KR101106684B1

KR101106684B1 - 다중 안테나 시스템의 수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101106684B1
Application number: KR1020070124193A
Authority: KR
Inventors: 양주열; 김성수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2012-01-18
Also published as: US20090141835A1; KR20090057563A; US8320505B2

Abstract

본 발명은 다중 송수신 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple-Input Multiple Output) 시스템에서 최적의 성능을 가지는 최대 우도(ML: Maximum-Likelihood) 검출 기법의 성능에 근접한 성능을 얻으면서 계산 복잡도를 감소시킬 수 있는 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 경판정부와, 상기 초기 경판정 값의 주변 값들로 제한된 후보 심벌을 선정하는 후보 심벌 선정부와, 상기 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거하고, 상기 간섭 제거의 결과를 이용하여 수신 심벌의 최종 후보 심벌을 선정하도록 하는 간섭 제거부를 포함한다.

다중 안테나 시스템, 유클리드 거리, LLR, 후보 심벌

Description

다중 안테나 시스템의 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVER IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}

본 발명은 다중 송수신 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple-Input Multiple Output) 시스템에서 최적의 성능을 가지는 최대 우도(ML: Maximum-Likelihood) 검출 기법의 성능에 근접한 성능을 얻으면서 계산 복잡도를 감소시킬 수 있는 검출 기법 및 구조를 제안한다.

최근, 무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있으며, 특히, 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되고 있다. 따라서, 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 찾는 것이 가장 시급한 과제로 떠오르고 있다. 상기 과제를 해결하기 위하여 다중 안테나를 이용한 새로운 전송 기술이 필요하게 되었으며, 그 일 예로서 다중 안테나를 이용한 다중 입력 다중 출력(MIMO ; Multiple-Input Multiple-Output) 시스템이 사용되고 있다.

상기 다중 입력 다중 출력 기술은 송/수신단 각각 다중 안테나를 사용하는 시스템으로, 단일 안테나(SISO ; Single-Input Single-Output)를 사용하는 시스템에 비해 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 채널 전송 용량을 안테나 수에 비례하여 증가시킬 수 있어 최근 활발한 연구가 진행되고 있다.

상기 다중 안테나 기술들은 크게 송/수신 안테나 수의 곱에 해당하는 다이버시티(diversity) 이득을 얻어 전송 신뢰도를 향상시키는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식, 동시에 다수의 신호 열을 전송하여 전송률을 높이는 공간 멀티플렉싱(SM ; Spatial Multiplexing) 방식 그리고 공간 다이버시티와 멀티플렉싱을 결합한 방식으로 나눌 수 있다.

상기 다중 안테나 기술 중 상기 공간 멀티 플렉싱 방식을 사용하여 각 송신기에서 서로 다른 데이터 열을 송신하게 되면, 상기 동시에 전송된 데이터 사이에 상호 간섭이 발생하게 된다. 따라서, 수신기에서는 상기 간섭 신호 영향을 고려한 최대 우도 수신기(ML ; Maximum Likelihood)를 사용하여 상기 신호를 검출하거나, 상기 간을 제거한 후 검파하게 된다. 여기서, 상기 간섭 제거 방식에는 제로 포싱(Zero Forcing), 최소 평균 제곱 오차(MMSE ; Minimum Mean Square Error) 등이 있다. 일반적인 공간 멀티플렉싱 방식에서 상기 수신기의 성능은 상기 수신기의 계산 복잡도와 트레이드오프(tradeoff) 관계에 있다. 따라서, 상기 수신기의 계산 복잡도는 낮으면서 최대 우도 수신기에 근접하는 성능을 얻을 수 있는 수신 알고리즘에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

상기와 같은 다중 안테나 시스템은 송수신 단의 다중 안테나를 이용하여 데 이터를 송수신한다. 예를 들어 n개의 송신 안테나 및 m개의 수신 안테나를 사용하는 경우 수신 신호는 하기 <수학식 1>과 같은 수식으로 표현할 수 있다.

여기에서, 상기 y는 수신 신호 벡터(received signal vector)이며, 상기 y_i는 i번째 수신 안테나에서의 수신 신호를 나타내고, 상기 H는 채널 행렬(channel matrix)이며 h_ij는 j번째 송신 안테나와 i번째 수신 안테나 사이에 채널 이득을 나타낸다.

