KR101093920B1 - Lattice Reduction method-based MIMO receiver under time varying fading environments - Google Patents

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    • H04L1/0045Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0052Realisations of complexity reduction techniques, e.g. pipelining or use of look-up tables

Abstract

본 발명은 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서 페이딩 채널의 시간 상관성을 이용하여 기존 래티스 리덕션(LR: Lattice Reduction) 기반의 다중 입출력 수신기와 같은 성능을 얻으면서 수신기의 복잡도를 크게 감소시킬 수 있는 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, N개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션(LR: Lattice Reduction) 방법에 있어서, 각각 K개의 채널을 저장하는 s개의 복수 블락을 구성하는 단계; 상기 수신 안테나로 이루어지는 수신단에서 래티스 리덕션(LR)을 수행할 때 매 채널마다 LR을 수행하지 않고, 상기 복수 블락 각각에서 K 번째 채널, 즉 nK 번째(n=1,2,3,....) 채널에서만 LR을 수행하는 LR 수행 단계; 상기 nK번째 채널에서 LR을 수행하여 획득한 P 행렬과 이전 블락 (n-1)K 번째 채널에서 LR을 수행하여 구한 P 행렬을 비교하는 행렬 비교 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention achieves the same performance as the conventional Lattice Reduction (LR) based multiple input / output receiver by using the time correlation of fading channels in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system, and greatly increases the complexity of the receiver. The present invention relates to a lattice reduction method of a multiple input / output receiver that can be reduced. The present invention for this purpose, in the Lattice Reduction (LR: Lattice Reduction) method of a multiple input and output wireless communication system using N transmit antennas and L receive antennas, each of which constitutes a plurality of blocks for storing K channels step; When performing a lattice reduction (LR) at the receiving end of the receiving antenna, LR is not performed for every channel, and a K-th channel, that is, an nK-th (n = 1, 2, 3, ... Performing an LR only on a channel); And a matrix comparison step of comparing the P matrix obtained by performing LR in the nK th channel and the P matrix obtained by performing LR in the previous block (n-1) K th channel.

Description

시변 페이딩 채널 환경에서 래티스 리덕션 기반 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법{Lattice Reduction method-based MIMO receiver under time varying fading environments}Lattice Reduction Method of Lattice Reduction-based Multiple Input-Output Receivers in Time-varying Fading Channel Environments {Lattice Reduction method-based MIMO receiver under time varying fading environments}

본 발명은 시변 페이딩 채널 환경에서 래티스 리덕션(LR: Lattice Reduction) 기반 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Mutiple Output) 수신기의 래티스 리덕션 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭함) 무선 통신 시스템에서 페이딩 채널의 시간 상관성을 이용하여 기존 래티스 리덕션 기반의 다중 입출력 수신기와 같은 성능을 얻으면서 수신기의 복잡도를 크게 감소시킬 수 있는 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a lattice reduction method of a Lattice Reduction (LR) -based Multiple Input Mutiple Output (MIMO) receiver in a time-varying fading channel environment. More specifically, the present invention relates to a multiple input multiple output (MIMO). In the wireless communication system, the Lattice reduction method of a multi-input / output receiver which can reduce the complexity of the receiver while achieving the same performance as a conventional Lattice reduction-based multi-input / output receiver by using the time correlation of fading channels. It is about.

최근 무선통신 환경에서 고속 데이터 전송이 요구되면서 MIMO 시스템에 대한 관심이 늘고 있다. 송신단에서 다수의 송신안테나에 각각 서로 다른 정보를 동시에 전송하는 공간 다중화 방식은 송수신 안테나의 개수가 늘어남에 따라 다이버시티 이득 및 전송속도의 이득을 가진다. 이때, 다수의 송신 안테나에서 서로 다른 신호들이 동시에 전송되기 때문에 각 수신 안테나에서는 모든 신호가 합해진 신호가 수신된다. 그렇기 때문에 수신단을 각 안테나별로 들어온 신호를 분리해야 한다. 수신단에서 각 안테나별 신호를 검출하는 기법으로 MLD(Maximum Likelihood Detection), ZR(Zero-Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error) 등이 있다. Recently, as high-speed data transmission is required in a wireless communication environment, interest in a MIMO system is increasing. In the spatial multiplexing scheme, in which a transmitting end simultaneously transmits different information to a plurality of transmission antennas, a diversity gain and a transmission speed gain are obtained as the number of transmitting and receiving antennas increases. In this case, since different signals are simultaneously transmitted from a plurality of transmitting antennas, signals received by adding all signals are received at each receiving antenna. Therefore, the receiving end should separate the incoming signal for each antenna. As a technique of detecting a signal for each antenna at the receiving end, there are a maximum likelihood detection (MLD), zero-forcing (ZR), and a minimum mean square error (MMSE).

