KR101527114B1 - 다중 입출력 무선통신 시스템에서 스트림별 서로 다른부호화 방식을 지원하는 격자 감소 기반의 신호 검출 장치및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 LR(Lattice Reduction) 알고리즘 기반의 신호 검출에 관한 것으로, 채널 행렬 및 격자 변형 행렬 T의 곱의 역행렬과 곱해진 수신 신호 블록에 포함된 심벌 값들 각각을 소프트 모듈로(soft modulo) 연산함으로써, 스트림별 연판정 값들을 생성하는 다수의 연산기들과, 동일한 복호화 방식에 따라 상기 스트림별 연판정 값들을 복호화함으로써, 스트림별 부호화 방식에 따른 코드워드들의 LLR(Log Likelihood Ratio) 값들을 생성하는 다수의 내부 복호화기들과, 상기 행렬 T를 이용하여 상기 LLR 값들로부터 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 복원하는 패싱(passing)기와, 상기 스트림별 복호화 방식에 따라 상기 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 스트림별로 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성하는 다수의 외부 복호화기들을 포함하여, 이중 부호화 및 이중 복호화를 통해 스트림별 서로 다른 부호화 방식을 지원하는 LR 알고리즘 기반의 검출을 수행함으로써, 낮은 복잡도만으로 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
Figure R1020080030668
LR(Lattice Reduction), 2 단계 코딩/디코딩(2 stage coding/decoding), 모듈로(modulo).

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 스트림별 서로 다른 부호화 방식을 지원하는 격자 감소 기반의 신호 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SIGNAL BASED ON LATTICE REDUCTION CAPABLE TO SUPPORT DIFFERENT ENCODING SCHEME BY STREAM IN A MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 사용자 다중 입출력 무선통신 시스템에서 LR(Lattice Reduction) 기반의 신호 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고속 및 고품질의 데이터 전송에 대한 요구가 증대됨에 따라, 이를 만족시키기 위한 기술 중의 하나로 다수의 송수신 안테나들을 사용하는 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템이 크게 주목되고 있다. 상기 다중 입출력 기술은 다수의 안테나를 통한 다수의 스트림을 이용하여 통신을 수행함으로써, 단일 안테나를 사용하는 경우보다 채널 용량을 크게 개선 시킬 수 있는 기술이다. 예를 들어, 송수신단이 모두 M개의 송신 안테나들 및 수신 안테나들을 사용하고, 각 안테나 간의 채널이 독립적이며, 대역폭과 전체 송신 전력이 고정된 경우, 단일 안테나를 사용한 경우에 비해 평균 채널 용량이 M배 증가하게 된다.
상기 다중 입출력 무선통신 시스템을 위한 검파 방식은 크게 선형 방식 및 비선형 방식으로 나누어진다. 선형 검파 방식의 대표적인 예로 ZF(Zero Forcing) 기법이 있으며, 비선형 검파 방식의 대표적인 예로 ML(Maximum Likelihood) 기법이 있다. ZF 기법은 낮은 구현 복잡도와 낮은 성능을 가지는 반면, ML 기법은 높은 구현 복잡도와 높은 성능을 가진다. ZF 기법의 성능 향상을 위해 MMSE(Minimum Mean Square Error) 기법, SIC(Successive Interference Cancelation) 기법 등이 제안된 바 있으며, ML 기법의 구현 복잡도를 낮추기 위해 SD(Sphere Decoding)이 제안된 바 있다. 즉, 다중 입출력 통신 시스템을 위한 검파 방식이 추구하는 바는 낮은 구현 복잡도 및 높은 성능이다. 하지만, 일반적으로 낮은 구현 복잡도와 높은 성능은 서로 경쟁적인 관계를 갖는다. 즉, 낮은 구현 복잡도를 유지하면 성능이 낮아지고, 높은 성능을 유지하면 구현 복잡도가 높아진다.
ZF 기법과 같은 선형 방식의 성능 향상을 위한 다른 방안으로서, LR(Lattice Reduction) 알고리즘을 이용한 검파 방식이 제안되었다. LR 알고리즘은 채널 행렬의 컨디션 넘버(condition number)를 향상시키는 정수 요소(integer element)들로 구성된 유니모듈러 행렬(unimodular matrix) T를 찾아내는 알고리즘이다. 하지만, LR 알고리즘 기반의 검파 방식은 검파 과정에서 양자화(quantization) 단계를 포함 하기 때문에, 채널 코딩(channel coding)과의 연동이 쉽지 않다.
이를 해결하기 위해, LR 알고리즘을 이용한 검파 방식을 개량한 List-LR(LR based List generating) 기법이 제안된 바 있다. 하지만, List-LR 기법은 심벌 벡터(symbol vector)의 목록(list)를 생성하는 단계로 인해 매우 높은 복잡도를 가진다. 더욱이, List-LR 방식 적용 시, 안테나의 개수가 증가함에 따라 심벌 벡터 내 포함된 원소 개수가 증가하거나, 또는, 각 송신 신호의 변조 크기(modulation size) 확장에 따라 선택 가능한 원소 종류가 증가할 경우, 검출 방식의 복잡도가 증가한다. 따라서, List-LR 기법은 LR 알고리즘 기반의 검출 방식의 낮은 복잡도와 고정된 복잡도라는 장점을 가지지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 LR(Lattice Reduction) 알고리즘을 이용한 신호 검출 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 스트림별 서로 다른 부호화 방식을 지원하는 LR 알고리즘 기반의 신호 검출 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 이중 복호화를 통해 스트림별 서로 다른 부호화 방식을 지원하는 LR 알고리즘 기반의 신호 검출 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 다수의 수신 안테나들을 구비한 수신단 장치는, 채널 행렬 및 격자 변형 행렬 T의 곱의 역행렬과 곱해진 수신 신호 블록에 포함된 심벌 값들 각각을 소프트 모듈로(soft modulo) 연산함으로써, 스트림별 연판정 값들을 생성하는 다수의 연산기들과, 동일한 복호화 방식에 따라 상기 스트림별 연판정 값들을 복호화함으로써, 스트림별 부호화 방식에 따른 코드워드들의 LLR(Log Likelihood Ratio) 값들을 생성하는 다수의 내부 복호화기들과, 상기 행렬 T를 이용하여 상기 LLR 값들로부터 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 복원하는 패싱(passing)기와, 상기 스트림별 복호화 방식에 따라 상기 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 스트림별로 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성하는 다수의 외부 복호화기들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 적어도 하나의 송신 안테나를 구비한 송신단 장치는, 스트림별 송신 비트열을 외부 부호화하는 적어도 하나의 외부 부호화기와, 외부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 1차 코드워드(codeword)를 내부 부호화하는 적어도 하나의 내부 부호화기와, 상기 2차 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 2차 코드워드를 변조함으로써 복소 심벌(complex symbol)들로 변환하는 적어도 하나의 변조기와, 상기 복소 심벌들을 적어도 하나의 송신 안테나를 통해 송신하는 적어도 하나의 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 다수의 수신 안테나들을 구비한 수신단의 동작 방법은, 채널 행렬 및 격자 변형 행렬 T의 곱의 역행렬과 곱해진 수신 신호 블록에 포함된 심벌 값들 각각을 소프트 모듈로 연산함으로써, 스트림별 연판정 값들을 생성하는 과정과, 동일한 복호화 방식에 따라 상기 연판정 값들을 스트림별로 내부 복호화함으로써, 스트림별 부호화 방식에 따른 코드워드들의 LLR 값들을 생성하는 과정과, 상기 행렬 T를 이용하여 상기 LLR 값들로부터 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 복원하는 과정과, 상기 스트림별 복호화 방식에 따라 상기 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 스트림별로 외부 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 적어도 하나의 송신 안테나를 구비한 송신단의 동작 방법은, 스트림별 송신 비트열을 외부 부호화하는 과정과, 외부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 1차 코드워드를 내부 부호화하는 과정과, 상기 내부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 2차 코드워드를 변조함으로써 복소 심벌들로 변환하는 과정과, 상기 복소 심벌들을 적어도 하나의 송신 안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 이중 부호화 및 이중 복호화를 통해 스트림별 서로 다른 부호화 방식을 지원하는 LR(Lattice Reduction) 알고리즘 기반의 검출을 수행함으로써, 낮은 복잡도만으로 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
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 상세 한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 채널 코딩(channel coding)과 결합된 LR(Lattice Reduction) 알고리즘 기반의 신호 검출 기법을 지원하기 위한 기술에 대해 설명한다. 이하 설명에서, 설명의 편의를 위해 LR 알고리즘 기반의 신호 검출 기법을 'LR 검출 기법'이라 칭한다.
