KR101716378B1

KR101716378B1 - 수신기, 신호 복조 방법 및 그를 도입한 다중 사용자 다중 입출력 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR101716378B1
Application number: KR1020160014307A
Authority: KR
Inventors: 김재석; 김민준
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-03-14

Abstract

본 발명은 수신기, 신호 복조 방법 및 그를 도입한 다중 사용자 다중 입출력 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는, 목표 신호에 관한 목표 채널 및 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 채널 추정부; 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 간섭 필터부; 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 채널 행렬 연결부; 및 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 검출부;를 포함할 수 있다.

Description

수신기, 신호 복조 방법 및 그를 도입한 다중 사용자 다중 입출력 무선 통신 시스템{RECEIVER, SIGNAL DEMODULATING METHOD AND MULTI-USER MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM EMPLOYING THE SAME}

본 발명은 수신기, 신호 복조 방법 및 그를 도입한 다중 사용자 다중 입출력 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

최근 무선 통신 분야에서 다수의 안테나를 이용하여 다수의 사용자에게 동시에 데이터를 전송하는 다중 사용자 다중 입출력(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output, MU-MIMO) 무선 통신 시스템이 연구되고 있다. MU-MIMO 무선 통신 시스템은 하나의 송신기(예컨대, AP)가 다수의 수신기(예컨대, 사용자 단말과 같은 스테이션)에 데이터를 동시에 전송하는 시스템으로, 송신기는 다수의 안테나를 통해 신호를 송신하고 각각의 수신기 역시 다수의 안테나를 통해 신호를 송신한다.

MU-MIMO 시스템에서 송신기는 프리코딩(precoding)을 통해 수신기에 데이터를 완벽하게 송신하려고 하지만, 실제로는 양자화 에러, 채널 추정 에러 등 각종 에러에 의해 프리코딩이 완벽하게 이루어질 수 없다. 또한, 다운링크(downlink) MU-MIMO 시스템에서는 다수의 사용자 단말이 송신기로부터 동시에 데이터를 수신하므로, 어느 한 수신기에 있어서 다른 수신기로 전송될 신호가 간섭으로 작용해 해당 수신기의 성능이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 실시예는 MU-MIMO 시스템에서 수신 신호 중 간섭 신호를 배제시켜 목표 신호를 얻을 수 있는 수신기, 신호 복조 방법 및 그를 도입한 무선 통신 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 간섭 배제를 위해 요구되는 연산 복잡도를 낮추면서 수신 신호로부터 간섭 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 수신기, 신호 복조 방법 및 그를 도입한 무선 통신 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는, 목표 신호에 관한 목표 채널 및 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 채널 추정부; 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 간섭 필터부; 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 채널 행렬 연결부; 및 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 검출부;를 포함할 수 있다.

상기 간섭 필터부는: 상기 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널 행렬 및 상기 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 필터링 행렬

을 곱하며, 여기서, H_I는 상기 간섭 채널 행렬이고, H_I ^H는 상기 간섭 채널 행렬의 에르미트 행렬(Hermitian matrix)이고, σ²은 상기 수신 신호에 포함된 잡음 신호의 잡음 분산이고, I는 단위 행렬일 수 있다.

상기 채널 행렬 연결부는: 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬의 행을 공유하되, 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬의 열과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬의 열을 이어 붙여 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득할 수 있다.

상기 간섭 합성 목표 채널 행렬은 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수만큼의 행, 및 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수와 상기 간섭 신호에 대응하는 간섭 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 열로 구성될 수 있다.

상기 검출부는: 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬에, 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수와 상기 간섭 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 행과 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수만큼의 열을 갖는 변환 행렬을 곱하여, 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터의 차원을 확장시키고 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 정사각 행렬로 재구성하며, 상기 변환 행렬이 곱해진 간섭 합성 목표 채널 행렬에 상기 목표 신호 및 상기 간섭 신호를 포함하는 송신 신호에 대응하는 송신 신호 벡터를 곱하여 얻은 벡터와, 상기 변환 행렬이 곱해진 간섭 필터링 수신 신호 벡터 간의 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 기반으로 상기 목표 신호 벡터를 검출할 수 있다.

