KR101401388B1 - Method for Signal Processing with Toeplitz Jacket Matrices - Google Patents

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KR101401388B1
KR101401388B1 KR1020130035566A KR20130035566A KR101401388B1 KR 101401388 B1 KR101401388 B1 KR 101401388B1 KR 1020130035566 A KR1020130035566 A KR 1020130035566A KR 20130035566 A KR20130035566 A KR 20130035566A KR 101401388 B1 KR101401388 B1 KR 101401388B1
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jacket
toeplitz
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이문호
박주용
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전북대학교산학협력단
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Abstract

Provided is a signal processing method using a Toeplitz Jacket (TJ) matrix. The communications method according to an embodiment of the present invention converts an input signal by using the TJ matrix. The TJ matrix is generated by pre-multiplying a left side of a circulant Jacket matrix by a reverse matrix of a diagonal matrix and post-multiplying a right side of the circulant Jacket matrix by the diagonal matrix. Accordingly, the present invention can process various signals more effectively, and enhance the system performance ultimately.

Description

Toeplitz Jacket 행렬을 이용한 신호 처리 방법{Method for Signal Processing with Toeplitz Jacket Matrices}[0001] The present invention relates to a signal processing method using a Toeplitz Jacket matrix,

본 발명은 신호 처리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Toeplitz 행렬을 이용하여 신호를 처리하는 방법과 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to signal processing, and more particularly, to a method and system for processing signals using a Toeplitz matrix.

Toeplitz 행렬은 다음과 같은 n×n 행렬 T이다.The Toeplitz matrix is the following n × n matrix T:

Figure 112013028485689-pat00001
Figure 112013028485689-pat00001

여기서,

Figure 112013028485689-pat00002
에 대해
Figure 112013028485689-pat00003
이다.here,
Figure 112013028485689-pat00002
About
Figure 112013028485689-pat00003
to be.

이러한 Toeplitz 행렬은 여러 분야에 응용될 수 있다. 즉, 미분과 적분방정식의 해를 구할 때, 물리학, 수학, 통계학, 복잡한 정보이론에서 답을 구할 때라든지, Gaussian 채널의 채널용량을 구할 때나, 자기 회귀원(autoregressive source)의 왜곡율 함수를 풀 때 뿐만 아니라 고유치 분포정리와 관련된 결과도출, 부호화 영역, 스펙트럼 추정, 워터마킹, 조합 해석, 음성 증강, 간섭 제거, 영상복원, 센서네트워크, 적응필터링, 그래픽 모델, 잡음제거 등에 다양하게 응용되고 있다.This Toeplitz matrix can be applied to various fields. That is to say, when solving differential and integral equations, finding answers in physics, mathematics, statistics, and complex information theory, finding the channel capacity of a Gaussian channel, solving the distortion function of an autoregressive source In addition, it has been applied variously to derive the results related to the eigenvalue distribution theorem, encoding region, spectrum estimation, watermarking, combination analysis, voice enhancement, interference cancellation, image restoration, sensor network, adaptive filtering, graphic model and noise cancellation.

여기서, 언급한 Toeplitz 행렬은 다음과 같이 두 가지로 분류된다.Here, the mentioned Toeplitz matrix is classified into two types as follows.

첫 번째 분류는 순환행렬에 의해 형성된 것으로, 각 행 벡터는 이전 열 벡터와 관련되어 원소가 좌측에서 우측으로 rotation 된다. 특히, 식 (1)과 같은 rotation으로 순환 행렬 내에서

Figure 112013028485689-pat00004
에 대해
Figure 112013028485689-pat00005
이다.The first classification is formed by a circulation matrix, where each row vector is rotated from left to right in relation to the previous column vector. In particular, the rotation as in equation (1)
Figure 112013028485689-pat00004
About
Figure 112013028485689-pat00005
to be.

두 번째 Toeplitz 행렬의 분류는 negacycle 행렬이다. 여기서는,

Figure 112013028485689-pat00006
에 대해
Figure 112013028485689-pat00007
이다.
The second Toeplitz matrix is a negacycle matrix. Here,
Figure 112013028485689-pat00006
About
Figure 112013028485689-pat00007
to be.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, TJ(Toeplitz Jacket) 행렬을 이용하여 다양한 신호 처리 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide various signal processing methods and systems using a TJ (Toeplitz Jacket) matrix.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 통신 방법은, TJ(Toeplitz Jacket) 행렬을 이용하여 입력 신호를 변환하는 단계; 및 상기 변환 단계에서 변환된 신호를 변조하여 송신하는 단계;를 포함하고, 상기 TJ 행렬은, Jacket 순환 행렬의 좌측에 대각행렬의 역행렬을 곱하고, 상기 순환 행렬의 우측에 상기 대각 행렬이 곱해진 행렬이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a communication method including: transforming an input signal using a Toeplitz Jacket (TJ) matrix; And modulating and transmitting the transformed signal in the transforming step, wherein the TJ matrix multiplies the left side of the Jacket circulation matrix by an inverse matrix of the diagonal matrix, and a matrix obtained by multiplying the right side of the circulation matrix by the diagonal matrix to be.