또한, 상기 Ｘ는 송신 심벌 벡터(transmitted symbol vector)이며, 상기 X_j는 j번째 송신 안테나에서의 송신 심벌을 나타내고, 상기 u는 배경 잡음(background noise)이며, 상기 u_i는 i번째 수신 안테나에서의 배경 잡음을 나타낸다.

상기와 같은 수신기는 하기 <수학식 2>를 이용하여 수신 신호에 대하여 최적의 수신 성능을 얻을 수 있는 최대 우도(ML ; Maximum-Likelihood) 검출 기법을 수 행할 수 있다. 상기 최대 우도 검출 기법은 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산하여 직선 최단 거리를 가지는 심볼 벡터를 선택함으로써 성능을 크게 향상시키는 방식을 말한다.

상기 <수학식 2>에서 A는 송신 심벌 벡터 _X가 가질 수 있는 모든 가능한 후보 심벌 벡터 집합(candidate symbol vectors set)을 의미하며 변조 차수를 M이라고 할 때 총 Mⁿ 개의 후보 심벌 벡터들을 포함한다.

상기와 같이 최대 우도 검출 기법은 송신 심벌의 변조 차수와 송신 안테나 수가 증가함에 따라 계산량이 지수 함수적으로 증가한다는 문제점이 있다.

한편, 상기 <수학식 2>는 채널 복호기를 고려하지 않은 경판정 과정에 따른 최대 우도 검출 기법에 관한 식이고, 상기 채널 복호기까지 고려할 경우, 하기 <수학식 3>과 같은 수식을 이용하여 각각의 데이터 비트에 대한 LLR을 구하여야 한다.

상기 <수학식 3>과 같이 LLR 계산을 위해서는 각 심벌에 포함된 비트들이 가지는 값에 따라 각각의 경우에 해당하는 심벌 벡터를 구해야 함에 따라 복잡한 검출 과정이 필요하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 병렬 검출 기법(PD ; Parallel Detection)을 이용한다.

도 1은 일반적인 수신 장치의 최대 우도 검출 기법과 병렬 검출 기법의 후보 심벌를 나타내는 도면이다.

먼저, 상기 최대 우도 검출 기법과 병렬 검출 기법의 차이점을 설명하기 위하여 송수신 안테나가 각각 두 개이고 QPSK 변조 방식을 사용하는 수신 장치를 가정하여 설명한다.

도 1(a)는 일반적인 수신 장치의 최대 우도 검출 기법에 따른 후보 심벌을 도시한 도면이다.

상기 도 1(a)을 참조하면, 상기 수신 장치의 최대 우도 검출 기법은 후보 심벌 벡터들로 각 송신 안테나에서 전송한 심벌들 (x₁ ,x₂)의 모든 조합을 사용하며 따라서 총 16개(4 x 4)의 후보 심벌 벡터들이 생긴다.

도 1(b)는 일반적인 수신 장치의 병렬 검출 기법에 따른 후보 심벌을 도시한 도면이다.

상기 도 1(b)를 참조하면, 상기 수신 장치는 두 개의 송신 안테나에서 전송된 심벌들 중 하나를 선택한 후 그 심벌이 가질 수 있는 모든 가능한 경우에 대하여 수신 신호에서 간섭 제거(interference cancelling)를 수행한 후, slicing을 이용하여 나머지 심벌을 결정한다. 이에 따라 상기 수신 장치에서 사용하는 후보 심벌 벡터들의 갯 수는 4개로 감소하게 된다. 따라서, 상기 병렬 검출 기법은 유클리드 거리를 계산하기 위한 장치의 복잡도를 감소시킬 수 있다.

상기 수신 장치의 병렬 검출 기법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 수신 장치는 두 개의 송신 심벌(예 ; x₁, x₂) 가운데 하나의 송신 심벌을 선택(예 ; x₁)하는 과정을 수행하고, 상기 선택한 심벌(예 ; x₁)이 가질 수 있는 모든 후보 심벌에 대한 간섭을 제거한다.

이후, 상기 수신 장치는 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호를 이용하여 또 다른 송신 신호의 심벌(예 ; x₂)에 대한 후보 심벌 값을 결정한다.

상기와 같은 병렬 검출 기법은 최대 우도 검출 기법에 비해 유클리드 거리 계산의 복잡도를 줄이면서 상기 최대 우도 검출 기법과 비슷한 성능을 얻을 수 있 다는 장점이 있으나, 채널 복호를 고려하지 않았는데 실제 채널 복호가 필요하다면 LLR을 계산하는 과정에 비정상 동작을 수행한다는 문제점이 있다.