상기 MLD 방식은 송신 가능한 심벌 벡터들과 수신 신호의 유클리디안(Euclidean) 거리를 측정하여 가장 최소가 되게 하는 심벌 벡터를 수신벡터로 선택하는 기법이다. 이 방식은 가장 이상적인 성능을 가지는 검출 기법으로 다른 방식들에 대한 성능 비교의 기준이 된다. 그러나 송신 안테나의 수가 늘어나거나 변조 차수가 증가함에 따라 연산 복잡도가 지수적으로 증가하는 단점이 있다. 또한 하드웨어적으로 구현하기에 어려움이 있다. 이런 단점을 보완하기 위해서 선형 신호 검출 기법인 ZF, MMSE 방식이 제안되었다. 이 방식은 ML 방식에 비해 연산 복잡도가 낮은 단점이 있지만, 선형 검출 과정에서 잡음 증폭에 의해 성능의 열화가 심각한 문제가 있다. The MLD method is a technique of measuring a Euclidean distance between transmittable symbol vectors and a received signal and selecting a symbol vector that minimizes the minimum as a received vector. This method is the detection technique that has the most ideal performance and is the basis for performance comparison with other methods. However, as the number of transmitting antennas increases or the modulation order increases, computational complexity increases exponentially. It is also difficult to implement in hardware. To compensate for this drawback, ZF and MMSE methods, which are linear signal detection techniques, have been proposed. This method has a lower computational complexity than the ML method, but there is a serious problem in performance degradation due to noise amplification in the linear detection process.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방식으로 LRAD(Lattice Reduction Aided Detection) 방식이 제안되었다. LRAD 방식은 채널 행렬을 직교가 되도록 변환시켜 선형 검출을 수행함으로써 잡음 증폭을 크게 줄였다. LRAD 방식에서 채널 행렬을 거의 직교가 되도록 변환시키기 위해 LR(Lattice Reduction)을 이용한다. LR 기법 중 Gauss reduction, Minkowski reduction 및 Korkine-Zolotareff reduction 기법은 최상의 기저를 찾아 채널 행렬을 직교가 되도록 변환시키지만 계산량이 많다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완한 LLL(Lenstra-Lenstra-Lovasz)-LR 기법은 복소 채널을 실수로 변환시켜 채널 행렬을 거의 직교가 되도록 변환시키는 Real LLL-LR 기법, 그램-슈미트 직교 정규화(Gram-schmidt orthonomalization) 방식을 이용한 Complex LLL-LR 기법, 그리고 QR을 이용한 LLL-LR with QR 기법이 있다. As a method to solve this problem, a LRAD (Lattice Reduction Aided Detection) method has been proposed. The LRAD method significantly reduces noise amplification by converting the channel matrix to be orthogonal and performing linear detection. In the LRAD method, LR (Lattice Reduction) is used to convert the channel matrix to be almost orthogonal. The Gauss reduction, Minkowski reduction, and Korkine-Zolotareff reduction techniques of the LR method transform the channel matrix to be orthogonal by finding the best basis, but have a disadvantage in that it has a large amount of computation. The LLL (Lenstra-Lenstra-Lovasz) -LR technique, which compensates for these shortcomings, uses the Real LLL-LR technique, Gram-schmidt orthonomalization, which converts a complex channel into a real orthogonal channel by converting the complex channel into a real number. Complex LLL-LR using QR, and LLL-LR with QR using QR.

채널 행렬을 직교가 되도록 변환시키는 상기 LLL-LR 기법은 많은 계산량을 요구한다. 따라서 상기 LLL-LR 기법은 안테나의 수가 늘어남에 따라 계산량이 증가되는 단점을 갖는다. 또한 시변 페이딩 채널 환경에서는 LR을 통해 얻은 행렬 P가 잘 변하지 않는다는 성질이 있음에도 불구하고 매 채널 행렬마다 LR을 수행함으로써 필요없는 계산을 하는 문제점이 있다. The LLL-LR technique of transforming the channel matrix to be orthogonal requires a large amount of computation. Therefore, the LLL-LR technique has a disadvantage in that the amount of calculation increases as the number of antennas increases. In addition, in the time-varying fading channel environment, although the matrix P obtained through the LR does not change well, there is a problem in that unnecessary calculation is performed by performing the LR for every channel matrix.