상기 검출부는: 기 설정된 개수의 후보 송신 신호 벡터 중에서 상기 유클리디안 거리가 가장 짧은 후보 송신 신호 벡터를 선택하고, 상기 선택된 후보 송신 신호 벡터를 구성하는 성분들 중에서 차원이 가장 높은 성분으로부터 차원의 내림차순으로 상기 수신기에 구비된 안테나 개수만큼의 성분으로 구성된 벡터를 상기 목표 신호 벡터로 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 신호 복조 방법은 수신기가 수신 신호로부터 간섭 신호를 제거하여 목표 신호를 복조하는 방법으로, 상기 목표 신호에 관한 목표 채널 및 상기 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 단계; 상기 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계; 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 단계; 및 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템은 다수의 안테나를 이용하여 신호를 송신하는 송신기; 및 각각이 다수의 안테나를 이용하여 상기 송신기로부터 신호를 수신하는 다수의 수신기를 포함하되, 상기 수신기는: 목표 신호에 관한 목표 채널 및 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 채널 추정부; 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 간섭 필터부; 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 채널 행렬 연결부; 및 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 검출부;를 포함할 수 있다.

상기 송신기에 구비된 안테나의 개수는 상기 수신기에 구비된 안테나의 개수보다 많을 수 있다.

상기 송신기는 상기 다수의 수신기에 신호를 동시에 송신할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, MU-MIMO 시스템에서 수신 신호 중 간섭 신호를 배제시켜 수신기의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수신기에서 간섭 배제를 위해 요구되는 연산 복잡도를 낮추면서 수신 신호로부터 간섭 신호를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 예시적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 복조 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 복조 방법을 보다 구체적으로 나타내는 예시적인 흐름도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.

한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(10)의 개략도이다.

본 발명의 실시예가 적용되는 무선 통신 시스템(10)은 송신기(100)와 다수의 수신기(200₁ 내지 200_K)가 신호를 주고 받는 다중 사용자 시스템이다. 특히, 상기 송신기(100)로부터 상기 수신기(200₁ 내지 200_K)로 데이터가 전송되는 다운링크 통신에서는 상기 송신기(100)가 상기 다수의 수신기(200₁ 내지 200_K)에 동시에 신호를 송신할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 송신기(100)는 N_T 개의 안테나를 가질 수 있으며, 각각의 수신기는 N_R 개의 안테나를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, N_T 및 N_R이 모두 복수인 경우, 상기 무선 통신 시스템(10)은 MU-MIMO 시스템이 된다.

특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 송신기(100) 측 안테나의 수 N_T는 각 수신기의 안테나 수 N_R보다 커, 송신기(100)에 구비된 N_T개의 안테나 중 N_R 개의 안테나는 어느 하나의 수신기에 목표 신호를 보내지만, 송신기(100)의 나머지 N_T - N_R 개의 안테나로부터 송신되는 신호는 해당 수신기에 간섭으로 작용함을 전제로 한다.

그러나, 본 발명의 실시예는 다중 사용자 환경에서 타 사용자 단말로 송신되는 신호가 해당 사용자 단말에서 간섭 신호로 작용하는 간섭 문제를 해결하기 위한 것이므로, N_T> N_R의 조건을 만족한다면 N_R= 1인 경우에도 적용될 수 있을 것이다.

상기 송신기(100)는 송신할 데이터에 따라 신호를 변조하여 상기 수신기(200₁ 내지 200_K)에 송신할 수 있다. 상기 수신기(200₁ 내지 200_K)는 상기 송신기(100)로부터 신호를 수신하고 복조하여 데이터를 획득할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다수의 수신기(200₁ 내지 200_K) 중 일부 또는 전부는 이하에서 설명되는 하드웨어를 구비하고 그 하드웨어에서 후술하는 간섭 제거 알고리즘을 실행함으로써, 목표 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에서 간섭 신호를 제거하고 요구되는 목표 신호를 검출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기(200)의 예시적인 블록도이다.

도 2를 참조하면, 상기 수신기(200)는 채널 추정부(210), 간섭 필터부(220), 채널 행렬 연결부(230) 및 검출부(240)를 포함한다.

무선 통신 시스템(10)에서 수신기(200)가 수신하는 수신 신호는 목표 신호(desired signal), 간섭 신호(interference signal) 그리고 잡음 신호(noise signal)의 합으로 모델링될 수 있다. 만약 도 1에 도시된 바와 같이, 수신기(200)의 안테나 수가 N_R인 경우, 상기 수신 신호는 N_R × 1의 수신 신호 벡터 y로 아래와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, H_D는 목표 신호에 관한 목표 채널을 나타내는 행렬이고, H_I는 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 나타내는 행렬이고, x_D는 목표 신호를 나타내는 목표 신호 벡터이고, x_I는 간섭 신호를 나타내는 간섭 신호 벡터이고, n은 수신 신호에 포함된 잡음 신호이다.

