KR101769715B1 - Improved tabu search method for receiver's operation reduction in mimo system and mimo receiver using its method - Google Patents

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KR101769715B1
KR101769715B1 KR1020160105202A KR20160105202A KR101769715B1 KR 101769715 B1 KR101769715 B1 KR 101769715B1 KR 1020160105202 A KR1020160105202 A KR 1020160105202A KR 20160105202 A KR20160105202 A KR 20160105202A KR 101769715 B1 KR101769715 B1 KR 101769715B1
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백종현
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Abstract

The present invention relates to a Tabu search method employing grid reduction. The method, to obtain an optimal value for a MIMO receiver in a MIMO system of a wireless communication network, includes: a step of setting an initial value by applying a grid reduction technique to the Tabu search method; a step of presetting the number of times for repetition; and a step of terminating search algorithm for exploring for a value by assuming that the optimal value is found when exploration for the value is performed as many times as the maximum repeating number. According to the present invention, the method is capable of making efficient the performance of an existing Tabu search type receiver so that the receiver becomes suitable for a large-scale multi-antenna system.

Description

MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법 및 그 방법을 이용한 MIMO 수신기{IMPROVED TABU SEARCH METHOD FOR RECEIVER'S OPERATION REDUCTION IN MIMO SYSTEM AND MIMO RECEIVER USING ITS METHOD}Technical Field [0001] The present invention relates to an improved tone search method for reducing a calculation amount of a receiver in a MIMO system, and a MIMO receiver using the method. [0002]

본 발명은 무선 통신 분야에서 수신 신호를 찾기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위하여 격자 축소를 적용한 타부 서치 방법 및 그 방법을 이용한 MIMO 수신기에 관한 것이다.The present invention relates to a method for searching for a received signal in the field of wireless communication, and more particularly, to a table searching method using grid reduction for reducing a calculation amount of a receiver in a MIMO system and a MIMO receiver using the method.

기지국간 협력 통신 기술은 간섭 신호 영향 완화 뿐 아니라 통신 용량 증대에 이용될 수 있으며, 기존의 기지국당 안테나 수를 유지하면서도 기지국간 협력을 통해 가상의 많은 송신 안테나 수를 사용함으로써 큰 폭의 통신 용량 증대를 기대할 수 있다. Cooperative communication technologies between base stations can be used not only to mitigate the effects of interference signals but also to increase the communication capacity and to increase the communication capacity by using a large number of virtual transmission antennas through cooperation between the base stations while maintaining the number of antennas per existing base station Can be expected.

그러나 기존 협력 통신 방식은 일반적인 셀룰러 네트워크를 가정하여 최적화가 이루어졌기 때문에, 비교적 단말의 수가 적고, 기지국간 간격이 좁으며, 셀간 간섭이 낮은 철도 무선망 환경에 적합한 협력 통신 기술의 개발이 필요하다.However, since the conventional cooperative communication method is optimized based on a general cellular network, it is necessary to develop a cooperative communication technology suitable for a railway wireless network environment in which the number of terminals is relatively small, the interval between the base stations is narrow, and intercell interference is low.

한편, 전송 속도 향상을 위해 철도 무선망 하향링크에 협력 통신을 사용할 경우 여러 기지국의 안테나들이 다중 송신 안테나를 형성하여, 열차에 위치한 수신 안테나와 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output, 다중 입출력) 채널을 형성한다. 따라서, 다수 개의 송신 안테나를 이용하여 여러 심볼을 동시에 전송함으로써 높은 전송 속도를 얻는 MIMO 전송모드를 사용하게 된다.Meanwhile, when cooperative communication is used for the downlink of the railway radio network to improve the transmission speed, the antennas of the various base stations form a multi-transmission antenna, and a receiving antenna and a multiple-input multiple-output (MIMO) . Accordingly, a MIMO transmission mode in which a plurality of symbols are simultaneously transmitted using a plurality of transmit antennas to achieve a high transmission rate is used.

MIMO 시스템은 광의로 해석하면 송신단에서 1개 이상의 안테나를 사용하여 보낸 신호를 수신단에서 1 개 이상의 안테나를 이용하여 수신하는 모든 시스템을 통칭한다.The MIMO system collectively refers to any system that receives signals transmitted from one or more antennas at a transmitter to one or more antennas at a receiver.

협력 통신 기반의 MIMO 전송 모드에서는 단일 기지국만 이용할 경우와 비교하여 보다 많은 송신 안테나를 이용함으로써 동시에 전송되는 심볼 수가 증가하며, 수신 방식에 따라 전송 효율이 큰 영향을 받는다.In the MIMO transmission mode based on the cooperative communication, the number of symbols transmitted at the same time increases by using more transmission antennas as compared with the case of using only a single base station, and the transmission efficiency is greatly influenced by the reception system.

도 1은 MIMO 시스템의 개념도를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 MIMO 시스템이

Figure 112016080471900-pat00001
개의 송신안테나와
Figure 112016080471900-pat00002
개의 수신안테나로 구성된 경우를 고려한다면 다음과 같은 수학식 1의 수신 모델을 얻을 수 있다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a MIMO system. As shown in FIG. 1, a MIMO system
Figure 112016080471900-pat00001
≪ / RTI >
Figure 112016080471900-pat00002
The reception model of Equation (1) can be obtained as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112016080471900-pat00003
Figure 112016080471900-pat00003

위 수학식 1에서

Figure 112016080471900-pat00004
Figure 112016080471900-pat00005
복소 페이딩 채널 행렬을 의미하고,
Figure 112016080471900-pat00006
는 평균이 0이고 분산이
Figure 112016080471900-pat00007
인 가우시안 확률변수들로 구성된 잡음 벡터를 의미하며,
Figure 112016080471900-pat00008
Figure 112016080471900-pat00009
는 각각
Figure 112016080471900-pat00010
수신 신호 벡터 및
Figure 112016080471900-pat00011
송신 신호 벡터를 나타낸다. In Equation (1)
Figure 112016080471900-pat00004
The
Figure 112016080471900-pat00005
Denotes a complex fading channel matrix,
Figure 112016080471900-pat00006
The average is 0 and the variance is
Figure 112016080471900-pat00007
And a noise vector composed of Gaussian random variables,
Figure 112016080471900-pat00008
Wow
Figure 112016080471900-pat00009
Respectively
Figure 112016080471900-pat00010
The received signal vector and
Figure 112016080471900-pat00011
Represents a transmission signal vector.

위 수신 신호 모델에 ML(Maximum Likelihood, 최우도) 수신기법을 적용할 경우, 최소자승법(Least-Squares Method) 문제를 푸는 것과 같으며, 최적해는 다음 수학식 2와 같이 표현된다.When ML (Maximum Likelihood) reception technique is applied to the above reception signal model, it is equivalent to solving the Least-Squares Method problem, and the optimal solution is expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112016080471900-pat00012
Figure 112016080471900-pat00012

위 수학식 2의 우변에서 최소화하는 함수는 ML 비용함수를 나타내며, 최적 성능을 위해서는 모든 후보 해 벡터들에 대해 계산을 해야하므로, 최적의 해를 얻기 위해 과도하게 많은 계산량을 필요로 하며 실질적인 시스템 적용이 어렵게 된다. The function minimized on the right side of Equation (2) represents the ML cost function. Since it is necessary to calculate all the candidate vectors for the optimal performance, an excessive amount of calculation is required to obtain an optimal solution. This becomes difficult.

