KR101076228B1 - Apparauts and method for list sphere decoding in mobile communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신시스템에 관한 것으로, 특히, 이동통신시스템에서 수신기의 복잡도가 감소된 리스트 스피어 디코딩(List Sphere Decoding : LSD)을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명에 따른 이동통신시스템에서 수신기의 리스트 스피어 디코딩(LSD)을 위한 방법은, 송신기로부터 입력된 심볼 벡터 집합의 비용함수에 근거하여 제1 포인트 및 초기 검색 반경의 마진 비율을 계산한 후, 상기 계산된 마진 비율을 고려하여 상기 초기 검색 반경을 설정하는 과정과, 상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행하는 과정을 포함한다.The present invention relates to a mobile communication system, and more particularly, to a method and apparatus for List Sphere Decoding (LSD) in which the complexity of a receiver is reduced in a mobile communication system.
In addition, in the mobile communication system according to the present invention, a method for decoding a list sphere (LSD) of a receiver is calculated based on a cost function of a set of symbol vectors input from a transmitter, and then calculates a margin ratio of a first point and an initial search radius. And setting the initial search radius in consideration of the calculated margin ratio, and performing LSD on symbols included in the set initial search radius.
Description
본 발명은 이동통신시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신시스템에서 수신기의 복잡도가 감소된 리스트 스피어 디코딩(List Sphere Decoding : LSD)을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a mobile communication system, and more particularly, to an apparatus and a method for List Sphere Decoding (LSD) in which a complexity of a receiver is reduced in a mobile communication system.
다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)을 이용하는 MIMO 통신시스템은, 데이터를 전송하기 위하여 다중 전송 안테나 및 다중 수신 안테나를 이용하여, 통신 용량 및 수신기 성능을 증대시킬 수 있다. 그러나, MIMO 통신시스템에서는 각각의 레이어(Layer) 사이에 간섭이 존재하고 채널 행렬이 랜덤 페이딩(Random fading)한 특성이 있기 때문에, 신호 검출시 문제가 발생될 수 있다. MIMO communication system using Multiple Input Multiple Output (MIMO) can increase communication capacity and receiver performance by using multiple transmit antennas and multiple receive antennas to transmit data. However, in the MIMO communication system, since interference exists between layers and random fading of the channel matrix, a problem may occur when detecting a signal.
특히, 상기 MIMO 통신시스템에서의 소프트 디코딩(soft decoding)을 구현할 시, SM(Spatial Multiplexing)방식, ZF(Zero-Forcing)방식 또는 MMSE(Minimum Mean Square Error Bit) 방식이 사용될 경우, 채널 행렬의 특성으로 인해 성능이 열화될 수 있다. 반대로, 격자 코드(lattice code) 검출방식을 사용할 경우 더 우수한 성능을 얻을 수는 있지만, 변조 레벨이나 송신 안테나 수의 증가에 따라 복잡도가 기하급수적으로 증가하는 문제점이 있다.In particular, when implementing soft decoding in the MIMO communication system, the characteristics of the channel matrix when a spatial multiplexing (SM) method, a zero-forcing (ZF) method, or a minimum mean square error bit (MMSE) method are used This can degrade performance. On the contrary, when the lattice code detection method is used, better performance can be obtained, but the complexity increases exponentially with an increase in the modulation level or the number of transmitting antennas.
상기 문제점들을 개선하기 위해, MIMO 통신시스템에서 새로운 신호 검출 기술들이 제안되어 왔다. 이중 널리 이용되는 방식은 LSD(List Sphere Decoding)방식이다. 상기 LSD 방식은 기존 격자 코드 검출방식의 복잡도를 낮추고, 리스트의 크기에 따른 성능을 가진다. 그러나, 리스트의 크기가 항상 고정되어있다는 점에서, 상기 LSD 방식의 복잡도 역시 개선될 여지가 있다. 즉, 상기 LSD 방식의 복잡도는 리스트의 크기, 심볼을 검색하기 위한 초기 검색 래디움(Initial Searching Radium) 및 초기 검색 포인트(Initial Searching Point)에 따라 결정된다. 이는 심볼의 검색 과정이 매우 다양하다는 것과 실질적인 하드웨어 디자인을 구현한다는 것이 곤란하다는 것을 나타낸다. 이에 따라 상기 심볼의 검색 과정을 일정하게 하고 하드웨어 디자인을 쉽게 하기 위해서는 다른 형태의 LSD가 요구된다. In order to improve the above problems, new signal detection techniques have been proposed in MIMO communication systems. A widely used method is List Sphere Decoding (LSD). The LSD scheme lowers the complexity of the conventional grid code detection scheme and has performance according to the size of the list. However, the complexity of the LSD scheme can also be improved in that the size of the list is always fixed. That is, the complexity of the LSD scheme is determined according to the size of a list, an initial search radium for searching for a symbol, and an initial search point. This indicates that the retrieval process of symbols is very diverse and it is difficult to implement a practical hardware design. Accordingly, other types of LSDs are required to make the symbol retrieval process constant and to facilitate hardware design.
따라서, MIMO 통신시스템에서 기존 LSD의 성능과 근접하면서 수신기의 복잡도를 낮출 수 있는 최적의 LSD 방식이 요구된다.