도 2는 일반적인 수신 장치의 병렬 검출 기법에 따른 문제점을 나타내는 도면이다.

상기 도 2는 상기 수신 장치의 병렬 검출 기법에 따른 동작 후, 다른 송신 신호의 심벌(예 ; x₂)에 대한 후보 심벌에 대하여 남아 있는 후보 심벌의 값을 표시하고 있다.

이때, 상기 x₂에 포함된 첫 번째 비트에 따라 y축을 기준으로 상기 후보 심벌의 값이 좌우로 나뉘게 된다. 이에 따라 상기 수신 장치는 첫 번째 비트가 0일 때와 1일 때 각각에 대하여 유클리드 거리가 최소가 되는 값을 찾아야 하는데 상기 도 2에 도시한 바와 같이 첫 번째 비트가 "1"인 경우에 대하여 후보 심벌 값들이 없으므로 LLR 계산 과정에 비정상 동작이 발생하게 된다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 수정된 최대 우도 방식(MML ; Modified ML)(공개 특허 10-2007-0052037 ; 다중 안테나 통신시스템에서 로그 우도 율 생성 장치 및 방법)을 이용하여 해결할 수 있으나, 비정상 동작을 막기 위하여 해당 비트가 포함된 심벌에 대해서는 모든 후보 심벌값들을 사용하기 때문에 총 M개의 후보 심벌 벡터들에 대하여 Euclidean distance를 계산해야 함에 따라 변조 차수가 높아짐에 따라 여전히 계산 복잡도의 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 채널 상황에 따라 후보 심벌 벡터의 갯 수를 조절하기 위한 적응형 수신 기법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 유클리드 거리 계산시 발생하는 계산 복잡도를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 LLR 계산시 발생하는 비정상적인 동작을 방지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 장치는 수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 경판정부와, 상기 초기 경판정 값의 주변 값들로 제한된 후보 심벌을 선정하는 후보 심벌 선정부와, 상기 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거하고, 상기 간섭 제거의 결과를 이용하여 다른 수신 심벌에 대한 최종 후보 심벌을 선정하도록 하는 간섭 제거부와, 상기 최종 후보 심벌을 이용하여 수신 심벌을 추정하는 심벌 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 방법은 수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 과정과, 상기 초기 경판정 값의 주변 값들로 제한된 후보 심벌을 선정하는 과정과, 상기 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거하고, 상기 간섭 제거의 결과를 이용하여 다른 수신 심벌에 대한 최종 후보 심벌을 선정하는 과정과, 상기 최종 후보 심벌을 이용하여 수신 심벌을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 채널 상황에 따라 후보 심벌 벡터의 갯 수를 조절하는 수신 기법 및 수신 장치에 관한 것으로, 종래의 병렬 검출 기법 및 MML 기법이 가지는 단점인 LLR 계산시 발생하는 비정상적인 동작 문제를 해결할 수 있고, 후보 벡터의 갯 수를 줄일 수 있다.

다시 말해서, 본 발명은 계산 복잡도 감소 이득을 얻음과 동시에 성능 열화를 최소화함으로써 종래 기술인 MML과 거의 유사한 성능을 얻을 수 있도록 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 설명에서는 채널 상황에 따라 후보 심벌 벡터의 갯 수를 조절하기 위한 다중 입력 다중 출력 시스템의 수신 장치 및 방법에 대하여 설명할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 수신 장치의 상세 구성을 도 시한 블럭 구성도이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 수신 장치는 소정 개수, 예를 들어, K개의 수신기(301 내지 303), LLR 생성부(305), 디인터리버(307) 및 채널 부호 복호부(309)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 수신 장치의 수신기(301 내지 303)는 수신 신호 벡터 y로부터 송신 신호 벡터 x에 해당하는 추정 벡터를 생성한다.

상기 LLR 생성부(305)는 공간 확산 팩터(spatial spreading factor) 값을 계산하고, 상기 계산한 공간 확산 팩터 값을 이용하여 후보 심벌 갯 수를 선정한다. 이후, 상기 LLR 생성부(305)는 상기 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거함에 따른 후보 심벌 벡터를 선정하고, 유클리드 거리(Euclidean distance)를 이용하여 데이터 비트들에 대한 LLR을 계산한다.

상기 디인터리버(307)는 상기 수신 장치의 복조부로부터의 심볼들을 주어진 규칙에 의해 디인터리빙하여 변조된 신호의 비트 위치를 인터리빙 이전의 원래의 순서대로 바꾸어 출력한다.