따라서, 시변 페이딩 채널 환경에서 기존의 LR 기법과 같은 성능을 보이면서 연산 복잡도를 낮춘 LR 기법이 요구되고 있다.Therefore, the LR technique is required to show the same performance as the conventional LR technique in a time-varying fading channel environment and to reduce the computational complexity.

본 발명은 상기와 같은 상황을 고려하여 발명된 것으로서, 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서 페이딩 채널의 시간 상관성을 이용하여 복잡도가 낮으면서 기존 LRAD(Lattice Reduction-Aided Detection) 방식과 같은 성능을 가지게 하는 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션(LR: Lattice Rduction) 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented in consideration of the above situation, and has a low complexity and a conventional LRAD (Lattice Reduction-Aided Detection) method using a time correlation of a fading channel in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system. The purpose of the present invention is to provide a Lattice Reduction (LR) method of a multiple input / output receiver having the same performance.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션(LR; Lattice Reduction) 방법은, N개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션(LR: Lattice Reduction) 방법에 있어서, 수신단에서 K개의 채널과 수신 심벌을 저장하는 단계; 상기 수신 안테나로 이루어지는 수신단에서 래티스 리덕션(LR)을 수행할 때 매 채널마다 LR을 수행하지 않고, K 번째 채널, 즉 nK번째(n=1,2,3,....) 채널에서만 LR을 수행하는 LR 수행 단계; 상기 nK번째 채널에서 LR을 수행하여 획득한 P 행렬과 이전 블락 (n-1)K 번째 채널에서 LR을 수행하여 구한 P 행렬을 비교하는 행렬 비교 단계를 포함하고, 상기 P 행렬에서 P는 N×N의 크기를 가지며 모든 성분이 정수이고 행렬식(determinant)이

Figure 112010028208498-pat00001
인 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a Lattice Reduction (LR) method of a multiple input / output receiver according to the present invention is a Lattice Reduction (LR) of a multiple input / output wireless communication system using N transmit antennas and L receive antennas. A method comprising: storing K channels and received symbols at a receiving end; When performing a lattice reduction (LR) at the receiving end of the receiving antenna, LR is not performed in every channel, and LR is performed only in the Kth channel, that is, the nKth channel (n = 1, 2, 3, ...). Performing an LR step; A matrix comparison step of comparing a P matrix obtained by performing LR on the nK th channel and a P matrix obtained by performing LR on a previous block (n-1) K th channel, wherein P is N × in the P matrix. Is of size N, all components are integers, and the determinant
Figure 112010028208498-pat00001
It is characterized by that.

바람직하게는, 상기 nK번째 채널의 P 행렬과 (n-1)K 번째 채널의 P 행렬을 비교하여, 두 행렬이 동일하지 않은 경우에, LR을 수행하지 않은 나머지 K-1개의 채널 프레임에서 LR을 수행하여 P 행렬을 구하는 단계(시퀀셜 모드); 상기 nK번째 채널의 P 행렬과 (n-1)K 번째 채널의 P 행렬을 비교하여, 두 행렬이 동일할 경우에, LR을 수행하지 않은 나머지 K-1개의 P 행렬을 nK번째 채널의 P 행렬과 동일한 행렬로 한다(블락 모드).Preferably, the P matrix of the nK th channel and the P matrix of the (n-1) K th channel are compared, and when the two matrices are not the same, LR in the remaining K-1 channel frames without performing LR. Performing P to obtain a P matrix (sequential mode); Comparing the P matrix of the nK th channel and the P matrix of the (n-1) K th channel, when the two matrices are the same, the remaining K-1 P matrices without performing LR are P matrixes of the nK th channel. It is set as the same matrix as (block mode).

바람직하게는, 상기 나머지 K-1개의 채널 프레임에서 LR을 수행할 때, 이전 채널 프레임에서 구한 P 행렬을 초기 조건으로 하여 LR을 수행한다. Preferably, when performing LR in the remaining K-1 channel frames, LR is performed using the P matrix obtained in the previous channel frame as an initial condition.

바람직하게는, 상기 nK번째 채널에서 LR을 수행할 때, 상기 nK번째 채널 행렬의 P 행렬을 (n-1)K 번째 채널에서 구한 P 행렬을 초기 조건으로 두고 LR을 수행하며, n=1인 경우에는 상기 P 행렬을 N×N 행렬을 가지는 단위행렬로 두고 LR을 수행한다. Preferably, when performing LR in the nK-th channel, LR is performed by setting the P matrix of the nK-th channel matrix in the (n-1) K-th channel as an initial condition and n = 1. In this case, LR is performed by setting the P matrix as a unit matrix having an N × N matrix.