Accordingly, there is a need for an optimal LSD scheme that can reduce the complexity of the receiver while approaching the performance of the existing LSD in a MIMO communication system.
본 발명은 MIMO 통신시스템에서 신호 검출 시 이용될 수 있는 최적의 LSD를 위한 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for optimal LSD that can be used in signal detection in a MIMO communication system.
또한 본 발명은 MIMO 통신시스템에서 높은 성능과 낮은 복잡도를 가지는 LSD를 위한 장치 및 방법을 제공한다.
The present invention also provides an apparatus and method for LSD having high performance and low complexity in a MIMO communication system.
본 발명에 따른 이동통신시스템에서 수신기의 리스트 스피어 디코딩(LSD)을 위한 장치는, 송신기로부터 수신된 심볼 벡터 집합에 대하여 로그-가능성 비(LLR)를 계산하는 LLR 계산기와, 상기 심볼 벡터 집합의 비용함수에 근거하여 제1 포인트 및 초기 검색 반경의 마진 비율을 계산하고, 상기 계산된 마진 비율을 이용하여 상기 초기 검색 반경을 설정한 후, 상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행하는 디코더를 포함한다.The apparatus for List Sphere Decoding (LSD) of a receiver in a mobile communication system according to the present invention includes an LLR calculator for calculating a log-likelihood ratio (LLR) for a set of symbol vectors received from a transmitter, and the cost of the set of symbol vectors. A margin ratio of the first point and the initial search radius is calculated based on a function, the initial search radius is set using the calculated margin ratio, and then LSD is performed on symbols included in the set initial search radius. It includes a decoder.
또한 본 발명에 따른 이동통신시스템에서 수신기의 리스트 스피어 디코딩(LSD)을 위한 방법은, 송신기로부터 입력된 심볼 벡터 집합의 비용함수에 근거하여 제1 포인트 및 초기 검색 반경의 마진 비율을 계산하고, 상기 계산된 마진 비율을 이용하여 상기 초기 검색 반경을 설정하는 과정과, 상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행하는 과정을 포함한다.
In addition, in the mobile communication system according to the present invention, a method for LS Sphere decoding (LSD) of a receiver calculates a margin ratio of a first point and an initial search radius based on a cost function of a set of symbol vectors input from a transmitter. And setting the initial search radius by using the calculated margin ratio and performing LSD on symbols included in the set initial search radius.
본 발명은 MIMO 통신시스템의 수신기에서 LSD를 이용하여 디코딩함으로써, 기존의 LSD의 성능과 근접하면서 수신기의 복잡도를 낮출 수 있다.The present invention can reduce the complexity of the receiver while approaching the performance of the existing LSD by decoding using the LSD in the receiver of the MIMO communication system.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
On the other hand various other effects will be disclosed directly or implicitly in the detailed description of the embodiments of the present invention to be described later.
도 1은 본 발명이 적용되는 이동통신시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명이 적용되는 이동통신시스템에서의 송신기(101)의 일 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명이 적용되는 이동통신시스템에서의 수신기(226)의 일 예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 검출기(237)에서 LSD를 수행하기 위한 과정을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서의 성능과 복잡도를 나타낸 도면.1 is a view showing a mobile communication system to which the present invention is applied;
2 is a view showing an example of a
3 is a view showing an example of a
4 is a diagram illustrating a process for performing LSD in a
5 is a diagram showing the performance and complexity in a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.
본 발명의 주요한 요지는 수신기에서 송신기로부터 수신된 신호와 마진 비율을 고려하여 초기 검색 반경을 설정한 후, 상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행하는 것이다.The main subject of the present invention is to set the initial search radius in consideration of the margin ratio and the signal received from the transmitter at the receiver, and then perform LSD on the symbols included in the set initial search radius.
