KR102080915B1 - Ｍｉｍｏ 채널을 구비하는 통신 시스템 내의 신호의 반복적인 검출 및 디코딩을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

MIMO에 기반한 기술을 사용하는 통신 장치의 신호 수신 방법이 개시된다. 통신 장치 내에서 신호는 반복적으로 검출 및 디코드된다. QAM 심볼들의 검출은 2 개의 단계들을 통해 완료된다.

Description

ＭＩＭＯ 채널을 구비하는 통신 시스템 내의 신호의 반복적인 검출 및 디코딩을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF ITERATIVE DETECTION AND DECODING OF SIGNAL IN COMMUNICATION SYSTEMS WITH MIMO CHANNEL}
MIMO는 무선 통신의 용량(capacity)을 향상시키기 위한 스마트 안테나 기술이다. MIMO 시스템들은 무선 통신 시스템들의 분야 내에서의 새로운 방향에 속한다.
MIMO는 기지국 및/또는 단말에 다수의 안테나들을 사용함으로써, 사용된 안테나 들의 개수에 비례하여 용량을 향상시킬 수 있다.
MIMO 시스템들은 동일한 주파수 대역 내에서의 복수의 다양한 채널들을 통해 신호를 병렬로 전송할 수 있다. MIMO 시스템들은 이러한 병렬의 선호의 전송에 기인하여, 매우 높은 스펙트럼 효율(spectral efficiency)을 구현할 수 있다.
일 측면에 있어서, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 MIMO 채널을 구비한 통신 장치에 있어서, 상기 MIMO 채널을 통과한 수신된 신호들에 기반하여 QAM 심볼들을 추정하는 MMSE 검출기, 추정된 상기 QAM 심볼들을 복조하고 상기 QAM 심볼들의 인코드된 비트들의 제1 사후 확률을 추정하는 QAM 복조기, 상기 제1 사후 확률로부터 상기 인코드된 비트들의 제1 사전 확률을 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정을 획득하는 제1 모듈, 상기 연성 추정에 기반하여 상기 인코드된 비트들을 디코딩하고 상기 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률을 획득하는 채널 디코더, 상기 개선된 사후 확률에 기반하여 제2 사전 확률을 획득하는 제2 모듈 - 상기 제2 사전 확률은 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률임 -; 및 상기 개선된 사후 확률에 기반하여 정보 비트들의 경성 추정들의 시퀀스를 형성하는 경판정 추정기(hard decisions estimator)를 포함하는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치가 제공된다.
상기 제1 사후 확률은 상기 인코드된 비트들의 사후 확률의 로그비일 수 있다.
상기 제1 사전 확률은 상기 인코드된 비트들의 사전 확률의 로그비일 수 있다.
상기 제1 사전 확률은 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트가 1일 경우의 확률에 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트가 -1일 경우의 확률을 나눈 값에 자연로그를 취한 값일 수 있다.
상기 n은 1 이상 N 이하의 정수일 수 있다.
상기 k는 1 이상 K 이하의 정수일 수 있다.
상기 N은 QAM 심볼의 개수일 수 있다.
상기 K는 QAM 심볼 내의 비트들의 개수일 수 있다.
상기 개선된 사후 확률은 개선된 사후 확률의 로그비일 수 있다.
상기 개선된 사후 확률로부터 상기 연성 추정을 제거함으로써 상기 제2 사전 확률을 획득할 수 있다.
상기 제1 모듈은, 상기 개선된 사후 확률이 추정된 횟수가 한 번 이상인 경우, 상기 제2 사전 확률을 상기 제1 사전 확률로 사용하여 다음의 반복 사이클에서 개선된 사후 확률을 획득할 수 있다.
상기 통신 장치는, 상기 개선된 사후 확률에 기반하여 상기 QAM 심볼들의 제1 기대치 및 제1 분산을 획득하는 재-변조기를 더 포함할 수 있다.
상기 통신 장치는, 상기 제1 분산을 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산과 비교하는 제3 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 모듈은 상기 비교에 기반하여 상기 MMSE 검출기에 대한 새로운 입력 파라미터들을 생성할 수 있다.
상기 새로운 입력 파라미터들은 제2 기대치 및 제2 분산을 포함할 수 있다.
상기 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산은 제3 분산일 수 있다.
상기 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 기대치는 제3 기대치일 수 있다.