본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 스트림 별 비트열들이 처리되는 과정을 개략적으로 도시하면 도 1과 같다.
송신단은 N개의 송신 스트림들을 사용하는 하나의 노드이거나, 또는, 총 N개의 송신 스트림들을 사용하는 다수의 노드들이다. 그리고, 수신단은 N개의 수신 스트림들을 사용하는 하나의 노드이다. 설명의 편의를 위해, 상기 도 1에서 및 이하 설명에서, 본 발명은 '제n방식으로 부호화된 코드워드'를 'n-부호화된 코드워드'라 칭하고, '제n방식의 복호화를 통해 복원된 코드워드'를 'n-코드워드'라 칭하고, '제n방식에 따른 부호화'를 'n-부호화'라 칭하고, '제n방식에 따른 복호화'를 'n-복호화'라 칭한다.
상기 도 1을 참고하면, 스트림별 송신 비트열들(110-1 내지 110-N)은 각 스트림에 대응되는 부호화 방식에 따라 각각 부호화된다. 예를 들어, 상기 송신 비트열들(110-1 내지 110-N)은 서로 다른 부호화율(rate) 및 부호화 방식에 따라 스트림별 부호화(115)된다. 스트림별 송신 비트열들은 서로 다른 부호화 방식에 따라 부호화됨으로써, 스트림별 1차 코드워드들(120-1 내지 120-N)로 변환된다. 이후, 서로 다른 부호화 방식에 따라 부호화된 비트열들, 즉, 상기 스트림별 1차 코드워드들(120-1 내지 120-N)은 모두 K-부호화(125)를 통해 스트림별 2차 코드워드들(130-1 내지 130-N)로 변환된다.
스트림별 2차 코드워드들(130-1 내지 130-N)은 변조 및 상승변환에 의해 RF(Radio Frequency) 대역 신호로 변환되고, 무선채널을 통해 수신단으로 전달된다. 이때, 수신단은 N개의 수신 안테나들을 사용하는 하나의 노드이다. 그리고, 송신단 및 수신단 간 채널은 2차 코드워드들의 송신 시간 동안 고정되어 있다고 가정한다.
수신된 RF 대역 신호는 기저대역 신호로 변환되고, 수신단은 기저대역 신호에 대해 LR 검출 기법을 적용하고, 소프트 모듈로(soft modulo) 연산을 수행함으로써, 스트림별 연판정(soft decision) 값들(140)을 생성한다. 이때, LR 검출 기법에 의해, 2차 코드워드들은 격자 변환 행렬 T와 곱해짐으로써 서로 선형 합산(linear summation)된다. 따라서, 상기 스트림별 연판정 값들(140)은 K-코드워드들이지만, 송신단에서 생성된 2차 코드워드들과 다를 수 있다. 즉, 상기 선형 합산된 코드워드들은 K-코드워드들을 포함한다. 하지만, 가짓 수가 비약적으로 증가함으로써, 상기 선형 합산된 코드워드에 대한 스트림별 연판정 값들(140)을 산출하기 위한 복잡도가 매우 커진다. 따라서, 본 발명은 낮은 복잡도로 상기 스트림별 연판정 값들(140)을 산출하기 위해 소프트 모듈로(soft modulo) 연산을 이용한다. 상기 소프트 모듈로 연산은 연산 가능한 모든 선형 합산된 코드워드들의 연판정 값의 유도에 사용하는 것이 아니라, 상기 선형 합산된 코드워드들 중 선택된 후보(candidate)들만의 연판정 값을 산출하기 위해 사용된다. 상기 후보들의 선정은 송신단의 변조 방식에 따라 결정된다.
상기 스트림별 연판정 값들(140)은 스트림별로 K-복호화(145)됨으로써, 스트림별 부호화 방식에 따른 코드워드들의 LLR(Log Likelihood Ratio) 값들(150-1 내지 150-N)로 변환된다. 단, 상기 코드워드들의 LLR 값들(150-1 내지 150-N)은 송신단에서 생성된 1차 코드워드들(120-1 내지 120-N)의 LLR 값들과 다를 수 있다. 왜냐하면, 상기 코드워드들의 LLR 값들(150-1 내지 105-N)은 선형 합산된 후 모듈로 연산을 거친 2차 코드워드들(130-1 내지 130-N)로부터 얻어진 것이기 때문이다. 따라서, 수신단은 메시지 패싱(message passing)(147)을 통해 코드워드들의 LLR 값들(150-1 내지 150-N)을 송신단에서 생성된 1차 코드워드들의 LLR 값들(160-1 내지 160-N)로 변환한다. 그리고, 수신단은 상기 1차 코드워드들의 LLR 값들(160-1 내지 160-N)을 송신단의 스트림별 1차 부호화 방식들에 대응되는 방식으로 스트림별 복호화(165)함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR값들(170-1 내지 170-N)을 획득한다.
