KR101903293B1 - Method and apparatus of mimo detection - Google Patents

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KR101903293B1
KR101903293B1 KR1020170160092A KR20170160092A KR101903293B1 KR 101903293 B1 KR101903293 B1 KR 101903293B1 KR 1020170160092 A KR1020170160092 A KR 1020170160092A KR 20170160092 A KR20170160092 A KR 20170160092A KR 101903293 B1 KR101903293 B1 KR 101903293B1
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박대영
이정원
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed are a method and an apparatus for multiple-input multiple-output (MIMO) detection. According to an embodiment of the present invention, a method for MIMO detection comprises the steps of: acquiring a reception signal and a channel for MIMO detection; changing a MIMO detection problem into an alternating direction method of multipliers (ADMM) type using two variables by using the acquired reception signal and the channel, separating an objective function into a transmission signal and a variable, and updating the transmission signal to minimize the transmission signal by using an algorithm; updating the variable to minimize the variable by using an algorithm as the transmission signal is updated; updating a dual variable as the transmission signal and the variable are updated; and finally estimating a transmission signal by repeatedly minimizing the transmission signal until a predetermined stop condition is satisfied.

Description

MIMO 검파를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF MIMO DETECTION}METHOD AND APPARATUS OF MIMO DETECTION

아래의 실시예들은 MIMO 검파를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 ADMM 기반의 MIMO 검파 방법 및 장치에 관한 것이다. The following embodiments relate to a method and apparatus for MIMO detection, and more particularly, to an ADMM-based MIMO detection method and apparatus having good performance with low complexity.

무선 통신 시스템에서 높은 전송률에 대한 수요가 계속해서 증가하고 있다. 따라서 추가적인 주파수 대역이나 전송 전력 없이 채널 용량을 증가시킬 수 있는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output; MIMO) 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. MIMO 시스템은 IEEE 802.11n, LTE, WiMAX와 같은 이동 통신 시스템에 적용되고 있다. 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO에서 더 나아가 최근에는 수십 또는 수백 개의 안테나를 사용하는 대용량 MIMO 시스템이 제안되었다(비특허문헌 1). The demand for high data rates in wireless communication systems continues to grow. Accordingly, there is a growing interest in multiple-input multiple-output (MIMO) systems that can increase channel capacity without additional frequency bands or transmit power. MIMO systems are being applied to mobile communication systems such as IEEE 802.11n, LTE, and WiMAX. In addition to single-user and multi-user MIMO, a large capacity MIMO system using tens or hundreds of antennas has recently been proposed (Non-Patent Document 1).

MIMO 시스템은 단일 입력 단일 출력(Single-Input Single-Output; SISO) 시스템과 달리 송신 측에서 여러 개의 심볼을 동시에 전송하기 때문에 수신 측에서는 랜덤 잡음이나 간섭의 영향을 받은 심볼을 수신하게 된다(비특허문헌 2). 따라서 MIMO 시스템을 설계할 때 수신 측에서는 왜곡된 심볼을 검파하는 기술을 필요로 하며 다양한 검파 기술이 연구되었다.Unlike the Single-Input Single-Output (SISO) system, the MIMO system transmits several symbols at the same time, so the receiving side receives symbols affected by random noise or interference. 2). Therefore, when designing a MIMO system, the receiving side needs a technique for detecting a distorted symbol, and various detection techniques have been studied.

최대 가능도(Maximum Likelihood; ML) 검파 방법은 최적의 BER(Bit Error Ratio) 성능을 내는 것으로 잘 알려져 있다. ML 검파 방법은 성상도 집합으로 구성할 수 있는 모든 벡터를 탐색하는 것으로 주어진 채널에 대한 수신 신호 벡터의 가능성을 최대화한다. 모든 경우의 수를 확인하기 때문에 ML 검파 문제는 NP-hard(Non-deterministic Polynomial-time hard)이다(비특허문헌 3). ML 검파 방법은 송신 안테나의 개수와 변조 성상도의 크기에 따른 지수(exponential) 복잡도를 갖는다. 따라서 이러한 복잡도에 대한 높은 비용을 감소시키면서 성능은 조금 나빠지는 다른 검파 방법들이 제안되었다.The maximum likelihood (ML) detection method is well known for providing optimal bit error ratio (BER) performance. The ML detection method searches all the vectors that can be composed of constellation sets, maximizing the probability of the received signal vector for a given channel. The ML detection problem is NP-hard (Non-deterministic Polynomial-time hard) because it confirms the number of all cases (Non-Patent Document 3). The ML detection method has an exponential complexity depending on the number of transmit antennas and the magnitude of the modulation constellation. Therefore, other detection methods have been proposed that reduce the high cost of this complexity and slightly degrade the performance.

영 강압(Zero Forcing; ZF) 검파 방법은 수신 측에서 채널 행렬을 알고 있을 때 MIMO 채널 행렬의 역행렬을 이용해 수신 신호로부터 다중 스트림을 분리한다. ZF 검파 방법은 연산 복잡도가 매우 낮으면서도 간섭을 상쇄시킬 수 있는 것이 장점이다. 하지만 잡음을 증대시키기 때문에 ML 검파 방법에 비해 BER 성능이 매우 좋지 않다(비특허문헌 2).Zero forcing (ZF) detection method separates multiple streams from the received signal using the inverse of the MIMO channel matrix when the receiver knows the channel matrix. The ZF detection method has the advantage that the interference can be canceled while the computational complexity is very low. However, BER performance is very poor compared to ML detection method because it increases noise (Non-Patent Document 2).

SD(Sphere Decoding) 검파 방법은 ML 검파 방법의 계산 복잡도를 낮추기 위해 제안되었다. 모든 경우의 수를 확인하는 ML 검파 방법과는 달리, 수신 신호로부터 어떠한 R의 반지름을 갖는 초구(hypersphere) 내에 있는 격자 점들만 탐색한다(비특허문헌 4). SD 검파 방법은 다항식(polynomial) 복잡도를 가지며 종종 최악의 경우 지수 복잡도를 갖는다(비특허문헌 5).Sphere Decoding (SD) detection method has been proposed to reduce the computational complexity of the ML detection method. Unlike the ML detection method of confirming the number of all cases, only the lattice points in the hypersphere having a radius of R from the received signal are searched (Non-Patent Document 4). The SD detection method has a polynomial complexity and often has an exponential complexity in the worst case (Non-Patent Document 5).

SDR(Semidefinite Relaxation) 검파 방법은 semidefinite 프로그램을 기반으로 한 ML 접근법을 이용한 것이다(비특허문헌 6). 대부분의 SDR 검파 방법은 내부점법(Interior Point Method; IPM)을 이용하며 최악의 경우 다항식 복잡도를 갖는다. 대부분의 SDR 검파 방법은 특정 변조 성상도에서만 제한적으로 동작한다. 행 단위(row-by-row) 기법을 SDR에 적용하여 만든 SDR-RBR은 매 반복에서의 낮은 복잡도 기술을 기반으로 하며 실행 시간이 상당히 빠르다(비특허문헌 7).Semidefinite Relaxation (SDR) detection method is to use the ML approach based on the semidefinite program (Non-Patent Document 6). Most SDR detection methods use the Interior Point Method (IPM) and at worst have polynomial complexity. Most SDR detection methods only work with specific modulation constellations. SDR-RBR made by applying row-by-row technique to SDR is based on low complexity technique in every iteration and the execution time is considerably fast (Non-Patent Document 7).

한국등록특허 10-0790366호는 이러한 MIMO 시스템에서의 검파 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 다중 안테나(MIMO)를 사용하여 여러 개의 심볼을 동시에 송수신 하는 통신 시스템에서 원하는 시스템 성능을 유지하면서 수신단의 수신 신호를 복호하는데 필요한 연산량을 줄일 수 있는 것에 관한 기술을 기재하고 있다.Korean Patent No. 10-0790366 relates to a detection apparatus and a method thereof in a MIO system, and a reception signal of a receiving end while maintaining desired system performance in a communication system that simultaneously transmits and receives several symbols by using a multiple antenna (MIMO). It describes a technique that can reduce the amount of computation required to decode.