상기 채널 부호 복호부(309)는 상기 디인터리버(307)로부터 상기 LLR값들을 수신하고, 상기 수신된 LLR에 기초하여 송신기가 송신한 정보 비트열을 획득한다

상기 LLR 생성부(305)에 대한 상세한 설명은 하기 도 4를 참조하여 상세히 설명할 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 LLR 생성부의 블럭 구성도이 다. 여기에서, 상기 LLR 생성부는 경판정부(401), 후보 심벌 선정부(405), 공간 확산 팩터 추정기(403), 간섭 제거부(407), 유클리드(Euclidean) 거리 계산부(409) 및, LLR 계산부(411)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 LLR 생성부의 경판정부(401)는 수신 심벌 벡터에 대한 경판정(hard decision) 과정을 통한 초기 경판정 값을 확인한다. 여기에서, 상기 경판정부(401)는 다수의 방법을 이용하여 경판정 과정을 수행할 수 있으나, 본 발명에서는 MMSE - nulling 기법을 이용하여 경판정 과정을 수행할 수 있다.

상기 공간 확산 팩터 추정기(403)는 후보 심벌 선정을 위한 공간 확산 팩터(spatial spreading factor) 값을 계산하고, 상기 후보 심벌 선정부(405)는 후보 심벌 매핑 테이블을 확인하여 상기 공간 확산 팩터에 따른 후보 심벌 갯 수를 설정한다.

상기 후보 심벌 매핑 테이블은 변조 차수에 따른 공간 확산 팩터 값(Spatial spreading factor)에 따른 후보 심벌의 갯 수를 정의한 매핑 테이블로 상기 후보 심벌 선정부는 QPSK, 16QAM, 64QAM 등의 변조 차수와 T₁dB이하, T₁dB 초과 T₂dB 미만, T₂dB 이상 범위의 공간 확산 팩터 값으로 정의된 상기 후보 심벌 매핑 테이블을 이용하여 후보 심벌 갯 수를 결정할 수 있다.

상기 간섭 제거부(407)는 상기 후보 심벌 선정부(405)에 의해 선정된 후보 심벌에 대한 간섭을 제거하고, 뿐만 아니라 상기 간섭 제거를 수행함으로써, 최종적인 후보 심벌 벡터를 선정한다.

상기 유클리드 거리(Euclidean distance) 계산부(409)는 복수, 예를 들어, K개의 수신기로부터 추정된 K개의 추정 벡터와 수신 신호 벡터 y를 이용하여 상기 K개의 추정 벡터에 대한 각각의 유클리드 거리를 계산하여 상기 LLR 계산부(411)로 제공한다.

상기 LLR 계산부(411)는 상기 유클리드 거리 계산부(409)에 의해 계산된 유클리드 거리의 값들을 이용하여 데이터 비트들에 대한 LLR을 계산한다.

이상은 채널 상황에 따라 후보 심벌 벡터의 갯 수를 조절하기 위한 다중 입력 다중 출력 시스템의 수신 장치에 대하여 설명하였고, 이하 설명에서는 본 발명에 따른 수신 장치를 이용하여 채널 상황에 따라 후보 심벌 벡터의 갯 수를 조절하기 위한 다중 입력 다중 출력 시스템의 수신 방법에 대하여 설명할 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 로그 우도 율을 계산하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 로그 우도 율을 계산하기 위하여 송/수신 안테나를 두 개 사용하는 MIMO 시스템을 실시 예로 가정하여 설명할 것이고, 상기 수신 장치는 하기 <수학식 4>과 같은 신호를 수신할 것이다.

상기 도 5를 참조하면, 상기 수신 장치는 먼저 501단계에서 수신 심벌 벡터에 대한 경판정(hard decision) 과정을 통한 초기 판정 값을 확인한다. 여기에서, 상기 수신 장치는 MMSE - nulling 기법을 이용하여 경판정 과정을 수행한다고 가정할 경우, 하기 <수학식 5>을 이용하여 초기 판정 값을 확인할 수 있다.

여기에서, 상기 z는 MMSE nulling 이후 변화된 수신 신호를 의미하고, 상기 W_MMSE는 수신 신호에 곱해지는 MMSE nulling를 위한 가중치 행렬을 말한다. 또한, 상기

는 배경 잡음의 평균 파워, 상기

는 송신 심벌의 평균 파워를 나타내고, 상기

은 심벌 벡터에 대한 초기 경판정(Hard decision) 값을 나타낸다.