상술한 송신단 및 수신단의 동작들 중, 본 발명은 송신단의 1차 코드워드 생성 과정을 외부 코딩(outer coding), 송신단의 2차 코드워드 생성 과정을 내부 코딩(inner coding), 수신단의 스트림별 연판정 값 생성 및 2차 부호화 방식에 대응되는 복호화 과정을 내부 디코딩, 수신단의 1차 부호화 방식에 대응되는 복호화 과정을 외부 디코딩이라 칭한다. 즉, 본 발명은 1차 코드워드 생성 과정 및 1차 부호화 방식에 대응되는 복호화 과정을 외부 코딩/디코딩, 송신단의 2차 코드워드 생성 과정 및 수신단의 2차 부호화 방식과 대응되는 복호화 과정을 내부 코딩/디코딩이라 칭한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 비트열을 송수신하는 송신단 및 수신단의 구성에 대해 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 2는 BPSK를 사용하는 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 데이터버퍼(202), MCS(Modulation and Coding Scheme)제어기(204), 다수의 외부부호화기들(206-1 내지 206-N), 다수의 내부부호화기들(208-1 내지 208-N), 다수의 변조기들(210-1 내 지 210-N), 다수의 RF송신기들(212-1 내지 212-N)을 포함하여 구성된다.
상기 데이터버퍼(202)는 송신 비트열을 저장하고, 스트림별 송신 비트열을 상기 다수의 외부부호화기들(206-1 내지 206-N)로 제공한다. 상기 MCS제어기(204)는 송신단 및 수신단 간의 채널 품질에 따라 결정된 스트림별 MCS 레벨을 상기 다수의 외부부호화기들(206-1 내지 206-N), 상기 다수의 내부부호화기들(208-1 내지 208-N), 상기 다수의 변조기들(210-1 내지 210-N)로 제공한다. 이때, 상기 MCS제어기(204)는 채널 품질 정보를 이용하여 직접 스트림별 MCS 레벨을 결정하거나, 또는, 수신단으로부터 결정된 스트림별 MCS 레벨을 이용한다.
상기 다수의 외부부호화기들(206-1 내지 206-N) 각각은 자신과 대응되는 스트림의 부호화 방식에 따라 송신 비트열을 부호화한다. 즉, 상기 다수의 외부부호화기들(206-1 내지 206-N)은 스트림별 1차 코드워드들을 생성한다. 상기 다수의 내부부호화기들(208-1 내지 208-N)은 공통된 부호화 방식에 따라 상기 다수의 외부부호화기들(206-1 내지 206-2)로부터 제공되는 스트림별 1차 코드워드들을 부호화한다. 즉, 상기 다수의 내부부호화기들(208-1 내지 208-N)은 스트림별 2차 코드워드들을 생성한다. 상기 다수의 변조기들(210-1 내지 210-N) 각각은 자신과 대응되는 내부부호화기(208)로부터 제공되는 2차 코드워드를 변조함으로써, 상기 2차 코드워드를 복소 심벌(complex symbol)들로 변환한다.
상기 다수의 RF송신기들(212-1 내지 212-N) 각각은 자신과 대응되는 변조기(210)로부터 제공되는 복소 심벌들을 RF 대역 신호로 상승변환한 후, RF 대역 신호를 안테나를 통해 송신한다. 만일, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따르는 경우, 상기 RF송신기들(212-1 내지 212-N) 각각은 상기 복소 심벌들을 부반송파에 매핑하고, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 시간영역 심벌로 변환한다. 그리고, 상기 RF송신기들(212-1 내지 212-N) 각각은 시간영역 심벌에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입함으로써 OFDM 심벌을 생성하고, 상기 OFDM 심벌을 RF 대역 신호로 상승변환한 후, 안테나를 통해 송신한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 다수의 RF수신기들(302-1 내지 302-N), 채널추정기(304), T생성기(306), LR검출기(308), 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N), 다수의 내부복호화기들(312-1 내지 312-N), 메시지패싱(passing)기(314), 다수의 외부복호화기들(316-1 내지 316-N), 다수의 비트판정기들(318-1 내지 318-N)을 포함하여 구성된다.
상기 다수의 RF수신기들(302-1 내지 302-N) 각각은 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 변환한다. 상기 채널추정기(304)는 수신 신호들 중 파일럿 신호와 같은 미리 약속된 신호를 이용하여 송신단과의 채널을 추정한다. 이때, 상기 채널은 각 송신 안테나 및 각 수신 안테나별 채널 계수를 원소로 갖는 N×N 크기의 채널 행렬로 표현된다. 단, 수신 안테나 개수가 송신 안테나의 개수보다 큰 경우, 상기 채널 행렬은 직사각 행렬로 표현된다.
상기 T생성기(306)는 LR 알고리즘에 따라 LR 검출을 위해 채널 행렬과 곱해질 행렬 T을 산출한다. 상기 행렬 T은 채널 행렬의 컨디션 넘버(condition number)를 향상시키기 위해 채널 행렬과 곱해지는 행렬로서, 디터미넌트(determinant)가 1인 유니모듈로(unimodular) 행렬이다. 예를 들어, 상기 행렬 T은 LLL(Lenstra-Lenstra-Lovasz) 알고리즘에 의해 산출된다. 상기 LLL 알고리즘에 따르는 경우, 상기 T생성기(306)는 송신단 및 수신단 간 채널 행렬을 QR 분해한 후, QR 분해를 통해 얻어진 Q 행렬, R 행렬을 이용하여 상기 행렬 T을 산출한다. 상기 LLL 알고리즘은 널리 공지된 기술이므로, 본 발명은 상기 LLL 알고리즘의 상세한 설명은 생략하며, 상기 LLL 알고리즘은 논문 「'Near-Maximum-Likelihood Detection of MIMO Systems using MMSE-Based Lattice-Reduction', IEEE Proc. International Conference on Communications, 2004」에 상세히 기술되어 있다.
상기 LR검출기(308)는 상기 T생성기(306)로부터 제공되는 상기 행렬 T을 이용하여 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록을 선형 검출한다. 즉, 상기 LR 검출기(308)는 수신 신호 블록에 상기 채널 행렬 및 상기 행렬 T의 곱의 역행렬을 곱한다. 여기서, 신호 블록은 내부 코딩/디코딩에 의한 코드워드를 구성하는 단위를 말한다. 예를 들어, 내부 코딩/디코딩에 의한 하나의 코드워드가 C개의 심벌들로 구성되는 경우, 하나의 신호 블록은 시간 축으로 C개의 심벌들을 포함한다. 상기 LR검출기(308)의 출력 값을 수식으로 표현하면 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112008023949256-pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기
Figure 112008023949256-pat00002
는 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록의 검출 값, 즉, 상기 LR검출기(308)의 출력, 상기
Figure 112008023949256-pat00003
는 채널 행렬, 상기
Figure 112008023949256-pat00004
는 격자 변형 행렬 T, 상기
Figure 112008023949256-pat00005
는 수신 신호 블록을 의미한다.