상기 채널 추정부(210)는 송신기(100)와 수신기(200) 간의 채널 상태를 추정한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 채널 추정부(210)는 목표 신호에 관한 목표 채널과 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정할 수 있다.

상기 채널 추정부(210)에 의해 추정된 채널 정보는 행렬로 표현될 수 있다. 만약 도 1에 도시된 바와 같이, 송신기(100)의 안테나 수가 N_T이고 수신기(200)의 안테나 수가 N_R인 경우(단, N_T > N_R), 목표 채널 행렬 H_D는 N_R × N_R의 행렬일 수 있으며, 간섭 채널 행렬 H_I는 N_R × (N_T - N_R)의 행렬일 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서, 목표 신호 벡터 x_D의 차원 수는 수신기(200)의 안테나 수 N_R이고, 간섭 신호 벡터 x_I의 차원 수는 송신기(100)의 안테나 수 N_T에서 수신기(200)의 안테나 수 N_R을 뺀 것과 같을 수 있다.

상기 간섭 필터부(220)는 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터 y, 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬 H_D, 및 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬 H_I에, 상기 간섭 채널 행렬 H_I를 기반으로 한 간섭 필터링 행렬 L을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y', 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D' 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 생성할 수 있다.

구체적으로, 상기 간섭 필터부(220)는 수신 신호 벡터 y, 목표 채널 행렬 H_D 및 간섭 채널 행렬 H_I에 아래의 수학식과 같은 간섭 필터링 행렬 L을 곱할 수 있다.

여기서, H_I ^H는 간섭 채널 행렬 H_I의 에르미트 행렬(Hermitian matrix)이고, σ²은 잡음 신호 n의 잡음 분산(noise variance)이고, I는 단위 행렬이다.

그 결과, 수신 신호 벡터 y와 목표 신호 벡터 x_D 및 간섭 신호 벡터 x_I 간의 관계를 나타내는 수학식 1은 아래와 같이 기술될 수 있다.

여기서, y' = Ly이고, H_D' = LH_D이고, H_I' = LH_I이고, n' = Ln이다.

그 뒤, 상기 채널 행렬 연결부(230)는 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 획득할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 채널 행렬 연결부(230)는 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'의 행을 서로 공유하되, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'의 열과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'의 열을 이어 붙임으로써 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 획득할 수 있다.

그 결과, 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'와 목표 신호 벡터 x_D 및 간섭 신호 벡터 x_I 간의 관계를 나타내는 수학식 3은 아래와 같이 기술될 수 있다.

여기서, H' = [H_D' H_I']이고, x = [x_D ^T x_I ^T]^T이며, [·]는 기호 [] 안의 행렬들을 행 방향으로 이어 붙여 연결시키는 연산자를 의미한다.

본 발명의 실시예에 따라 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 연결시킴으로써 얻어지는 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'은 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'를 구성하는 성분의 개수만큼 행을 갖고, 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수와 간섭 신호 벡터 x_I를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼 열을 갖는다.

그러고 나서, 상기 검출부(240)는 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y' 및 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 이용하여 목표 신호 벡터 x_D를 검출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 검출부(240)는 목표 신호 벡터 x_D를 검출하기 전, 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y' 및 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'에 기 설정된 변환 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y' 및 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'를 변환시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 검출부(240)는 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'과 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'에 다음과 같은 변환 행렬 C를 곱할 수 있다.

여기서, 행렬 D와 행렬 G는 다음과 같이 정의된다.

위 수학식 5 및 6에 따르면, 변환 행렬 C는 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수와 간섭 신호 벡터 x_I를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼(즉, 송신기(100)의 안테나 개수 N_T)의 행을 가지며, 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수(즉, 수신기(200)의 안테나 개수 N_R)만큼 열을 갖는다. 즉, 변환 행렬 C는 N_T × N_R의 행렬이다.

이와 같이 상기 검출부(240)는 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'과 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'에 소정의 변환 행렬 C를 곱함으로써 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'의 차원을 확장시키고, 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 정사각 행렬로 변환할 수 있다.