이러한 문제는 스피어 디코딩(Sphere Decoding)이나 타부 서치(Tabu Search)와 같은 근최적 수신 방식을 통해 해결할 수 있다. Such a problem can be solved by a near optimal reception method such as sphere decoding or Tabu Search.

스피어 디코딩은 도 2와 같이 심볼 벡터로 이루어진 공간상에서 동일한 비용함수 값을 가지는 구를 생성하고, 이 구 내부에 위치한 심볼 벡터들의 비용함수 값을 비교하는 방법으로, ML 수신기의 평균 계산량을 크게 줄일 수 있다. As shown in FIG. 2, sphere decoding is a method of generating a sphere having the same cost function value in a space made up of symbol vectors and comparing the cost function values of symbol vectors located in the sphere, thereby significantly reducing the average calculation amount of the ML receiver have.

또한, 타부 서치 방법은 스피어 디코딩과 마찬가지로 ML 수신기와 유사한 성능을 낼 수 있는 수신 방법이다. In addition, the Tabu search method is a receiving method capable of achieving performance similar to that of the ML receiver, like the sphere decoding.

타부 서치는 도 3과 같이 추정된 초기해를 기준으로 하여, 인접한 후보 해들의 ML 비용함수 값을 계산하고, 계산된 비용함수 값 중에서 가장 작은 것에 해당하는 후보 해를 선택하며, 선택된 해는 타부 리스트(Tabu List)에 포함하여 이후 해당 해로의 이동을 막는다.The Tabu search calculates the ML cost function value of the adjacent candidate solutions based on the estimated initial solution as shown in FIG. 3, selects the candidate solution corresponding to the smallest of the calculated cost function values, (Tabu List) to prevent the movement of the corresponding year.

만약 선택된 후보 해의 ML 비용함수의 값이 이전 탐색 과정을 통해 얻어진 현 시점까지의 최적 해의 비용함수 값보다 클 경우에도 국소 최저치(Local Minima)의 문제에 빠지지 않기 위해 이 후보해로의 이동을 허용한다.If the value of the ML cost function of the selected candidate solution is larger than the cost function value of the optimal solution up to the present time obtained by the previous search process, the movement to this candidate solution Allow.

최종적인 해의 선택을 위하여 타부 리스트에 포함된 후보 해들의 비용함수를 비교하여 가장 최적의 값을 보이는 해를 선택한다.For the choice of the final solution, the cost function of the candidate solutions included in the table list is compared to select the solution with the most optimal value.

타부 서치 수신 방식의 가장 기본적인 형태로 도 4와 같은 고정된 타부 서치(Fixed Tabu Search) 방식이 있으며, 타부 리스트의 길이

Figure 112016080471900-pat00013
및 반복 수행 횟수
Figure 112016080471900-pat00014
을 고정한 상태에서, 인접한 후보 해들이 모두 타부 리스트에 포함되어 있을 경우 타부 리스트에 가장 오랫동안 포함되었던 후보 해부터 하나씩 해제하는데, 이와 같은 과정을 통해 전체 반복 수행만큼 실행 후 알고리즘을 종료한다.The most basic form of the Tabu search reception method is a fixed Tabu Search method as shown in FIG. 4, and the length of the Tabu list
Figure 112016080471900-pat00013
And the number of iterations
Figure 112016080471900-pat00014
If all of the candidate solutions are included in the target list, one of the candidates included in the target list for the longest time is released one by one.

이와 같이 종래의 고정된 타부 서치 방식의 수신기는 일반적인 반복 수행 횟수를 늘릴수록 수신 성능을 향상시킬 수 있으나, 알고리즘의 복잡도가 증가하는 문제가 발생한다.As described above, the receiver of the conventional fixed search method can improve the reception performance as the number of times of general iteration is increased, but the complexity of the algorithm increases.

타부 서치에서 주변 해 탐색을 시작하기 위한 초기해를 찾는 것이 필요하며, 초기해의 성능이 타부 서치의 전체 성능과 복잡도에 큰 영향을 준다.It is necessary to find the initial solution to start the search around in the Tabu search, and the performance of the initial solution greatly affects the overall performance and complexity of Tabu search.

일반적으로 초기해 획득을 위하여 제로 포커싱(Zero-Forcing, ZF)과 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error, MMSE) 선형 수신기가 사용되며, 각각 다음의 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 얻어진다. In general, Zero-Forcing (ZF) and Minimum Mean Square Error (MMSE) linear receivers are used for acquisition of the initial solution, and are obtained using Equation 3 and Equation 4, respectively .

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112016080471900-pat00015
Figure 112016080471900-pat00015

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112016080471900-pat00016
Figure 112016080471900-pat00016

위 수학식 3 및 수학식 4에서

Figure 112016080471900-pat00017
은 Moore-Penrose 의사역행렬(Pseudo-Inverse)을 나타내며,
Figure 112016080471900-pat00018
를 만족하고,
Figure 112016080471900-pat00019
은 행렬의 공액전치(Hermitian)를 의미하며,
Figure 112016080471900-pat00020
Figure 112016080471900-pat00021
의 크기를 갖는 단일행렬이며,
Figure 112016080471900-pat00022
,
Figure 112016080471900-pat00023
,
Figure 112016080471900-pat00024
는 다음 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.In the above equations (3) and (4)
Figure 112016080471900-pat00017
Represents the Moore-Penrose pseudo-inverse,
Figure 112016080471900-pat00018
Lt; / RTI >
Figure 112016080471900-pat00019
Denotes a conjugate transpose of a matrix,
Figure 112016080471900-pat00020
The
Figure 112016080471900-pat00021
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112016080471900-pat00022
,
Figure 112016080471900-pat00023
,
Figure 112016080471900-pat00024
Can be defined by the following equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112016080471900-pat00025
,
Figure 112016080471900-pat00026
,
Figure 112016080471900-pat00027
Figure 112016080471900-pat00025
,
Figure 112016080471900-pat00026
,
Figure 112016080471900-pat00027

일반적으로 형성되는 채널

Figure 112016080471900-pat00028
Figure 112016080471900-pat00029
는 모두 직교 열벡터들로 구성이 되지 않으므로, 제로-포커싱 또는 최소 평균 제곱 오차를 통해서 해를 추정할 경우 변형된 잡음의 성분
Figure 112016080471900-pat00030
또는
Figure 112016080471900-pat00031
가 수신 성능에 영향을 미치며, 따라서 확률적으로 최적 ML 해에서 거리가 먼 초기해가 선택된다.Generally formed channels
Figure 112016080471900-pat00028
Wow
Figure 112016080471900-pat00029
Are not composed of orthogonal column vectors. Therefore, when the solution is estimated through zero-focusing or minimum mean square error, the component of the distorted noise
Figure 112016080471900-pat00030
or
Figure 112016080471900-pat00031
And therefore an initial solution that is far from the optimal ML solution is probabilistically selected.