상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N) 각각은 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록의 검출 값들 중 자신과 대응되는 스트림의 값을 모듈로 연산한다. 이때, 상기 모듈로 연산의 차수(order)는 2이며, 상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N)의 출력은 소프트 출력(soft output)으로서, 소수점 이하의 값들을 포함한다. 여기서, 상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N)은 코드워드를 구성하는 다수의 심벌들의 검출 값들 각각을 대상으로 모듈로 연산을 수행한다. 따라서, 상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N) 각각의 출력은 C개의 연판정 값들의 시퀀스(sequence)로서, 하나의 시퀀스는 하나의 코드워드를 나타낸다. 즉, 상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N) 각각의 출력은 송신단의 내부 부호화를 위한 부호화 방식에 따른 코드워드들의 연판정 값이다. 단, 상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N) 각각에 의해 얻어지는 코드워드들의 연판정 값들은 송신단에서 생성된 원래의 2차 코드워드들을 나타내지 않는다. 왜냐하면, 수신 신호 블록이 상기 행렬 T와 곱해짐으로 인해, 코드워드들이 서로 선형적으로 합산되었기 때문이다. 상기 다수의 모듈로연산기들(310-1 내지 310-N)로부터 출력되는 시퀀스들을 수식으로 표현하면 하기 <수학식 2>와 같다.
Figure 112008023949256-pat00006
상기 <수학식 2>에서, 상기
Figure 112008023949256-pat00007
는 잡음을 포함하는 선형 합산된 코드워드들, 상기
Figure 112008023949256-pat00008
는 격자 변형 행렬 T, 상기
Figure 112008023949256-pat00009
는 채널 행렬, 상기
Figure 112008023949256-pat00010
는 수신 신호 블록, 상기
Figure 112008023949256-pat00011
는 소프트 모듈로 2 연산자, 상기
Figure 112008023949256-pat00012
는 잡음, 상기
Figure 112008023949256-pat00013
는 행렬 T 및 채녈 행렬의 곱의 역행렬이 곱해진 잡음을 의미한다.
상기 <수학식 2>를 스트림별로 구분하여 표현하면 하기 <수학식 3>과 같다.
Figure 112008023949256-pat00014
상기 <수학식 3>에서, 상기
Figure 112009022933608-pat00015
는 선형 합산된 k+j번째 코드워드, 상기
Figure 112009022933608-pat00068
는 행렬 T의 역행렬의 j,k 번째 원소, 상기
Figure 112009022933608-pat00017
는 행렬 T의 열 개수, 상기
Figure 112009022933608-pat00018
는 송신된 k번째 코드워드, 상기
Figure 112009022933608-pat00019
는 j번째 스트림의 잡음, 상기
Figure 112009022933608-pat00020
는 모듈로 2 연산자를 의미한다.
상기 다수의 내부복호화기들(312-1 내지 312-N) 각각은 자신과 대응되는 모듈로연산기(310)로부터 제공되는 연판정 값들을 내부 복호화한다. 즉, 상기 다수의 내부복호화기들(312-1 내지 312-N) 각각은 송신단의 내부 부호화 방식에 대응되는 복호화 방식에 따라 자신과 대응되는 모듈로연산기(310)로부터 제공되는 연판정 값들을 내부 복호화한다. 이때, 상기 다수의 내부복호화기들(312-1 내지 312-N)의 복호화로 인해 생성되는 코드워드들은 LLR 값으로 구성되며, 송신단의 외부 부호화를 통해 생성된 1차 코드워드들을 나타내지 않는다. 왜냐하면, 코드워드들은 LR 검출 과정에서 상기 행렬 T와 곱해짐으로 인해 서로 선형적으로 합산되었기 때문이다.
상기 메시지패싱기(314)는 상기 다수의 내부복호화기들(312-1 내지 312-N)로부터 제공되는 코드워드들을 이용하여 상기 송신단의 외부 부호화를 통해 생성된 1차 코드워드들을 나타내는 LLR 값들을 복원한다. 이를 위해, 상기 메시지패싱기(314)는 상기 행렬 T에 의한 합산 과정을 추적, 즉, 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 코드워드 조합들을 파악한다. 다시 말해, 상기 메시지패싱기(314)는 원래의 코드워드들 각각을 복원하기 위해 필요한 합산된 코드워드들의 조합들을 판단한다. 이후, 상기 메시지패싱기(314)는 비트 단위로 LLR 값을 복원한다. 예를 들어, 상기 메시지패싱기(314)는 하기 <수학식 4>과 같이 각 비트의 LLR 값을 복원한다.
Figure 112008023949256-pat00021
상기 <수학식 4>에서, 상기
Figure 112009022933608-pat00022
는 i번째 스트림에서 j번째 비트의 복원된 LLR 값, 상기
Figure 112009022933608-pat00023
은 행렬 T의 열 개수, 상기
Figure 112009022933608-pat00024
는 행렬 T의 i,k 번째 원소, 상기
Figure 112009022933608-pat00069
는 모듈로 2 연산자, 상기
Figure 112009022933608-pat00025
는 k번째 스트림에서 j번째 비트의 복원되기 전 LLR 값을 의미한다.
상기 <수학식 4>에 나타난 바와 같이, 상기 메시지패싱기(314)는 모듈로 연산된 행렬 T의 원소들을 이용하여 상기 LLR 값들을 복원한다.
상기 다수의 외부복호화기들(316-1 내지 316-N) 각각은 자신과 대응되는 스트림의 복호화 방식에 따라 상기 메시지패싱기(314)로부터 제공되는 코드워드의 LLR 값들을 복호화한다. 다시 말해, 상기 다수의 외부복호화기들(316-1 내지 316-N)은 송신단의 각 스트림별 외부 부호화 방식에 대응되는 복호화 방식에 따라 각 스트림의 1차 코드워드들을 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성한다. 상기 다수의 비트판정기들(318-1 내지 318-N)은 상기 다수의 외부복호화기들(316-1 내지 316-N)로부터 제공되는 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들에 따라 스트림별 송신 비트열을 판정한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 비트열 송신 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 송신단은 401단계에서 스트림별 채널 품질에 따 라 결정된 부호화 방식으로 각 스트림을 통해 송신될 비트열들을 외부 부호화한다. 다시 말해, 상기 송신단은 비트열들을 스트림별 부호화 방식에 따라 부호화함으로써, 1차 코드워드들을 생성한다.