그리고, 상기 대각 행렬은, (n,n)의 원소가 kn -1일 수 있다.In the diagonal matrix, the element of (n, n) may be k n -1 .

또한, 상기 대각 행렬은, (n,n)의 원소 이외의 원소는 0일 수 있다.In addition, the diagonal matrix may have 0 elements other than the elements of (n, n).

그리고, 상기 TJ 행렬은, 아래의 4×4 행렬일 수 있다.The TJ matrix may be the following 4x4 matrix.

Figure 112013028485689-pat00008
Figure 112013028485689-pat00008

또한, 상기 TJ 행렬은, 아래의 8×8 행렬일 수 있다.Also, the TJ matrix may be the following 8x8 matrix.

Figure 112013028485689-pat00009
Figure 112013028485689-pat00009

Figure 112013028485689-pat00010
Figure 112013028485689-pat00010

그리고, 상기 변환 단계에서 변환된 신호를 수신하는 단계; 및 TJ 행렬의 역행렬을 이용하여 수신 신호를 역변환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Receiving the converted signal in the converting step; And inversely transforming the received signal using an inverse matrix of the TJ matrix.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 통신 방법은, TJ(Toeplitz Jacket) 행렬의 역행렬을 이용하여 입력 신호를 변환하는 단계; 및 상기 변환 단계에서 변환된 신호를 변조하여 송신하는 단계;를 포함하고, 상기 TJ 행렬은, Jacket 순환 행렬의 좌측에 대각행렬의 역행렬을 곱하고, 상기 순환 행렬의 우측에 상기 대각 행렬이 곱해진 행렬이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a communication method comprising: transforming an input signal using an inverse matrix of a TJ (Toeplitz Jacket) matrix; And modulating and transmitting the transformed signal in the transforming step, wherein the TJ matrix multiplies the left side of the Jacket circulation matrix by an inverse matrix of the diagonal matrix, and a matrix obtained by multiplying the right side of the circulation matrix by the diagonal matrix to be.

그리고, 상기 대각 행렬은, (n,n)의 원소가 kn -1일 수 있다.In the diagonal matrix, the element of (n, n) may be k n -1 .

또한, 상기 대각 행렬은, (n,n)의 원소 이외의 원소는 0일 수 있다.In addition, the diagonal matrix may have 0 elements other than the elements of (n, n).

그리고, 상기 변환 단계에서 변환된 신호를 수신하는 단계; 및 TJ 행렬을 이용하여 수신 신호를 역변환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
Receiving the converted signal in the converting step; And inversely transforming the received signal using the TJ matrix.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, TJ(Toeplitz Jacket) 행렬을 이용하여 각종의 신호 처리를 보다 효과적으로 수행하여, 궁극적으로는 시스템의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to perform various signal processing more effectively using a TJ (Toeplitz Jacket) matrix, and ultimately improve the performance of the system.

도 1은 [TJ]4의 고속알고리즘,
도 2는

Figure 112013028485689-pat00011
의 고속 알고리즘, 그리고,
도 3은 본 발명이 적용가능한 통신 시스템을 도시한 도면이다.1 shows a high-speed algorithm of [TJ] 4 ,
2 is a cross-
Figure 112013028485689-pat00011
Speed algorithm,
3 is a diagram showing a communication system to which the present invention is applicable.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

n차 행렬 M이 만약 그의 역행렬

Figure 112013028485689-pat00012
을 만족하면 행렬 M을 Jacket 행렬이라 한다. 즉, 역행렬은 원소단위의 역과 transpose로 얻어진다. 이에 대한 동치(equivalent)형태는 Jacket 행렬이 다음 관계를 만족할 때이다.If the n-th order matrix M is the inverse of its inverse matrix
Figure 112013028485689-pat00012
The matrix M is called a Jacket matrix. In other words, the inverse matrix is obtained by the inverse of the element unit and the transpose. The equivalent form for this is when the Jacket matrix satisfies the following relation:

Figure 112013028485689-pat00013
Figure 112013028485689-pat00013

Toeplitz Circulant 행렬은 여러 곳에 응용된다. 예를 들어, 다음 식에서 x는 열벡터로 입력을 나타내고, i > 0 일 때 ti는 영(zero)이다.The Toeplitz Circulant matrix is applied in several places. For example, x in the following equation represents the input as a column vector, and when i> 0, t i is zero.

Figure 112013028485689-pat00014
Figure 112013028485689-pat00014

따라서, 벡터는 다음과 같이 표현할 수 있다.Therefore, the vector can be expressed as follows.

Figure 112013028485689-pat00015
Figure 112013028485689-pat00015

이때 행렬 원소는 다음과 같다.The matrix elements are as follows.

Figure 112013028485689-pat00016
.
Figure 112013028485689-pat00016
.

벡터 y는 임펄스 응답이 tk인 이산시간 causal time-invariant 필터의 응답을 나타내고 있다.The vector y represents the response of a discrete-time causal time-invariant filter with impulse response t k .