이러한 이유로 선형 수신기로 얻어진 초기해로부터 최적해를 찾기 위한 타부 서치 과정을 시작할 경우 최적해에 도달하기 위해 많은 수의 반복 수행을 거쳐야 하며, 이는 계산량 증대로 이어지게 되는 문제가 있다. For this reason, when starting the search algorithm to find the optimal solution from the initial solution obtained by the linear receiver, a large number of iterations must be performed to reach the optimal solution, which leads to an increase in the calculation amount.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0021323호 (2008.03.07. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2008-0021323 (published on Mar. 07, 2008)

전술한 사정을 감안하여 안출된 본 발명은, 철도 무선망의 특성을 고려하여 기지국간 협력 통신에서 복잡도 및 신호 수신 성능을 고려한 효율적인 신호 수신을 하고, 격자 축소(Lattice-Reduction, LR) 기법을 적용하여 계산량 증대 문제를 해소할 수 있는 MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법 및 그 방법을 이용한 MIMO 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.In consideration of the above-described circumstances, the present invention takes into consideration the characteristics of a railway radio network, and efficiently receives signals considering complexity and signal reception performance in cooperative communication between the base stations, and applies a lattice-reduction (LR) And a MIMO receiver using the method. The present invention also provides an improved MIMO receiver for reducing the calculation amount of a receiver in a MIMO system capable of solving the problem of increasing the amount of calculation.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects of the present invention are not limited to the technical matters mentioned above, and other technical subjects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.Hereinafter, specific means for achieving the object of the present invention will be described.

본 발명은 무선 통신 네트워크의 MIMO 시스템에서 MIMO 수신기의 최적 해를 찾기 위한 방법에 있어서, 최적 해를 찾기 위한 타부 서치 방법에 격자 축소 기법을 적용하여 초기해를 설정하고, A method for finding an optimal solution of a MIMO receiver in a MIMO system of a wireless communication network, the method comprising: setting an initial solution by applying a grid reduction technique to a table search method for finding an optimal solution;

반복 수행 횟수를 미리 설정하고, 설정된 반복 수행 횟수만큼 해를 탐색하여 최대 반복 수행 횟수에 도달하면 최적 해를 찾은 것으로 가정하여 해를 탐색하기 위한 탐색 알고리즘을 종료하는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법을 제공함으로써 달성된다.The number of iterations is set in advance and the search algorithm is searched for the set number of iterations. If the number of iterations is reached, the search algorithm for searching the solution is terminated assuming that the optimal solution is found. In the MIMO system, This is accomplished by providing an improved method for searching for others.

실시예에 있어서, 초기해 설정시, 채널 행렬

Figure 112016080471900-pat00032
에 격자 축소 기법을 적용하여 채널의 열벡터들을 직교에 가까운 채널 행렬(
Figure 112016080471900-pat00033
)로 변형하여 초기해를 찾는 계산량을 줄일 수 있도록 한다.In the embodiment, at initialization, the channel matrix
Figure 112016080471900-pat00032
And the column vectors of the channel are multiplied by the orthogonal channel matrix (
Figure 112016080471900-pat00033
) To reduce the amount of computation for finding the initial solution.

실시예에 있어서, 상기 변형된 채널 행렬(

Figure 112016080471900-pat00034
)은 수신 신호(
Figure 112016080471900-pat00035
)가
Figure 112016080471900-pat00036
라는 수식을 만족할 때,
Figure 112016080471900-pat00037
인 관계를 이용하여 하기 수학식 6을 만족하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the modified channel matrix (
Figure 112016080471900-pat00034
) ≪ / RTI >
Figure 112016080471900-pat00035
)end
Figure 112016080471900-pat00036
When the formula is satisfied,
Figure 112016080471900-pat00037
The following equation (6) is satisfied.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112016080471900-pat00038
Figure 112016080471900-pat00038

(여기서 T는 유니모듈러 행렬이고, z는

Figure 112016080471900-pat00039
인 양자화된 값을 가지는 벡터를 의미한다.)(Where T is a unimodular matrix and z is
Figure 112016080471900-pat00039
Quot; vector ").

실시예에 있어서, 추정된 z을 이용하여 격자 축소 기법이 적용된 MIMO 수신기에서 하기 수학식 7를 만족하는 해를 구하고, 구해진 해를 심볼 x에 대한 해로서, 타부 서치 방법을 적용하기 위한 초기해로 이용한다.In the embodiment, a solution satisfying the following Equation (7) is obtained in a MIMO receiver to which a lattice reduction technique is applied by using estimated z, and a solution to the obtained solution is defined as an initial solution for applying a band search method .

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112016080471900-pat00040
Figure 112016080471900-pat00040

실시예에 있어서, 탐색 알고리즘 수행시, 타부 서치의 반복 수행 횟수의 설정된 최대 반복수행횟수(

Figure 112016080471900-pat00041
)에 도달하기 전에 탐색 알고리즘을 종료하여 탐색 복잡도를 줄이도록 한다.In the embodiment, when performing the search algorithm, the number of repetitions of the repetitive search is set to the maximum repetition frequency
Figure 112016080471900-pat00041
), The search algorithm is terminated to reduce the search complexity.

실시예에 있어서, 탐색 알고리즘의 종료 기준 정보에 해당하는 불완전 Seysen 수치

Figure 112016080471900-pat00042
를 이용하여 채널 상태에 따라 가변적으로 탐색 알고리즘을 종료할 수 있다.In an embodiment, the incomplete Seysen value corresponding to the termination criterion information of the search algorithm
Figure 112016080471900-pat00042
The search algorithm can be varied depending on the channel state.

실시예에 있어서, 상기 채널 상태(

Figure 112016080471900-pat00043
)는 하기의 수학식 8을 만족하는 값이고,
Figure 112016080471900-pat00044
에 대한
Figure 112016080471900-pat00045
개의 경계값
Figure 112016080471900-pat00046
들을 정하고 이 값들에 대응되는 탐색 알고리즘의 종료 기준에 해당하는 최대 반복 수행 횟수
Figure 112016080471900-pat00047
을 정하여 탐색 알고리즘을 최대 반복 수행 횟수만큼 수행한다.In an embodiment, the channel state (
Figure 112016080471900-pat00043
) Is a value that satisfies the following expression (8)
Figure 112016080471900-pat00044
For
Figure 112016080471900-pat00045
Border values
Figure 112016080471900-pat00046
And the maximum number of iterations that corresponds to the termination criterion of the search algorithm corresponding to these values
Figure 112016080471900-pat00047
And performs a search algorithm for the maximum number of iterations.

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112016080471900-pat00048
Figure 112016080471900-pat00048

(여기서,

Figure 112016080471900-pat00049
는 듀얼기저(Dual Basis)
Figure 112016080471900-pat00050
Figure 112016080471900-pat00051
번째 열을 의미하며,
Figure 112016080471900-pat00052
Figure 112016080471900-pat00053
를 만족하는 값이다.)(here,
Figure 112016080471900-pat00049
Dual Base < RTI ID = 0.0 >
Figure 112016080471900-pat00050
of
Figure 112016080471900-pat00051
Column,
Figure 112016080471900-pat00052
The
Figure 112016080471900-pat00053
. ≪ / RTI >

실시예에 있어서, 상기 탐색 알고리즘에 의해 탐색된 해들 중에서 가장 낮은 비용함수 값에 해당하는

Figure 112016080471900-pat00054
로부터 더 이상의 성능 향상을 보이지 않는 반복 수행 횟수인
Figure 112016080471900-pat00055
에 도달할 경우 최적의 해가 찾아진 것으로 가정하고, 탐색 알고리즘을 종료한다.In one embodiment, the solution that is the lowest cost function value among the solutions found by the search algorithm
Figure 112016080471900-pat00054
The number of iterations that do not show any further performance improvement from
Figure 112016080471900-pat00055
, It is assumed that an optimal solution is found, and the search algorithm is terminated.

실시예에 있어서, 불완전 Seysen 수치 계산에 있어서 격자 축소가 적용된 채널

Figure 112016080471900-pat00056
에 대한
Figure 112016080471900-pat00057
를 이용한다.In the embodiment, in the incomplete Seysen numerical calculation,
Figure 112016080471900-pat00056
For
Figure 112016080471900-pat00057
.