이를 위해 후술 될 본 발명의 이동통신시스템에서 LSD를 위한 방법 및 장치에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.To this end, the method and apparatus for LSD in the mobile communication system of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명이 적용되는 이동통신시스템으로, 다중 액세스 포인트들(Access Point : AP)(10a 내지 10c) 및 다중 단말들(20)을 가진 이동통신시스템(1)을 보이고 있다.1 is a mobile communication system to which the present invention is applied and shows a
도 1을 참조하면, AP(10a 내지 10c)는 기지국으로 단말들(20) 통신한다. 상기 각각의 AP(10a 내지 10c)는 특정 셀(2a 내지 2c)에 대한 통신 커버리지를 제공한다. 그리고 시스템 용량을 개선하기 위하여, 액세스 터미널 커버리지 영역은 작은 다중 영역들, 예컨대 3개의 섹터화된 셀들(4a, 4b, 4c)로 분할될 수 있다. 상기 각각의 섹터화된 셀들(4a, 4b, 4c)은 각각의 베이스 트랜시버 서브시스템(Base Transceiver subSyetem : BTS)에 의하여 서비스된다. 상기 섹터화된 셀(4a, 4b, 4c)에 대한 AP들 (10a 내지 10c) 은 전형적으로 공동으로 배치된다. 여기에 기술된 시그널링 전송 기술들은 섹터화된 셀들을 가진 시스템 뿐만아니라 비섹터화된 셀들을 가진 시스템에 대하여 사용될 수 있다. Referring to FIG. 1,
단말들(20)은 무선 장치, 셀룰라 전화, 개인휴대단말(PDA), 무선 모뎀 카드 등일 수 있으며, 임의의 주어진 시간에 순방향 및 역방향 링크들을 통해 0, 1 또는 다중 AP들(10a 내지 10c)과 통신할 수 있다.The
그리고 중앙집중 아키텍처에 대하여, 시스템 제어기(30)는 AP들(10a 내지 10c)에 접속되며, 상기 AP들(10a 내지 10c)을 제어한다. 상기 시스템 제어기(30)는 단일 네트워크 엔티티 또는 네트워크 엔티티들의 집합일 수 있다. 분산형 아키텍처에 대하여, AP들(10a 내지 10c)은 필요에 따라 서로 통신할 수 있다.And for a centralized architecture, the system controller 30 is connected to the
도 2는 본 발명이 적용되는 이동통신시스템에서의 송신기(101)의 일 예를 보이고 있다.2 shows an example of a
도 2를 참조하면, 비트들(202)은 레이트 예측 알고리즘(212)에 의하여 지정된 패킷 포맷(Packet Format : PF)(208, 210)에 따라 인코더(204)를 통해 인코딩되고, 매핑기(206)를 통해 심볼 매핑된다. 그리고 매핑된 심볼들은 디멀티플렉서(214)를 통해 M 스트림들(216) 또는 계층들로 역다중화되며, 여기서 M(228)은 5-비트 CQI(224)외에 5m-sec마다 수신기(226) 피드백에 의하여 지정된 2-비트 정수일 수 있다. M 스트림(216)은 공간 매핑기(218)을 통해 변조기들(220) 및 안테나들(222)에 공간적으로 매핑된다.Referring to FIG. 2,
도 3은 본 발명이 적용되는 이동통신시스템에서의 수신기(226)의 일 예를 보이고 있다.3 shows an example of a
도 3을 참조하면, 다중 안테나들(232)은 에어(air)를 통해 송신기(101)로부터 전송된 신호를 수신한다. 각각의 안테나(232)들의 출력은 복조기(233)를 통해 복조되어 등화기(234)에 입력된다. 상기 등화기(234)는 각각 톤 단위로 구현될 수 있으며, 각각의 톤에 대하여 다중 수신된 신호들을 M 심볼들(236)로 처리한다. 그리고 등화기(234)는 CQI(Channel Quality Indicator) 및 랭크 계산(231)을 가능하게 하는 정보를 생성할 수 있다. 또한 상기 M 심볼들(236)은 디멀티플렉서(235)를 통해 역다중화되며, 검출기(237)를 통해 역 다중화된 M 심볼들 각각에 대한 로그-가능성 비(Log-Likelihood ratio : LLR)가 계산되어 디코딩된 비트들(239)이 출력된다. 여기서, 상기 검출기(237)는 도 3에 도시하지 않았으나 LLR을 계산하는 LLR 계산기 및 LSD를 수행하는 디코더를 포함한다.Referring to FIG. 3, the multiple antennas 232 receive a signal transmitted from the
여기서, 상기 검출기(237)가 소프트 디코딩을 수행하는 경우, 상기 소프트 디코딩 결과는 경판정 기준(hard decision criteria)과 비교할 때에 개선된 비트 에러율(Bit Error Rate : BER) 성능을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서 개선된 BER 성능을 나타내기 위하여, 상기 검출기(237)에서는 상기 소프트 디코딩을 수행한다. 그리고 상기 설명한 바와 같이 상기 검출기(237)에서 디코딩을 하기 위해, 각 비트의 LLR이 요구된다. 따라서, 검출기(237)은 일정한 심볼 벡터 집합으로부터 LLR을 계산한다. 일반적으로는 LLR 계산에 필요한 심볼의 수가 늘어날수록 그 신뢰성은 증가한다. 그러나 MIMO 통신시스템의 연산 복잡도는 고차 변조(High Order Modulation : HOM) 또는 다수의 안테나로 인해 크게 증가한다. 이러한 복잡도를 해결하기 위해, 검출기(237)는 모든 가능한 심볼을 갖는 집합의 부분집합을 이용하여 LSD를 수행하여야 한다. 이에 따라 본 발명에서는 검출기(237)에서 모든 가능한 심볼을 갖는 집합의 일부를 결정하는 방법에 대하여 제안한다.In this case, when the
이하에서는, 수신기의 검출기(237)를 통해 일반적으로 LSD를 수행하는 방법을 설명 한 후, 본 발명의 실시 예에 따라 LSD를 수행하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, after describing a method of performing LSD generally through the
MIMO 통신시스템은 아래 <수학식 1>을 이용하여 나타낼 수 있다.The MIMO communication system can be represented using
상기 <수학식 1>에서 Hc는 관찰자에게 알려진 M×M 복소 MIMO 채널이다. 그리고 상기 도 2에서 설명한 바와 같이, 이진 신호 비트는 부호화율(code rate) R로 코딩되고 이진 시퀀스 x로 인터리빙되며, 상기 x는 변조 함수 f 에 의해 심볼 시퀀스와 맵핑되어 를 발생시킨다. 즉, 상기 Sc는 송신기에서의 송신 심볼 벡터이다. 여기서, 이고, 심볼 그룹은 개의 심볼로 구성된다. 따라서, 전체 개의 송신 심볼 벡터가 있다. 또한 상기 <수학식 1>에서 yc는 수신기에서의 복소 벡터이며, nc는 수신기에서의 잡음 벡터이다.In