구체적으로, 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'은 수신기(200)의 안테나 개수에 해당하는 N_R 개의 성분(즉, N_R 차원)으로 구성되어 있으나, 상기 검출부(240)에 의해 변환 행렬 C가 곱해짐으로써 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수와 간섭 신호 벡터 x_I를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼(즉, 송신기(100)의 안테나 개수 N_T)의 차원으로 확장될 수 있다.

또한, 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'은 수신기(200)의 안테나 개수에 해당하는 N_R 개의 행을 갖고, 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수와 간섭 신호 벡터 x_I를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼(즉, 송신기(100)의 안테나 개수 N_T)의 열을 갖는다. 따라서, 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'은 N_R × N_T의 행렬이며, 앞에서 전제한 바와 같이 N_T > N_R이므로 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'은 행의 수와 열의 수가 일치하지 않는다. 그러나, 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'은 상기 검출부(240)에 의해 변환 행렬 C가 곱해짐으로써 N_T × N_T의 정사각 행렬로 재구성될 수 있다.

이와 같은 변환 과정을 통해 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'과 송신 신호 벡터 x 간의 관계를 나타내는 수학식 4는 다음과 같이 변경될 수 있다.

여기서, q' = Cy'이고, v' = Cn'이다.

그 뒤, 상기 검출부(240)는 변환 행렬이 곱해진 간섭 합성 목표 채널 행렬 D에 송신 신호에 대응하는 송신 신호 벡터 x를 곱하여 얻은 벡터 Dx와, 변환 행렬이 곱해진 간섭 필터링 수신 신호 벡터 q' 간의 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 기반으로 목표 신호 벡터 x_D를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 검출부(240)는 기 설정된 개수의 후보 송신 신호 벡터 중에서 유클리디안 거리가 가장 짧은 후보 송신 신호 벡터를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 검출부(240)는 고정-복잡도 스피어 복호기(Fixed-complexity Sphere Decoder, FSD) 알고리즘에 의해 후보 송신 신호 벡터의 집합을 획득하고, 그 후보 송신 신호 벡터의 집합에서 유클리디안 거리가 가장 짧은 후보 송신 신호 벡터를 송신 신호 벡터로 결정할 수 있다.

그 결과, 상기 검출부(240)는 전체 확장(Full Expansion)에 이은 단일 확장(Single Expansion)에 의한 트리 서칭(tree searching)을 통해 기 설정된 브랜치(branch) 개수만큼의 후보 송신 신호 벡터 x_l을 구할 수 있다. 여기서, 후보 송신 신호 벡터 x_l은 FSD 알고리즘에 의한 트리 서칭의 레벨 i의 개수만큼의 성분으로 구성되며, 레벨 i의 개수는 송신기(100) 측 안테나의 개수 N_T와 동일하다.

그러고 나서, 상기 검출부(240)는 송신 신호 벡터로 선택된 후보 송신 신호 벡터를 구성하는 성분들 중에서 차원이 가장 높은 성분으로부터 차원의 내림차순으로 수신기(200)에 구비된 안테나 개수 N_R만큼의 성분으로 구성된 벡터를 목표 신호 벡터 x_D로 결정할 수 있다.

전술한 과정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 수신기(200)는 송신기(100)로부터 수신된 수신 신호 y 중에서 간섭 신호 x_I를 제거하고 목표 신호 x_D를 검출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 복조 방법(1000)의 예시적인 흐름도이다.

상기 신호 복조 방법(1000)은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 수신기(200)가 수신 신호로부터 간섭 신호를 제거하여 목표 신호를 복조하기 위해 수행할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 신호 복조 방법(1000)은 목표 신호에 관한 목표 채널 및 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 단계(S1100), 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터 y, 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬 H_D, 및 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬 H_I에 상기 간섭 채널 행렬 H_I를 기반으로 한 간섭 필터링 행렬 L을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y', 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D' 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 생성하는 단계(S1200), 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 획득하는 단계(S1300), 및 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y' 및 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 이용하여 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터 x_D를 검출하는 단계(S1400)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y', 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D' 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 생성하는 단계(S1200)는 수신 신호 벡터 y, 목표 채널 행렬 H_D 및 간섭 채널 행렬 H_I에 앞에서 설명한 수학식 2와 같은 간섭 필터링 행렬 L을 곱하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 획득하는 단계(S1300)는 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'의 행을 공유하되, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'의 열과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'의 열을 이어 붙여 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'은 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'을 구성하는 성분의 개수만큼의 행과, 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수와 간섭 신호 벡터 x_I를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 열로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 목표 신호 벡터 x_D를 검출하는 단계(S1400)는 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y' 및 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'에 기 설정된 변환 행렬 C를 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터 y'의 차원을 확장시키고 간섭 합성 목표 채널 행렬 H'을 정사각 행렬로 재구성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 실시예에서, 상기 변환 행렬 C는 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수와 간섭 신호 벡터 x_I를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 행과, 목표 신호 벡터 x_D를 구성하는 성분의 개수만큼의 열로 구성되며, 보다 구체적으로는 앞에서 설명한 수학식 5 및 6에 의해 정의된다.