한국등록특허 10-0790366호Korean Patent Registration No. 10-0790366

J. Hoydis, S. T. Brink, and M. Debbah, "Massive MIMO: how many antennas do we need?," in Proc. Allerton Conf. Commun. Control Comput., pp. 545-550, Monticello, U.S.A., Sep. 2011. S. Yang and L. Hanzo, "Fifty years of MIMO detection: The road to large-scale MIMOs," IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 17, no. 4, pp. 1941-1988, 4th Quart. 2015.

Figure 112017118317812-pat00001
S., Computational complexity of multiuser detection. Algorithmica, vol. 4, no. 1-4, pp. 303-312, 1989. M. O. Damen, H. El Gamal, and G. Caire, "On maximum-likelihood detection and the search for the closest lattice point," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 49, no. 10, pp. 2389-2402, Oct. 2003. B. Hassibi and H. Vikalo, "On the sphere-decoding algorithm I. expected complexity," IEEE Trans. Signal Process., vol. 53, no. 8, pp. 2806-2818, Aug. 2005. P. H. Tan and L. K. Rasmussen, "The application of semidefinite programming for detection in CDMA," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 19, no. 8, pp. 1442-1449, Aug. 2001. H.-T. Wai, W.-K. Ma, and A.M.-C. So, "Cheap semidefinite relaxation MIMO detection using row-by-row block coordinate descent," in Proc. 2011 IEEE ICASSP, pp.3256-3259, May 2011. P. W. Wolniansky, G. J. Foschini, G. D. Golden, and R. A. Valenzuela, "V-BLAST: An architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel," in Proc. URSI ISSSE, Pisa, Italy, pp. 295-300, Sep. 1998. S. Boyd, N. Parikh, E. Chu, B. Peleato, and J. Eckstein, "Distributed optimization and statistical learning via the alternating direction method of multipliers," Foundations and Trends in Machine Learning, vol. 3, no. 1, pp. 1-122, 2010. J. Hoydis, ST Brink, and M. Debbah, "Massive MIMO: how many antennas do we need ?," in Proc. Allerton Conf. Commun. Control Comput., Pp. 545-550, Monticello, USA, Sep. 2011. S. Yang and L. Hanzo, "Fifty years of MIMO detection: The road to large-scale MIMOs," IEEE Commun. Surveys Tuts., Vol. 17, no. 4, pp. 1941-1988, 4th Quart. 2015.
Figure 112017118317812-pat00001
S., Computational complexity of multiuser detection. Algorithmica, vol. 4, no. 1-4, pp. 303-312, 1989. MO Damen, H. El Gamal, and G. Caire, "On maximum-likelihood detection and the search for the closest lattice point," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 49, no. 10, pp. 2389-2402, Oct. 2003. B. Hassibi and H. Vikalo, "On the sphere-decoding algorithm I. expected complexity," IEEE Trans. Signal Process., Vol. 53, no. 8, pp. 2806-2818, Aug. 2005. PH Tan and LK Rasmussen, "The application of semidefinite programming for detection in CDMA," IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 19, no. 8, pp. 1442-1449, Aug. 2001. H.-T. Wai, W.-K. Ma, and AM-C. So, "Cheap semidefinite relaxation MIMO detection using row-by-row block coordinate descent," in Proc. 2011 IEEE ICASSP, pp.3256-3259, May 2011. PW Wolniansky, GJ Foschini, GD Golden, and RA Valenzuela, "V-BLAST: An architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel," in Proc. URSI ISSSE, Pisa, Italy, pp. 295-300, Sep. 1998. S. Boyd, N. Parikh, E. Chu, B. Peleato, and J. Eckstein, "Distributed optimization and statistical learning via the alternating direction method of multipliers," Foundations and Trends in Machine Learning, vol. 3, no. 1, pp. 1-122, 2010.

실시예들은 MIMO 검파를 위한 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 ADMM 기반의 MIMO 검파 기술을 제공한다. Embodiments describe a method and apparatus for MIMO detection, and more specifically, provide an ADMM-based MIMO detection technique with good performance with low complexity.

실시예들은 MIMO 검파 문제를 지시 함수를 이용하여 두 변수를 사용하는 ADMM 형식으로 바꾸며, 이 문제의 증강 라그랑주를 만들고 선형 항과 2차 항을 결합하고 스케일 쌍대 변수를 이용하여 유용한 형식으로 변형하여 두 변수에 대한 교대 최소화를 수렴할 때까지 반복함으로써, 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 MIMO 검파를 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다. Embodiments transform the MIMO detection problem into an ADMM format using two variables using an instruction function, create an augmented Lagrange of this problem, combine linear and quadratic terms, and transform it into a useful format using scale dual variables. The present invention provides a method and apparatus for MIMO detection that exhibits good performance with low complexity by repeating until convergence minimization of variables is converged.

일 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 방법은, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 검파를 위한 수신 신호와 채널을 획득하는 단계; 획득한 상기 수신 신호와 상기 채널을 이용하여 MIMO 검파 문제를 두 변수를 사용하는 ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers) 형식으로 바꾸고, 목적 함수를 송신 신호 및 변수로 분리한 후 알고리즘을 이용하여 상기 송신 신호를 최소화시키도록 갱신하는 단계; 상기 송신 신호가 갱신됨에 따라 알고리즘을 이용하여 상기 변수를 최소화시키도록 갱신하는 단계; 상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대(dual) 변수를 갱신하는 단계; 및 기설정된 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 최소화시키도록 동작하여 최종적으로 송신 신호를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, a method for detecting a MIMO may include: obtaining a received signal and a channel for detecting a multiple-input multiple-output (MIMO); Using the received signal and the channel, the MIMO detection problem is changed into an alternate direction method of multipliers (ADMM) using two variables, an objective function is divided into a transmission signal and a variable, and then the algorithm is transmitted using an algorithm. Updating to minimize the; Updating to minimize the variable using an algorithm as the transmission signal is updated; Updating a dual variable as the transmission signal and the variable are updated; And repeatedly minimizing until the predetermined stop condition is satisfied to finally estimate the transmission signal.

안테나 개수가 증가하는 경우, 연산 복잡도는 높아지지만 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴함에 따라 낮은 복잡도를 가지며, 수신 측에서 상기 수신 신호와 상기 채널의 행렬을 이용하여 상기 송신 신호를 복원할 수 있다. When the number of antennas increases, the computational complexity increases, but as the algorithm converges a smaller number of times, it has a lower complexity. On the receiving side, the transmission signal can be restored using the matrix of the received signal and the channel.

상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대 변수를 갱신하는 단계는, 상기 MIMO 검파 문제의 증강 라그랑주를 형성하고 선형항 및 2차항을 결합시켜, 스케일 쌍대 변수를 사용하여 상기 ADMM 형식을 유용한 형식으로 변형하며, 상기 두 변수인 상기 송신 신호 및 상기 변수에 대해 최소화를 수렴할 때까지 교대로 반복할 수 있다. Updating the dual variable as the transmission signal and the variable are updated, forming an augmented Lagrange of the MIMO detection problem and combining linear and quadratic terms, using the scale dual variable to convert the ADMM format into a useful format. And alternating, repeating alternately until the convergence of the two variables, the transmission signal and the minimization, is converged.