상기 검출기(237)는 일반적으로 상기 <수학식 1>에서의 yc즉, 모든 가능한 심볼을 갖는 집합을 이용하여 LLR을 계산한다. 즉, 검출기(237)를 통해 LSD를 수행하기 이전에, 검출기(237)는 상기 <수학식 1>에서의 yc를 실수 값(y)으로 변경한다. 여기서 실수 성분과 허수 성분은 분리된다. 그리고 검출기(237)는 상기 y에서의 LLR을 아래 <수학식 2>와 같이 나타낸다.The
여기서, xk +및 xk -는 각각 시퀀스 x의 k번째 비트가 +1과 -1인 경우를 표시한다. xk가 i.i.d.( independent and identical distribution)로 가정되면, <수학식 2>를 아래 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.Here, x k + and x k - denote the cases where the k th bit of the sequence x is +1 and -1, respectively. If x k is assumed to be iid (independent and identical distribution),
상기 <수학식 3>에서 는 이며, 는 각 비트의 확률 질량 함수(probability mass function : pmf)이다. 그리고 상기 <수학식 3>의 우측의 제 1 항과 제 2 항은 각각 LLR의 우선적인 성분과 외부적인 성분이다. 상기 각 항은 일반적으로 LA(xk) 와 LE(xk) 로 지칭된다. 또한 상기 P(xk) 가 초기에 동일한 것으로 가정되는 때에, LA(xk)=0 이다. 하지만, 외부 디코더가 이 출력을 우선적인 성분로서 MIMO 통신시스템에 피드백하는 경우, pmf는 동일하지 않게 되며, 이후 이다.In <Equation 3> Is , Is the probability mass function (pmf) of each bit. In addition, the first and second terms on the right side of Equation 3 are the preferential and external components of the LLR, respectively. Each term is generally referred to as L A (x k ) and L E (x k ). Also note that P (x k ) is initially equal When assumed, L A (x k ) = 0. However, if the external decoder feeds this output back to the MIMO communication system as a priority component, pmf will not be the same. , after to be.
한편, 가우시안 잡음 가정에서, 상기 <수학식 3>의 P(ylxk)는 아래 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, in the Gaussian noise hypothesis, P (ylx k ) in Equation 3 may be expressed as Equation 4 below.
상기 <수학식 4>에서 는 k번째 비트가 xk인 시퀀스 x로부터 맵핑된 심볼이다. In Equation 4 above Is a symbol mapped from the sequence x where the kth bit is x k .
이후, 검출기(237)는 상기 <수학식 3> 및 <수학식 4>로부터 계산된 LLR을 이용하여 아래 <수학식 5>와 같이 LSD를 이용한 소프트 출력을 생성할 수 있다.Thereafter, the
상기 <수학식 5>에서 는 k번째 LLR을 제외한 우선적인 LLR 의 시퀀스이다.In Equation 5 above Is the sequence of preferential LLRs except the k-th LLR.
상기 <수학식 5>에서와 같이 많은 심볼 및 을 취할수록, 반복적인 디코더의 성능을 높일 수 있다. 하지만, MIMO 통신시스템에서 채널 행렬이 더 크거나 HOM이 이용되는 때에, 모든 가능한 심볼의 개수 ()는 기하급수적으로 증가한다. 결과적으로 검출기(237)에서 상기 <수학식 5>를 이용하여 LSD를 수행하면 연산 복잡도가 높아진다.Many symbols as shown in Equation 5 above And The higher the number, the higher the performance of the repetitive decoder. However, when the channel matrix is larger or the HOM is used in the MIMO communication system, the number of all possible symbols ( ) Increases exponentially. As a result, when the LSD is performed in the
이러한 문제를 해결하기 위해 검출기(237)에서 개의 모든 가능한 심볼 중 일부만을 이용하여 <수학식 5>를 연산하는 방안이 있다. 여기서, 리스트 £을 가능한 모든 심볼 중 부분집합으로 지칭한다. 상기 £은 ML솔루션과 낮은 메트릭 를 가지는 심볼들을 높은 확률로 포함하도록 획득한다. 여기서, 검출기(237)는 상기 심볼을 검색하기 이전에, 리스트 크기 또는 심볼 개수(Ncand)를 결정하여야 한다. 상기 £를 획득하기 위해 LSD를 이용하며, 상기 LSD를 이용하는 방법은 종래 SD를 이용하는 방법에 약간의 수정이 가해진 것이다.To solve this problem, the
먼저, SD를 위해 실수값 채널 행렬 H의 QR 분할은 H=QR이며, 여기서 Q와 R은 각각 유니터리 및 상위 삼각 행렬이다. 이후, 초기 조건은 아래 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.First, for SD the QR division of the real value channel matrix H is H = QR, where Q and R are unitary and upper triangular matrices, respectively. Thereafter, the initial condition may be expressed as Equation 6 below.
여기서, 초기 반경 이고, 이다. £의 포인트 수가 미리 정해진 심볼 개수(Ncand)로 증가할 때까지 바바이 포인트(Babai point)를 포함한 모든 검색된 심볼들이 리스트에 추가된다.Where initial radius ego, to be. All retrieved symbols, including Babai points, are added to the list until the number of points of 증가 increases to a predetermined number of symbols N cand .