본 발명의 MIMO 수신기는 상기 타부 서치 방법을 적용하여 수신 신호에 대한 최적 해를 찾는 것을 특징으로 한다.The MIMO receiver of the present invention is characterized by finding an optimal solution for a received signal by applying the table search method.

상기한 바와 같은 본 발명은 대용량 다중안테나 시스템에 적합하도록 기존 타부 서치 방식의 수신기 성능을 효율화하는 효과가 있다.The present invention as described above has an effect of improving the performance of a receiver of an existing Tabu search method to be suitable for a large capacity multi-antenna system.

또한 타부 서치 수신기의 초기해 설정과 조기 종료 방식을 개선함으로써 종래의 타부 서치 방법과 비교하여 최적에 가까운 수신 오류 성능을 얻으면서도 낮은 복잡도를 가진다(기존 방식 대비 3.4 dB SNR 이득, 27% 낮은 복잡도 요구).In addition, by improving the initial setting and early termination of the Tabu search receiver, it achieves near-optimal reception error performance compared with the conventional Tabu search method and has low complexity (3.4 dB SNR gain compared to the conventional method, 27% lower complexity ).

또 다른 효과로는 본 발명을 기지국간 협력 통신 기법에 적용하여 통신 용량 증대의 효과를 얻을 수 있다. As another effect, the present invention can be applied to inter-base station cooperative communication techniques, thereby achieving the effect of increasing the communication capacity.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 MIMO 시스테의 개념도,
도 2는 종래의 MIMO 수신기에 적용되는 스피어 디코딩의 개념도,
도 3은 종래의 MIMO 수신기에 적용되는 타부 서치의 개념도,
도 4는 종래의 MIMO 수신기에 적용되는 고정된 타부 서치의 순서도,
도 5는 본 발명의 MIMO 수신기에 적용되는 초기해 설정 및 조기 탐색 종료 알고리즘에 의한 타부 서치의 순서도,
도 6은 본 발명의 타부 서치 방법에 의한 8X8 MIMO 시스템에 대한 경험누적함수(Empirical Cumulative Distribution Function, ECDF) 그래프를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 타부 서치 방법에 의한 16X16 MIMO 시스템에서 16-QAM이 적용되는 상황에 대한 비트오류율 성능에 대한 그래프를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명의 타부 서치 방법에 의한 8X8 MIMO 시스템에서 16-QAM이 적용되는 상황에 대한 비트오류율 성능에 대한 그래프를 보여주는 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, And shall not be interpreted.
1 is a conceptual diagram of a MIMO system,
2 is a conceptual diagram of a sphere decoding applied to a conventional MIMO receiver,
3 is a conceptual diagram of a band search applied to a conventional MIMO receiver,
FIG. 4 is a flowchart of a fixed tone search applied to a conventional MIMO receiver,
FIG. 5 is a flow chart of a table search according to the initial solution setting and early search termination algorithm applied to the MIMO receiver of the present invention,
FIG. 6 is a graph showing an Empirical Cumulative Distribution Function (ECDF) graph for an 8 × 8 MIMO system according to the Tabu search method of the present invention,
FIG. 7 is a graph illustrating a bit error rate performance for a situation in which 16-QAM is applied in a 16 × 16 MIMO system by the Tabu search method of the present invention;
8 is a graph illustrating a bit error rate performance for a situation in which 16-QAM is applied in an 8x8 MIMO system by the Tabu search method of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following detailed description of the operation principle of the preferred embodiment of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

본 발명의 타부 서치 방법을 도 5를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.Referring to FIG. 5, the third embodiment of the present invention will now be described.

먼저 격자 축소를 적용하여

Figure 112016080471900-pat00058
에 해당하는 초기해를 구한다(S10).First, apply grid reduction
Figure 112016080471900-pat00058
(S10). ≪ / RTI >

타부 리스트를 초기화하고, 반복수행횟수(r)를 0으로 하며, 초기해로

Figure 112016080471900-pat00059
Figure 112016080471900-pat00060
로 정한다(S12).The tabu list is initialized, the number of iterations (r) is set to 0,
Figure 112016080471900-pat00059
To
Figure 112016080471900-pat00060
(S12).

채널 행렬에 대한 채널 상태를

Figure 112016080471900-pat00061
로 정의하고, 여기에 불완전 Seysen 수치 계산에 격자 축소가 적용된 채널(
Figure 112016080471900-pat00062
)에 대한 채널 상태인
Figure 112016080471900-pat00063
를 구한다(S14).The channel state for the channel matrix
Figure 112016080471900-pat00061
, Where the incomplete Seysen channel is applied to grid scaling (
Figure 112016080471900-pat00062
) ≪ / RTI >
Figure 112016080471900-pat00063
(S14).

Figure 112016080471900-pat00064
를 만족하는 최소값 n을 선택한다(S16).
Figure 112016080471900-pat00064
Is selected (S16).

타부 안에 있지 않은 해 벡터의 인접한 후보해를 찾는다(S18).An adjacent candidate solution of the harm vector which is not included in the likelihood is searched (S18).

후보해들 중 최우도(ML) 비용함수를 고려하여 최적의 해 벡터를 찾는다(S20).The optimal harmonic vector is found by considering the maximum likelihood (ML) cost function among the candidate solutions (S20).

찾은 해가 최적 해인지 판단한다(S22).It is determined whether the found solution is optimal (S22).

찾은 해가 최적 해라면, 반복수행횟수(r)를 O으로 설정하고,

Figure 112016080471900-pat00065
를 업데이트한다(S24).If the found solution is optimal, the number of iterations (r) is set to O,
Figure 112016080471900-pat00065
(S24).

현재 해 벡터를 업데이트 한다(S26).The current vector is updated (S26).

타부 리스트에서 이전 해를 이동시킨다(S28).The previous year is moved from the tablet list (S28).

반복수행횟수가 설정된 반복 수행의 최대 차수(

Figure 112016080471900-pat00066
)에 도달했는지 판단한다(S30).The number of iterations is set to the maximum number of iterations
Figure 112016080471900-pat00066
(S30).

S30 단계에서 최대 차수에 도달하였다면, 탐색 알고리즘을 종료한다(S32).If the maximum degree is reached in step S30, the search algorithm is terminated (S32).

S30 단계에서최대 차수에 도달하지 않았다면, S18단계로 돌아가 인접한 후보해들을 찾는 과정부터 재 수행한다.If the maximum degree has not been reached in step S30, the process returns to step S18 and executes the process from the process of finding adjacent candidate solutions again.

한편, S22단계에서 찾은 해가 최적 해가 아니라면, 반복수행횟수(r)를 1증가 시키고, 반복수행횟수가 최대 반복수행횟수(

Figure 112016080471900-pat00067
)에 도달하였는지 판단한다(S34).On the other hand, if the solution found in step S22 is not optimal, the number of iterations r is incremented by one and the number of iterations is determined as the maximum number of iterations
Figure 112016080471900-pat00067
(Step S34).

반복수행횟수가 최대 반복수행횟수에 도달하지 않았다면, S26 단계부터 재수행하여 최적의 해벡터를 계속 탐색하며, 이를 설정된 최대 반복수행횟수만큼 탐색 알고리즘을 수행하게 된다. If the number of iterations has not reached the maximum number of iterations, the optimum algorithm is continuously searched from step S26, and the search algorithm is performed according to the set maximum number of iterations.

본 발명의 타부 서치 방법을 초기해 설정단계와 조기 탐색 종료 알고리즘 수행 단계로 구분하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The tabu search method of the present invention will be described in more detail as an initialization setting step and an early search ending algorithm executing step.