상기 변환 행렬 C를 곱한 후, 상기 목표 신호 벡터 x_D를 검출하는 단계(S1400)는 변환 행렬이 곱해진 간섭 합성 목표 채널 행렬 D에 송신 신호 벡터 x를 곱하여 얻은 벡터 Dx와, 변환 행렬이 곱해진 간섭 필터링 수신 신호 벡터 q' 간의 유클리디안 거리를 기반으로 목표 신호 벡터 x_D를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유클리디안 거리를 기반으로 목표 신호 벡터 x_D를 검출하는 단계는, 기 설정된 개수의 후보 송신 신호 벡터 중에서 유클리디안 거리가 가장 짧은 후보 송신 신호 벡터를 선택하는 단계, 및 선택된 후보 송신 신호 벡터를 구성하는 성분들 중에서 차원이 가장 높은 성분으로부터 차원의 내림차순으로 수신기(200)에 구비된 안테나 개수만큼의 성분으로 구성된 벡터를 목표 신호 벡터 x_D로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 복조 방법(2000)을 보다 구체적으로 나타내는 예시적인 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 상기 신호 복조 방법(2000)은 목표 채널과 간섭 채널을 추정하여 목표 채널 행렬 H_D 및 간섭 채널 행렬 H_I를 획득하는 단계(S2100), 수학식 1과 같은 수신 신호 벡터 y와 목표 신호 벡터 x_D 및 간섭 신호 벡터 x_I 간의 관계식 양변에 수학식 2와 같은 간섭 필터링 행렬 L을 곱하여 수학식 3과 같은 관계식을 얻는 단계(S2200), 수학식 3과 같은 관계식에서 간섭 필터링 목표 채널 행렬 H_D'과 간섭 필터링 간섭 채널 행렬 H_I'을 연결시키고 목표 신호 벡터 x_D와 간섭 신호 벡터 x_I를 연결시켜 수학식 4와 같은 관계식을 도출하는 단계(S2300), 수학식 4와 같은 관계식의 양변에 수학식 5 및 6에 의해 정의되는 기 설정된 변환 행렬 C를 곱하여 수학식 7과 같은 관계식을 얻는 단계(S2400), 기 설정된 개수의 후보 송신 신호 벡터 중에서 q'와 Dx 간의 유클리디안 거리가 가장 짧은 후보 송신 신호 벡터를 선택하여 송신 신호 벡터로 결정하는 단계(S2500), 및 선택된 후보 송신 신호 벡터를 구성하는 성분들 중에서 차원이 가장 높은 성분으로부터 차원의 내림차순으로 수신기에 구비된 안테나 개수만큼의 성분으로 구성된 벡터를 목표 신호 벡터 x_D로 결정하는 단계(S2600)를 포함할 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 신호 복조 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 상기 신호 복조 방법은 스마트 디바이스와 결합되어 실행시키기 위하여 매체에 저장된 애플리케이션으로 구현될 수 있다.

이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.