그리고 LSD에서 노드들을 통과하는 동안에, 심볼을 검색하는 방식은 전형적인 SD와 동일하다. 하지만, LSD에서 심볼의 검색 반경은 SD 알고리즘의 갱신 조건뿐만 아니라 현재의 리스트 크기에 의해 제어된다. 검출기(237)는 만약 £가 충분히 채워지지 않은 경우에, 심볼의 검색 반경을 갱신하지 않지만 현재의 지점에 해당하는 심볼을 £에 추가한다. 그리고 검출기(237)는 £가 충분히 채워진 경우에, £의 최대 거리 메트릭 d0과 현재 검색 지점의 거리 메트릭 d을 비교한 후, 상기 비교결과 d < d0인 경우에, 현재의 검색 지점으로 £에서 d0를 갖는 원래 지점을 대체한다. 상기 검출기(237)는 대체가 발생한 때에, £의 다른 지점의 거리 메트릭와 d를 비교하고, 최대 거리 메트릭에 의해 새로운 검색 반경을 갱신한다.And while traversing the nodes in the LSD, the manner of retrieving the symbol is the same as in a typical SD. However, the search radius of a symbol in the LSD is controlled by the current list size as well as the update condition of the SD algorithm. The
상기 검출기(237)에서 상기 심볼의 검색 과정이 수행된 이후에, 상기 <수학식 5>는 아래의 <수학식 7>과 같이 변환된다.After the search for the symbol is performed in the
여기서, <수학식 7>은 외부 반복 이전의 첫번째 출력이므로, prior information은 즉 상기 <수학식 5>의 요소는 제로가 된다. 만일 또는 인 경우, 상기 <수학식 7>의 분자 또는 분모 각각에 매우 작은 수를 할당한다.Since Equation 7 is the first output before the external repetition, prior information is expressed by Equation 5 The element is zero. if or In the case of Equation 7, a very small number is assigned to each of the numerator or denominator of Equation 7.
또한 검출기(237)에서 LSD의 성능은 Ncand 에 의해 결정된다. 이에 큰 Ncand 는 £에서 높은 확률의 작은 거리 메트릭 을 갖는 많은 인수를 포함하게 하며, 이는 LLR의 신뢰성 증가를 가져온다. 그러나 복잡도의 측면에서는, 따라서, Ncand 가 클수록 복잡도 역시 크게 증가한다. 그러므로 사용자는 리스트의 적당한 크기를 결정해야 하며, 일반적으로 로 설정된다.In addition, the performance of the LSD in the
따라서 상기 검출기(237)는 종래 <수학식 5>를 연산하는 대신에, <수학식 7>을 이용하여 LSD를 수행함으로써 복잡도를 감소시킬 수 있다. 하지만, <수학식 7>에서 Ncand 가 고정되어 있기 때문에, 신호대잡음비(SNR) 등의 조건이 크게 주어져 모든 Ncand 개의 심볼이 필요 없는 경우, 상기 검출기(237)에서는 <수학식 7>을 이용하는 경우에도 여전히 많은 개수의 심볼에 대하여 LSD를 수행하게 된다.Accordingly, the
이에 따라 본 발명에서는 전체 LLR에 영향을 적게 미치는 범위 내에서 상기 <수학식 7>의 분자와 분모 모두에서 비교적 낮은 이동 확률을 갖는 심볼을 제거하는 방법을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 방법으로 리스트 크기의 로의 감소를 예상할 수 있으며, 이는 직접적으로 종래보다 적게 방문될 노드 개수를 가져온다. Accordingly, the present invention proposes a method of removing a symbol having a relatively low probability of movement in both the numerator and the denominator of Equation 7 within a range that affects the entire LLR. In the method proposed by the present invention, The reduction in furnace can be expected, which directly leads to fewer nodes to be visited than before.
이를 위해 본 발명의 실시 예에서는 다음과 같이 LSD를 수행하기 위한 초기 검색 반경(radius)(r0)을 최적으로 설정한다.To this end, an embodiment of the present invention optimally sets an initial search radius r 0 for performing LSD as follows.