<< 초기해Early years 설정 단계> Configuration steps>

우선, 초기해를 구하기 전에 종래의 타부 서치 방법에 의한 계산량 증대 문제를 해결하기 위하여 격자 축소 기법을 적용하여 형성된 채널의 열벡터들을 직교에 가깝도록 변형하도록 한다.First, before the initial solution is obtained, the column vectors of the channel formed by applying the lattice reduction technique are deformed so as to be orthogonal to each other in order to solve the problem of increase in the calculation amount by the conventional table searching method.

임의의 행렬에 대한 기저벡터의 집합은 유일하지 않으므로 격자 축소 기법은 이전의 행렬과 동일한 공간을 형성하는 다른 기저 벡터들의 집합을 찾는다.Since the set of basis vectors for an arbitrary matrix is not unique, the grid reduction technique finds a set of different basis vectors that form the same space as the previous matrix.

채널 행렬

Figure 112016080471900-pat00068
와 격자 축소 기법을 적용하여 감소된 채널 행렬
Figure 112016080471900-pat00069
의 관계는 다음 [수학식 9]과 같이 표현된다.Channel matrix
Figure 112016080471900-pat00068
And a reduced channel matrix
Figure 112016080471900-pat00069
Is expressed as the following equation (9).

[수학식 9]&Quot; (9) &quot;

Figure 112016080471900-pat00070
Figure 112016080471900-pat00070

위의 수학식 9을 이용하여 수신신호를 다음 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다.The received signal can be expressed as Equation (6) using the above Equation (9).

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure 112016080471900-pat00071
Figure 112016080471900-pat00071

위 수학식 6에서

Figure 112016080471900-pat00072
는 유니모듈러(unimodular) 행렬이고,
Figure 112016080471900-pat00073
인 양자화된 값을 가지는 벡터로 제로 포커싱 또는 최소 평균 제곱 오차 수신기를 통하여 추정될 수 있다. 추정된
Figure 112016080471900-pat00074
를 이용하여 격자 축소 기법이 적용된 수신기의 해
Figure 112016080471900-pat00075
를 다음 [수학식 7]과 같이 구한다.In Equation (6)
Figure 112016080471900-pat00072
Is a unimodular matrix,
Figure 112016080471900-pat00073
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; least-squared &lt; / RTI &gt; error receiver. Estimated
Figure 112016080471900-pat00074
Of the receiver with grid reduction technique
Figure 112016080471900-pat00075
Is calculated as shown in the following equation (7).

[수학식 7]&Quot; (7) &quot;

Figure 112016080471900-pat00076
Figure 112016080471900-pat00076

최소 평균 제곱 오차를 이용하여 해를 추정할 경우,

Figure 112016080471900-pat00077
대신
Figure 112016080471900-pat00078
의 채널 행렬에 격자 축소 기법을 적용한다.When estimating the solution using the minimum mean square error,
Figure 112016080471900-pat00077
instead
Figure 112016080471900-pat00078
To the channel matrix of the channel matrix.

추정된

Figure 112016080471900-pat00079
를 전송되어진 심볼
Figure 112016080471900-pat00080
에 대한 해로 직접 사용하는 다른 격자 축소 수신 알고리즘들과 다르게, 본 발명에서 제안된 수신기에서는
Figure 112016080471900-pat00081
을 타부 서치 기법을 적용하기 위한 초기해로 이용한다.Estimated
Figure 112016080471900-pat00079
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; symbol
Figure 112016080471900-pat00080
Unlike other grating reduction algorithms that are directly used as solutions to the above, in the receiver proposed in the present invention,
Figure 112016080471900-pat00081
Is used as an initial solution to apply the Tabu search technique.

격차 축소를 이용하여 차선의 해를 찾지만 직교성의 측면에서 좋은 채널을 적용하였으므로 높은 확률로 최적 최우도 해에 비교적 가까운 거리에 위치하게 되며, 이에 따라

Figure 112016080471900-pat00082
을 타부 서치 기법의 초기해로 이용할 경우 비교적 적은 수의 반복 수행으로도 최적의 해를 찾을 수 있게 된다.Since we applied the good channel in terms of orthogonality to find the solution of the lane using the reduction of the gap, it is located at a relatively close distance to the optimal maximum solution with a high probability,
Figure 112016080471900-pat00082
Is used as an initial solution to the other search technique, an optimal solution can be found even with a relatively small number of iterations.

<조기 탐색 종료 알고리즘 수행 단계>&Lt; Performing early search end algorithm >

조기 탐색 종료 알고리즘은 기본적으로 타부 서치 기법을 사용할 때 가장 일반적으로 사용되는 종료 기법이다.The early search termination algorithm is basically the most commonly used termination technique when using a third-party search technique.

조기 탐색 종료 알고리즘은 최대의 반복 수행 차수(

Figure 112016080471900-pat00083
)를 정하고, 타부 서치 기법을
Figure 112016080471900-pat00084
만큼 수행하는 방법이 사용된다.The early search termination algorithm uses the maximum iteration order (
Figure 112016080471900-pat00083
), And the Tabu search technique
Figure 112016080471900-pat00084
Is used.

또한, 탐색된 해들 중에서 가장 낮은 비용함수 값을 보이는

Figure 112016080471900-pat00085
로부터 성능의 향상을 가지지 않는 반복 수행 횟수를 나타내는 파라미터
Figure 112016080471900-pat00086
을 정의하고,
Figure 112016080471900-pat00087
이 에
Figure 112016080471900-pat00088
도달할 경우 최적의 해가 찾아진 것으로 가정하여
Figure 112016080471900-pat00089
Figure 112016080471900-pat00090
에 도달한 시점에 알고리즘을 종료하는 방법이 사용된다.Also, the lowest cost function value among the solutions found
Figure 112016080471900-pat00085
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; a &lt; / RTI &gt; number of iterations to perform
Figure 112016080471900-pat00086
Lt; / RTI &gt;
Figure 112016080471900-pat00087
Therefore
Figure 112016080471900-pat00088
Assuming that the optimal solution is found,
Figure 112016080471900-pat00089
this
Figure 112016080471900-pat00090
A method of terminating the algorithm is used.

본 발명에서 제안된 알고리즘의 경우 반복 수행의 최대 차수

Figure 112016080471900-pat00091
이전에 알고리즘을 종료하여 수신기의 복잡도를 줄이는 기법을 고려한다.In the case of the algorithm proposed in the present invention,
Figure 112016080471900-pat00091
Consider a technique to reduce the complexity of the receiver by terminating the algorithm previously.

그러나 반복 수행을 줄임으로써 성능 저하가 발생할 수 있으며, 복잡도와 성능의 최적의 균형을 유지할 수 있는 방식이 요구되기도 한다. However, performance degradation can be caused by reducing iterative performance, and a way to maintain an optimal balance of complexity and performance is required.

본 발명에서는 MIMO 수신기의 성능을 유지하면서 불필요한 과도한 검색을 줄이기 위해 알고리즘의 조기 종료를 위한 기준 정보가 필요하며, 이를 위해 격자 축소를 통해 얻어진 채널의 특성을 이용하도록 한다.In the present invention, the reference information for the early termination of the algorithm is required in order to reduce unnecessary excessive search while maintaining the performance of the MIMO receiver. To this end, the characteristics of the channel obtained through the grid reduction are used.