상기 비트열들을 외부 부호화한 후, 상기 송신단은 403단계로 진행하여 공통된 부호화 방식으로 각 스트림을 통해 송신될 1차 코드워드들을 내부 부호화한다. 다시 말해, 상기 송신단은 상기 1차 코드워드들을 공통된 부호화 방식에 따라 부호화함으로써, 따르는 2차 코드워드들을 생성한다.
상기 1차 코드워드들을 내부 부호화한 후, 상기 송신단은 405단계로 진행하여 상기 2차 코드워드들을 스트림별로 변조한다. 즉, 상기 송신단은 상기 2차 코드워드들을 스트림별로 변조함으로써, 송신 심벌들을 생성한다.
상기 송신 심벌들을 생성한 후, 상기 송신단은 407단계로 진행하여 상기 송신 심벌들을 RF 대역 신호들로 상승변환한 후, 다수의 송신 안테나들을 통해 송신한다. 만일, OFDM 방식에 따르는 경우, 상기 송신단은 스트림별로 복소 심벌들을 부반송파에 매핑하고, 스트림별 IFFT 연산을 통해 시간영역 심벌들로 변환한다. 그리고, 상기 송신단은 시간영역 심벌들 각각에 CP를 삽입함으로써 OFDM 심벌들을 생성하고, 상기 OFDM 심벌들을 RF 대역 신호들로 상승변환한 후, 다수의 송신 안테나들을 통해 송신한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 비트열 검출 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 상기 수신단은 501단계에서 수신 신호들 중 파일럿 신호와 같은 미리 약속된 신호를 이용하여 송신단과의 채널을 추정한다. 이때, 상기 채널은 각 송신 안테나 및 각 수신 안테나별 채널 계수를 원소로 갖는 N×N 크기의 채널 행렬로 표현된다.
상기 채널 행렬을 추정한 후, 상기 수신단은 503단계로 진행하여 상기 채널 행렬로부터 격자 변형 행렬 T를 산출한다. 즉, 상기 수신단은 LR 알고리즘에 따라 LR 검출을 위해 채널 행렬과 곱해질 행렬 T을 산출한다. 예를 들어, 상기 행렬 T은 LLL(Lenstra-Lenstra-Lovasz) 알고리즘에 의해 산출된다.
상기 행렬 T을 산출한 후, 상기 수신단은 505단계로 진행하여 채널 행렬과 행렬 T의 곱의 역행렬과 수신 신호 블록을 곱한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 행렬 T을 이용하여 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록을 선형 검출한다. 여기서, 신호 블록은 내부 코딩/디코딩에 의한 코드워드를 구성하는 단위를 말한다.
이어, 상기 수신단은 507단계로 진행하여 스트림별 소프트 모듈로 연산을 통해 코드워드들의 연판정 값을 산출한다. 이때, 상기 모듈로 연산의 차수는 2이며, 모듈로 연산의 결과 값은 소수점 이하의 값들을 포함한다. 또한, 상기 모듈로 연산의 결과는 C개의 연판정 값들의 시퀀스로서, 하나의 시퀀스는 하나의 코드워드를 나타낸다. 단, 모듈로 연산 결과로 얻어지는 코드워드들의 연판정 값들은 송신단에서 생성된 원래의 2차 코드워드들을 나타내지 않는다.
상기 코드워드들의 연판정 값을 산출한 후, 상기 수신단은 509단계로 진행하여 스트림별 내부 복호화를 통해 코드워드들의 LLR 값들을 산출한다. 즉, 상기 수 신단은 송신단의 내부 부호화 방식에 대응되는 복호화 방식에 따라 상기 코드워드들의 연판정 값들을 내부 복호화한다. 단, 상기 내부 복호화를 통해 얻어진 코드워드들의 LLR 값들은 송신단의 외부 부호화를 통해 생성된 1차 코드워드들을 나타내지 않는다.
상기 내부 부호화를 수행한 후, 상기 수신단은 511단계로 진행하여 상기 509단계에서 산출된 LLR 값들을 송신단에서 생성된 스트림별 1차 코드워드의 LLR 값들로 변환한다. 상세히 설명하면, 상기 수신단은 상기 행렬 T에 의한 합산 과정을 추적, 즉, 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 코드워드 조합들을 파악한다. 이때, 상기 수신단은 상기 행렬 T를 그대로 이용하지 않고, 모듈로 연산을 거친 행렬 T를 이용한다. 즉, 상기 수신단은 상기 행렬 T에 대해 모듈로 연산을 수행한 후, 상기 모듈로 연산을 거친 행렬 T를 이용하여 상기 코드워드들의 합산 과정을 파악한다. 그리고, 상기 수신단은 원래의 코드워드들 각각을 복원하기 위해 필요한 합산된 코드워드들의 조합들을 판단한다. 이후, 상기 수신단은 비트 단위로 LLR 값을 복원한다. 예를 들어, 상기 수신단은 상기 <수학식 4>과 같이 각 비트의 LLR 값을 복원한다.
이후, 상기 수신단은 513단계로 진행하여 스트림별 외부 부호화를 통해 스트림별 비트열의 LLR 값들을 산출한다. 다시 말해, 상기 수신단은 송신단의 각 스트림별 외부 부호화 방식에 대응되는 복호화 방식에 따라 각 스트림의 1차 코드워드들을 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성한다.
상기 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성한 후, 상기 수신단은 515단계로 진행하여 상기 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들에 따라 스트림별 송신 비트열을 판정한다.
상기 도 2 내지 상기 도 5를 참고하여 설명한 송신단 및 수신단의 구성 및 동작에서, 본 발명은 다수의 N개의 송신 스트림들을 사용하는 송신단을 가정하였다. 하지만, 다수의 송신단들이 존재하고, 다수의 송신단들의 스트림의 합이 N개인 경우에도 본 발명은 동일하게 적용 가능하다. 이 경우, 다수의 송신단들 각각은 상기 도 2에 도시된 다수 송신 경로를 위한 구성들 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다. 즉, 하나의 스트림을 사용하는 송신단의 경우, 하나의 외부부호화기(206), 하나의 내부부호화기(208), 하나의 변조기(210), 하나의 RF송신기(212)를 포함하여 구성된다.