검출기(237)에서 LLR을 계산하기 이전의 심볼 벡터 로 채워진 리스트를 획득한다. 여기서 si는 비용함수 에 기초하여 그 값이 작은 순서대로 정렬된다. 특히, 이다. 즉, s*는 초기 검색 반경을 설정하기 위한 ML-솔루션(이하, 제1 포인트)이 될 수 있다. 상기 리스트 £는 비교적 큰 를 갖는 심볼만을 포함하는데, 는 아래의 <수학식 8>을 만족하는 것으로 가정된다.Symbol Vector Before Computing LLR at
상기 <수학식 8>에서 rt는 마진 비율(marginal ratio)이며, 이다. 상기 <수학식 8>로부터, 양호한 성능을 위해 많은 개수의 심볼이나 비교적 작은 rt 가 요구된다. 반면에, 보다 높은 복잡도 이득을 위해 작은 수의 심볼이나 비교적 큰 rt가 요구된다. 이에 상기 <수학식 8>을 만족하는 심볼만을 검색하기 위해, rt에 의해 정의되는 초기 검색 반경을 설정하는 것이 필요하다. 상기 <수학식 4>의 가정을 이용하면, 상기 <수학식 8>은 아래의 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.In Equation (8), r t is a marginal ratio , to be. From
상기 <수학식 9>에서 N은 rt 와 J(s*)에 대응하는 리스트 크기이다. 리스트의 모든 심볼이 상기 <수학식 9>를 만족하기 때문에, 초기 검색 반경 r0은 아래의 <수학식 10>과 같다.In Equation (9), N is a list size corresponding to r t and J (s *). Since all symbols in the list satisfy
상기 <수학식 10>에서 이다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 초기 검색 반경은 이고, 상기에서 설명한 종래 초기 검색 반경은 이므로, 본 발명의 실시 예에서 감소된 초기 반경에 따라 본 발명의 LSD는 개의 심볼을 검색할 수 있다. 또한 종래 LSD의 Ncand 가 심볼의 검색에서 고정되어 있지만, 본 발명의 실시 예에서는 LSD에서의 N은 J(s*) 또는 rt로 인해 r0가 각 심볼의 검색에서 고정되어 있지 않다.In
여기서, 상기 <수학식 10>에서 rt는 다음과 같이 유도할 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 리스트 의 심볼들은 비용 함수에 기초하여 정렬되는 것으로 가정된다. 이후 상기 <수학식 8>에 의해, 이며, 이는 아래 <수학식 11>을 생성할 수 있다.In
로 가정하면, 이후 상기 <수학식 11>은 아래의 <수학식 12>와 같이 나타낼 수 있다. Assume that
상기 <수학식 12>에서 이고, 이다. 그리고 <수학식 12>의 우측은 g(ti)의 표본 평균이며, 이는 대략적으로 아래 <수학식 13>과 같다.In
상기 <수학식 13>에서 PG(.)와 PT(.)는 각각 G와 T의 pmf이다. 그리고 ti는 에서 분포된다. 현재 범위에서, <수학식 13>은 대략적으로 아래 <수학식 14>와 같다.In
상기 <수학식 14>에서 fT(t)는 T의 확률 밀도 함수(pdf)이다.In
가우시안 잡음 가정하에서, 는 에서 2M의 자유도(Degree of Freedom : DOF)를 갖는 비중심적 카이-제곱 분포(chi-square distribution) 를 갖는다. 여기서, 는 의 j번째 요소이며, n은 제로-평균 가우시안 잡음이며 st는 s*로 근사화되는, 송신기에서 송신된 신호이다. Under the assumption of Gaussian noise, Is Chi-square distribution with 2M degree of freedom (DOF) Has here, Is Is the j-th element of n, where n is zero-mean Gaussian noise and s t is the signal transmitted from the transmitter, approximated to s *.
한편, 상기 검출기(237)는 상기 초기 검색 반경을 획득하기 이전에, 비중심적 카이-제곱 분포 상수 를 연산하는 것이 필요하다. 가 주로 비고정된 리스트 크기 N 에 종속하기 때문에, 정확한 를 획득하는 것은 쉽지 않다. 결과적으로, s*에 수개의 심볼을 랜덤으로 던짐으로써 랜덤 개수의 샘플()을 획득하고 이러한 샘플이 리스트에 있거나 s* 근처에 있는 것으로 기대하는 방식을 시도한다. 이후, s*와 이러한 샘플간의 거리 메트릭스의 평균값을 연산함으로써 를 추정하고 를 획득한다.On the other hand, the
상기 계산된 rt의 상한이 클 경우, 근본적으로 인 것으로 가정되지만 인 경우가 발생할 수도 있다. 이는 J(s*)가 클 경우, 특히 높은 SNR에서 발생할 수 있다. 이 경우에, 이전 송신에서 검색된 rt의 평균값을 사용한다. 하지만, 송신이 처음 발생된 경우에, 로 정의되며, 여기서 0<D<1는 사용자에 의해 선택된다.If the upper limit of the calculated r t is large, it is essentially Is assumed to be May occur. This can occur especially at high SNRs when J (s *) is large. In this case, we use the average value of r t retrieved from the previous transmission. However, when transmission first occurs, Where 0 <D <1 is selected by the user.
상기 rt를 계산하면서, 복소 비중심 카이-제곱 분포 항 을 적분하기보다는 <수학식 14>를 연산하기 위해 효율적인 근사화를 따른다. 파트나익(Patnaik)은 비중심 카이-제곱 분포가 로 근사화될 수 있음을 제안하였다. C와 f는 와 로부터 획득되는데, 이들은 와 로서 제시된다. 여기서, 상기 는 DOF이다. 이후, 이 된다. 이러한 파라미터와 근사화에 있어서, 상기 <수학식 14>의 적분항은 아래 <수학식 15>와 같이 나타낼 수 있다.While calculating the r t , a complex noncentral chi-square distribution term Rather than integrating, we follow an efficient approximation to compute (14). Patnaik has a noncentral chi-square distribution It can be approximated by. C and f are Wow Obtained from these, Wow Is presented as: Where Is DOF. after, Becomes In this parameter and approximation, the integral term of
상기 <수학식 15>에서 의 적분보다 보다 단순하게 된다. 이고 이기 때문에, <수학식 15>의 범위 부터 까지의 적분은 제로에서 무한대까지의 적분보다 작게 되며, 이는 , 이기 때문에, 상기 <수학식 15>는 아래 <수학식 16>과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 15 above It is simpler than the integral of. ego Therefore, the range of Equation 15 from The integral to is less than the integral from zero to infinity, , Therefore, Equation 15 may be expressed as Equation 16 below.