채널이 좋은 상태에 있는 경우 (즉, 채널이 직교에 가까운 경우) 초기해는 최적 최우도 해에 비교적 가까운 거리에 있을 것으로 예상되며, 타부 서치 방법에서 비교적 적은 수의 반복 수행을 실시하여 최적해를 구할 수 있게 된다.If the channel is in a good state (ie, the channel is near orthogonal), the initial solution is expected to be relatively close to the optimal best solution. .

반대로 채널의 직교성이 낮을수록 초기해의 신뢰성이 낮으며, 최적해를 얻기 위하여 보다 많은 반복 수행이 필요하게 된다.Conversely, the lower the orthogonality of the channel, the lower the reliability of the initial solution, and more iterations are required to obtain the optimal solution.

본 발명에서 제안된 타부 서치 방법의 알고리즘에서는 다음 수학식 8를 기반으로 하는 채널 상태를 정의할 수 있다.In the algorithm of the Tabu search method proposed in the present invention, a channel state based on the following Equation (8) can be defined.

[수학식 8]&Quot; (8) &quot;

Figure 112016080471900-pat00092
Figure 112016080471900-pat00092

위 수학식 8에서

Figure 112016080471900-pat00093
는 듀얼기저(Dual Basis)
Figure 112016080471900-pat00094
Figure 112016080471900-pat00095
번째 열을 의미하며,
Figure 112016080471900-pat00096
는 다음 수학식 10과 같이 정의된다.In Equation (8)
Figure 112016080471900-pat00093
Dual Base &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure 112016080471900-pat00094
of
Figure 112016080471900-pat00095
Column,
Figure 112016080471900-pat00096
Is defined by the following equation (10).

[수학식 10]&Quot; (10) &quot;

Figure 112016080471900-pat00097
Figure 112016080471900-pat00097

Figure 112016080471900-pat00098
를 불완전 Seysen 수치 (Incomplete Seysens Measure)로 정의하며, 실제 Seysen의 수치의 정의는 논문 [D. Wubben, D. Seethaler, J.Jalden, G. Matz, "Lattice Reduction," IEEE Signal Processing Magazine, 2011, 28(3), pp. 70-91]에서 정의된다.
Figure 112016080471900-pat00098
Is defined as an incomplete Seysen measure, and the definition of the actual Seysen value is described in [D. Wubben, D. Seethaler, J. Jalden, G. Matz, "Lattice Reduction," IEEE Signal Processing Magazine, 2011, 28 (3), pp. 70-91.

본 발명의 신호 수신 알고리즘에서는

Figure 112016080471900-pat00099
값을 기반으로 하여 채널 상태에 가변적인 종료 기법을 제안한다.In the signal reception algorithm of the present invention
Figure 112016080471900-pat00099
We propose a termination scheme that is variable in channel state based on the value.

Figure 112016080471900-pat00100
단계 종료기법에서
Figure 112016080471900-pat00101
에 대한
Figure 112016080471900-pat00102
개의 경계값
Figure 112016080471900-pat00103
들을 정하고 이 값들에 대응되는 조기 종료 기준 반복 수행 횟수
Figure 112016080471900-pat00104
을 정해준다.
Figure 112016080471900-pat00100
In the phase termination technique
Figure 112016080471900-pat00101
For
Figure 112016080471900-pat00102
Border values
Figure 112016080471900-pat00103
And the number of repetitions of the early end criterion corresponding to these values
Figure 112016080471900-pat00104
.

Figure 112016080471900-pat00105
Figure 112016080471900-pat00106
Figure 112016080471900-pat00107
개의 값을 가지며 각 단계별 값들의 크기는
Figure 112016080471900-pat00108
Figure 112016080471900-pat00109
를 만족한다.
Figure 112016080471900-pat00105
and
Figure 112016080471900-pat00106
silver
Figure 112016080471900-pat00107
And the size of each step value is
Figure 112016080471900-pat00108
and
Figure 112016080471900-pat00109
.

Figure 112016080471900-pat00110
의 값들은 각 채널에 대한
Figure 112016080471900-pat00111
의 경험누적함수로부터 결정된다.
Figure 112016080471900-pat00110
The values of &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure 112016080471900-pat00111
Lt; / RTI &gt;

Figure 112016080471900-pat00112
에 대응되는
Figure 112016080471900-pat00113
은 성능의 향상을 보이지 않는 반복 수행의 최대 횟수를 의미한다.
Figure 112016080471900-pat00112
Corresponding to
Figure 112016080471900-pat00113
Means the maximum number of iterations that do not show improvement in performance.

즉, 탐색된 해들 중에서 가장 낮은 비용함수 값을 보이는

Figure 112016080471900-pat00114
로부터 더 이상의 성능 향상을 보이지 않는 반복 수행 횟수가
Figure 112016080471900-pat00115
에 도달할 경우 최적의 해가 찾아진 것으로 가정하여 알고리즘을 종료한다.That is, the lowest cost function value among the solutions found
Figure 112016080471900-pat00114
The number of iterations that do not show any further performance improvement from
Figure 112016080471900-pat00115
The algorithm is terminated assuming that an optimal solution is found.

종래의 타부 서치 방식과 달리 본 발명의 타부 서치 방법에서는 조기 종료 기준 반복 수행 횟수인

Figure 112016080471900-pat00116
이 고정되어 있지 않고 채널 상태
Figure 112016080471900-pat00117
에 의해 결정되는 특징을 지닌다.Unlike the conventional tabu search method, in the tabu search method of the present invention,
Figure 112016080471900-pat00116
Is not fixed and the channel status
Figure 112016080471900-pat00117
. &Lt; / RTI &gt;

조기 탐색 종료 알고리즘에서 원래의 채널 대신 격자 축소 기법을 적용한 후의 채널

Figure 112016080471900-pat00118
를 이용한다. 즉, 불완전 Seysen 수치 계산에 격자 축소가 적용된 채널
Figure 112016080471900-pat00119
에 대한
Figure 112016080471900-pat00120
를 이용한다.In the early search termination algorithm, the channel after applying the grid reduction method instead of the original channel
Figure 112016080471900-pat00118
. In other words, the channel with grid reduction applied to the incomplete Seysen numerical calculation
Figure 112016080471900-pat00119
For
Figure 112016080471900-pat00120
.

이 경우

Figure 112016080471900-pat00121
값이 격자 축소 기법을 적용하지 않은 경우 보다 비교적 작은 값을 가지며, 따라서 계산량 감소의 효과를 얻는다.in this case
Figure 112016080471900-pat00121
Value has a relatively smaller value than when the grid reduction technique is not applied, and thus the effect of reducing the calculation amount is obtained.

<< 모의 실험Simulation 평가> Evaluation>

본 발명의 수신기의 성능을 평가하기 위하여 모의실험을 수행하였으며, 수신 오류율 성능 및 복잡도를 분석한다.To evaluate the performance of the receiver of the present invention, a simulation is performed and the performance and complexity of the receiving error rate are analyzed.

본 발명의 제안된 타부 서치 방법의 성능 분석을 위한 실험 환경은 다음과 같다.The experimental environment for the performance analysis of the proposed search method of the present invention is as follows.