상기 송신 신호를 최소화시키도록 갱신하는 단계는, 상기 변수와 상기 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 송신 신호에 대해 증강 라그랑주를 최소화하며, 상기 변수를 최소화시키도록 갱신하는 단계는, 상기 송신 신호와 상기 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 변수에 대한 사영 함수를 최소화하고, 상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대 변수를 갱신하는 단계는, 상기 송신 신호와 상기 변수가 같을 경우에 해당하는 쌍대 변수에 양수인 페널티(penalty) 파라미터의 역수를 곱한 스케일 쌍대 변수를 갱신하며, 상기 ADMM 형식의 해의 수렴성은 상기 페널티 파라미터의 값에 강하게 종속될 수 있다. The updating of the transmission signal to minimize may include: fixing the variable and the scale dual variable, minimizing augmented lagranging with respect to the transmission signal, and updating to minimize the variable, updating the transmission signal and the scale. Fixing the dual variable, minimizing the projection function for the variable, and updating the dual variable as the transmission signal and the variable are updated, a penalty that is positive for the dual variable corresponding to the case where the transmission signal and the variable are the same. A scale dual variable multiplied by the inverse of the parameter is updated, and the convergence of the solution of the ADMM format can be strongly dependent on the value of the penalty parameter.

다른 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 장치는, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 검파를 위한 수신 신호와 채널을 획득하는 획득부; 획득한 상기 수신 신호와 상기 채널을 이용하여 MIMO 검파 문제를 두 변수를 사용하는 ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers) 형식으로 바꾸고, 목적 함수를 송신 신호 및 변수로 분리한 후 알고리즘을 이용하여 상기 송신 신호를 최소화시키도록 갱신하며, 상기 송신 신호가 갱신됨에 따라 알고리즘을 이용하여 상기 변수를 최소화시키도록 갱신하는 최소화부; 상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대(dual) 변수를 갱신하는 쌍대 변수부; 및 기설정된 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 최소화시키도록 동작하여 최종적으로 송신 신호를 추정하는 판단부를 포함할 수 있다. According to another embodiment, an apparatus for detecting a MIMO may include: an acquirer configured to acquire a received signal and a channel for detecting a multiple-input multiple-output (MIMO); Using the received signal and the channel, the MIMO detection problem is changed into an alternate direction method of multipliers (ADMM) using two variables, an objective function is divided into a transmission signal and a variable, and then the algorithm is transmitted using an algorithm. A minimizing unit for updating to minimize the variable, and updating the minimizing variable by using an algorithm as the transmission signal is updated; A dual variable unit for updating a dual variable as the transmission signal and the variable are updated; And a determination unit configured to repeatedly minimize the predetermined stop condition to finally estimate the transmission signal.

상기 쌍대 변수부는, 상기 MIMO 검파 문제의 증강 라그랑주를 형성하고 선형항 및 2차항을 결합시켜, 스케일 쌍대 변수를 사용하여 상기 ADMM 형식을 유용한 형식으로 변형하며, 상기 두 변수인 상기 송신 신호 및 상기 변수에 대해 최소화를 수렴할 때까지 교대로 반복할 수 있다. The dual variable unit forms an augmented Lagrange of the MIMO detection problem and combines linear and quadratic terms to transform the ADMM format into a useful format using scale dual variables, the two variables being the transmission signal and the variable. You can alternately repeat for minimizing until.

상기 최소화부는, 상기 변수와 상기 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 송신 신호에 대해 증강 라그랑주를 최소화하며, 상기 송신 신호와 상기 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 변수에 대한 사영 함수를 최소화하고, 상기 쌍대 변수부는, 상기 송신 신호와 상기 변수가 같을 경우에 해당하는 쌍대 변수에 양수인 페널티(penalty) 파라미터의 역수를 곱한 스케일 쌍대 변수를 갱신하며, 상기 ADMM 형식의 해의 수렴성은 상기 페널티 파라미터의 값에 강하게 종속될 수 있다. The minimizing unit fixes the variable and the scale dual variable and minimizes the enhancement Lagrange for the transmission signal, fixes the transmission signal and the scale dual variable and minimizes the projective function for the variable. Update a scale binary variable multiplied by an inverse of a positive penalty parameter corresponding to a dual variable corresponding to the case where the transmission signal is equal to the variable, and the convergence of the solution of the ADMM type is strongly dependent on the value of the penalty parameter; Can be.

실시예들에 따르면 MIMO 검파 문제를 지시 함수를 이용하여 두 변수를 사용하는 ADMM 형식으로 바꾸며, 이 문제의 증강 라그랑주를 만들고 선형 항과 2차 항을 결합하고 스케일 쌍대 변수를 이용하여 유용한 형식으로 변형하여 두 변수에 대한 교대 최소화를 수렴할 때까지 반복함으로써, 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 MIMO 검파를 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다. According to embodiments, the MIMO detection problem is transformed into an ADMM format using two variables using an instruction function, creating an augmented Lagrange of this problem, combining linear and quadratic terms, and transforming it into a useful format using scale dual variables. By repeating until convergence minimization of two variables is converged, it is possible to provide a method and apparatus for MIMO detection with good performance with low complexity.

실시예들에 따르면 안테나 개수가 증가함에 따라 연산 복잡도는 높아지나, 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴함으로써 안테나 개수가 증가하여도 실행 시간이 거의 증가하지 않아 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 MIMO 검파를 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다. According to the embodiments, the computational complexity increases as the number of antennas increases.However, a method for detecting MIMO that has good performance with low complexity because the execution time does not increase even though the number of antennas increases due to convergence of algorithms in a smaller number of times. And an apparatus.

도 1은 일 실시예에 따른 ADMM 기반의 MIMO 검파 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 각각 10개인 10x10 MIMO 시스템에서의 SNR에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.
도 3은 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 각각 40개인 40x40 시스템에서의 SNR에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 각각 70개인 70x70 시스템에서의 SNR에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 SNR=10dB 일 때의 송수신 안테나 개수에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 SNR=10dB 일 때의 송수신 안테나 개수에 따른 실행 시간을 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 SNR=20dB 일 때의 송수신 안테나 개수에 따른 실행 시간을 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 개수가 80개일 때의 ADMM 알고리즘 반복 횟수에 따른 NMSE를 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating an ADMM-based MIMO detection algorithm according to an embodiment.
2 is a graph illustrating BER according to SNR in a 10x10 MIMO system having 10 transmission / reception antennas according to an embodiment.
3 is a graph illustrating BER according to SNR in a 40x40 system having 40 transmit / receive antennas according to an embodiment.
4 is a graph illustrating BER according to SNR in a 70x70 system having 70 transmit / receive antennas according to an embodiment.
5 is a graph illustrating BER according to the number of transmit / receive antennas when SNR = 10dB according to an embodiment.
6 is a graph illustrating execution time according to the number of transmit / receive antennas when SNR = 10dB according to an embodiment.
7 is a graph illustrating execution time according to the number of transmit / receive antennas when SNR = 20dB according to an embodiment.
8 is a graph illustrating NMSE according to the number of iterations of an ADMM algorithm when the number of transmit / receive antennas is 80 according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the described embodiments may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for more clear description.

다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output; MIMO) 시스템은 추가적인 주파수 대역이나 전송 전력을 이용하지 않고도 채널 용량을 증가시킬 수 있다. 송신 측에서 동시에 다수의 심볼을 전송하고 랜덤 잡음과 간섭의 영향이 크기 때문에, 수신 측에서는 MIMO 검파 기술을 필요로 한다. MIMO 검파 방법에는 앞에서 설명한 바와 같이 ML, ZF, SD, SDR-RBR 등이 있다. 이 중 ML 검파 방법은 최적의 성능을 내지만 송신 안테나 개수가 증가할수록 연산 복잡도가 지수적으로 증가하여 대용량 MIMO 시스템에서 사용하기 어렵다. Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems can increase channel capacity without using additional frequency bands or transmit power. Since the transmitting side transmits a plurality of symbols at the same time and the effects of random noise and interference are large, the receiving side requires MIMO detection technique. As described above, MIMO detection methods include ML, ZF, SD, and SDR-RBR. Among them, the ML detection method provides the best performance, but the computational complexity increases exponentially as the number of transmit antennas increases, making it difficult to use in a large-capacity MIMO system.