여기서, 상기 <수학식 12>의 부등호는 최종적으로 로 된다. 따라서, 마진 비율 rt의 상한은 아래 <수학식 17>과 같다.Here, the inequality sign of
상기 <수학식 17>에서 복잡도를 고려하면, 초기 반경을 최소로 하기 위해 rt를 최대값 으로 설정하는 것이 바람직하다.Considering the complexity in Equation 17, r t is the maximum value to minimize the initial radius. It is preferable to set to.
따라서, 본 발명에 따른 검출기(237)는 제1 포인트를 결정한 후, 으로 설정하여, <수학식 10>을 이용하여 초기 검색 포인트로부터의 초기 검색 반경을 설정한다. 그리고 검출기(237)는 상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼에 대해서 LSD를 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 검출기(237)는 아래 도 4와 같은 과정으로 LSD를 수행한다.Therefore, after the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 검출기(237)에서 LSD를 수행하기 위한 과정을 보이고 있다.4 shows a process for performing LSD in the
도 4를 참조하면 401 단계에서 검출기(237)는 LLR을 계산하기 이전의 심볼 벡터 로 채워진 리스트를 획득하여, 제1 포인트(s*)를 결정한다. 그리고 검출기(237)는 상기 <수학식 8>을 만족하는 심볼만을 검색하기 위해, 마진 비율(rt)에 의해 정의되는 초기 검색 반경(r0)을 설정하여야 한다. 이에, 403 단계에서 검출기(237)는 <수학식 17>을 이용하여 마진 비율(rt)를 계산한다. 그리고 405 단계에서 상기 <수학식 10>을 이용하여 상기 마진 비율(rt)를 고려하여 초기 검색 포인트로부터 초기 검색 반경(r0)을 설정한다. 이에 따라 407 단계에서 검출기(237)는 상기 설정된 초기 검색 반경(r0)에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행한다.Referring to FIG. 4, in
따라서, 본 발명은 상기 <수학식 7>에서 비교적 낮은 우도(likelihood)를 갖는 심볼을 제거하여(즉, 초기 검색 반경(r0)에 포함되는 심볼들을 이용하여) LSD를 수행하므로, 높은 성능과 낮은 폭잡도를 가지는 LSD를 구현할 수 있다.Accordingly, the present invention performs LSD by removing a symbol having a relatively low likelihood in Equation 7 (that is, by using symbols included in an initial search radius r 0 ). It is possible to implement an LSD having a low width.
추가적으로 본 발명의 실시 예에 따라 도 5를 참조하여 다음과 같은 모의실험을 수행하여, MIMO 통신시스템의 성능과 복잡도에 대한 효과를 설명하기로 한다. In addition, by performing the following simulation with reference to FIG. 5 according to an embodiment of the present invention, the effects on the performance and complexity of the MIMO communication system will be described.
본 발명의 실시 예에 따른 LSD를 수행하기 위하여, 5dB 이하의 SNR과 5dB 이상의 SNR에 대해, 각각 1000 비트와 10000 비트가 생성되며, 4×4 복소 행렬 Hc는 레일리 페이딩 채널(Rayleigh fading channel)로 가정한다. 그리고 부호화율 1/2의 터보 코딩이 사용되며, 이후 코딩된 시퀀스는 랜덤 인터리버를 통과한다. 이후 16 QAM이 인터리빙된 시퀀스에 적용됨을 가정한다. 또한 모든 심볼 벡터의 제 1 송신에서 이면, rt를 얻기 위해 로 설정한다. 초기 반경 이고, 이에 따라 £=0이면, 초기반경을 계속 증가시켜 리스트가 공집합이 되지 않도록 한다.In order to perform LSD according to an embodiment of the present invention, 1000 bits and 10,000 bits are generated for an SNR of 5 dB or less and an SNR of 5 dB or more, respectively, and the 4 × 4 complex matrix H c is a Rayleigh fading channel. Assume that Turbo coding at
이와 같은 모의실험의 결과 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 LSD와 종래 LSD 간의 성능 차이를 비교하면 복잡도 차이는 비교적으로 크다. 즉, 도 5에서 SNR이 증가함에 따라, 요구되는 심볼의 개수는 동일한 N개로 감소하며, 점근적으로 한 개로 된다. 높은 SNR에서, 평균적인 노드 개수는 일정한 값으로 수렴한다.As a result of the simulation, as shown in FIG. 5, when comparing the performance difference between the LSD and the conventional LSD according to the embodiment of the present invention, the complexity difference is relatively large. That is, as the SNR in FIG. 5 increases, the number of required symbols decreases to the same N number and becomes one asymptotically. At high SNR, the average number of nodes converges to a constant value.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the appended claims, but also by the equivalents of the claims.
Claims (10)
송신기로부터 수신된 심볼 벡터 집합에 대하여 로그-가능성 비(LLR)를 계산하는 LLR 계산기와,
상기 심볼 벡터 집합의 비용함수에 근거하여 제1 포인트 및 초기 검색 반경의 마진 비율을 계산하고, 상기 계산된 마진 비율을 이용하여 상기 초기 검색 반경을 설정한 후, 상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행하는 디코더를 포함하되,
상기 디코더는, 상기 심볼 벡터 집합에 포함된 각각의 심볼 벡터의 비용함수를 계산하고, 상기 계산된 비용함수들 중 가장 낮은 비용함수에 해당하는 심볼 벡터를 상기 제1 포인트로 결정하는 LSD를 위한 장치.