Toeplitz 행렬의 특별한 경우로 행렬의 각 행이 상위 행으로부터 한 사이클씩 오른쪽으로 이동하여

Figure 112013028485689-pat00017
에 대해
Figure 112013028485689-pat00018
되도록 한 경우가 있다. 이러한 경우를 행렬로 표시해보면 다음과 같이 나타낼 수 있다.A special case of the Toeplitz matrix is that each row of the matrix moves to the right one cycle from the top row
Figure 112013028485689-pat00017
About
Figure 112013028485689-pat00018
. If this case is represented by a matrix, it can be expressed as follows.

Figure 112013028485689-pat00019
Figure 112013028485689-pat00019

이러한 형태의 행렬을 순환행렬(circulant matrix)이라 한다. 이 행렬은 DFT(Discrete Fourier Transform)를 포함하여 오류수정을 위한 cyclic 부호연구에 이용되고 있다.This type of matrix is called a circulant matrix. This matrix is used for cyclic code study for error correction including DFT (Discrete Fourier Transform).

Toeplitz 행렬은 n이 무한대로 증가함에 따라 고유값(eigenvalue)이 어떤 역할을 하는지를 다루는 Toeplitz 행렬

Figure 112013028485689-pat00020
의 시퀀스에 대한 Szego의 정리이다. 다음식과 같은 영(zero)이 아닌 벡터 x가 존재한다면 복소수 스칼라 α는 행렬 A의 고유값이다.The Toeplitz matrix is a Toeplitz matrix that deals with the role of eigenvalues as n increases infinitely
Figure 112013028485689-pat00020
Szego's theorem on the sequence of The complex scalar α is the eigenvalue of matrix A if there exists a nonzero vector x such as:

Figure 112013028485689-pat00021
Figure 112013028485689-pat00021

이 경우, x는 A의 고유벡터(eigenvector)이다.In this case, x is an eigenvector of A.

고유값

Figure 112013028485689-pat00022
Figure 112013028485689-pat00023
와 같이 감소하지 않는 형태의 순서로 되어 있는 경우, 이는 적분을 이용하여 근사화될 수 있으며, Hermitian Toeplitz 행렬
Figure 112013028485689-pat00024
의 시퀀스에 대한 고유값
Figure 112013028485689-pat00025
의 점근적 역할을 다루는 Szego의 정리에 일반성이 손실되지 않음을 의미한다. 이 정리는 몇 가지 만족해야할 기술적인 요구조건이 있다. 예를 들면, 다음 식에 의해 서로 관련되어 있는 계수가 tk인 Fourier series가 존재해야 한다는 조건이다.Eigenvalue
Figure 112013028485689-pat00022
end
Figure 112013028485689-pat00023
, It can be approximated using integration, and the Hermitian Toeplitz matrix
Figure 112013028485689-pat00024
Eigenvalues for the sequence of
Figure 112013028485689-pat00025
The generalizability is not lost in Szego's theorem which deals with the asymptotic role of. This theorem has some technical requirements to be satisfied. For example, the condition that a Fourier series with a coefficient t k , which are related to each other by the following equation, must exist.

Figure 112013028485689-pat00026
Figure 112013028485689-pat00026

Figure 112013028485689-pat00027
Figure 112013028485689-pat00027

그래서, 시퀀스

Figure 112013028485689-pat00028
는 함수 f를 결정하고, 그 역도 마찬가지로 가능하다. 따라서, 행렬의 시퀀스는 가끔 Tn(f)로 정의된다. 만약 Tn(f)가 Hermitian이라면 즉, Tn(f)*=Tn(f)이라면, t-k = t* k이고 f는 실수 값이다.So,
Figure 112013028485689-pat00028
Determines the function f, and vice versa. Thus, the sequence of the matrix is sometimes defined as T n (f). If T n (f) is Hermitian, ie, T n (f) * = T n (f) then t -k = t * k and f is a real number.

적당히 가정을 하면 f 의 범위에서 연속인 함수 F에 대해 Szego의 정리는 다음식과 같이 나타낼 수 있다.Assuming a reasonable assumption, Szego's theorem for the continuous function F in the range of f can be expressed as:

Figure 112013028485689-pat00029
Figure 112013028485689-pat00029

한편, Jacket 행렬은 어떤 제로(zero) 원소도 포함하고 있지 않다. 모든 원소가 modulo 1인 Jacket 행렬을 complex Hadamard 행렬이라 한다. 만약, K가 어느 Jacket 행렬이라면, 모든 치환(permutation) 행렬 P,PT와 모든 가역적 대각행렬(invertible diagonal matrix) D,DT 에 대해 Hybrid 행렬 H=PDKDTPT 또한 Jacket 행렬이다.On the other hand, the Jacket matrix does not contain any zero elements. A Jacket matrix with all elements of modulo 1 is called a complex Hadamard matrix. If K is a Jacket matrix, the hybrid matrix H = PDKD T P T is also a Jacket matrix for all permutation matrices P, P T and all invertible diagonal matrices D, D T.