아래의 실시예에서는 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers) 기반의 MIMO 검파 방법을 제공할 수 있다. 모의 실험 결과 SNR(Signal to Noise Ratio)이 10dB일 때, 송수신 안테나 개수가 50개일 때부터 BER과 실행 시간에서 SDR-RBR 검파 방법에 비해 더 좋은 성능을 내며, 안테나 개수가 더 많을수록 성능의 격차는 더욱 벌어지는 것을 확인할 수 있다.
In the following embodiment, it is possible to provide an MIMM detection method based on alternating direction method of multipliers (ADMM) which has good performance with low complexity. Simulation results show that when the signal to noise ratio (SNR) is 10dB, the number of transmit / receive antennas is better than the SDR-RBR detection method in BER and execution time from 50 antennas, and the larger the number of antennas, the better the performance gap. You can see more happening.

도 1은 일 실시예에 따른 ADMM 기반의 MIMO 검파 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating an ADMM-based MIMO detection algorithm according to an embodiment.

도 1은 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 동작하여 최종적으로 송신 신호 s를 추정하는 알고리즘을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 방법은, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 검파를 위한 수신 신호와 채널을 획득하는 단계(110), 획득한 수신 신호와 채널을 이용하여 MIMO 검파 문제를 두 변수를 사용하는 ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers) 형식으로 바꾸고, 목적 함수를 송신 신호 및 변수로 분리한 후 알고리즘을 이용하여 송신 신호를 최소화시키도록 갱신하는 단계(120), 송신 신호가 갱신됨에 따라 알고리즘을 이용하여 변수를 최소화시키도록 갱신하는 단계(130), 송신 신호 및 변수가 갱신됨에 따라 쌍대(dual) 변수를 갱신하는 단계(140) 및 기설정된 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 최소화시키도록 동작하여 최종적으로 송신 신호를 추정하는 단계(150)를 포함하여 이루어질 수 있다. FIG. 1 shows an algorithm which repeatedly operates until a stop condition is satisfied to finally estimate the transmission signal s. Referring to FIG. 1, in the method for detecting a MIMO according to an embodiment, obtaining a received signal and a channel for detecting a multiple-input multiple-output (MIMO) operation 110, using the obtained received signal and the channel Converting the MIMO detection problem into an alternating direction method of multipliers (ADMM) using two variables, separating the objective function into a transmission signal and a variable, and then updating to minimize the transmission signal using an algorithm (120); Updating 130 to minimize the variable using an algorithm as the transmission signal is updated; updating 140 as the transmission signal and the variable are updated; and satisfying a preset stop condition. And repeatedly estimating the transmission signal to finally minimize the transmission signal.

여기서 안테나 개수가 증가하는 경우, 연산 복잡도는 높아지지만 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴함에 따라 낮은 복잡도를 가지며, 수신 측에서 수신 신호와 채널의 행렬을 이용하여 송신 신호를 복원할 수 있다. Here, when the number of antennas increases, the computational complexity increases, but as the algorithm converges a smaller number of times, it has a lower complexity, and the receiving side can restore the transmission signal using the matrix of the received signal and the channel.

한편, 일 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 방법은 일 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 장치를 이용하여 하나의 예를 들어 보다 구체적으로 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 장치는 획득부, 최소화부, 쌍대 변수부 및 판단부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 일 실시예에 따른 MIMO 검파를 위한 장치는 하나의 시스템 또는 복수의 시스템일 수 있으며, 또한 하나의 알고리즘 또는 복수의 알고리즘으로 이루어질 수 있다. Meanwhile, the method for detecting MIMO according to an embodiment may be described in more detail by using an apparatus for detecting MIMO according to an embodiment as an example. An apparatus for detecting a MIMO according to an embodiment may include an acquisition unit, a minimizer, a dual variable unit, and a determination unit. Here, the apparatus for detecting MIMO according to an embodiment may be one system or a plurality of systems, and may also consist of one algorithm or a plurality of algorithms.

단계(110)에서, 획득부는 MIMO 검파를 위한 수신 신호와 채널을 획득할 수 있다. In operation 110, the acquirer may acquire a received signal and a channel for MIMO detection.

단계(120)에서, 최소화부는 획득한 수신 신호와 채널을 이용하여 MIMO 검파 문제를 두 변수를 사용하는 ADMM 형식으로 바꾸고, 목적 함수를 송신 신호 및 변수로 분리한 후 알고리즘을 이용하여 송신 신호를 최소화시키도록 갱신할 수 있다. 여기에서, 최소화부는 변수와 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 송신 신호에 대해 증강 라그랑주를 최소화할 수 있으며, 이는 아래에서 수학식 11을 이용하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. In step 120, the minimizing unit converts the MIMO detection problem into an ADMM format using two variables using the obtained received signal and channel, separates the objective function into a transmission signal and a variable, and then minimizes the transmission signal using an algorithm. To be updated. Here, the minimization unit may fix the variable and the scale dual variable and minimize the augmented Lagrange for the transmission signal, which will be described in more detail using Equation 11 below.

단계(130)에서, 최소화부는 송신 신호가 갱신됨에 따라 알고리즘을 이용하여 변수를 최소화시키도록 갱신할 수 있다. 여기에서, 송신 신호와 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 변수에 대한 사영 함수를 최소화할 수 있으며, 이는 아래에서 수학식 12를 이용하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In operation 130, the minimizing unit may update to minimize the variable using an algorithm as the transmission signal is updated. Here, the transmission signal and the scale dual variable can be fixed and the projective function for the variable can be minimized, which will be described in more detail using Equation 12 below.

단계(140)에서, 쌍대 변수부는 송신 신호 및 변수가 갱신됨에 따라 쌍대 변수를 갱신할 수 있다. 보다 구체적으로, 쌍대 변수부는 MIMO 검파 문제의 증강 라그랑주를 형성하고 선형항 및 2차항을 결합시켜, 스케일 쌍대 변수를 사용하여 ADMM 형식을 유용한 형식으로 변형하며, 두 변수인 송신 신호 및 변수에 대해 최소화를 수렴할 때까지 교대로 반복할 수 있다. In operation 140, the dual variable unit may update the dual variable as the transmission signal and the variable are updated. More specifically, the dual variable portion forms an augmented Lagrange of the MIMO detection problem and combines linear and quadratic terms to transform the ADMM format into a useful format using scale dual variables, minimizing the two variables, the transmitted signal and the variable. Can be repeated alternately until convergence.

여기에서, 쌍대 변수부는 송신 신호와 변수가 같을 경우에 해당하는 쌍대 변수에 양수인 페널티(penalty) 파라미터의 역수를 곱한 스케일 쌍대 변수를 갱신할 수 있으며, 이는 아래에서 수학식 13을 이용하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 이 때, ADMM 형식의 해의 수렴성은 페널티 파라미터의 값에 강하게 종속될 수 있다. Here, the dual variable unit may update the scale dual variable multiplied by the inverse of the positive parameter to the dual variable corresponding to the case where the transmission signal and the variable are the same, which is described in more detail using Equation 13 below. Let's explain. At this time, the convergence of the solution of the ADMM format may be strongly dependent on the value of the penalty parameter.

단계(150)에서, 판단부는 기설정된 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 최소화시키도록 동작하여 최종적으로 송신 신호를 추정할 수 있다. In operation 150, the determiner may repeatedly minimize the transmission signal until the predetermined stop condition is satisfied to finally estimate the transmission signal.

실시예들에 따르면 안테나 개수가 증가함에 따라 연산 복잡도는 높아지나, 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴함으로써 안테나 개수가 증가하여도 실행 시간이 거의 증가하지 않아 낮은 복잡도로 좋은 성능을 내는 MIMO 검파를 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
According to the embodiments, the computational complexity increases as the number of antennas increases.However, a method for detecting MIMO that has good performance with low complexity because the execution time does not increase even though the number of antennas increases due to convergence of algorithms in a smaller number of times. And an apparatus.

아래에서 일 실시예에 따른 ADMM 기반의 MIMO 검파 알고리즘을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an ADMM-based MIMO detection algorithm according to an embodiment will be described in more detail.