An apparatus for List Sphere Decoding (LSD) of a receiver in a mobile communication system,
An LLR calculator for calculating a log-likelihood ratio (LLR) for a set of symbol vectors received from a transmitter,
After calculating the margin ratio of the first point and the initial search radius based on the cost function of the symbol vector set, and after setting the initial search radius using the calculated margin ratio, the symbol included in the set initial search radius Including a decoder that performs LSD on the
The decoder calculates a cost function of each symbol vector included in the set of symbol vectors, and determines a symbol vector corresponding to the lowest cost function among the calculated cost functions as the first point. .
를 이용하여 상기 비용함수를 계산하며,
상기 J(si)는 상기 비용함수이고, 상기 y는 상기 수신기에서의 복소 벡터의 실수 값이고, 상기 H는 채널 행렬이고, si 는 i번째 심볼 벡터임을 특징으로 하는 LSD를 위한 장치.
The method of claim 1, wherein the decoder,
To calculate the cost function,
Wherein J (s i ) is the cost function, y is a real value of a complex vector at the receiver, H is a channel matrix, and s i is an i-th symbol vector.
를 이용하여 상기 마진 비율을 계산하며,
상기 rt는 상기 마진 비율이고, t*는 상기 제1 포인트의 비용함수이고, 상기 이고, 상기 이며, 는 비중심적 카이-제곱 분포 상수이고, 는 비중심적 카이-제곱 분포의 자유도임을 특징으로 하는 LSD를 위한 장치.
The method of claim 1, wherein the decoder,
To calculate the margin ratio,
Where r t is the margin ratio, t * is the cost function of the first point, and And , Is the noncentral chi-square distribution constant, Is the degree of freedom of the non-central chi-square distribution.
를 이용하여 상기 초기 검색 반경을 계산하며,
상기 r0 는 상기 초기 검색 반경이고, 상기 J(s*)는 상기 제1 포인트의 비용 함수이고, 상기 rt는 상기 마진 비율임을 특징으로 하는 LSD를 위한 장치.
The method of claim 1, wherein the decoder,
To calculate the initial search radius,
Wherein r 0 is the initial search radius, J (s * ) is a cost function of the first point, and r t is the margin ratio.
송신기로부터 입력된 심볼 벡터 집합의 비용함수에 근거하여 제1 포인트 및 초기 검색 반경의 마진 비율을 계산하고, 상기 계산된 마진 비율을 이용하여 상기 초기 검색 반경을 설정하는 과정과,
상기 설정된 초기 검색 반경에 포함되는 심볼들에 대하여 LSD를 수행하는 과정을 포함하되,
상기 초기 검색 반경을 설정하는 과정은, 상기 심볼 벡터 집합에 포함된 각각의 심볼 벡터의 비용함수를 계산하고, 상기 계산된 비용함수들 중 가장 낮은 비용함수에 해당하는 심볼 벡터를 상기 제1 포인트로 결정하는 과정을 포함하는 LSD를 위한 방법.
A method for List Sphere Decoding (LSD) of a receiver in a mobile communication system,
Calculating a margin ratio of a first point and an initial search radius based on a cost function of a set of symbol vectors input from a transmitter, and setting the initial search radius using the calculated margin ratio;
And performing LSD on symbols included in the set initial search radius.
The setting of the initial search radius may include calculating a cost function of each symbol vector included in the symbol vector set, and converting a symbol vector corresponding to the lowest cost function among the calculated cost functions into the first point. A method for LSD comprising a process of determining.
로부터 계산되며,
상기 J(si)는 상기 비용함수이고, 상기 y는 상기 수신기에서의 복소 벡터의 실수 값이고, 상기 H는 채널 행렬이고, si 는 i번째 심볼 벡터임을 특징으로 하는 LSD를 위한 방법.
The method of claim 6, wherein the cost function,
Is calculated from
Wherein J (s i ) is the cost function, y is a real value of a complex vector at the receiver, H is a channel matrix, and s i is an i-th symbol vector.
로부터 계산되며,
상기 rt는 상기 마진 비율이고, t*는 상기 제1 포인트의 비용함수이고, 상기 이고, 상기 이며, 는 비중심적 카이-제곱 분포 상수이고, 는 비중심적 카이-제곱 분포의 자유도임을 특징으로 하는 LSD를 위한 방법.
The method of claim 6, wherein the margin ratio is
Is calculated from
Where r t is the margin ratio, t * is the cost function of the first point, and And , Is the noncentral chi-square distribution constant, Is the degree of freedom of the non-central chi-square distribution.
로부터 설정되며,
상기 r0 는 상기 초기 검색 반경이고, 상기 J(s*)는 상기 제1 포인트의 비용 함수이고, 상기 rt는 상기 마진 비율임을 특징으로 하는 LSD를 위한 방법.The method of claim 6, wherein the initial search radius is,
Is set from
Wherein r 0 is the initial search radius, J (s * ) is a cost function of the first point, and r t is the margin ratio.
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