이후, 상기 수신 장치는 503단계로 진행하여 공간 확산 팩터(spatial spreading factor)를 계산한 후, 505단계로 진행하여 후보 심벌 매핑 테이블을 확인한다. 여기에서, 상기 공간 확산 팩터 값은 채널 행렬 매트릭스 H에 대하여 Hermitian(H) * H 의 고유 벡터를 의미하며, 상기 후보 심벌 매핑 테이블은 상기 공간 확산 팩터 값에 따른 후보 심벌의 갯 수를 설정한 매핑 테이블 정보로 하기 도 7에서 상세히 설명할 것이다.

이후, 상기 수신 장치는 507단계로 진행하여 상기 계산한 공간 확산 팩터 값에 해당하는 후보 심벌 갯 수를 결정한 후, 509단계로 진행하여 상기 후보 심벌에 갯 수에 해당하는 후보 심벌을 선정한다.

여기에서, 상기 수신 장치는 1개부터 M(변조 차수)까지의 후보 심벌을 선정할 수 있으며, 1개의 후보 심벌을 선정할 경우 MMSE 수신 기법이 되고 M개의 후보 심벌을 수신할 경우 MML 수신 기법이 된다. 예를 들어, 상기 수신 장치가 64 QAM 변조 방식을 사용할 경우, 도 7과 같은 후보 심벌 매핑 테이블을 이용하여 MMSE 수신 기법을 통해 1개의 후보 심벌을 선정하고, MML 수신 기법을 통해 64개의 후보 심벌을 선정할 수 있다. 또한, 상기 수신 장치는 MMSE-MML 수신 기법을 통해 33개의 후보 심벌을 선정할 수 있다. 이때, 상기 수신 장치는 MMSE-MML 수신 기법으로 동작 시 MMSE 경판정(hard decision) 후 주변 심벌들을 선정함에 있어 도 6과 같은 십자가 형태의 패턴을 활용함으로써 병렬 검출 기법 (PD ; Parallel Detection)의 LLR 계산시 발생하는 비정상 동작을 방지하여 채널 복호기의 동작을 향상시킬 수 있다.

이후, 상기 수신 장치는 511단계로 진행하여 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거함에 따른 후보 심벌 벡터를 선정한 후, 513단계로 진행하여 상기 선정한 후보 심벌 벡터를 이용하여 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산한다.

여기에서, 상기 수신 장치는 하기 <수학식 6> 및 하기 <수학식 7>을 이용하여 상기 후보 심벌에 대한 간섭을 제거한 후, 나머지 후보 심벌 벡터를 선정할 수 있다.

여기에서, 상기

는 첫 번째 안테나를 통해 수신하는 신호의 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호의 벡터, 상기

는 첫 번째 안테나를 통해 수신한 x₁신호가 가질수 있는 후보 심벌 값을 나타낸다. 또한, 상기

는 상기 변화된 수신 신호의 벡터를 이용하여 구하고자 하는 나머지 후보 심벌 벡터를 의미하며, 상기 C는 제 1차 경판정 값과 그 주변 후보 값들의 총 개수로 변조 차수(M)보다 같거나 작은 값이다.

여기에서, 상기

는 두 번째 안테나를 통해 수신하는 신호의 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호의 벡터, 상기

는 두 번째 안테나를 통해 수신한 x₂신호가 가질수 있는 후보 심벌 값을 나타낸다. 또한, 상기

다시 말해서, 상기 <수학식 6>과 상기 <수학식 7>는 두 개의 수신 안테나를 구비한 상태를 가정한 MIMO 수신기에서 상기 후보 심벌에 대한 간섭을 제거한 후, 나머지 후보 심벌 벡터를 선정하기 위한 하나의 수학식으로, 상기 <수학식 6>은 첫 번째 안테나를 통해 수신하는 신호에 대하여 간섭을 제거한 후, 상기 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호 벡터를 이용하여 나머지 후보 심벌 벡터를 선정하는 식을 말한다. 또한, 상기 <수학식 7>는 두 번째 안테나를 통해 수신하는 두 번째 신호에 대하여 간섭을 제거한 후, 상기 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호 벡터를 이용하여 나머지 후보 심벌 벡터를 선정하는 식을 말한다.

이후, 상기 수신 장치는 515단계로 진행하여 로그우도율(LLR ; LOG LIKELIHOOD RATIO)을 계산한 후, 본 알고리즘을 종료한다.

