, 수신되는 각 부반송파의 채널 상태를 조사한다(제200 단계).First, the channel state of each received subcarrier is examined (step 200).
채널 상태의 조사는 사후 신호대잡음비(Post SNR)를 사용하여 조사한다. 사후 신호대잡음비(Post SNR)는 전술한 수학식 5를 사용하여 구한다. 채널의 상태를 판단하는 수학식 5에서 송신신호의 파워는 전체 파워를 1로 해서 보내기 때문에 Post SNR에 미치는 영향은 대부분 수학식 6과 7에서 구한 Moore-Penrose pseudo-inverse 행렬의 파워 값 이다. 따라서 모든 부판송파 각각에 대해 수학식 6과 7 중 하나를 선택해 를 구하게 된다. 를 구한 후 작은 값부터 큰 값 순서대로 정렬을 하게 된다.Investigation of channel conditions is carried out using Post SNR. The post signal to noise ratio (Post SNR) is obtained using
제200 단계 후에, 조사된 채널 상태에 따라, 채널 상태가 소정 기준보다 양호한 경우에 ordered DFE(Decision Feedback Equalization) 방식으로 신호를 검출하고, 채널 상태가 소정 기준보다 양호하지 않은 경우에 QRD-M 방식으로 신호를 검출한다(제202 단계). 특히, 채널 상태가 양호한 경우에는 M값을 작게 할당하고, 채널 상태가 양호하지 않은 경우에는 M값을 크게 할당한다. 여기서 소정 기준은 미리 정해진 S값을 의미하는 것으로, 이 S 값은 전체의 부반송파 개수중에서 복잡도가 낮고, 성능은 좋지 않은 신호 검출 방식을 선택하는 수이다. 예를 들어, 한 개의 OFDM 심볼에서 전체의 부반송파가 64개일 때 S의 값이 32이면 수학식 8에서 정렬된 부반송파 인덱스중에서 l1부터 l32까지는 복잡도가 낮고, 성능이 좋지 않은 신호검출 방식에 따라 신호를 검출하고, 정렬된 부반송파 인덱스중에서 l33부터 l64까지는 복잡도가 높고, 성능이 좋은 신호검출 방식에 따라 신호를 검출한다. ordered DFE(Decision Feedback Equalization) 방식, QRD-M 방식 및 Adaptive QRD-M 방식은 전술한 바와 같으므로, 상세한 설명은 생략한다.After
한편, 상술한 본 발명의 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 방법은 컴퓨터에서 읽을 수 있는 코드/명령들(instructions)/프로그램으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 코드/명령들/프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크, 마그네틱 테이프 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드를 내장하는 매체(들)로서 구현되어, 네트워크를 통해 연결된 다수개의 컴퓨터 시스템들이 분배되어 처리 동작하도록 할 수 있다. 본 발명을 실현하는 기능적인 프로그램들, 코드들 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 쉽게 추론될 수 있다.Meanwhile, the above-described method for receiving a MIMO-OFDM signal according to a channel state of the present invention may be implemented by computer-readable codes / instructions / programs. For example, it may be implemented in a general-purpose digital computer for operating the code / instructions / program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, magnetic tape, etc.), an optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) and a carrier wave (eg Storage media, such as through the Internet). In addition, embodiments of the present invention may be implemented as a medium (s) containing computer readable code, such that a plurality of computer systems connected through a network may be distributed and processed. Functional programs, codes and code segments for realizing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
이러한 본원 발명인 채널 상태에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 장치 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The apparatus and method for receiving a MIMO-OFDM signal according to the channel state of the present invention have been described with reference to the embodiment shown in the drawings for clarity, but this is merely an example, and those skilled in the art will appreciate It will be understood that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 장치를 포함하는 MIMO-OFDM 송수신 시스템을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a MIMO-OFDM transmission and reception system including an apparatus for receiving a MIMO-OFDM signal according to the present invention.
도 2 는 QRD-M 추정 방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a QRD-M estimation method.
도 3은 기존의 신호 검출방식과 본 발명에 적용된 방식의 복잡도를 비교한 표이다.3 is a table comparing the complexity of the conventional signal detection method and the method applied to the present invention.
도 4 는 QRD-M과 Adaptive QRD-M의 성능을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating the performance of QRD-M and Adaptive QRD-M.
도 5 는 S의 값을 달리하면서 QRD-M과 발명의 신호추정 기법을 비교한 도면이다.5 is a diagram comparing QRD-M and the signal estimation technique of the present invention with different values of S. FIG.
도 6 은 S를 부반송파/2 로 고정하고 Adaptive QRD-M에서 각 단계마다 M값을 변화시켜 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view showing fixed S as a subcarrier / 2 and changing M value for each step in Adaptive QRD-M.
도 7은 본 발명에 따른 MIMO-OFDM 신호 수신 방법를 설명하기 위한 일 실시예의 플로차트이다. 7 is a flowchart of an embodiment for explaining a method of receiving a MIMO-OFDM signal according to the present invention.
Claims (8)
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KR101484863B1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-01-22 | 세종대학교산학협력단 | Adaptive signal detection method based on channel condition in MIMO-OFDM system and apparatus thereof |
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