바람직하게는, 상기의 방식대로 K개의 채널의 P 행렬을 구한 후 , 기존의 LRAD(Lattice Reduction-Aided Detection)를 통하여 K개의 수신 심벌 벡터를 추정한 후 상기의 방식을 반복하여 수신 심벌 벡터를 추정한다(n=n+1). Preferably, after obtaining the P matrix of the K channels in the above manner, after estimating the K received symbol vectors through the conventional Lattice Reduction-Aided Detection (LRAD), the method is repeated to estimate the received symbol vectors. (N = n + 1).

바람직하게는, 상기 K개의 채널을 저장할 때, 계산량을 최소로 하는 K는 도플러 주파수에 따라 달라지기 때문에 래티스 리덕션의 계산량과 수신기의 채널용량을 토대로 정한다. Preferably, when storing the K channels, K, which minimizes the calculation amount, is determined based on the calculation amount of lattice reduction and the channel capacity of the receiver since K, which minimizes the calculation amount, depends on the Doppler frequency.

바람직하게는, 상기 K는 도플러 주파수에 따라 가변적으로 달라지게 하거나 또는 고정된 K로 정할 수 있다. Preferably, the K may vary depending on the Doppler frequency or may be set to a fixed K.

본 발명에 따른 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법을 시변 페이딩 채널 환경에서 LR 기반 MIMO 수신기에 적용하면, 기존 LR 기반 MIMO 수신기와 같은 성능을 얻으면서 수신기의 복잡도를 크게 감소시키는 이점을 제공할 수 있다. Application of the lattice reduction method of the multi-input / output receiver according to the present invention to an LR-based MIMO receiver in a time-varying fading channel environment can provide an advantage of greatly reducing the complexity of the receiver while obtaining the same performance as a conventional LR-based MIMO receiver.

도 1은 본 발명에 따른 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법의 일실시예의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법을 설명하기 위해 사용되는 컴플렉스(Complex) LLL-LR 기법의 예시도이다.
도 3은 기존 래티스 리덕션(Lattice reduction-aided) 검출 기법을 설명하기 위한 예시도이다.
1 is a flowchart of an embodiment of a lattice reduction method of a multiple input / output receiver according to the present invention.
2 is an exemplary diagram of a complex LLL-LR technique used to describe a lattice reduction method of a multiple input / output receiver according to the present invention.
3 is an exemplary diagram for explaining a conventional lattice reduction-aided detection technique.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지에 불필요하다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related function or configuration is unnecessary to the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명의 이론적인 배경을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 실제 MIMO 환경에서는 시간에 따라 채널 환경이 변하는데 채널 환경이 독립적으로 변하는 것이 아니라 그 이전 시간의 채널과 상관성을 가지며 천천히 변하는 특성이 있다. 이러한 시변 페이딩 채널 환경에서는 채널의 시간 상관 특성으로 인하여 LR 기법을 통해 얻어지는 행렬 P가 이전 채널에서 얻은 행렬 P와 비교했을 때 동일하거나 비슷하다는 것이 확인되었다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 계산량이 많은 LR 기법의 계산량을 감소시킨 LR 기법을 제공할 수 있게 된다. First, the theoretical background of the present invention is as follows. That is, in the actual MIMO environment, the channel environment changes with time, but the channel environment does not change independently, but has a characteristic that changes slowly and has a correlation with the channel of the previous time. In this time-varying fading channel environment, it is confirmed that the matrix P obtained through the LR technique is the same or similar to the matrix P obtained in the previous channel due to the time correlation characteristics of the channel. Accordingly, the present invention can provide an LR technique using such a characteristic to reduce the computational amount of the computational LR technique.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법은, N개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 무선 통신 시스템에서 K개의 채널과 수신심벌 벡터를 저장하는 단계(S100); 상기 수신 안테나로 이루어지는 수신단에서 래티스 리덕션(LR)을 수행할 때 매 채널마다 LR을 수행하지 않고, K 번째 채널, 즉 nK 번째(n=1,2,3,....) 채널에서만 LR을 수행하는 LR 수행 단계(S200); 상기 nK번째 채널에서 LR을 수행하여 획득한 P 행렬과 (n-1)K 번째 채널에서 LR을 수행하여 구한 P 행렬을 비교하는 행렬 비교 단계(S300)를 포함하여 이루어진다. 더불어서, nK 번째 채널의 P 행렬과 (n-1)번째 채널의 P 행렬이 동일한 경우에는 LR을 수행하지 않고 K-1개의 채널 프레임의 P 행렬을 nK 번째 채널의 P 행렬과 동일하게 두는 블락 모드 단계(S400); nK 번째 채널의 P 행렬과 (n-1)K번째 채널의 P 행렬이 동일하지 않을 경우에는 LR을 수행하여 LR을 수행하지 않은 K-1개의 채널 프레임의 P행렬을 구하는 시퀀셜 모드 단계(S500); K개의 채널의 P행렬을 구한 후 LRAD를 수행한 후 상기의 방식을 반복(n=n+1)하여 수신 심벌 벡터를 추정하는 단계 (S600)를 포함한다. 여기서, 상기 P 행렬에서 P는 N×N의 크기를 가지며 모든 성분이 정수이고 행렬식(determinant)이