10: 무선 통신 시스템
100: 송신기
200: 수신기
210: 채널 추정부
220: 간섭 필터부
230: 채널 행렬 연결부
240: 검출부
N_T: 송신기 측 안테나 개수
N_R: 수신기 측 안테나 개수

Claims

목표 신호에 관한 목표 채널 및 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 채널 추정부;
수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 간섭 필터부;
상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 채널 행렬 연결부; 및
상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 검출부;
를 포함하며,
상기 검출부는:
상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬에, 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수와 상기 간섭 신호에 대응하는 간섭 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 행과 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수만큼의 열을 갖는 변환 행렬을 곱하여, 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터의 차원을 확장시키고 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 정사각 행렬로 재구성하는 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 간섭 필터부는:
상기 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널 행렬 및 상기 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 필터링 행렬
을 곱하며,
여기서, H_I는 상기 간섭 채널 행렬이고, H_I ^H는 상기 간섭 채널 행렬의 에르미트 행렬(Hermitian matrix)이고, σ²은 상기 수신 신호에 포함된 잡음 신호의 잡음 분산이고, I는 단위 행렬인 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 채널 행렬 연결부는:
상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬의 행을 공유하되, 상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬의 열과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬의 열을 이어 붙여 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 수신기.
제 3 항에 있어서,
상기 채널 행렬 연결부에서 획득되는 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬은 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수만큼의 행, 및 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수와 상기 간섭 신호에 대응하는 간섭 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 열로 구성되는 수신기.
제 4 항에 있어서,
상기 검출부는:
상기 변환 행렬이 곱해진 간섭 합성 목표 채널 행렬에 상기 목표 신호 및 상기 간섭 신호를 포함하는 송신 신호에 대응하는 송신 신호 벡터를 곱하여 얻은 벡터와, 상기 변환 행렬이 곱해진 간섭 필터링 수신 신호 벡터 간의 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 기반으로 상기 목표 신호 벡터를 검출하는 수신기.
제 5 항에 있어서,
상기 검출부는:
기 설정된 개수의 후보 송신 신호 벡터 중에서 상기 유클리디안 거리가 가장 짧은 후보 송신 신호 벡터를 선택하고,
상기 선택된 후보 송신 신호 벡터를 구성하는 성분들 중에서 차원이 가장 높은 성분으로부터 차원의 내림차순으로 상기 수신기에 구비된 안테나 개수만큼의 성분으로 구성된 벡터를 상기 목표 신호 벡터로 결정하는 수신기.
수신기가 수신 신호로부터 간섭 신호를 제거하여 목표 신호를 복조하는 방법에 있어서,
상기 목표 신호에 관한 목표 채널 및 상기 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 단계;
상기 수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계;
상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 단계; 및
상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 단계;
를 포함하며,
상기 목표 신호 벡터를 검출하는 단계는:
상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬에, 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수와 상기 간섭 신호에 대응하는 간섭 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 행과 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수만큼의 열을 갖는 변환 행렬을 곱하여, 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터의 차원을 확장시키고 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 정사각 행렬로 재구성하는 단계를 포함하는 신호 복조 방법.
다수의 안테나를 이용하여 신호를 송신하는 송신기; 및
각각이 다수의 안테나를 이용하여 상기 송신기로부터 신호를 수신하는 다수의 수신기를 포함하되, 상기 수신기는:
목표 신호에 관한 목표 채널 및 간섭 신호에 관한 간섭 채널을 추정하는 채널 추정부;
수신 신호에 대응하는 수신 신호 벡터, 상기 목표 채널에 대응하는 목표 채널 행렬, 및 상기 간섭 채널에 대응하는 간섭 채널 행렬에 상기 간섭 채널 행렬을 기반으로 한 간섭 필터링 행렬을 곱하여 간섭 필터링 수신 신호 벡터, 간섭 필터링 목표 채널 행렬 및 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 생성하는 간섭 필터부;
상기 간섭 필터링 목표 채널 행렬과 상기 간섭 필터링 간섭 채널 행렬을 연결시켜 간섭 합성 목표 채널 행렬을 획득하는 채널 행렬 연결부; 및
상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 이용하여 상기 목표 신호에 대응하는 목표 신호 벡터를 검출하는 검출부;
를 포함하며,
상기 검출부는:
상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터 및 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬에, 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수와 상기 간섭 신호에 대응하는 간섭 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수를 더한 만큼의 행과 상기 목표 신호 벡터를 구성하는 성분의 개수만큼의 열을 갖는 변환 행렬을 곱하여, 상기 간섭 필터링 수신 신호 벡터의 차원을 확장시키고 상기 간섭 합성 목표 채널 행렬을 정사각 행렬로 재구성하는 무선 통신 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 송신기에 구비된 안테나의 개수는 상기 수신기에 구비된 안테나의 개수보다 많은 무선 통신 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 송신기는 상기 다수의 수신기에 신호를 동시에 송신하는 무선 통신 시스템.