도 6은 본 발명에 따른 수신 장치에서 주변 심벌을 선정하는 방법을 도시한 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, 상기 수신 장치는 MMSE-MML 수신 기법으로 동작 시 MMSE 경판정(hard decision) 값에 따라 주변 심벌들을 선정한다.

이때, 상기 수신 장치는 기존의 병렬 검출 기법 (PD ; Parallel Detection)의 LLR 계산시 발생하는 비정상 동작을 방지하기 위하여 상기 도 6과 같이 십자가 형태의 패턴을 이용할 수 있다.

상기 도 6은 64 QAM 변조 방식을 사용하는 수신 장치에서 선정하는 주변의 후보 심벌을 나타낸 도면으로 빗금친 경판정 결과를 주변으로 십자가 형태의 패턴으로 상기 후보 심벌을 선정하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 후보 심벌의 갯 수를 결정하는 후보 심벌 매핑 테이블의 구성을 도시한 도면이다.

상기 도 7에서 도시한 후보 심벌 매핑 테이블은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 구성한 것으로, 상황에 따라 상기 도 7에서 도시한 후보 심벌 매핑 테이블보다 최적화된 매핑 테이블로 설계하는 것이 가능하다. 일 예로, 본 발명에서는 쉬운 설명을 위하여 MMSE-MML이 사용하는 후보 심벌 갯 수를 하나로 결정하였으나, 상황에 따라 상기 MMSE-MML이 사용하는 후보 심벌 갯 수를 다양하게 결정할 수 있다.

상기 도 7을 참조하면, 상기 후보 심벌 매핑 테이블은 변조 차수에 따른 공간 확산 팩터 값(Spatial spreading factor)에 따라 설정할 수 있다. 즉, 수신 장치는 QPSK, 16QAM, 64QAM 등의 변조 차수와 T₁dB이하, T₁dB 초과 T₂dB 미만, T₂dB 이상 범위의 공간 확산 팩터 값으로 정의된 상기 후보 심벌 매핑 테이블을 이용하여 후보 심벌 갯 수를 결정할 수 있다. 여기에서, 상기 공간 확산 팩터 값은 정수값으로 변환(반올림)하여 사용할 수 있다.

상기 도 7에서 보듯이 상기 수신 장치에서 선정하는 후보 심벌의 갯 수는 1개에서 M개까지 가능하며, 1개의 후보 심벌을 선정할 경우 MMSE 수신 기법이 되고 M개의 후보 심벌을 수신할 경우 MML 수신 기법이 된다. 예를 들어, 상기 수신 장치가 64 QAM 변조 방식을 사용할 경우, 도 7과 같은 후보 심벌 매핑 테이블을 이용하여 MMSE 수신 기법을 통해 1개의 후보 심벌을 선정하고, MML 수신 기법을 통해 64개의 후보 심벌을 선정할 수 있다. 또한, 상기 수신 장치는 MMSE-MML 수신 기법을 통해 33개의 후보 심벌을 선정할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 수신 장치의 수신 기법과 일반적인 수신 장치의 수신 기법으 성능을 비교한 도면이다.

도 8(a)는 일반적인 수신 장치의 수신 기법인 MML과 본 발명에 따른 수신 장 치의 수신 기법을 성능을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.

상기 도 8(a)를 참조하면, 먼저, 본 발명에 따른 수신 장치의 수신 기법의 성능을 확인하기 위하여 다음과 같은 환경에서 측정하였다.

1, Mobile WiMAX 시스템 (송수신 안테나 각각 2개 사용하는 MIMO-OFDM 시스템)

2, Ped A channel model, mobile speed 3km/h → 채널 추정기 동작 (채널 추정 오류 포함됨)

3, 64QAM, CTC (Convolutional Turbo Code) code rate 5/6

상기와 같은 환경에서 후보 심벌 수를 나타내는 파라미터인 C의 값을 1, 33, 64로 설정한 후, 수신 성능을 비교한 결과, 본 발명에 따른 수신 장치의 성능이 일반적인 수신 장치의 성능보다 높은 것을 볼 수 있다.

도 8(b)는 일반적인 수신 장치의 수신 기법인 MML과 본 발명에 따른 수신 장치의 수신 기법이 필요로 하는 계산 복잡도를 나타내는 도면이다.