이러한 형대로 표시되는 Jacket 행렬을 동치(equivalent)라 한다. 동치에 까지 이르는 모든 Jacket 행렬을 찾아내는 것은 아주 어려운 문제여서 현재까지 차수가 n≤5 인 경우 까지 찾아낸 상태이다.The Jacket matrix expressed in this form is called equivalent. Finding all the Jacket matrices up to the equiva- lence is a very difficult problem and so far we have found it until the order n ≤ 5.

Jacket 행렬은 조합 분석(harmonic analysis)에서부터 퀀텀 정보이론(quantum information theory)에 이르기까지 이론적으로 응용이 가능하며 또한 신호처리에도 응용된다. 특히, 무선통신 네트워크(wireless communication network)의 공간다중화를 실현하는데 이용되고, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)시스템에서 unitary beamforming을 분석하는데 이용된다.Jacket matrices can be applied theoretically from harmonic analysis to quantum information theory and also applied to signal processing. In particular, it is used to realize spatial multiplexing of a wireless communication network and to analyze unitary beamforming in a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) system.

Complex Hadamard 행렬의 새로운 예를 얻기 위한 방법으로 Toeplitz Jacket 행렬의 경우가 흥미를 일으킨다. 순환 행렬이 갖는 n 자유도(degree of freedom)와 비교되는 n-1 자유도를 일반적인 Toeplitz 행렬이 갖고 있기 때문에, 한눈에 보아도 그럴듯해 보인다. 그러나, Jacket의 성질은 Toeplitz 행렬 구조에 심각한 제한을 가하고 있다는 점이 발견되어 다음과 같은 결과를 증명해야 한다.The case of the Toeplitz Jacket matrix is of interest as a way to obtain a new example of a Complex Hadamard matrix. Because the general Toeplitz matrix has n-1 degrees of freedom compared to the degree of freedom of the circulating matrix, it seems plausible at a glance. However, it has been found that the nature of Jacket imposes a serious limitation on the structure of the Toeplitz matrix, and the following results must be proved.

정리 1. 모든 Toeplitz Jacket 행렬은 순환 Jacket 행렬과 일치한다.Theorem 1. All Toeplitz Jacket matrices correspond to a cyclic Jacket matrix.

순환 및 Toeplitz Jacket 행렬 : 먼저 순환 Jacket 행렬의 예로서 다음과 같은 예를 들 수 있다.Cycle and Toeplitz Jacket Matrix: An example of a cyclic Jacket matrix is as follows.

예 1. n≥2 을 적분수라 놓고,

Figure 112013028485689-pat00030
을 링(ring)
Figure 112013028485689-pat00031
의 invertible 원소라 놓으면,
Figure 112013028485689-pat00032
에 대해 다음과 같은 원소를 갖는 길이가 n인 행벡터
Figure 112013028485689-pat00033
를 상정한다.Example 1. Let n≥2 be an integral number,
Figure 112013028485689-pat00030
Ring,
Figure 112013028485689-pat00031
If you put invertible circle of,
Figure 112013028485689-pat00032
A row vector having a length n having the following elements
Figure 112013028485689-pat00033
.

Figure 112013028485689-pat00034
Figure 112013028485689-pat00034

여기서, i는 복소수 허수를 의미한다. 첫 번째 행이

Figure 112013028485689-pat00035
인 순환 complex Hadamard 행렬은 DFT행렬과 일치한다.Here, i means a complex imaginary number. The first row
Figure 112013028485689-pat00035
The cyclic complex Hadamard matrix corresponds to the DFT matrix.

순환 Jacket 행렬의 다른 예를 다음과 같이 들어 증명한다.Prove another example of a cyclic Jacket matrix as follows.

예 2. In 과 Jn을 각각 단위 행렬과 모든 원소가 1인 n차 행렬이라 하고, αn 을 이차방정식 α2 +(n-2)α+1=0의 근이라 하자. 그러면, 행렬

Figure 112013028485689-pat00036
은 일종의 순환 Jacket 행렬이 된다. 단, n > 4 인 경우 치환행렬 P로부터 발생하는 행렬은 unimodular 원소를 갖지 않기 때문에 complex Hadamard 행렬이 아님을 주의하여야 한다.Example 2. Let I n and J n as each unit matrix with every element of 1, n-order matrix, the roots of the quadratic equation α n α 2 + (n-2) α + 1 = 0. Then,
Figure 112013028485689-pat00036
Becomes a kind of cyclic Jacket matrix. Note that the matrices generated from the permutation matrix P are not complex Hadamard matrices since they do not have unimodular elements.

마지막으로 n = 4 인 경우 다음과 같은 예를 들어 증명한다.Finally, if n = 4, we prove the following example.

예 3. a, b, c 가 영이 아닌 복소수 일 때 다음과 같이 구성한 행렬은 모두가 4 차원의 Toeplitz Jacket 행렬이다.Example 3. When a, b, and c are non-zero complex numbers, all of the following matrices are 4-dimensional Toeplitz Jacket matrices.