■초기해 : ZF(제로포커싱), MMSE(최소 평균 제곱 오차), LR-MMSE(격자 축소-최소 평균 제곱 오차)■ Initial Year: ZF (zero focusing), MMSE (minimum mean square error), LR-MMSE (grid reduction - minimum mean square error)

■변조 방식: 16-QAMModulation method: 16-QAM

Figure 112016080471900-pat00122
MIMO■
Figure 112016080471900-pat00122
MIMO

- 반복 수행 횟수 : 300 - Number of iterations: 300

-

Figure 112016080471900-pat00123
-
Figure 112016080471900-pat00123

-

Figure 112016080471900-pat00124
-
Figure 112016080471900-pat00124

-

Figure 112016080471900-pat00125
(ET1),
Figure 112016080471900-pat00126
(ET2) -
Figure 112016080471900-pat00125
(ET1),
Figure 112016080471900-pat00126
(ET2)

Figure 112016080471900-pat00127
MIMO■
Figure 112016080471900-pat00127
MIMO

- 반복 수행 횟수 : 250 - Number of iterations: 250

-

Figure 112016080471900-pat00128
-
Figure 112016080471900-pat00128

-

Figure 112016080471900-pat00129
-
Figure 112016080471900-pat00129

-

Figure 112016080471900-pat00130
(ET1),
Figure 112016080471900-pat00131
(ET2) -
Figure 112016080471900-pat00130
(ET1),
Figure 112016080471900-pat00131
(ET2)

도 6은

Figure 112016080471900-pat00132
MIMO에 대한 ECDF의 그래프를 보여주며, 이에 따른
Figure 112016080471900-pat00133
의 값들의 선택을 보여준다.
Figure 112016080471900-pat00134
MIMO에도 유사한 방식으로
Figure 112016080471900-pat00135
값들이 선택된다.6,
Figure 112016080471900-pat00132
A graph of ECDF for MIMO is shown,
Figure 112016080471900-pat00133
Lt; / RTI &gt;
Figure 112016080471900-pat00134
Similar to MIMO
Figure 112016080471900-pat00135
Values are selected.

가. 비트오류율(end. Bit Error Rate ( BERBER ) 성능) Performance

도 7과 도 8은 각각 16×16 MIMO, 8×8 MIMO 시스템에서 16-QAM이 적용되었을 상황에 대한 제안된 Tabu Search 수신기 및 기존 Tabu Search 기법의 BER 성능을 그래프로 보여주며 (도면에서 'TS'로 표시), '-CC'는 제안된 알고리즘에서 조기 종료를 위해 채널 상태를 이용한 것을 의미한다.  FIGS. 7 and 8 are graphs illustrating the BER performance of the proposed Tabu Search receiver and the existing Tabu Search technique for 16 × 16 MIMO and 16 × QAM, respectively, in a 16 × 16 MIMO system ', And' -CC 'means that the proposed algorithm uses the channel state for early termination.

'-ET'는 채널 상태에 대한 고려 없이 고정된 파라미터

Figure 112016080471900-pat00136
또는
Figure 112016080471900-pat00137
를 이용하여 조기 종료를 수행한 경우를 의미한다.'-ET' is a fixed parameter without consideration of channel conditions
Figure 112016080471900-pat00136
or
Figure 112016080471900-pat00137
Which means that the early termination is performed by using the termination.

낮은 SNR 범위에서 본 발명에서 제안된 알고리즘이 종래의 타부 서치 방법보다 비교적 낮은 성능을 보이지만 높은 SNR 범위에서는 상당한 성능 이득을 보이는 것을 확인 할 수 있다. It can be seen that the algorithm proposed by the present invention in the low SNR range shows comparatively low performance compared to the conventional tabu search method but shows a considerable performance gain in the high SNR range.

구체적으로 16×16 MIMO 시스템의 경우 MMSE를 이용하여 초기해를 추정한 기존 타부 서치 방법에 비해서 본 발명에서 제안된 알고리즘은 BER

Figure 112016080471900-pat00138
에서 3.4 dB SNR 이득을 보이는 것을 도 7에서 확인 할 수 있다. 또한 도 8은 8×8 MIMO 시스템에서 본 발명이 제안한 알고리즘이 기존의 알고리즘에 비해서 2.5 dB SNR 이득을 동일한 BER에서 가짐을 보인다.Specifically, in the case of the 16 × 16 MIMO system, the proposed algorithm compared to the existing table search method in which the initial solution is estimated using MMSE,
Figure 112016080471900-pat00138
7 shows the SNR gain of 3.4 dB. Also, FIG. 8 shows that the proposed algorithm in the 8x8 MIMO system has 2.5 dB SNR gain at the same BER as the conventional algorithm.

나. 복잡도 분석I. Complexity analysis

본 발명의 제안된 알고리즘의 복잡도를 비교하기 위해 심볼별 부동소수점 연산 횟수를 분석한다.In order to compare the complexity of the proposed algorithm of the present invention, the number of floating point operations per symbol is analyzed.

수신 방식Reception method PSCPSC ZF-TSZF-TS 1.441.44 MMSE-TSMMSE-TS 1.441.44 LR-MMSE-TSLR-MMSE-TS 1.881.88 LR-MMSE-TS-ET1LR-MMSE-TS-ET1 1.111.11 LR-MMSE-TS-ET2LR-MMSE-TS-ET2 1.511.51 LR-MMSE-TS-CCLR-MMSE-TS-CC 1.131.13

[연산량(

Figure 112016080471900-pat00139
) 비교, SNR=22 dB][Operation amount
Figure 112016080471900-pat00139
) Comparison, SNR = 22 dB]

수신 방식Reception method PSCPSC ZF-TSZF-TS 2.922.92 MMSE-TSMMSE-TS 2.922.92 LR-MMSE-TSLR-MMSE-TS 3.483.48 LR-MMSE-TS-ET1LR-MMSE-TS-ET1 1.511.51 LR-MMSE-TS-ET2LR-MMSE-TS-ET2 2.502.50 LR-MMSE-TS-CCLR-MMSE-TS-CC 1.621.62

[연산량(

Figure 112016080471900-pat00140
) 비교, SNR=25 dB][Operation amount
Figure 112016080471900-pat00140
) Comparison, SNR = 25 dB]

표 1과 표 2는 각각 16×16 MIMO 시스템과 8×8 MIMO 시스템에서 16-QAM 변조가 사용되었을 경우의 심볼별 복잡도(PSC: per-symbol complexity)를 각 모의실험에서 사용된 알고리즘 별로 보여주고 있다.Table 1 and Table 2 show the per-symbol complexity (PSC) for the 16 × 16 MIMO system and the 8 × 8 MIMO system when 16-QAM modulation is used, have.

격자 축소 기법을 적용하지 않은 기존의 알고리즘들은 동일한 PSC 값을 보인다.Existing algorithms that do not apply the grid reduction technique show the same PSC value.

격자 축소 기법을 적용한 알고리즘들은

Figure 112016080471900-pat00141
의 값에 비례해서 계산량이 증가하는 결과를 보이며, '-TS' 및 '-ET2'의 경우는 격자 축소 기법을 적용하지 않은 알고리즘에 비교해 많은 계산량을 필요로 한다.Algorithms using grid reduction techniques
Figure 112016080471900-pat00141
And '-ET2' in the case of '-TS' and '-ET2', the computational complexity is required compared with the algorithm which does not apply the grid reduction technique.

하지만, 제안한 채널 상태에 기반을 둔 조기 종료 방식인 '-CC'의 경우 동일한 실험 환경에서 'MMSE-TS'에 비해서 27%정도 낮은 복잡도를 보이는 것을 [표 1]에서 확인할 수 있다. However, it can be seen from Table 1 that the '-CC', which is an early termination method based on the proposed channel state, shows a 27% lower complexity than the 'MMSE-TS' in the same experimental environment.