MIMO 시스템 모델은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. The MIMO system model can be expressed as the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017118317812-pat00002
Figure 112017118317812-pat00002

이 때, 송신 안테나 N t 개와 수신 안테나 N r 개를 사용한다면,

Figure 112017118317812-pat00003
는 수신 신호 벡터,
Figure 112017118317812-pat00004
는 MIMO 채널 행렬,
Figure 112017118317812-pat00005
는 송신된 신호 벡터,
Figure 112017118317812-pat00006
는 추가적인 가우시안 랜덤 잡음 벡터를 나타낸다. S는 성상도에서 표현되는 점들의 집합이다. 본 실시예에서는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식을 다루며, 이 때의
Figure 112017118317812-pat00007
이다. 그리고 C는 복소수 집합을 의미한다. MIMO 채널 행렬 H는 수신 측에서 알고 있으며 H의 원소들은 가우시안 분포를 이룬다.At this time, the transmitting antenna N t Dog and Receive Antenna N r If you use a dog,
Figure 112017118317812-pat00003
Receive signal vector,
Figure 112017118317812-pat00004
Mimo channel matrix,
Figure 112017118317812-pat00005
Is the transmitted signal vector,
Figure 112017118317812-pat00006
Denotes an additional Gaussian random noise vector. S is the set of points represented in the constellation. This embodiment deals with Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulation.
Figure 112017118317812-pat00007
to be. And C stands for complex set. The MIMO channel matrix H is known at the receiver and the elements of H form a Gaussian distribution.

선형 비기억(memoryless) 채널의 표준 예는 플랫(flat) 페이딩 채널의 V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) 시스템이다(비특허문헌 8). 현재 시간 간격에서의 출력과 이전 시간 간격에서의 입력이 서로 독립적이기 때문에 수학식 1을 다음 식과 같이 표현할 수 있다. A standard example of a linear memoryless channel is the V-BLAST (Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) system of flat fading channels (Non-Patent Document 8). Since the output in the current time interval and the input in the previous time interval are independent of each other, Equation 1 can be expressed as the following equation.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017118317812-pat00008
Figure 112017118317812-pat00008

여기서, h j , i N t 개의 송신 안테나 중 i 번째 송신 안테나와 N r 개의 수신 안테나 중 j 번째 수신 안테나 사이의 임펄스 응답에 해당한다. 수신 측에서 검파기는 수신 신호 벡터 y와 MIMO 채널 행렬 H를 이용하여 송신된 신호 벡터 s를 복원할 수 있다.Where h j and i are N t I th transmit antenna and N r of 10 transmit antennas Corresponds to an impulse response between the j th receive antennas among the 10 receive antennas. On the receiving side, the detector may recover the transmitted signal vector s using the received signal vector y and the MIMO channel matrix H.

수학식 1의 시스템 모델의 MIMO 검파 문제는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.The MIMO detection problem of the system model of Equation 1 can be expressed as the following equation.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112017118317812-pat00009
Figure 112017118317812-pat00009

그리고 ADMM 형식으로 상기 문제를 나타내면 다음 식과 같이 표현할 수 있다.If the problem is expressed in ADMM format, it can be expressed as follows.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112017118317812-pat00010
Figure 112017118317812-pat00010

여기서,

Figure 112017118317812-pat00011
는 S의 지시(indicator) 함수이다. 즉,
Figure 112017118317812-pat00012
을 만족하면
Figure 112017118317812-pat00013
이고
Figure 112017118317812-pat00014
을 만족하면
Figure 112017118317812-pat00015
이다. 수학식 4는 제약 조건이 있는 컨벡스 최적화 방식으로 해결될 수 있다. 목적 함수는 s와 z로 분리할 수 있다. 수학식 4의 증강 라그랑주(Lagrange)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. here,
Figure 112017118317812-pat00011
Is the indicator function of S. In other words,
Figure 112017118317812-pat00012
If you satisfy
Figure 112017118317812-pat00013
ego
Figure 112017118317812-pat00014
If you satisfy
Figure 112017118317812-pat00015
to be. Equation 4 can be solved with a convex optimization method with constraints. The objective function can be separated into s and z. Augmented Lagrange of the equation (4) can be expressed by the following equation.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112017118317812-pat00016
Figure 112017118317812-pat00016

여기서, v는 s = z에 해당하는 쌍대(dual) 변수이고,

Figure 112017118317812-pat00017
는 페널티(penalty) 파라미터이다. Where v is a dual variable corresponding to s = z,
Figure 112017118317812-pat00017
Is a penalty parameter.

ADMM은 s와 z의 최소화를 교대로 반복할 수 있다. k 번째 반복에서는 다음 식들과 같은 단계로 수행될 수 있다(비특허문헌 9). ADMM can alternately minimize s and z. In the k- th iteration can be carried out in the same step as the following formula (Non-Patent Document 9).

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112017118317812-pat00018
Figure 112017118317812-pat00018

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112017118317812-pat00019
Figure 112017118317812-pat00019

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112017118317812-pat00020
Figure 112017118317812-pat00020

앞의 증강 라그랑주를 나타낸 수학식 5에서 선형항

Figure 112017118317812-pat00021
와 2차항
Figure 112017118317812-pat00022
을 결합시키고, 스케일(scaled) 쌍대 변수를 사용하여 ADMM 형식을 더 유용하게 바꿀 수 있다(비특허문헌 9). q = s - z로 정의하면, 두 항을 결합하여 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. Linear term in Equation 5 showing the augmented Lagrange
Figure 112017118317812-pat00021
And secondary term
Figure 112017118317812-pat00022
Can be combined and scaled dual variables can be used to change the ADMM format more usefully (Non-Patent Document 9). If q = s-z, two terms can be combined and expressed as follows.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112017118317812-pat00023
Figure 112017118317812-pat00023

여기서,

Figure 112017118317812-pat00024
는 스케일 쌍대 변수이다. here,
Figure 112017118317812-pat00024
Is a scale dual variable.

따라서 증강 라그랑주의 수학식 5를 결합된 형식으로 다음 식과 같이 표현할 수 있다. Therefore, Equation 5 of augmented Lagrangian can be expressed in a combined form as follows.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112017118317812-pat00025
Figure 112017118317812-pat00025

여기서, k 번째 반복에서의 단계인 수학식 6, 7 및 8을 다시 다음 식들과 같이 나타낼 수 있다. Here, Equations 6, 7, and 8, which are the steps in the k- th iteration, may be expressed as in the following equations.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112017118317812-pat00026
Figure 112017118317812-pat00026

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112017118317812-pat00027
Figure 112017118317812-pat00027

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112017118317812-pat00028
Figure 112017118317812-pat00028

여기서,

Figure 112017118317812-pat00029
는 S에서 가장 가까운 성상도 점으로의 사영(projection)하는 것을 의미한다.
Figure 112017118317812-pat00030
이기 때문에
Figure 112017118317812-pat00031
는 가역 행렬이 될 수 있다. 첫째로, z와 u를 고정시키고 s에 대해서 증강 라그랑주를 최소화할 수 있다(수학식 11). 둘째로, s와 u를 고정시키고 z에 대한 사영 함수를 최소화할 수 있다(수학식 12). 마지막으로, 쌍대 변수 u를 갱신할 수 있다(수학식 13).here,
Figure 112017118317812-pat00029
Means projection to the nearest constellation point in S.
Figure 112017118317812-pat00030
Because
Figure 112017118317812-pat00031
Can be an invertible matrix. First, we can fix z and u and minimize the enhancement Lagrange for s (Equation 11). Second, we can fix s and u and minimize the projection function for z (Equation 12). Finally, the dual variable u can be updated (Equation 13).