Figure 112013028485689-pat00037
Figure 112013028485689-pat00037

만약,

Figure 112013028485689-pat00038
Figure 112013028485689-pat00039
의 원소단위의 역행렬(element- wise inverse) 이라면
Figure 112013028485689-pat00040
임을 쉽게 알 수 있다.if,
Figure 112013028485689-pat00038
this
Figure 112013028485689-pat00039
Wise inverse of the element-wise inverse of
Figure 112013028485689-pat00040
.

이제 구형 Toeplitz 행렬로부터 새로운 Toeplitz 행렬의 구성법을 제시하기 위해 먼저

Figure 112013028485689-pat00041
이 대각 원소가
Figure 112013028485689-pat00042
Figure 112013028485689-pat00043
대각 행렬이라 한다.In order to propose a new Toeplitz matrix from the old Toeplitz matrix,
Figure 112013028485689-pat00041
This diagonal element
Figure 112013028485689-pat00042
sign
Figure 112013028485689-pat00043
Diagonal matrix.

명제 1. Tn는 n차원 Toeplitz 행렬이고 a는 임의의 수, b는 영이 아닌 복소수라면, 다음 식은 또한 Toeplitz 행렬이다.Proposition 1. If T n is an n-dimensional Toeplitz matrix, a is an arbitrary number, and b is a non-zero complex number, then the following equation is also the Toeplitz matrix.

Figure 112013028485689-pat00044
Figure 112013028485689-pat00044

증명 : T'n의 (i,j) 원소는

Figure 112013028485689-pat00045
임을 쉽게 알 수 있다.Proof: The (i, j) element of T ' n
Figure 112013028485689-pat00045
.

제안 1. Tn를 Toeplitz Jacket 행렬 [TJ]n라 가정하면 식(1)에 의해 다음과 같이 나타낼 수 있다. Proposal 1. Assuming that T n is a Toeplitz Jacket matrix [TJ] n , we can express as follows by Equation (1).

Figure 112013028485689-pat00046
Figure 112013028485689-pat00046

증명 : 식 (9)는

Figure 112013028485689-pat00047
일 때 만족함을 쉽게 알 수 있고,
Figure 112013028485689-pat00048
일 때 또한 만족함을 보임으로서 증명을 시작한다. T의 첫 번째 두 개의 행 내에서 식 (2)의 조건을 고려하면, 즉,
Figure 112013028485689-pat00049
인 경우 다음 식을 얻는다.Proof: The equation (9)
Figure 112013028485689-pat00047
When you are satisfied you can easily find out,
Figure 112013028485689-pat00048
And also demonstrate satisfaction when it starts. Considering the condition of equation (2) in the first two rows of T, that is,
Figure 112013028485689-pat00049
The following equation is obtained.

Figure 112013028485689-pat00050
Figure 112013028485689-pat00050

그 다음 행

Figure 112013028485689-pat00051
의 쌍에 대해 식 (2) 를 고려하면 다음 식을 유도 할 수 있다.Next row
Figure 112013028485689-pat00051
(2), the following equation can be derived.

Figure 112013028485689-pat00052
Figure 112013028485689-pat00052

양 측에

Figure 112013028485689-pat00053
을 더하고 식 (10) 를 이용하면 결론적으로 식 (9)가
Figure 112013028485689-pat00054
일 때 역시 만족함을 알 수 있다. 특히,
Figure 112013028485689-pat00055
일 때 다음식의 결과를 얻을 수 있다.On both sides
Figure 112013028485689-pat00053
(10), and consequently, equation (9)
Figure 112013028485689-pat00054
It can be seen that it is also satisfactory. Especially,
Figure 112013028485689-pat00055
The result of the following can be obtained.

Figure 112013028485689-pat00056
Figure 112013028485689-pat00056

이제 수학적 유도를 통해

Figure 112013028485689-pat00057
의 경우에 식 (12)가 만족됨을 증명한다. 이 식이 어떤 l에 대해 만족한다고 가정하면 행
Figure 112013028485689-pat00058
의 쌍에 대해 식 (2)의 조건을 다음과 같이 생각해볼 수 있다.Now through mathematical induction
Figure 112013028485689-pat00057
(12) is satisfied. Assuming that this expression is satisfactory for any l,
Figure 112013028485689-pat00058
The condition of equation (2) can be considered as follows.

Figure 112013028485689-pat00059
Figure 112013028485689-pat00059

Figure 112013028485689-pat00060
Figure 112013028485689-pat00060

누락된 항

Figure 112013028485689-pat00061
을 양측에 더하고 식 (10)를 통해 간소화하면 l+1 에 대해 결론적으로 식 (12)의 검증에 이른다. 결국 식 (12)가 연속되는 t-1과 t-l-1항을 연결시켜 주는 것을 확인함으로써 증명이 완료된다.Missing Port
Figure 112013028485689-pat00061
Is added to both sides and simplified by Eq. (10), the conclusion of Eq. (12) is finally obtained for 1 + 1. Finally, the proof is completed by confirming that (12) connects the consecutive t -1 and t -l-1 terms.