Figure 112010028208498-pat00002
이다. Referring to FIG. 1, in a lattice reduction method of a multiple input / output receiver according to the present invention, storing K channels and a reception symbol vector in a multiple input / output wireless communication system using N transmit antennas and L receive antennas (S100). ); When performing a lattice reduction (LR) at the receiving end of the receiving antenna, LR is not performed for every channel, and LR is performed only in the K-th channel, that is, the nK-th channel (n = 1, 2, 3, ...). LR performing step (S200) to perform; And a matrix comparison step S300 for comparing the P matrix obtained by performing LR in the nK th channel and the P matrix obtained by performing LR in the (n-1) K th channel. In addition, in the case where the P matrix of the nK th channel and the P matrix of the (n-1) th channel are the same, the block mode in which the P matrix of the K-1 channel frame is the same as the P matrix of the nK th channel without performing LR. Step S400; If the P matrix of the n-th channel is not the same as the P-matrix of the (n-1) K-th channel, the sequential mode step of performing LR to obtain a P-matrix of K-1 channel frames without performing LR (S500) ; After calculating P matrix of K channels, performing LRAD, and repeating the above scheme (n = n + 1) to estimate a received symbol vector (S600). Herein, in the P matrix, P has a size of N × N, all components are integers, and a determinant is
Figure 112010028208498-pat00002
to be.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 입출력 수신기의 래티스 리덕션 방법의 작용을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. The operation of the lattice reduction method of the multiple input / output receiver according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

예를 들어, N개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나로 구성된 다중 입출력 무선통신 시스템에서, 채널, 송신 신호 및 수신신호는 하기 [수학식 1]과 같이 표현된다. For example, in a multiple input / output wireless communication system composed of N transmit antennas and L receive antennas, a channel, a transmission signal, and a reception signal are represented by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112010028208498-pat00003
Figure 112010028208498-pat00003

Figure 112010028208498-pat00004
Figure 112010028208498-pat00004

Figure 112010028208498-pat00005
Figure 112010028208498-pat00005

Figure 112010028208498-pat00006
Figure 112010028208498-pat00006

Figure 112010028208498-pat00007
Figure 112010028208498-pat00007

상기 [수학식 1]에서, sj는 j번째 송신 안테나에서 보내는 송신 신호를 의미하고, 상기 yi는 i번째 수신 안테나를 통한 수신 신호, 상기 hji 는 j번째 송신 안테나와 i번째 수신 안테나 사이의 채널 이득, ni는 i번째 수신 안테나에 추가되는 잡음을 의미한다. In Equation 1, s j denotes a transmission signal transmitted from a j th transmission antenna, y i denotes a reception signal through an i th reception antenna, and h ji denotes between a j th transmission antenna and an i th reception antenna. The channel gain of, n i denotes noise added to the i-th receiving antenna.

MIMO 시스템에서 LRAD 기법은 LR 기법을 통해 채널 행렬을 거의 직교로 변환시킨 가상 채널을 사용함으로써 기존에 발생하는 잡음 증폭을 크게 줄일 수 있다. LR 기법은 채널 H를 거의 직교로 변환시킨 H'는 하기 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다. In the MIMO system, the LRAD technique can significantly reduce the noise amplification that occurs by using a virtual channel in which the channel matrix is almost orthogonal through the LR technique. In the LR technique, H ′, which is substantially orthogonal to the channel H, may be represented by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112010028208498-pat00008
Figure 112010028208498-pat00008

상기 [수학식 2]에서 P는 N×N의 크기를 가지며 모든 성분이 정수이고 행렬식(determinant)이

Figure 112010028208498-pat00009
이다. 채널 행렬의 열벡터를 거의 직교를 이루는 새로운 기저 벡터로 변환시키는 LR 방식은 다양하다. 본 발명에서는 도 2에 나타낸 컴플렉스(complex) LLL-LR 기법을 적용하였다. In Equation 2, P has a size of N × N, all components are integers, and a determinant is
Figure 112010028208498-pat00009
to be. There are a variety of LR methods for converting a column vector of a channel matrix into a new basis vector that is almost orthogonal. In the present invention, the complex LLL-LR technique shown in FIG. 2 is applied.