ADMM의 해의 수렴성은 페널티 파라미터

Figure 112017118317812-pat00032
의 값에 강하게 종속될 수 있다(비특허문헌 9). 적합한
Figure 112017118317812-pat00033
의 값을 선택하면, ADMM 검파 방법은 몇 십 번 정도의 반복만으로 매우 정확한 해에 수렴할 수 있다. 하지만,
Figure 112017118317812-pat00034
의 값을 부적합하게 선택하면, 수렴을 위해 큰 횟수의 반복을 필요로 할 수 있다.The convergence of the solution of ADMM is a penalty parameter
Figure 112017118317812-pat00032
It may be strongly dependent on the value of (Non Patent Literature 9). suitable
Figure 112017118317812-pat00033
If you choose, the ADMM detection method can converge to a very accurate solution with only a few dozen iterations. However,
Figure 112017118317812-pat00034
Inappropriate selection of may require a large number of iterations to converge.

k 번째 원시 잔차(primal residual)와 쌍대 잔차는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. The k- th primitive residual and the dual residual can be expressed as follows.

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112017118317812-pat00035
Figure 112017118317812-pat00035

원시 잔차와 쌍대 잔차를 이용한 정지 기준(stopping criterion)에 의해 반복 절차를 끝낼 수 있다. The iterative procedure can be completed by stopping criterion using raw residuals and dual residuals.

[수학식 15][Equation 15]

Figure 112017118317812-pat00036
Figure 112017118317812-pat00036

여기서,

Figure 112017118317812-pat00037
Figure 112017118317812-pat00038
는 실행 가능성 허용치(feasibility tolerance)이며, 다음 식과 같이 정의될 수 있다. here,
Figure 112017118317812-pat00037
Wow
Figure 112017118317812-pat00038
Is the feasibility tolerance, and can be defined as

[수학식 16][Equation 16]

Figure 112017118317812-pat00039
Figure 112017118317812-pat00039

여기서,

Figure 112017118317812-pat00040
Figure 112017118317812-pat00041
는 각각 절대(absolute) 허용치와 상대(relative) 허용치이다(비특허문헌 9). 이와 같이, 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 동작하여 최종적으로 송신 신호 s를 추정할 수 있다.
here,
Figure 112017118317812-pat00040
Wow
Figure 112017118317812-pat00041
Are absolute tolerance and relative tolerance, respectively (Non-Patent Document 9). In this way, it is possible to repeatedly operate until the stop condition is satisfied to finally estimate the transmission signal s.

아래에서는 MIMO 시스템에서 앞에서 설명한 기존의 검파 방법인 ZF, SD, SDR-RBR과 일 실시예에 따른 ADMM 검파 방법의 BER 성능과 복잡도 성능을 비교한다. 여기에서는, 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 ADMM 기반의 MIMO 검파를 위한 방법을 간단히 'ADMM 검파 방법'이라 하기로 한다. In the following, BER performance and complexity performance of the conventional detection methods ZF, SD, and SDR-RBR described above in the MIMO system and the ADMM detection method according to an embodiment are compared. Herein, a method for detecting an ADMM-based MIMO according to an embodiment described above will be simply referred to as an 'ADMM detection method'.

이 때, QPSK 변조 방식을 사용하고 전송 안테나의 개수와 수신 안테나의 개수는 동일하게 한다. 수신 측에서는 평균이 0이고 단위 분산인 독립 항등 분포(i.i.d.)의 복소 가우시안 분포를 갖는 MIMO 채널 행렬을 알고 있다고 가정한다. 모의 실험은 i7-6700 쿼드코어 3.40GHz의 CPU와 8GB RAM이 장착된 컴퓨터에서 MATLAB R2016a를 수행한다.In this case, QPSK modulation is used and the number of transmit antennas and the number of receive antennas are the same. It is assumed that the receiving side knows a MIMO channel matrix having a complex Gaussian distribution of independent identity distributions (i.i.d.) with a mean of 0 and unit variance. The simulation runs MATLAB R2016a on a computer with an i7-6700 quad-core 3.40GHz CPU and 8GB of RAM.

도 2는 일 실시예에 따른 송수신 안테나의 개수가 각각 10개일 때의 SNR에 따른 BER 성능을 보여주는 그래프이다. 2 is a graph illustrating BER performance according to SNR when the number of transmit / receive antennas is 10 according to an embodiment.

도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 각각 10개인 10x10 MIMO 시스템에서의 SNR에 따른 BER을 확인한 결과, BER 성능이 가장 좋은 것은 SD 검파 방법이고, 그 다음으로는 SDR-RBR, ADMM 순으로 BER이 낮으며 ZF 검파 방법은 다른 세 가지 방법에 비해 BER이 매우 높은 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2, as a result of verifying BER according to SNR in a 10x10 MIMO system having 10 transmit / receive antennas according to an embodiment, the best BER performance is SD detection method, and then SDR-RBR. The lowest BER was in the order of ADMM, and the ZF detection method showed higher BER than the other three methods.

도 3은 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 각각 40개인 40x40 시스템에서의 SNR에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating BER according to SNR in a 40x40 system having 40 transmit / receive antennas according to an embodiment.

도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 송수신 안테나의 개수가 각각 40개일 때의 SNR에 따른 BER 성능을 확인할 수 있으며, 이 때 SD 검파 방법은 복잡도가 높아 안테나 개수가 많을 때는 동작하지 않기 때문에 실험에서 제외한다. As shown in FIG. 3, the BER performance according to SNR when the number of transmit / receive antennas is 40 each can be checked. In this case, the SD detection method does not operate when the number of antennas is high. Therefore excluded from the experiment.

BER 성능은 SDR-RBR, ADMM, ZF 순서로 좋다. 하지만, SNR이 12dB일 때 ADMM 검파 방법이 SDR-RBR 검파 방법보다 BER이 낮은 것을 확인할 수 있다. BER performance is good in order of SDR-RBR, ADMM, ZF. However, when the SNR is 12dB, the ADMM detection method has lower BER than the SDR-RBR detection method.

도 4는 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 각각 70개인 70x70 시스템에서의 SNR에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.4 is a graph illustrating BER according to SNR in a 70x70 system having 70 transmit / receive antennas according to an embodiment.

도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 송수신 안테나의 개수가 각각 70개일 때의 SNR에 따른 BER 성능을 확인할 수 있으며, SNR 0dB에서 6dB까지의 BER 성능은 전과 마찬가지로 SDR-RBR, ADMM, ZF 순서로 좋은 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 4, the BER performance according to SNR when the number of transmit / receive antennas is 70 each can be checked. The BER performance of SNR from 0dB to 6dB is the same as before, SDR-RBR, ADMM, You can see the good thing with the ZF order.

안테나 개수가 40개일 때는 SNR이 12dB일 때 성능 순서가 뒤바뀌었지만, 70개일 때는 9dB에서부터 ADMM 검파 방법이 SDR-RBR 검파 방법보다 BER이 낮은 것을 확인할 수 있다.When the number of antennas is 40, the performance order is reversed when the SNR is 12dB, but when the number of 70 antennas is 9dB, the ADMM detection method has lower BER than the SDR-RBR detection method.

도 5는 일 실시예에 따른 SNR=10dB 일 때의 송수신 안테나 개수에 따른 BER을 나타낸 그래프이다.5 is a graph illustrating BER according to the number of transmit / receive antennas when SNR = 10dB according to an embodiment.

도 5에 도시된 바와 같이, SNR이 10dB일 때, 송수신 안테나의 개수에 따른 BER 성능을 확인할 수 있다. 안테나 개수가 40개 이하인 경우, SDR-RBR, ADMM, ZF 순서로 BER 성능이 좋으며, 안테나 개수가 50개 이상인 경우, BER 성능은 ADMM, SDR-RBR, ZF 순서로 바뀌게 된다. As shown in FIG. 5, when the SNR is 10 dB, BER performance according to the number of transmit / receive antennas may be checked. When the number of antennas is 40 or less, BER performance is good in the order of SDR-RBR, ADMM, and ZF. When the number of antennas is 50 or more, the BER performance is changed in the order of ADMM, SDR-RBR, and ZF.