명제 1과 제안 1의 결과 Toeplitz Jacket 행렬의 자유 파라미터(parameter) 수는 적어도 n-1로서 정확히 순환 행렬에서와 같다. 이것은 정상은 아니나 정리 1의 유효성을 확신시켜주는 요소로 볼 수 있다. 이걸 다시 한번 의도적으로 증명한다.As a result of Proposition 1 and Proposition 1, the number of free parameters in the Toeplitz Jacket matrix is at least n-1, exactly the same as in the circulation matrix. This is not normal, but can be seen as a factor that assures the effectiveness of theorem 1. I intend to prove this again.

정리 1의 증명 : 식 (1)에서 처럼 Tn를 Toeplitz 행렬이라 하고

Figure 112013028485689-pat00062
이라 놓는다. 여기서
Figure 112013028485689-pat00063
은 n 번째 근을 의미한다. 명제 1에 의해 다음 행렬은 C 는 Toeplitz 행렬이다.Proof of theorem 1: Let T n be a Toeplitz matrix as in equation (1)
Figure 112013028485689-pat00062
. here
Figure 112013028485689-pat00063
Means the nth root. The following matrix, by Proposition 1, is the Toeplitz matrix.

Figure 112013028485689-pat00064
Figure 112013028485689-pat00064

뿐만 아니라, 이 행렬은 순환행렬이다. 이를 확인하기 위해서는

Figure 112013028485689-pat00065
에 대해
Figure 112013028485689-pat00066
임을 보임으로서 충분하다.
Figure 112013028485689-pat00067
인 것은 확실하다. 반면에 제안 1 에 의하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.In addition, this matrix is a circular matrix. To confirm this,
Figure 112013028485689-pat00065
About
Figure 112013028485689-pat00066
It is enough to show that.
Figure 112013028485689-pat00067
It is sure to be. On the other hand, according to Proposal 1, the following conclusions can be obtained.

Figure 112013028485689-pat00068
Figure 112013028485689-pat00068

정리 1은 다음과 같이 순환 Jacket 행렬로부터 Toeplitz Jacket 행렬을 얻을 수 있는 직접적인 방법을 제시하고 있다.Theorem 1 gives a direct way to obtain the Toeplitz Jacket matrix from the circulating Jacket matrix as follows.

추론 1.

Figure 112013028485689-pat00069
은 정수, a 와 b는 영이 아닌 복소수라 하고 Cn은 n 차 순환 Jacket 행렬이라 하자, 그러면 다음 행렬Inference 1.
Figure 112013028485689-pat00069
Let a and b be a complex number, not a zero, and C n be an nth order cyclic Jacket matrix, then the next matrix

Figure 112013028485689-pat00070
Figure 112013028485689-pat00070

은 2개의 자유 파라미터를 갖는 n차 Toeplitz Jacket 행렬이 된다.Becomes an n-order Toeplitz Jacket matrix with two free parameters.

이제 Toeplitz real Hadamard 행렬에 대해 간단히 논의해 본다.We will now briefly discuss the Toeplitz real Hadamard matrix.

추론 2. H가 Toeplitz real Hadamard 행렬이라 하면 H는 순환 하거나 negacyclic 이다. Inference 2. If H is the Toeplitz real Hadamard matrix, H is either cyclic or negacyclic.

증명 : 제안 1로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다. 만약 몫이 이면 식 (9)에 의해서

Figure 112013028485689-pat00072
일 때
Figure 112013028485689-pat00073
이 되어 행렬은 순환한다. 반면에
Figure 112013028485689-pat00074
이면
Figure 112013028485689-pat00075
이 되어 negacycle이 된다.Proof: From the proposal 1, the following conclusion can be obtained. If the share If (9)
Figure 112013028485689-pat00072
when
Figure 112013028485689-pat00073
And the matrix is circulated. On the other hand
Figure 112013028485689-pat00074
If
Figure 112013028485689-pat00075
Becomes a negative cycle.

Figure 112013028485689-pat00076
인 경우에는 real 순환 Hadamard 행렬이 존재하지 않는다.
Figure 112013028485689-pat00076
, There is no real circulating Hadamard matrix.

예 4. 다음 행렬은 Toeplitz real Hadamard 행렬이라고 할 수 있으며 동치라고 할 수 있다.Example 4. The following matrix is called the Toeplitz real Hadamard matrix and is equivalent.

Figure 112013028485689-pat00077

Figure 112013028485689-pat00077

Toeplitz Jacket 행렬을 구성하기 위해서는 먼저 Jacket 순환 행렬이 필요하고, 이 행렬을 구성하기 위해서는 어떠한 Jacket 순환 행렬을 사용해도 가능하다. In order to construct a Toeplitz Jacket matrix, a Jacket circulation matrix is required first, and any Jacket circulation matrix can be used to construct this matrix.