상기 도 8(b)는 상기 도 8(a)의 결과를 얻기 위하여 필요한 계산 복잡도로 공간 확산 팩터(spatial spreading factor)에 대한 임계값(threshold)들을 결정함에 있어 성능 열화가 거의 발생하지 않도록 한 것이며 본 발명에 따른 수신 장치의 최종적인 계산 복잡도가 감소된 것을 확인할 수 있다.

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 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1(a)는 일반적인 수신 장치의 최대 우도 검출 기법에 따른 후보 심벌을 도시한 도면,

도 1(b)는 일반적인 수신 장치의 병렬 검출 기법에 따른 후보 심벌을 도시한 도면,

도 2는 일반적인 수신 장치의 병렬 검출 기법에 따른 문제점을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 수신 장치의 상세 구성을 도시한 블럭 구성도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 LLR 생성부의 블럭 구성도,

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 로그 우도 율을 계산하기 위한 과정을 도시한 흐름도,

도 6은 본 발명에 따른 수신 장치에서 주변 심벌을 선정하는 방법을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 후보 심벌의 갯 수를 결정하는 후보 심벌 매핑 테이블의 구성을 도시한 도면,

도 8(a)는 일반적인 수신 장치의 수신 기법인 MML과 본 발명에 따른 수신 장치의 수신 기법을 성능을 비교한 결과를 나타내는 그래프 및,

도 8(b)는 일반적인 수신 장치의 수신 기법인 MML과 본 발명에 따른 수신 장치의 수신 기법이 필요로 하는 계산 복잡도를 나타내는 도면.

Claims

다중 안테나 시스템의 수신 장치에 있어서,

수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 경판정부와,

상기 초기 경판정 값의 주변 값들로 제한된 하나 이상의 후보 심벌을 선정하는 후보 심벌 선정부와,

상기 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거하고, 상기 간섭 제거의 결과를 이용하여 다른 수신 심벌에 속한 최종 후보 심벌을 선정하도록 하는 간섭 제거부와,

상기 최종 후보 심벌을 이용하여 수신 심벌을 추정하는 심벌 추정부를 포함하되,

상기 후보 심벌 선정부는, 병렬 검출 기법의 비 정상적인 동작을 방지할 수 있는 패턴으로 후보 심벌을 선정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 심벌 추정부는,

상기 선정한 후보 심벌에 대하여 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산하는 유클리드 거리 계산부와,

상기 계산한 유클리드 거리를 이용하여 데이터 비트에 대한 LLR을 계산하는 LLR 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 후보 심벌 선정부는,

변조 차수와 공간 확산 팩터 값에 따른 후보 심벌의 갯 수를 정의한 매핑 테이블인 후보 심벌 매핑 테이블을 확인하여 후보 심벌의 갯 수를 결정하고 상기 후보 심벌의 갯 수에 해당하는 후보 심벌을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3항에 있어서,

상기 후보 심벌 매핑 테이블은,

하기 <표 1>과 같이 상기 변조 차수와 공간 확산 팩터 값에 따른 후보 심벌의 갯 수로 정의하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 후보 심벌 선정부는,

상기 초기 경판정 값을 기준으로 십자 형태의 일정 범위에 존재하는 후보 심벌을 선택함으로써 병렬 검출 기법의 계산시 비정상적인 동작이 발생하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 경판정부는,

하기 <수학식 8>과 같은 수식을 이용하여 상기 수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기에서, 상기 z는 MMSE nulling 이후 변화된 수신 신호를 의미하고, 상기 W_MMSE는 수신 신호에 곱해지는 MMSE nulling를 위한 가중치 행렬을 말한다. 또한, 상기
는 배경 잡음의 평균 파워, 상기
는 송신 심벌의 평균 파워를 나타내고, 상기
은 심벌 벡터에 대한 초기 경판정(Hard decision) 값을 나타낸다.
제 1항에 있어서,

상기 후보 심벌 선정부는,

하기 <수학식 9> 및 <수학식 10>와 같은 수식을 이용하여 상기 다른 수신 심벌에 대한 후보 심벌을 선정하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기에서, 상기
는 첫 번째 안테나를 통해 수신하는 신호의 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호의 벡터, 상기
는 첫 번째 안테나를 통해 수신한 x₁신호가 가질수 있는 후보 심벌 값을 나타낸다. 또한, 상기
는 상기 변화된 수신 신호의 벡터를 이용하여 구하고자 하는 나머지 후보 심벌 벡터를 의미하며, 상기 C는 제 1차 경판정 값과 그 주변 후보 값들의 총 개수로 변조 차수(M)보다 같거나 작은 값이다.