ZF 검파 방법은 안테나 개수가 증가함에 따라 BER이 증가한다. 또한, SDR-RBR 검파 방법은 40개까지는 BER이 감소하지만 그보다 많아질 경우 BER이 증가한다. 일 실시예에 따른 ADMM 검파 방법은 안테나 개수가 증가함에 따라 BER이 계속해서 감소하는 것을 확인할 수 있다.In the ZF detection method, the BER increases as the number of antennas increases. In addition, the SDR-RBR detection method reduces the BER up to 40 but increases the BER if more. In the ADMM detection method according to an embodiment, as the number of antennas increases, the BER continues to decrease.

도 6은 일 실시예에 따른 SNR=10dB 일 때의 송수신 안테나 개수에 따른 실행 시간을 나타낸 그래프이다.6 is a graph illustrating execution time according to the number of transmit / receive antennas when SNR = 10dB according to an embodiment.

도 6에 도시된 바와 같이, SNR이 10dB일 때, 송수신 안테나의 개수에 따른 실행 시간을 확인할 수 있다. ZF 검파 방법은 BER 성능이 좋지 않은 반면에 실행 시간은 짧은 것으로 보아 복잡도가 매우 낮은 것을 알 수 있다. ZF 검파 방법과 SDR-RBR 검파 방법은 안테나 개수가 증가함에 따라 실행 시간이 증가하는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 6, when the SNR is 10 dB, execution time according to the number of transmit / receive antennas may be checked. While the ZF detection method has poor BER performance, the execution time is short, indicating that the complexity is very low. In the ZF detection method and the SDR-RBR detection method, the execution time increases as the number of antennas increases.

반면, 일 실시예에 따른 ADMM 검파 방법은 안테나 개수가 증가함에 따라 실행 시간이 아주 미세하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 5에서 SNR이 10dB일 때, 안테나 개수가 50개 이상인 경우 ADMM 검파 방법이 SDR-RBR 검파 방법보다 BER 성능이 높은 것과 마찬가지로 도 6에서 실행 시간 또한 안테나 개수 50개를 기준으로 더 많을 경우 ADMM 검파 방법이 SDR-RBR 검파 방법보다 적게 걸리는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, in the ADMM detection method according to an embodiment, as the number of antennas increases, the execution time increases very finely. When SNR is 10 dB in FIG. 5, when the number of antennas is 50 or more, the ADMM detection method has higher BER performance than the SDR-RBR detection method. In FIG. 6, when the execution time is also higher based on 50 antennas, the ADMM detection method is performed. It can be seen that the method takes less than the SDR-RBR detection method.

따라서 SNR이 10dB인 경우 안테나 개수 50개일 때부터 ADMM 검파 방법이 SDR-RBR 검파 방법에 비해 BER과 복잡도 성능 모두에서 앞서며, 안테나 개수가 더 증가할수록 그 격차 또한 계속해서 벌어지는 것을 알 수 있다.Therefore, when the SNR is 10dB, the ADMM detection method is superior in both BER and complexity performance compared to the SDR-RBR detection method from the number of antennas of 50, and the gap continues as the number of antennas increases.

도 7은 일 실시예에 따른 SNR=20dB 일 때의 송수신 안테나 개수에 따른 실행 시간을 나타낸 그래프이다.7 is a graph illustrating execution time according to the number of transmit / receive antennas when SNR = 20dB according to an embodiment.

도 7에 도시된 바와 같이, SNR이 20dB일 때, 송수신 안테나의 개수에 따른 실행 시간을 확인할 수 있다. SNR이 10dB인 경우의 도 6과의 차이점을 살펴보면, 다른 검파 방법의 실행 시간은 거의 비슷한 반면, SDR-RBR의 실행 시간은 SNR이 20dB일 때가 10dB일 때보다 약 1.58배 정도로 증가하는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 7, when the SNR is 20 dB, an execution time according to the number of transmit / receive antennas may be checked. Looking at the difference from FIG. 6 when the SNR is 10 dB, the execution time of the other detection method is almost the same, while the execution time of the SDR-RBR is increased by about 1.58 times when the SNR is 20 dB than the 10 dB. have.

또한, 실행 시간 측면에서 ADMM 검파 방법과 SDR-RBR 검파 방법의 성능 역전이 10dB일 때는 안테나 개수 50개부터 일어난 반면, 10dB일 때는 40개부터 성능이 역전하는 것을 확인할 수 있다.In addition, in terms of execution time, the performance reversal of the ADMM detection method and the SDR-RBR detection method occurs from 50 antennas at 10 dB, whereas the performance reversal is performed from 40 antennas at 10 dB.

도 8은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 개수가 80개일 때의 ADMM 알고리즘 반복 횟수에 따른 NMSE를 나타낸 그래프이다. 8 is a graph illustrating NMSE according to the number of iterations of an ADMM algorithm when the number of transmit / receive antennas is 80 according to an embodiment.

도 8에 도시된 바와 같이, 송수신 안테나의 개수가 80개일 때의 ADMM 알고리즘의 반복 횟수에 따른 NMSE를 확인할 수 있다. SNR이 10dB인 경우 10회 정도 반복을 하면 수렴하는 것을 확인할 수 있다. SNR이 20dB인 경우 4번의 반복만으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 즉, SNR이 높을수록 수렴하는 데 필요한 알고리즘 반복 횟수가 줄어든다.As shown in FIG. 8, the NMSE according to the number of repetitions of the ADMM algorithm when the number of transmit / receive antennas is 80 can be checked. If the SNR is 10dB, it can be confirmed that convergence is performed 10 times. If the SNR is 20dB, it can be seen that convergence is performed only with four iterations. In other words, the higher the SNR, the less the number of algorithm iterations required to converge.

이상에서, 도 6 및 도 7에서 안테나 개수가 증가해도 ADMM 검파 방법의 실행 시간은 매우 조금 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 안테나 개수가 증가함에 따라 연산 복잡도는 높아지지만 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴하기 때문이다.
As described above, even if the number of antennas is increased in FIG. 6 and FIG. 7, the execution time of the ADMM detection method is slightly increased. This is because, as the number of antennas increases, the computational complexity increases, but the algorithm converges with a smaller number of times.

이와 같이 실시예들에 따르면 ADMM을 이용한 MIMO 검파 방법을 제공할 수 있다. 먼저, MIMO 검파 문제를 지시 함수를 이용하여 두 변수를 사용하는 ADMM 형식으로 바꿀 수 있다. 그리고 상기 문제의 증강 라그랑주를 만들고 선형항과 2차항을 결합하고 스케일 쌍대 변수를 이용하여 유용한 형식으로 변형할 수 있다. 이후, 두 변수에 대한 교대 최소화를 수렴할 때까지 반복할 수 있다.As described above, according to embodiments, a MIMO detection method using ADMM may be provided. First, the MIMO detection problem can be transformed into an ADMM format using two variables using an indication function. We can create augmented Lagrange of the problem, combine linear and quadratic terms and transform them into useful formats using scale dual variables. The iteration can then be repeated until convergence minimization of the two variables is converged.

모의 실험 결과에서는 QPSK 변조 방식을 사용하는 MIMO 시스템에서 기존의 ZF, SD, SDR-RBR을 이용한 검파 방법과 일 실시예에 따른 ADMM을 이용한 검파 방법(ADMM 검파 방법)의 BER 성능과 실행 시간 성능을 비교하였다. SNR이 10dB일 때, 안테나 개수가 50개보다 많을 때 ADMM 검파 방법이 BER 성능과 실행 시간 성능에서 SDR-RBR 검파 방법보다 앞서는 것을 확인하였다. 또한, 안테나 개수가 많을수록 이 두 검파 방법의 성능 차이는 계속해서 커지는 것을 확인하였다. The simulation results show the BER performance and runtime performance of the conventional ZF, SD, and SDR-RBR detection methods and the ADMM detection method (ADMM detection method) in the MIMO system using QPSK modulation. Compared. When the SNR is 10dB, when the number of antennas is more than 50, it is confirmed that the ADMM detection method is ahead of the SDR-RBR detection method in BER performance and runtime performance. In addition, as the number of antennas increases, the performance difference between the two detection methods continues to increase.