3.1. 4×4 Toeplitz Jacket 행렬3.1. 4 × 4 Toeplitz Jacket matrix

4×4 Toeplitz Jacket 행렬을 구성하기 위해서 먼저 4×4 순환 행렬이 필요하다. 다음과 같은 4×4순환 행렬 C4를 선택한다.To construct a 4 × 4 Toeplitz Jacket matrix, we first need a 4 × 4 circulant matrix. The following 4 × 4 circulation matrix C 4 is selected.

Figure 112013028485689-pat00078
Figure 112013028485689-pat00078

다음과 같은 대각행렬 D4를 C4 에 좌측과 우측에 곱해 4×4 Toeplitz Jacket 행렬 [TJ]4을 구성한다.The following diagonal matrix D4 is multiplied by C4 to the left and right to construct a 4 × 4 Toeplitz Jacket matrix [TJ] 4 .

Figure 112013028485689-pat00079
Figure 112013028485689-pat00079

Figure 112013028485689-pat00080
Figure 112013028485689-pat00080

Figure 112013028485689-pat00081
Figure 112013028485689-pat00081

따라서, [TJ]4

Figure 112013028485689-pat00082
를 곱하면 다음과 같이 단위행렬이 됨을 알 수 있다.Therefore, [TJ] 4 and
Figure 112013028485689-pat00082
, We can see that it becomes a unit matrix as follows.

Figure 112013028485689-pat00083
Figure 112013028485689-pat00083

[TJ]4의 고속알고리즘이 도 1에 도시되어 있고,

Figure 112013028485689-pat00084
의 고속 알고리즘이 도 2에 도시되어 있다.
A fast algorithm of [TJ] 4 is shown in Figure 1,
Figure 112013028485689-pat00084
2 is shown in FIG.

3.2. 8×8 Toeplitz Jacket 행렬3.2. 8 × 8 Toeplitz Jacket matrix

8×8 Toeplitz Jacket 행렬을 구성하기 위해서는 8×8 Jacket 순환 행렬이 필요한데 이를 위해 n=8, a=1, b=0이라 놓고, 순환 벡터

Figure 112013028485689-pat00085
를 다음과 같이 구성한다. To construct an 8 × 8 Toeplitz Jacket matrix, an 8 × 8 Jacket circulation matrix is required. For this, we set n = 8, a = 1, b = 0,
Figure 112013028485689-pat00085
Is constructed as follows.

Figure 112013028485689-pat00086
Figure 112013028485689-pat00086

이 벡터는 다시 다음과 같이 나타낼 수 있다.This vector can be rewritten as:

Figure 112013028485689-pat00087
Figure 112013028485689-pat00087

순환 행렬의 첫 번째 행이 x(1,0)으로 구성된 행렬을 순환 Jacket 행렬 C8이라 하며 다음과 같이 나타낼 수 있다.The matrix consisting of the first row of the circulant matrix x (1,0) is called a cyclic jacket matrix C 8 , and can be expressed as follows.

Figure 112013028485689-pat00088
Figure 112013028485689-pat00088

여기서, C8은 자유 파라미터를 포함하고 있지 않다. 그래서 C8을 이용하여 4×4의 경우와 유사한 방법으로 8차원 2 파라미터 Toeplitz Jacket 행렬을 구성할 수 있다.Here, C 8 does not include free parameters. Thus, we can construct an 8-dimensional, 2-parameter Toeplitz Jacket matrix using C 8 in a similar way to 4 × 4.

Figure 112013028485689-pat00089
Figure 112013028485689-pat00089

Figure 112013028485689-pat00090
Figure 112013028485689-pat00090

Figure 112013028485689-pat00091
Figure 112013028485689-pat00091

8×8의 경우 식(22)와 같이

Figure 112013028485689-pat00092
Figure 112013028485689-pat00093
를 곱하면 단위행렬이 됨을 알 수 있다.In the case of 8 × 8, as shown in equation (22)
Figure 112013028485689-pat00092
and
Figure 112013028485689-pat00093
It can be seen that the matrix is a unit matrix.

Figure 112013028485689-pat00094
Figure 112013028485689-pat00094

도 3은 본 발명이 적용가능한 통신 시스템이다. 본 발명이 적용가능한 통신 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 부호화부(110)와 송신부(120)를 포함하는 송신단(100)과 수신부(210)와 복호화부(220)를 포함하는 수신단(200)이 상호 통신가능하도록 연결되어 구축된다.3 is a communication system to which the present invention is applicable. 3, a communication system to which the present invention can be applied includes a transmitting end 100 including a coding unit 110 and a transmission unit 120, a receiving end including a receiving unit 210 and a decoding unit 220 200 are connected to each other so that they can communicate with each other.