LR을 이용한 신호 검출 과정에서 수신 심벌 벡터는 하기 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다. In the signal detection process using the LR, the received symbol vector may be represented by Equation 3 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112010028208498-pat00010
Figure 112010028208498-pat00010

LR을 이용한 Lattice Reduction-Aided 검출 과정은 도 3과 같다. 먼저 하기 [수학식 4]와 같이 수신 심벌 벡터 y에

Figure 112010028208498-pat00011
을 곱하여
Figure 112010028208498-pat00012
를 구할 수 있다.
Figure 112010028208498-pat00013
를 구한 후 양자화(quantized)한 후 P를 곱하여 송신 심벌 벡터를 검출한다. Lattice Reduction-Aided detection using LR is shown in FIG. 3. First, in the received symbol vector y as shown in [Equation 4]
Figure 112010028208498-pat00011
Multiply by
Figure 112010028208498-pat00012
Can be obtained.
Figure 112010028208498-pat00013
After quantizing and quantizing and multiply by P to detect the transmission symbol vector.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112010028208498-pat00014
Figure 112010028208498-pat00014

Figure 112010028208498-pat00015
Figure 112010028208498-pat00015

Figure 112010028208498-pat00016
Figure 112010028208498-pat00016

시변 페이딩 채널 환경에서는 P가 크게 바뀌지 않는 성질을 이용하여 본 발명에서는 매번 채널 프레임에서 LR을 수행하는 것이 아니라 한 블락인 K개의 채널을 저장하여 K번째 채널에서만 LR을 수행한다. 이때 나머지 K-1개의 채널 즉 i가 (n-1)K<i<nK인 경우에는 LR을 수행하지 않고 채널 Hi와 송신 신호 y를 저장한다. i가 K의 정수배가 되는 경우에만(i=nK) LR을 수행한 후 nK 번째 채널 프레임의 PnK 행렬과 이전 블락에서 수행한 (n-1)K번째 채널 프레임의 P(n-1)K을 비교한다. 본 발명의 방법에서는 두 P 행렬의 비교 결과에 따라 블락(block) 모드와 시퀀셜(sequential) 모드로 나누어 LR을 수행한다. In the time-varying fading channel environment, P does not change significantly. In the present invention, the LR is performed only in the K-th channel by storing K channels, which is a block, instead of performing LR every channel frame. In this case, when the remaining K-1 channels, i, are (n-1) K <i <nK, the channel H i and the transmission signal y are stored without performing LR. only if i is to be an integer multiple of K (i = nK) after performing the LR made in P nK matrix and the old block of nK second channel frame (n-1) P of the K-th channel frame (n-1) K Compare In the method of the present invention, LR is performed by dividing into a block mode and a sequential mode according to a result of comparing two P matrices.

먼저 블락 모드는 PnK와 P(n-1)K를 비교하여 동일한 경우에만 동작된다. 두 행렬인 PnK와 P(n-1)K가 동일한 경우 채널이 빨리 변하지 않기 때문에 나머지 K-1 개 채널의 Pi ((n-1)K<i<n)도 PnK 와 동일할 확률이 굉장히 높다. 이러한 경우에는 LR을 수행하지 않은 K-1 개의 채널 프레임에서는 LR을 통해 정수 행렬 Pi ((n-1)K<i<nK)를 구하지 않고 PnK와 동일한 행렬을 사용함으로써 기존 적응형 LR 기법의 불필요한 계산량을 줄인다. First, the block mode is operated only when P nK and P (n-1) K are compared. If the two matrices P nK and P (n-1) K are the same, the channel does not change quickly, so the probability of P i ( (n-1) K <i <n ) of the remaining K-1 channels is equal to P nK This is very high. In this case, in the K-1 channel frame that does not perform LR, the conventional adaptive LR method is used by using the same matrix as P nK without obtaining the integer matrix P i ( (n-1) K <i <nK ) through LR. Reduce unnecessary computation.