이는, 안테나 개수가 많아질수록 ADMM 알고리즘의 수렴에 필요한 반복 횟수가 감소하기 때문에 ADMM 검파 방법은 안테나 개수가 증가하여도 실행 시간이 매우 조금밖에 증가하지 않는 것을 확인할 수 있다.
This means that as the number of antennas increases, the number of repetitions required for convergence of the ADMM algorithm decreases, so that the execution time of the ADMM detection method increases only slightly even if the number of antennas increases.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. It can be embodied in. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (7)

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 검파를 위한 수신 신호와 채널을 획득하는 단계;
획득한 상기 수신 신호와 상기 채널을 이용하여 MIMO 검파 문제를 두 변수를 사용하는 ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers) 형식으로 바꾸고, 목적 함수를 송신 신호 및 변수로 분리한 후 알고리즘을 이용하여 상기 변수와 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 송신 신호에 대해 증강 라그랑주를 최소화함에 따라 상기 송신 신호를 최소화시키도록 갱신하는 단계;
상기 송신 신호와 상기 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 변수에 대한 사영 함수를 최소화하여 상기 송신 신호가 갱신됨에 따라 알고리즘을 이용하여 상기 변수를 최소화시키도록 갱신하는 단계;
상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대(dual) 변수를 갱신하는 단계; 및
기설정된 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 최소화시키도록 동작하여 최종적으로 송신 신호를 추정하는 단계
를 포함하고,
상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대 변수를 갱신하는 단계는,
상기 송신 신호와 상기 변수가 같을 경우에 해당하는 쌍대 변수에 양수인 페널티(penalty) 파라미터의 역수를 곱한 스케일 쌍대 변수를 갱신하며, 상기 ADMM 형식의 해의 수렴성은 상기 페널티 파라미터의 값에 강하게 종속되고,
안테나 개수가 증가하는 경우, 연산 복잡도는 높아지지만 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴함에 따라 낮은 복잡도를 가지며, 수신 측에서 상기 수신 신호와 상기 채널의 행렬을 이용하여 상기 송신 신호를 복원하는 것
을 특징으로 하는 MIMO 검파를 위한 방법.
Obtaining a received signal and a channel for multiple-input multiple-output (MIMO) detection;
Using the received signal and the channel, the MIMO detection problem is transformed into an alternating direction method of multipliers (ADMM) format using two variables, the objective function is separated into a transmission signal and a variable, and then the Updating a scale dual variable to minimize the transmitted signal as fixed and minimizing augmented Lagrange for the transmitted signal;
Fixing the transmission signal and the scale dual variable and minimizing the projection function for the variable to update the algorithm to minimize the variable as the transmission signal is updated;
Updating a dual variable as the transmission signal and the variable are updated; And
Estimating a transmission signal finally by repeatedly minimizing until a predetermined stop condition is satisfied
Including,
Updating the dual variable as the transmission signal and the variable is updated,
Update a scale binary variable multiplied by an inverse of a positive penalty parameter corresponding to a dual variable corresponding to the case where the transmission signal and the variable are equal, the convergence of the solution of the ADMM format is strongly dependent on the value of the penalty parameter,
When the number of antennas increases, the computational complexity increases but has a low complexity as the algorithm converges in a smaller number of times, and the receiving side restores the transmission signal using the matrix of the received signal and the channel.
Method for detecting MIMO, characterized in that.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대 변수를 갱신하는 단계는,
상기 MIMO 검파 문제의 증강 라그랑주를 형성하고 선형항 및 2차항을 결합시켜, 스케일 쌍대 변수를 사용하여 상기 ADMM 형식을 유용한 형식으로 변형하며, 상기 두 변수인 상기 송신 신호 및 상기 변수에 대해 최소화를 수렴할 때까지 교대로 반복하는 것
을 특징으로 하는 MIMO 검파를 위한 방법.
The method of claim 1,
Updating the dual variable as the transmission signal and the variable is updated,
Form an augmented Lagrange of the MIMO detection problem and combine linear and quadratic terms to transform the ADMM format into a useful format using scale duality variables, converging minimization for the two variables, the transmitted signal and the variable Repeating alternately until
Method for detecting MIMO, characterized in that.
삭제delete MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 검파를 위한 수신 신호와 채널을 획득하는 획득부;
획득한 상기 수신 신호와 상기 채널을 이용하여 MIMO 검파 문제를 두 변수를 사용하는 ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers) 형식으로 바꾸고, 목적 함수를 송신 신호 및 변수로 분리한 후 알고리즘을 이용하여 상기 변수와 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 송신 신호에 대해 증강 라그랑주를 최소화함에 따라 상기 송신 신호를 최소화시키도록 갱신하며, 상기 송신 신호와 상기 스케일 쌍대 변수를 고정시키고 상기 변수에 대한 사영 함수를 최소화하여 상기 송신 신호가 갱신됨에 따라 알고리즘을 이용하여 상기 변수를 최소화시키도록 갱신하는 최소화부;
상기 송신 신호 및 상기 변수가 갱신됨에 따라 쌍대(dual) 변수를 갱신하는 쌍대 변수부; 및
기설정된 정지 조건을 만족할 때까지 반복적으로 최소화시키도록 동작하여 최종적으로 송신 신호를 추정하는 판단부
를 포함하고,
상기 쌍대 변수부는,
상기 송신 신호와 상기 변수가 같을 경우에 해당하는 쌍대 변수에 양수인 페널티(penalty) 파라미터의 역수를 곱한 스케일 쌍대 변수를 갱신하며, 상기 ADMM 형식의 해의 수렴성은 상기 페널티 파라미터의 값에 강하게 종속되고,
안테나 개수가 증가하는 경우, 연산 복잡도는 높아지지만 보다 적은 횟수로 알고리즘이 수렴함에 따라 낮은 복잡도를 가지며, 수신 측에서 상기 수신 신호와 상기 채널의 행렬을 이용하여 상기 송신 신호를 복원하는 것
을 특징으로 하는 MIMO 검파를 위한 장치.
An acquisition unit for acquiring a received signal and a channel for multiple-input multiple-output (MIMO) detection;
Using the received signal and the channel, the MIMO detection problem is transformed into an alternating direction method of multipliers (ADMM) format using two variables, the objective function is separated into a transmission signal and a variable, and then the Update to minimize the transmission signal by fixing a scale dual variable and minimizing augmented Lagrange for the transmission signal, fixing the transmission signal and the scale dual variable and minimizing the projection function for the variable A minimizing unit for updating to minimize the variable using an algorithm as is updated;
A dual variable unit for updating a dual variable as the transmission signal and the variable are updated; And
Determination unit that is operated to repeatedly minimize until the predetermined stop condition is satisfied to finally estimate the transmission signal
Including,
The dual variable portion,
Update a scale binary variable multiplied by an inverse of a positive penalty parameter corresponding to a dual variable corresponding to the case where the transmission signal and the variable are equal, the convergence of the solution of the ADMM format is strongly dependent on the value of the penalty parameter,
When the number of antennas increases, the computational complexity increases but has a low complexity as the algorithm converges in a smaller number of times, and the receiving side restores the transmission signal using the matrix of the received signal and the channel.
Apparatus for detecting MIMO, characterized in that.
제5항에 있어서,
상기 쌍대 변수부는,
상기 MIMO 검파 문제의 증강 라그랑주를 형성하고 선형항 및 2차항을 결합시켜, 스케일 쌍대 변수를 사용하여 상기 ADMM 형식을 유용한 형식으로 변형하며, 상기 두 변수인 상기 송신 신호 및 상기 변수에 대해 최소화를 수렴할 때까지 교대로 반복하는 것
을 특징으로 하는 MIMO 검파를 위한 장치.
The method of claim 5,
The dual variable portion,
Form an augmented Lagrange of the MIMO detection problem and combine linear and quadratic terms to transform the ADMM format into a useful format using scale duality variables, converging minimization for the two variables, the transmitted signal and the variable Repeating alternately until
Apparatus for detecting MIMO, characterized in that.
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