송신단(100)의 부호화부(110)는 입력 신호에 TJ 행렬을 곱하여 입력신호를 변환함으로서 부호화하고, 송신부(120)는 부호화부(110)에서 부호화된 신호를 변조하여 송신한다.The encoding unit 110 of the transmitting terminal 100 encodes the input signal by converting the input signal by multiplying the input signal by the TJ matrix and the transmitting unit 120 modulates and transmits the encoded signal by the encoding unit 110. [

수신단(200)의 수신부(210)는 송신부(120)에서 송신된 신호를 수신하여 복조하고, 복호화부(220)는 수신단(200)으로부터 전달받은 수신 신호에 TJ 행렬의 역행렬을 곱하여 수신신호를 변환함으로서 복호화한다.The receiving unit 210 of the receiving end 200 receives and demodulates the signal transmitted from the transmitting unit 120. The decoding unit 220 multiplies the receiving signal received from the receiving end 200 by the inverse matrix of the TJ matrix, And decodes it.

이와 다르게, 송신단(100)의 부호화부(110)에서 입력 신호에 TJ 행렬의 역행렬을 곱하여 입력신호를 변환함으로서 부호화하고, 수신단(200)의 복호화부(220)는 수신 신호에 TJ 행렬을 곱하여 수신신호를 변환함으로서 복호화하도록 구현하는 것도 가능하다.The decoding unit 220 of the receiving end 200 multiplies the received signal by the TJ matrix and outputs the resultant signal by multiplying the received signal by the TJ matrix, It is also possible to implement decoding by converting the signal.

그리고, TJ 행렬은 신호의 부호화와 복호화 이외의 다른 신호처리에도 응용이 가능하다.Also, the TJ matrix can be applied to signal processing other than coding and decoding of signals.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

100 : 송신단 110 : 부호화부
120 : 송신부 200 : 수신단
210 ; 수신부 220 : 복호화부
100: Transmitting terminal 110:
120: transmission unit 200:
210; Receiving unit 220:

Claims (10)

TJ(Toeplitz Jacket) 행렬을 이용하여 입력 신호를 변환하는 단계; 및
상기 변환 단계에서 변환된 신호를 변조하여 송신하는 단계;를 포함하고,
상기 TJ 행렬은,
Jacket 순환 행렬의 좌측에 대각행렬의 역행렬을 곱하고, 상기 Jacket 순환 행렬의 우측에 상기 대각 행렬이 곱해진 행렬로 아래의 4×4 행렬인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
Figure 112014039988073-pat00101

Transforming an input signal using a TJ (Toeplitz Jacket) matrix; And
And modulating and transmitting the converted signal in the converting step,
Wherein the TJ matrix comprises:
Wherein the left side of the Jacket circulation matrix is multiplied by the inverse of the diagonal matrix, and the right side of the Jacket circulation matrix is multiplied by the diagonal matrix, and the 4x4 matrix is the following matrix.
Figure 112014039988073-pat00101

제 1항에 있어서,
상기 대각 행렬은,
(n,n)의 원소가 kn -1인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the diagonal matrix comprises:
(n, n) is k n -1 .
제 2항에 있어서,
상기 대각 행렬은,
(n,n)의 원소 이외의 원소는 0인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the diagonal matrix comprises:
(n, n) is zero.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 변환 단계에서 변환된 신호를 수신하는 단계; 및
TJ 행렬의 역행렬을 이용하여 수신 신호를 역변환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
The method according to claim 1,
Receiving the converted signal in the conversion step; And
And inversely transforming the received signal using an inverse matrix of the TJ matrix.
TJ(Toeplitz Jacket) 행렬의 역행렬을 이용하여 입력 신호를 변환하는 단계; 및
상기 변환 단계에서 변환된 신호를 변조하여 송신하는 단계;를 포함하고,
상기 TJ 행렬은,
Jacket 순환 행렬의 좌측에 대각행렬의 역행렬을 곱하고, 상기 Jacket 순환 행렬의 우측에 상기 대각 행렬이 곱해진 행렬로 아래의 4×4 행렬인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
Figure 112014039988073-pat00102

Transforming an input signal using an inverse matrix of a TJ (Toeplitz Jacket) matrix; And
And modulating and transmitting the converted signal in the converting step,
Wherein the TJ matrix comprises:
Wherein the left side of the Jacket circulation matrix is multiplied by the inverse of the diagonal matrix, and the right side of the Jacket circulation matrix is multiplied by the diagonal matrix, and the 4x4 matrix is the following matrix.
Figure 112014039988073-pat00102

제 7항에 있어서,
상기 대각 행렬은,
(n,n)의 원소가 kn -1인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the diagonal matrix comprises:
(n, n) is k n -1 .
제 8항에 있어서,
상기 대각 행렬은,
(n,n)의 원소 이외의 원소는 0인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the diagonal matrix comprises:
(n, n) is zero.
제 7항에 있어서,
상기 변환 단계에서 변환된 신호를 수신하는 단계; 및
TJ 행렬을 이용하여 수신 신호를 역변환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
8. The method of claim 7,
Receiving the converted signal in the conversion step; And
And inversely transforming the received signal using the TJ matrix.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5102396B2 (en) * 2008-10-28 2012-12-19 ▲ホア▼▲ウェイ▼技術有限公司 Method for generating space-time / frequency space code, transmission method and apparatus

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Title
M.H.Lee et al.; "Jacket transform eigenvalue decomposition", Applied Mathematics and Computation 198 (2008) 858-864 *
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