두번째로 시퀀셜 모드는 PnK와 P(n-1)K가 같지 않은 경우 나머지 K-1 개의 채널 프레임의 Pi ((n-1)K<i<nK)가 PnK와 비교하여 같지 않을 확률이 높기 때문에 LR을 수행하여 Pi ((n-1)K<i<nK)를 구해준다. 이때 LR을 수행할때는 Pi ((n-1)K<i<nK)를 단위행렬(IN)로 두고 LR을 수행하는 것이 아니라 이전 채널에서 구한 Pi - 1 를 초기조건으로 두고 LR을 수행한다. A second sequential mode, the probability P nK and P (n-1) If K is not equal to the remaining K-1 channel frame P i ((n-1) K <i <nK) is not the same as compared to the P nK Since LR is performed, P i ( (n-1) K <i <nK) is obtained. In this case, when LR is executed, P i ( (n-1) K <i <nK) is set as the unit matrix (I N ), and LR is not performed but LR is performed with P i - 1 obtained from the previous channel as an initial condition. do.

본 발명의 일실시예의 동작 순서는 아래와 같다. The operation procedure of an embodiment of the present invention is as follows.

1) n=1로 초기화한다. 1) Initialize to n = 1.

2) (n-1)K<i<nK일 때, Hi 와 송신 신호 y를 저장한다. 2) H i when (n-1) K <i <nK And transmit signal y.

3) nK 번째 채널 프레임에서 LR을 수행한다. LR을 수행할 때는 Pi=P(n-1)K (n=1일 때 Pi=IN)로 두고 LR을 수행한다. 3) LR is performed in the nK th channel frame. When performing LR, set P i = P (n-1) K (P i = I N when n = 1) and perform LR.

4) 4)

IF PnK=P(n-1)K : block modeIF P nK = P (n-1) K : block mode

FOR i=(n-1)K+1,…,nK-1DoFOR i = (n-1) K + 1,... , nK-1Do

SET Pi=PnK SET P i = P nK

COMPUTE

Figure 112010028208498-pat00017
COMPUTE
Figure 112010028208498-pat00017

END FOREND FOR

ELSE: sequential modeELSE: sequential mode

FOR i=(n-1)K+1,…,nK-1DoFOR i = (n-1) K + 1,... , nK-1Do

{Perform LR for Hi with initial setting of Pi=Pi -1 in the LR iteration} {Perform LR for H i with initial setting of P i = P i -1 in the LR iteration}

END FOREND FOR

5)

Figure 112010028208498-pat00018
를 이용하여 LRAD를 수행한다. 5)
Figure 112010028208498-pat00018
Perform LRAD using.

6) n=n+1, 2)~5)번의 과정을 반복한다. 6) Repeat the process of n = n + 1, 2) ~ 5).

본 발명에서는 시변 페이딩 채널의 도플러 주파수에 따라 계산량을 최소화 하게 하는 K의 값은 다르다. K의 값은 실험을 통하여 도플러 주파수에 따라 정할 수 있고 도플러 주파수에 따라 다른 K의 값을 쓰는 것이 아니라 고정된 K의 값을 사용할 수 있다. In the present invention, the value of K, which minimizes the amount of calculation, depends on the Doppler frequency of the time-varying fading channel. The value of K can be determined according to the Doppler frequency through experiments, and a fixed value of K can be used instead of using a different K value according to the Doppler frequency.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 대해 설명하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등물에 해당하는 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments of the present invention have been described, but these are merely exemplary, and those skilled in the art may understand that other embodiments corresponding to various modifications and equivalents are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (7)