상기 도 2 내지 상기 도 5를 참고하여 설명한 실시 예에 따르면, 실수축 및 허수축에서 2가지 심벌만을 갖는 변조 방식, 예를 들어, BPSK(Binary Phase Shift Keying) 방식 또는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식만이 적용 가능하다. 하지만, 실수축 및 허수축에서 3개 이상의 심벌들을 갖는 변조 방식도 다중 레벨(multilevel) 부호화 및 복호화를 통해 상술한 기술에 적용될 수 있다. 상기 다중 레벨 부호화 및 복호화를 수행하는 경우, 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템은 다음과 같이 구성된다. 이하 설명의 편의를 위해, 2개의 송신 안테나들을 가진 송신단과 2개의 수신 안테나들을 가진 수신단을 가정한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 다중 레벨 부호화를 수행하는 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 2개의 내부부호화기들(610-1, 610-2), 2개의 변조기들(620-1, 620-2), 2개의 RF송신기들(630-1, 630-2)을 포함하여 구성된다.
상기 2개의 내부부호화기들(610-1, 610-2)의 구성 및 기능은 동일하며, 첫 번째 스트림에 대응되는 내부부호화기(610-1)의 구성 및 기능을 설명하면 다음과 같다. 상기 내부부호화기(610-1)는 상위이진부호화기(612-1), 하위이진부호화기(614-1), 곱셈기(616-1), 덧셈기(618-1)를 포함한다. 첫 번째 스트림의 송신 비트열은 2비트 단위로 구분되고, 2비트 중 상위 비트는 상기 상위이진부호화기(612-1)로 입력되고, 하위 비트는 상기 하위이진부호화기(614-1)로 입력된다. 따라서, 상기 상위이진부호화기(612-1)는 상위 비트들을 부호화하고, 상기 하위이진부호화기(614-1)는 하위 비트들을 부호화한다. 복호의 안정성을 위하여, 상위 비트와 하위 비트를 인터리빙(interleaving) 후, 랜덤(random)하게 조합된 2개의 스트림들 각각이 상기 상위이진부호기(612-1) 및 상기 하위이진부호기(614-1)의 입력으로 제공될 수 있다. 상기 곱셈기(616-1)는 상기 상위이진부호화기(614-1)로부터 제공되는 부호화된 상위 비트들에 2를 곱하고, 상기 덧셈기(618-1)는 상기 부호화된 상위 비트들과 2를 곱한 결과 및 부호화된 하위 비트들을 합산한다. 두 번째 스트림에 대응되는 내부부호화기(610-2)의 구성 및 동작도 상기 첫 번째 스트림에 대응되는 내부부호화기(610-1)의 구성 및 동작과 동일하다.
상기 2개의 변조기들(620-1, 620-2) 각각은 자신과 대응되는 스트림의 부호화된 값, 즉, {0, 1, 2, 3} 중 하나의 값을 변조함으로써 복소 심벌들로 변환한다. 상기 2개의 RF송신기들(630-1, 630-2) 자신과 대응되는 변조기(620)로부터 제공되는 복소 심벌들을 RF 대역 신호로 상승변환한 후, RF 대역 신호를 안테나를 통해 송신한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 다중 레벨 복호화를 수행하는 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 2개의 RF수신기들(710-1, 710-2), LR검출기(720), 1차내부복호화기(730), 제1메시지패싱기(740), 간섭제거기(750), 2개의 반감기들(760-1, 760-2), 2차내부복호화기(770), 제2메시지패싱기(780)를 포함하여 구성된다.
상기 2개의 RF수신기들(710-1, 710-2) 각각은 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 변환한다. 상기 LR검출기(720)는 채널 행렬로부터 생성되는 격자 변형 행렬 T을 이용하여 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록을 선형 검출한다. 즉, 상기 LR 검출기(720)는 수신 신호 블록에 상기 채널 행렬 및 상기 행렬 T의 곱의 역행렬을 곱한다. 여기서, 신호 블록은 수신단의 내부 부호화에 의한 코드워드를 구성하는 단위를 말한다.
상기 1차내부복호화기(730)는 2개의 모듈로연산기들(732-1, 732-2), 2개의 하위이진복호화기들(734-1, 734-2)을 포함하여 구성된다. 상기 2개의 모듈로연산기들(732-1, 732-2) 각각은 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록의 검출 값들 중 자신과 대응되는 스트림의 값을 모듈로 연산한다. 이때, 상기 모듈로 연산의 차수는 2이며, 상기 2개의 모듈로연산기들(732-1, 732-2)의 출력은 소프트 출력으로서, 소수점 이하의 값들을 포함한다. 예를 들어, 상기 2개의 모듈로연산기들(732-1, 732-2)의 출력은 하기 <수학식 5>와 같다.
Figure 112009022933608-pat00070
상기 <수학식 5>에서, 상기
Figure 112008023949256-pat00027
는 채널 행렬, 상기
Figure 112008023949256-pat00028
는 격자 변형 행렬 T, 상기
Figure 112008023949256-pat00029
는 수신 신호 블록의 k번째 행, 상기
Figure 112008023949256-pat00030
는 소프트 모듈로 2 연산자, 상기
Figure 112008023949256-pat00031
은 송신 신호 블록의 k번째 행, 상기
Figure 112008023949256-pat00032
는 k번째 스트림의 잡음, 상기
Figure 112008023949256-pat00033
는 행렬 T의 역행렬의 j,k번째 원소, 상기
Figure 112008023949256-pat00034
은 k번째 송신 비트열의 하위 비트, 상기
Figure 112008023949256-pat00035
은 k번째 송신 비트열의 상위 비트, 상기
Figure 112008023949256-pat00036
는 행렬 T의 역행렬 및 채널 행 렬의 역행렬과 곱해진 k번째 스트림의 잡음을 의미한다.
상기 2개의 하위이진복호화기들(734-1, 734-2)은 상기 2개의 모듈로연산기(732)로부터 제공되는 스트림별 코드워드의 연판정 값들을 복호화함으로써, 스트림별 하위 비트들의 LLR 값들을 생성한다. 이때, 상기 2개의 하위이진복호화기들(734-1, 734-2)에 의해 생성되는 LLR 값들은 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내지 않는다. 왜냐하면, 수신 신호 블록이 상기 행렬 T와 곱해짐으로 인해, 코드워드들이 서로 선형적으로 합산되었기 때문이다.
상기 제1메시지패싱기(740)는 상기 1차내부복호화기(730)로부터 제공되는 스트림별 코드워드를 이용하여 상기 송신단의 송신 비트열을 나타내는 LLR 값들을 복원한다. 이를 위해, 상기 제1메시지패싱기(740)는 상기 행렬 T에 의한 합산 과정을 추적, 즉, 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 비트열 조합들을 파악한다. 그리고, 상기 제1메시지패싱기(740)는 원래의 비트열들 각각을 복원하기 위해 필요한 합산된 코드워드들의 조합들을 판단한다. 이후, 상기 제1메시지패싱기(740)는 비트 단위로 LLR 값을 복원한다.