8×8 MIMO 시스템에서의 결과인 [표 2]에서도 제안 수신방식이 기존 방식인 'MMSE-TS'에 비교하여 계산량 측면에서 약 45%의 이득을 보이는 것을 확인할 수 있다. In Table 2, which is the result of the 8 × 8 MIMO system, it can be seen that the proposed receiving scheme has a gain of about 45% in terms of the amount of computation compared to the conventional scheme 'MMSE-TS'.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

무선 통신 네트워크의 MIMO 시스템에서 MIMO 수신기의 최적 해를 찾기 위한 방법에 있어서,
최적 해를 찾기 위한 타부 서치 방법에 격자 축소 기법을 적용하여 초기해를 설정하되, 채널 행렬
Figure 112017067766712-pat00176
에 격자 축소 기법을 적용하여 채널의 열벡터들을 직교에 가까운 채널 행렬(
Figure 112017067766712-pat00177
)로 변형하여 초기해를 찾는 계산량을 줄일 수 있도록 하고,
반복 수행 횟수를 미리 설정하고, 설정된 반복 수행 횟수만큼 해를 탐색하여 최대 반복 수행 횟수에 도달하면 최적 해를 찾은 것으로 가정하여 해를 탐색하기 위한 탐색 알고리즘을 종료하며,
탐색 알고리즘 수행시, 타부 서치의 반복 수행 횟수의 설정된 최대 반복수행횟수(
Figure 112017067766712-pat00178
)에 도달하기 전에 탐색 알고리즘을 종료하여 탐색 복잡도를 줄이도록 하ㄷ되, 탐색 알고리즘의 종료 기준 정보에 해당하는 불완전 Seysen 수치
Figure 112017067766712-pat00179
를 이용하여 채널 상태에 따라 가변적으로 탐색 알고리즘을 종료할 수 있는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법.


A method for finding an optimal solution of a MIMO receiver in a MIMO system of a wireless communication network,
The initial solution is set by applying the grid reduction method to the Tabu search method to find the optimal solution,
Figure 112017067766712-pat00176
And the column vectors of the channel are multiplied by the orthogonal channel matrix (
Figure 112017067766712-pat00177
) To reduce the amount of computation for finding the initial solution,
The number of iterations is set in advance and the search algorithm is searched for a set number of iterations, and when the maximum number of iterations is reached,
When the search algorithm is executed, the maximum number of repetitions of the set repetition times
Figure 112017067766712-pat00178
In order to reduce the search complexity by terminating the search algorithm before reaching the end of the search algorithm, the incomplete Seysen value
Figure 112017067766712-pat00179
Wherein the search algorithm can be terminated variably according to channel conditions.


삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 변형된 채널 행렬(
Figure 112016080471900-pat00144
)은 수신 신호(
Figure 112016080471900-pat00145
)가
Figure 112016080471900-pat00146
라는 수식을 만족할 때,
Figure 112016080471900-pat00147
인 관계를 이용하여 하기 수학식 6을 만족하는 것을 특징으로 하는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법.
[수학식 6]
Figure 112016080471900-pat00148

(여기서 T는 유니모듈러 행렬이고, z는
Figure 112016080471900-pat00149
인 양자화된 값을 가지는 벡터를 의미한다.)
The method according to claim 1,
The modified channel matrix (
Figure 112016080471900-pat00144
) &Lt; / RTI &gt;
Figure 112016080471900-pat00145
)end
Figure 112016080471900-pat00146
When the formula is satisfied,
Figure 112016080471900-pat00147
, And satisfies Equation (6): &lt; EMI ID = 6.0 &gt;
&Quot; (6) &quot;
Figure 112016080471900-pat00148

(Where T is a unimodular matrix and z is
Figure 112016080471900-pat00149
Quot; vector &quot;).
청구항 3에 있어서,
추정된 z을 이용하여 격자 축소 기법이 적용된 MIMO 수신기에서 하기 수학식7를 만족하는 해를 구하고, 구해진 해를 심볼 x에 대한 해로서, 타부 서치 방법을 적용하기 위한 초기해로 이용하는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법.
[수학식 7]
Figure 112016080471900-pat00150

The method of claim 3,
In a MIMO system using the estimated z, a solution satisfying Equation (7) is obtained in a MIMO receiver to which a lattice reduction technique is applied, and the solution is used as an initial solution for applying a band search method as a solution for a symbol x An improved tone search method for reducing the computational complexity of a receiver.
&Quot; (7) &quot;
Figure 112016080471900-pat00150

삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 불완전 Seysen 수치(
Figure 112017067766712-pat00153
)는 하기의 수학식 8을 만족하는 값이고,
Figure 112017067766712-pat00154
에 대한
Figure 112017067766712-pat00155
개의 경계값
Figure 112017067766712-pat00156
들을 정하고 이 값들에 대응되는 탐색 알고리즘의 종료 기준에 해당하는 최대 반복 수행 횟수
Figure 112017067766712-pat00157
을 정하여 탐색 알고리즘을 최대 반복 수행 횟수만큼 수행하는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법.
[수학식 8]
Figure 112017067766712-pat00158

(여기서,
Figure 112017067766712-pat00159
는 듀얼기저(Dual Basis)
Figure 112017067766712-pat00160
Figure 112017067766712-pat00161
번째 열을 의미하며,
Figure 112017067766712-pat00162
Figure 112017067766712-pat00163
를 만족하는 값이다.)
The method according to claim 1,
The incomplete Seysen value (
Figure 112017067766712-pat00153
) Is a value that satisfies the following expression (8)
Figure 112017067766712-pat00154
For
Figure 112017067766712-pat00155
Border values
Figure 112017067766712-pat00156
And the maximum number of iterations that corresponds to the termination criterion of the search algorithm corresponding to these values
Figure 112017067766712-pat00157
Wherein the search algorithm is performed for a maximum number of iterations.
&Quot; (8) &quot;
Figure 112017067766712-pat00158

(here,
Figure 112017067766712-pat00159
Dual Base &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure 112017067766712-pat00160
of
Figure 112017067766712-pat00161
Column,
Figure 112017067766712-pat00162
The
Figure 112017067766712-pat00163
. &Lt; / RTI &gt;
청구항 7에 있어서,
상기 탐색 알고리즘에 의해 탐색된 해들 중에서 가장 낮은 비용함수 값에 해당하는
Figure 112016080471900-pat00164
로부터 더 이상의 성능 향상을 보이지 않는 반복 수행 횟수인
Figure 112016080471900-pat00165
에 도달할 경우 최적의 해가 찾아진 것으로 가정하고, 탐색 알고리즘을 종료하는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법.
The method of claim 7,
The lowest cost function value among the solutions found by the search algorithm
Figure 112016080471900-pat00164
The number of iterations that do not show any further performance improvement from
Figure 112016080471900-pat00165
, An optimal solution is found, and the search algorithm is terminated.
청구항 1에 있어서, 불완전 Seysen 수치 계산에 있어서 격자 축소가 적용된 채널
Figure 112017067766712-pat00166
에 대한
Figure 112017067766712-pat00167
를 이용하는, MIMO 시스템에서 수신기의 계산량 감소를 위한 개선된 타부 서치 방법.
The method according to claim 1, wherein in incomplete Seysen numerical calculation,
Figure 112017067766712-pat00166
For
Figure 112017067766712-pat00167
To reduce the computational complexity of the receiver in a MIMO system.
청구항 1, 3, 4, 7 내지 9 중 어느 한 항의 타부 서치 방법을 적용하여 수신 신호에 대한 최적 해를 찾는 것을 특징으로 하는, MIMO 수신기.A MIMO receiver according to any one of claims 1, 3, 4, and 7 to 9, wherein an optimal solution for a received signal is found.
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