상기 제3 모듈은 상기 비교에 의해, 상기 제1 분산이 상기 제3 분산 미만이면 상기 제1 기대치, 상기 제1 분산, 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여, 상기 제2 기대치를 획득할 수 있다.
상기 제3 모듈은 상기 비교에 의해, 상기 제1 분산이 상기 제3 분산 미만이면 상기 제1 분산 및 상기 제3 분산에 기반하여 상기 제2 분산을 획득할 수 있다.
상기 제3 모듈은 상기 비교에 의해, 상기 제1 분산이 상기 제3 분산 이상이면 상기 이전의 반복 사이클에서 획득된 제2 기대치 및 제2 분산을 각각 이번 반복 사이클에서의 제2 기대치 및 제2 분산으로서 획득할 수 있다.
상기 MMSE 검출기는, 상기 MMSE 검출기로 수신된 QAM 심볼들의 심볼 벡터에 MMSE 선형 필터를 적용함으로써 상기 심볼 벡터의 MMSE 추정 기대치 및 MMSE 추정 분산을 획득할 수 있다.
상기 MMSE 검출기는, 상기 제2 기대치, 상기 제2 분산, 상기 MMSE 추정 기대치 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치를 획득할 수 있다.
상기 MMSE 검출기는, 상기 제2 분산 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 상기 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 분산을 획득할 수 있다.
상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 획득됨으로써 상기 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼이 추정될 수 있다.
상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산은 상기 다음의 반복 사이클에서 상기 QAM 복조기로 입력될 수 있다.
상기 QAM 복조기는 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여 제1 사후 확률을 추정할 수 있다.
상기 MMSE 검출기가 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산을 최초로 획득하는 경우, 상기 제2 기대치는 0이고, 상기 제2 분산은 단위 분산일 수 있다.
상기 통신 장치는 디-인터리버 및 인터리버를 더 포함할 수 있다.
상기 디-인터리버는 상기 인코드된 비트들이 상기 채널 디코더로 입력되기 전에 상기 인코드된 비트들을 디-인터리브할 수 있다.
상기 인터리버는 상기 채널 디코더로부터 출력된 연성 비트들을 인터리빙할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 MIMO 채널을 구비한 통신 장치가 수행하는, 상기 MIMO 채널을 통해 수신된 신호들에 기반하여 QAM 심볼들을 추정하는 단계, 추정된 상기 QAM 심볼을 복조하고 상기 QAM 심볼의 인코드된 비트들의 제1 사후 확률을 추정하는 단계, 상기 제1 사후 확률로부터 상기 인코드된 비트들의 제1 사전 확률을 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정을 획득하는 단계, 상기 연성 추정에 기반하여 상기 인코드된 비트들을 디코딩하고 상기 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률을 획득하는 단계, 상기 개선된 사후 확률에 기반하여 제2 사전 확률을 획득하는 단계 - 상기 제2 사전 확률은 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률임 -; 및 상기 개선된 사후 확률에 기반하여 정보 비트들의 경성 추정들의 시퀀스를 형성하는 단계를 포함하는, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법이 제공된다.
상기 제1 사후 확률은 상기 인코드된 비트들의 사후 확률의 로그비일 수 있다.
상기 제1 사전 확률은 상기 인코드된 비트들의 사전 확률의 로그비일 수 있다.
상기 개선된 사후 확률은 개선된 사후 확률의 로그비일 수 있다.
상기 제2 사전 확률을 획득하는 단계는, 상기 개선된 사후 확률로부터 상기 연성 추정을 제거함으로써 상기 제2 사전 확률을 추정할 수 있다.
상기 개선된 사후 확률이 추정된 횟수가 한 번 이상인 경우, 상기 개선된 사후 확률을 획득하는 단계는, 상기 제2 사전 확률을 상기 제1 사전 확률로 사용하여 다음의 반복 사이클에서 개선된 사후 확률을 획득할 수 있다.
상기 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법은, 상기 개선된 사후 확률에 기반하여 상기 QAM 심볼들의 제1 기대치 및 제1 분산을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법은, 상기 제1 분산을 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법은, 상기 비교에 기반하여 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼들의 추정을 위한 새로운 입력 파라미터들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 새로운 입력 파라미터들은 제2 기대치 및 제2 분산을 포함할 수 있다.
상기 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산은 제3 분산일 수 있다.
상기 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 기대치는 제3 기대치일 수 있다.
상기 비교하는 단계는, 상기 제1 분산이 상기 제3 분산 미만이면 상기 제1 기대치, 상기 제1 분산, 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여, 상기 제2 기대치를 획득할 수 있다.