상기 간섭제거기(750)는 격자변형기(752), 2개의 덧셈기들(754-1, 754-2)을 포함한다. 상기 격자변형(752)는 상기 제1메시지패싱기(740)로부터 제공되는 스트림별 하위 비트열의 LLR 값들과 상기 행렬 T의 역행렬을 곱한다. 상기 2개의 덧셈기들(754-1, 754-2)은 상기 LR검출기(720)로부터 제공되는 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록의 스트림별 검출 값들에서 상기 격자변형기(752)로부터 제공되는 격자 변형된 스트림별 하위 비트열의 LLR 값들을 감산한다. 즉, 상기 간섭제거 기(750)는 상기 LR검출기(720)에 의해 생성된 상기 행렬 T와 곱해진 송신 신호 블록의 스트림별 검출 값들에서 하위 비트열의 성분들을 제거한다. 상기 간섭제거기(750)의 기능을 수식으로 표현하면 하기 <수학식 6>과 같다.
Figure 112008023949256-pat00037
상기 <수학식 6>에서, 상기
Figure 112008023949256-pat00038
는 하위 비트 성분을 포함하지 않는 수신 신호 블록, 상기
Figure 112008023949256-pat00039
는 채널 행렬, 상기
Figure 112008023949256-pat00040
는 격자 변형 행렬 T, 상기
Figure 112008023949256-pat00041
는 수신 신호 블록의 k번째 행, 상기
Figure 112008023949256-pat00042
은 k번째 송신 비트열의 하위 비트, 상기
Figure 112008023949256-pat00043
은 k번째 송신 비트열의 상위 비트, 상기
Figure 112008023949256-pat00044
는 행렬 T의 역행렬 및 채널 행렬의 역행렬과 곱해진 k번째 스트림의 잡음을 의미한다.
상기 2개의 반감기들(760-1, 760-2)은 상기 간섭제거기(750)로부터 제공되는 하위 비트열의 성분을 제거한 스트림별 검출 값들, 즉, 상위 비트열의 스트림별 검출 값들을 2로 나눈다. 상기 2개의 반감기들(760-1, 760-2)의 출력을 수식으로 표 현하면 하기 <수학식 7>과 같다.
Figure 112008023949256-pat00045
상기 <수학식 7>에서, 상기
Figure 112008023949256-pat00046
는 하위 비트 성분을 포함하지 않는 수신 신호 블록, 상기
Figure 112008023949256-pat00047
는 채널 행렬, 상기
Figure 112008023949256-pat00048
는 격자 변형 행렬 T, 상기
Figure 112008023949256-pat00049
은 k번째 송신 비트열의 상위 비트, 상기
Figure 112008023949256-pat00050
는 행렬 T의 역행렬 및 채널 행렬의 역행렬과 곱해진 k번째 스트림의 잡음을 의미한다.
상기 2차내부복호화기(770)는 2개의 모듈로연산기들(772-1, 772-2), 2개의 상위이진복호화기들(774-1, 774-2)을 포함한다. 상기 2개의 모듈로연산기들(772-1, 772-2)은 상기 2개의 반감기들(760-1, 760-2)로부터 제공되는 2로 나누어진 상위 비트열의 스트림별 검출 값들을 모듈로 연산한다. 이때, 상기 모듈로 연산의 차수는 2이며, 상기 2개의 모듈로연산기들(772-1, 772-2)의 출력은 소프트 출력으로서, 소수점 이하의 값들을 포함한다. 상기 2개의 상위이진복호화기들(774-1, 774-2)은 상기 2개의 모듈로연산기들(772-1, 772-2)로부터 제공되는 스트림별 코드워드의 연판정 값들을 복호화함으로써, 스트림별 상위 비트들의 LLR 값들을 생성한다. 이때, 상기 2개의 하위이진복호화기들(772-1, 772-2)에 의해 생성되는 LLR 값들은 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내지 않는다. 왜냐하면, 수신 신호 블록이 상기 행렬 T와 곱해짐으로 인해, 코드워드들이 서로 선형적으로 합산되었기 때문이다.
상기 제2메시지패싱기(780)는 상기 2차내부복호화기(770)로부터 제공되는 스트림별 코드워드를 이용하여 상기 송신단의 송신 비트열을 나타내는 LLR 값들을 복원한다. 이를 위해, 상기 제2메시지패싱기(780)는 상기 행렬 T에 의한 합산 과정을 추적, 즉, 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 비트열 조합들을 파악한다. 그리고, 상기 제2메시지패싱기(780)는 원래의 비트열들 각각을 복원하기 위해 필요한 합산된 코드워드들의 조합들을 판단한다. 이후, 상기 제2메시지패싱기(780)는 비트 단위로 LLR 값을 복원한다.
도 8은 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 8은 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템의 성능 측정을 위한 모의 실험 결과 그래프를 도시하고 있다. 상기 도 8에서, 가로축은 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio), 세로축은 전체 블록 에러율(whole block error rate)를 나타낸다.
상기 모의 실험에서, 하나의 스트림을 송신하는 다수의 단말들과 4개의 스트림들을 수신하는 하나의 기지국을 가정하였으며, 각 단말은 16-QAM 방식을 사용하 고, 하위 부호화 방식은 1/4 터보(turbo) 코드, 상위 부호화 방식은 3/4 터보 코드이다. 하위 부호화 방식 및 상위 부호화 방식은 최대 8번의 내부 반복(inner iteration)을 수행하고, 하위 부호화 방식의 입력 비트열 길이는 100이며, 상위 부호화 방식의 입력 비트열 길이는 300이다. 그리고, 각 단말은 하나의 신호 블럭 구간에서 2개의 코드워드들, 즉, 200개의 복소 심벌들을 송신한다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 시스템은 ZF 기법이나 MMSE기법만을 사용하는 시스템에 비하여 매우 우수한 성능을 가진다. 또한, 본 발명에 따르는 시스템에 MMSE에 적용한 경우, 최적의 성능을 갖는 ML 기법을 사용하는 시스템과 동일한 다중화 차수(diversity order)를 가지며, 0.01%의 불능상태(outage)을 유지하기 위해 1.3dB 정도의 성능 열화를 갖는다.
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 1은 본 발명에 따른 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 비트열의 송수신 절차를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 비트열 송신 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 비트열 검출 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 다중레벨(multilevel) 부호화를 수행하는 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 다중레벨 복호화를 수행하는 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템의 성능을 도시하는 도면.