N개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션(LR: Lattice Reduction) 방법에 있어서,
K개의 채널과 수신심벌 벡터를 저장하는 단계;
상기 수신 안테나로 이루어지는 수신단에서 래티스 리덕션(LR)을 수행할 때 매 채널마다 LR을 수행하지 않고, K 번째 채널, 즉 nK 번째(n=1,2,3,....) 채널에서만 LR을 수행하는 LR 수행 단계;
상기 nK번째 채널에서 LR을 수행하여 획득한 P 행렬과 이전 블락 (n-1)K 번째 채널에서 LR을 수행하여 구한 P 행렬을 비교하는 행렬 비교 단계;
상기 nK번째 채널의 P 행렬과 (n-1)K 번째 채널의 P 행렬을 비교하여, 두 행렬이 동일하지 않은 경우에, LR을 수행하지 않은 나머지 K-1개의 채널 프레임에서 LR을 수행하여 P 행렬을 구하는 시퀀셜 모드 단계; 및
상기 nK번째 채널의 P 행렬과 (n-1)K 번째 채널의 P 행렬을 비교하여, 두 행렬이 동일할 경우에, LR을 수행하지 않은 나머지 K-1개의 P 행렬을 nK번째 채널의 P 행렬과 동일하게 두는 블락 모드 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
In a Lattice Reduction (LR) method of a multiple input / output wireless communication system using N transmit antennas and L receive antennas,
Storing K channels and a received symbol vector;
When performing a lattice reduction (LR) at the receiving end of the receiving antenna, LR is not performed for every channel, and LR is performed only in the K-th channel, that is, the nK-th channel (n = 1, 2, 3, ...). Performing an LR step;
A matrix comparison step of comparing a P matrix obtained by performing LR on the nK th channel and a P matrix obtained by performing LR on a previous block (n-1) K th channel;
Comparing the P matrix of the nK th channel and the P matrix of the (n-1) K th channel, when the two matrices are not the same, LR is performed in the remaining K-1 channel frames that do not perform LR and P is performed. Sequential mode step of obtaining a matrix; And
Comparing the P matrix of the nK th channel and the P matrix of the (n-1) K th channel, when the two matrices are the same, the remaining K-1 P matrices without performing LR are P matrixes of the nK th channel. Lattice reduction method of a multiple input-output wireless communication system comprising a block mode step to be equal to.
제1항에 있어서,
상기 P 행렬에서 P는 N×N의 크기를 가지며 모든 성분이 정수이고 행렬식(determinant)이
Figure 112011048124926-pat00023
인 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
The method of claim 1,
In the P matrix, P has a size of N × N, all components are integers, and the determinant is
Figure 112011048124926-pat00023
Lattice reduction method of a multiple input-output wireless communication system, characterized in that.
제2항에 있어서,
상기 나머지 K-1개의 채널 프레임에서 LR을 수행할 때, 이전 채널 프레임에서 구한 P 행렬을 초기 조건으로 하여 LR을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
The method of claim 2,
Lattice reduction method of a multiple input-output wireless communication system, characterized in that when performing the LR in the remaining K-1 channel frame, LR is performed using the P matrix obtained in the previous channel frame as an initial condition.
제2항에 있어서,
상기 nK번째 채널에서 LR을 수행할 때, 상기 nK번째 채널 행렬의 P 행렬을 (n-1)K 번째 채널에서 구한 P 행렬을 초기 조건으로 두고 LR을 수행하며, n=1인 경우에는 상기 P 행렬을 N×N 행렬을 가지는 단위행렬로 두고 LR을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
The method of claim 2,
When LR is performed in the nK th channel, LR is performed by setting the P matrix of the nK th channel matrix in the (n−1) K th channel as an initial condition. A Lattice reduction method of a multiple input / output wireless communication system, characterized in that LR is performed by setting a matrix as a unit matrix having an N × N matrix.
제1항에 있어서,
상기 K개의 채널의 P 행렬을 구한 후, 기존의 LRAD(Lattice Reduction-Aided Detection)를 통하여 K개의 수신 심벌 벡터를 추정하며, 상기 단계들을 반복(n=n+1)하여 수신 심벌 벡터를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
The method of claim 1,
After obtaining the P matrix of the K channels, the K received symbol vectors are estimated through the conventional Lattice Reduction-Aided Detection (LRAD), and the steps are repeated (n = n + 1) to estimate the received symbol vectors. Lattice reduction method of a multiple input-output wireless communication system, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 K개의 채널을 저장할 때, 계산량을 최소로 하는 K는 도플러 주파수에 따라 달라지기 때문에 래티스 리덕션의 계산량과 수신기의 채널용량을 토대로 정하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
The method of claim 1,
When storing the K channels, the minimum K is calculated according to the Doppler frequency, so the Lattice reduction method of a multiple input / output wireless communication system is determined based on the calculation amount of the lattice reduction and the channel capacity of the receiver.
제6항에 있어서,
상기 K는 도플러 주파수에 따라 가변적으로 달라지게 하거나 또는 고정된 K를 사용할수 있는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 무선 통신 시스템의 래티스 리덕션 방법.
The method of claim 6,
The K is a lattice reduction method of a multiple input and output wireless communication system, characterized in that it can vary depending on Doppler frequency or use a fixed K.
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"시변 페이딩 환경에서 Lattice Reduction 기반 MIMO 수신기를 위한 계산량 감소 기법",한국통신학회논문지 제34권 제11호, (2009.11.30)*

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