여기에서, 상기
는 두 번째 안테나를 통해 수신하는 신호의 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호의 벡터, 상기
는 두 번째 안테나를 통해 수신한 x₂신호가 가질수 있는 후보 심벌 값을 나타낸다. 또한, 상기
는 상기 변화된 수신 신호의 벡터를 이용하여 구하고자 하는 나머지 후보 심벌 벡터를 의미하며, 상기 C는 제 1차 경판정 값과 그 주변 후보 값들의 총 개수로 변조 차수(M)보다 같거나 작은 값이다.
다중 안테나 시스템의 수신 방법에 있어서,

수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 과정과,

상기 초기 경판정 값의 주변 값들로 제한된 하나 이상의 후보 심벌을 선정하는 과정과,

상기 선정한 후보 심벌에 대한 간섭을 제거하고, 상기 간섭 제거의 결과를 이용하여 다른 수신 심벌로부터 최종 후보 심벌을 선정하는 과정과,

상기 최종 후보 심벌을 이용하여 수신 심벌을 추정하는 과정을 포함하되,

상기 후보 심벌은 병렬 검출 기법의 비 정상적인 동작을 방지할 수 있는 패턴으로 선정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서,

상기 최종 후보 심벌을 이용하여 수신 심벌을 추정하는 과정은,

상기 선정한 후보 심벌에 대하여 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산하는 과정과,

상기 계산한 유클리드 거리를 이용하여 데이터 비트에 대한 LLR을 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서,

상기 초기 경판정 값의 주변 값들로 제한된 하나 이상의 후보 심벌을 선정하는 과정은,

공간 확산 팩터(spatial spreading factor)를 계산하는 과정과,

변조 차수와 공간 확산 팩터 값에 따른 후보 심벌의 갯 수를 정의한 매핑 테이블인 후보 심벌 매핑 테이블을 확인하여 상기 공간 확산 팩터 값에 해당하는 후보 심벌의 갯 수를 결정하는 과정과,

상기 후보 심벌의 갯 수에 해당하는 후보 심벌을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

상기 후보 심벌 매핑 테이블은,

하기 <표 2>와 같이 상기 변조 차수와 공간 확산 팩터 값에 따른 후보 심벌의 갯 수로 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서,

상기 후보 심벌은,

상기 초기 경판정 값을 기준으로 십자 형태의 일정 범위에 존재하는 후보 심벌을 선택함으로써 병렬 검출 기법의 계산시 비정상적인 동작이 발생하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서,

상기 수신 심벌 벡터에 대한 초기 경판정 값을 확인하는 과정은,

하기 <수학식 11>과 같은 수식을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방 법.

여기에서, 상기 z는 MMSE nulling 이후 변화된 수신 신호를 의미하고, 상기 W_MMSE는 수신 신호에 곱해지는 MMSE nulling를 위한 가중치 행렬을 말한다. 또한, 상기
는 배경 잡음의 평균 파워, 상기
는 송신 심벌의 평균 파워를 나타내고, 상기
은 심벌 벡터에 대한 초기 경판정(Hard decision) 값을 나타낸다.
제 8항에 있어서,

상기 다른 수신 심벌로부터 후보 심벌을 선정하는 과정은,

하기 <수학식 12> 및 <수학식 13>와 같은 수식을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기에서, 상기
는 첫 번째 안테나를 통해 수신하는 신호의 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호의 벡터, 상기
는 첫 번째 안테나를 통해 수신한 x₁신호가 가질수 있는 후보 심벌 값을 나타낸다. 또한, 상기
는 상기 변화된 수신 신호의 벡터를 이용하여 구하고자 하는 나머지 후보 심벌 벡터를 의미하며, 상기 C는 제 1차 경판정 값과 그 주변 후보 값들의 총 개수로 변조 차수(M)보다 같거나 작은 값이다.

여기에서, 상기
는 두 번째 안테나를 통해 수신하는 신호의 간섭 제거에 따라 변화된 수신 신호의 벡터, 상기
는 두 번째 안테나를 통해 수신한 x₂신호가 가질수 있는 후보 심벌 값을 나타낸다. 또한, 상기
는 상기 변화된 수신 신호의 벡터를 이용하여 구하고자 하는 나머지 후보 심벌 벡터를 의미하며, 상기 C는 제 1차 경판정 값과 그 주변 후보 값들의 총 개수로 변조 차수(M)보다 같거나 작은 값이다.