Claims (20)

  1. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 다수의 수신 안테나들을 구비한 수신단 장치에 있어서,
    채널 행렬 및 격자 변형 행렬 T의 곱의 역행렬과 곱해진 수신 신호 블록에 포함된 심벌 값들 각각을 소프트 모듈로(soft modulo) 연산함으로써, 스트림별 연판정 값들을 생성하는 다수의 연산기들과,
    동일한 복호화 방식에 따라 상기 스트림별 연판정 값들을 복호화함으로써, 스트림별 부호화 방식에 따른 코드워드들의 LLR(Log Likelihood Ratio) 값들을 생성하는 다수의 내부 복호화기들과,
    상기 행렬 T를 이용하여 상기 LLR 값들로부터 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 복원하는 패싱(passing)기와,
    상기 스트림별 복호화 방식에 따라 상기 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 스트림별로 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성하는 다수의 외부 복호화기들을 포함하고,
    상기 패싱기는, 상기 격자 변형 행렬 T와의 곱에 의해 선형 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 코드워드들의 조합을 판단한 후, 비트 단위로 상기 원래의 코드워드들을 나타내는 LLR 값들을 복원하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패싱기는, 상기 격자 변형 행렬 T에 대한 모듈로 연산을 수행한 후, 상기 모듈로 연산을 거친 격자 변형 행렬 T를 이용하여 상기 원래의 코드워드들의 조합을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패싱기는, 하기 수식과 같이 상기 송신단에서 생성된 코드워드들의 LLR 값들을 복원하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112009022933608-pat00051
    여기서, 상기
    Figure 112009022933608-pat00052
    는 i번째 스트림에서 j번째 비트의 복원된 LLR 값, 상기
    Figure 112009022933608-pat00053
    은 행렬 T의 열 개수, 상기
    Figure 112009022933608-pat00054
    는 행렬 T의 i,k 번째 원소, 상기
    Figure 112009022933608-pat00071
    는 모듈로 2 연산자, 상기
    Figure 112009022933608-pat00055
    는 k번째 스트림에서 j번째 비트의 복원되기 전 LLR 값을 의미함.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신단과의 채널 행렬을 추정하는 추정기와,
    상기 채널 행렬로부터 상기 행렬 T를 생성하는 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 생성기는, LLL(Lenstra-Lenstra-Lovasz) 알고리즘을 이용하여 상기 행렬 T를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 적어도 하나의 송신 안테나를 구비한 송신단 장치에 있어서,
    스트림별 송신 비트열을 외부 부호화하는 적어도 하나의 외부 부호화기와,
    외부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 1차 코드워드(codeword)를 내부 부호화하는 적어도 하나의 내부 부호화기와,
    상기 내부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 2차 코드워드를 변조함으로써 복소 심벌(complex symbol)들로 변환하는 적어도 하나의 변조기와,
    상기 복소 심벌들을 적어도 하나의 송신 안테나를 통해 송신하는 적어도 하나의 송신기를 포함하고,
    상기 1차 코드워드는 수신단에서 LLR 값들로 복원되고,
    상기 LLR 값들은, 격자 변형 행렬 T와의 곱에 의해 선형 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 코드워드들의 조합을 판단하는 과정을 거친 후, 비트 단위로 복원되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외부 부호화기 각각은, 자신과 대응되는 스트림의 채널 품질에 따라 결정된 부호화 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 부호화기는, 동일한 부호화 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 부호화기는, 하나의 수신단으로 적어도 하나의 다른 송신단과 동시에 신호를 송신하는 경우, 상기 적어도 하나의 다른 송신단의 내부 부호화 방식과 동일한 부호화 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 다수의 수신 안테나들을 구비한 수신단의 동작 방법에 있어서,
    채널 행렬 및 격자 변형 행렬 T의 곱의 역행렬과 곱해진 수신 신호 블록에 포함된 심벌 값들 각각을 소프트 모듈로(soft modulo) 연산함으로써, 스트림별 연판정 값들을 생성하는 과정과,
    동일한 복호화 방식에 따라 상기 연판정 값들을 스트림별로 내부 복호화함으로써, 스트림별 부호화 방식에 따른 코드워드들의 LLR(Log Likelihood Ratio) 값들을 생성하는 과정과,
    상기 행렬 T를 이용하여 상기 LLR 값들로부터 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 복원하는 과정과,
    상기 스트림별 복호화 방식에 따라 상기 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 스트림별로 외부 복호화함으로써, 스트림별 송신 비트열의 LLR 값들을 생성하는 과정을 포함하고,
    상기 송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들을 복원하는 과정은,
    상기 격자 변형 행렬 T와의 곱에 의해 선형 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 코드워드들의 조합을 판단하는 과정과,
    비트 단위로 상기 원래의 코드워드들을 나타내는 LLR 값들을 복원하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 원래의 코드워드들의 조합을 판단하는 과정은,
    상기 격자 변형 행렬 T에 대한 모듈로 연산을 수행하는 과정과,
    모듈로 연산을 거친 격자 변형 행렬 T를 이용하여 상기 원래의 코드워드들의 조합을 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    송신단에서 생성된 코드워드를 나타내는 LLR 값들은, 하기 수식과 같이 복원되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112009022933608-pat00056
    여기서, 상기
    Figure 112009022933608-pat00057
    는 i번째 스트림에서 j번째 비트의 복원된 LLR 값, 상기
    Figure 112009022933608-pat00058
    은 행렬 T의 열 개수, 상기
    Figure 112009022933608-pat00059
    는 행렬 T의 i,k 번째 원소, 상기
    Figure 112009022933608-pat00072
    는 모듈로 2 연산자, 상기
    Figure 112009022933608-pat00060
    는 k번째 스트림에서 j번째 비트의 복원되기 전 LLR 값을 의미함.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신단과의 채널 행렬을 추정하는 과정과,
    상기 채널 행렬로부터 상기 행렬 T를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 T 행렬은, LLL(Lenstra-Lenstra-Lovasz) 알고리즘을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 적어도 하나의 송신 안테나를 구비한 송신단의 동작 방법에 있어서,
    스트림별 송신 비트열을 외부 부호화하는 과정과,
    외부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 1차 코드워드(codeword)를 내부 부호화하는 과정과,
    상기 내부 부호화를 통해 생성된 적어도 하나의 2차 코드워드를 변조함으로써 복소 심벌(complex symbol)들로 변환하는 과정과,
    상기 복소 심벌들을 적어도 하나의 송신 안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 1차 코드워드는 수신단에서 LLR 값들로 복원되고,
    상기 LLR 값들은, 격자 변형 행렬 T와의 곱에 의해 선형 합산된 코드워드들 각각을 구성하는 원래의 코드워드들의 조합을 판단하는 과정을 거친 후, 비트 단위로 복원되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 외부 부호화는, 스트림의 채널 품질에 따라 결정된 부호화 방식에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 외부 부호화는, 동일한 부호화 방식을 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 외부 부호화는, 하나의 수신단으로 적어도 하나의 다른 송신단과 동시에 신호를 송신하는 경우, 상기 적어도 하나의 다른 송신단의 2차 부호화 방식과 동일한 부호화 방식에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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