상기 비교하는 단계는, 상기 제1 분산이 상기 제3 분산 미만이면 상기 제1 분산 및 상기 제3 분산에 기반하여 상기 제2 분산을 획득할 수 있다.
상기 비교하는 단계는, 상기 제1 분산이 상기 제3 분산 이상이면 상기 이전의 반복 사이클에서 획득된 제2 기대치 및 제2 분산을 각각 이번 반복 사이클에서의 제2 기대치 및 제2 분산으로서 획득할 수 있다.
상기 QAM 심볼들을 추정하는 단계는, 수신된 QAM 심볼들의 심볼 벡터에 MMSE 선형 필터를 적용함으로써 상기 심볼 벡터의 MMSE 추정 기대치 및 MMSE 추정 분산을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 QAM 심볼들을 추정하는 단계는, 상기 제2 기대치, 상기 제2 분산, 상기 MMSE 추정 기대치 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치를 획득하고, 상기 제2 분산 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 상기 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 분산을 획득할 수 있다.
상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 획득됨으로써 상기 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼이 추정될 수 있다.
상기 제1 사후 확률을 추정하는 단계는, 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여 상기 제1 사후 확률을 추정할 수 있다.
상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 최초로 획득되는 경우, 상기 제2 기대치는 0일 수 있다.
기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 최초로 획득되는 경우, 상기 제2 분산은 단위 분산일 수 있다.
도 1은 신호를 생성하는 MIMO 채널을 구비한 전송 장치의 구조도이다.
도 2는 MIMO 채널을 구비한 수신 장치의 구조도이다.
도 3은 반복적인 검출 및 디코딩을 수행하는 수신 장치의 구조도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 MIMO 채널을 구비한 통신 장치의 신호의 반복적인 검출 및 디코딩 방법의 흐름도이다.
도 5는 일 예에 따른 QAM 심볼의 추정의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호의 반복적인 검출 및 디코딩을 수행하는 MIMO 채널을 구비한 통신 장치의 블록도이다.
도 7은 일 예에 따른 3 가지 유형의 검출기 및 복조기들의 성능을 나타낸다.
도 8은 일 예에 따른 3 가지 유형의 검출기 및 복조기들의 성능을 나타낸다.
MIMO에 의한 신호들에 대하여 다양한 전송의 모드들이 사용될 수 있다. MIMO에 의한 신호들의 전송의 모드들 중 가장 널리 보급된 하나는 브이-블라스트(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time; V-BLAST) 아키텍처이다.
공간 다중 방식(spatial multiplexing)으로서 알려진 브이-블라스트 아키텍처에서 신호는 하나 이상의 병렬 스트림들로 분할될 수 있다. 분할된 병렬 스트림들은 전송 안테나들 및 수신 안테나들의 세트(set) 간에 형성된 복수의 공간 채널들에 의해 전송될 수 있다.
MIMO 시스템은 하기의 수학식 1의 행렬 방정식에 의해 주파수 도메인(frequency domain) 내에서 설명될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00001
Y는, MIMO 검출기의 입력 상의, 복소값 신호의 M 차원의 벡터일 수 있다. Y는 MIMO 채널의 출력 샘플들의 벡터로 간주될 수 있다. X는 전송기(transmitter) 내의 전송된 변조된 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation; QAM) 심볼들의 N 차원의 벡터일 수 있다. X는 MIMO 채널의 입력 샘플들의 벡터로 간주될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00002
는 복소 잡음의 값들의 벡터일 수 있다. H는 MIMO 채널의 복소 채널 행렬일 수 있다. H의 크기는 M*N일 수 있다. M 및 N은 각각 1 이상의 정수일 수 있다.
공간 다중 방식을 사용하여 신호가 전송될 때, 상이한 병렬 데이터 스트림들 간의 상호 간섭(mutual interference)이 발생할 수 있다. 따라서, 외부 잡음 및 상호 간섭의 조건에서의 신호 검출, 변조 및 디코딩의 효율적인 방법들을 설계하는 작업이 발생할 수 있다. 신호 검출의 가장 완벽한 방법은 최대 우도(Maximum Likelihood; ML)법(method)일 수 있다. 최대 우도법은 심볼들의 모든 가능한 조합들의 확률을 추정할 수 있다. 최대 우도법의 주 결점은, 동시에 전송되는 스트림들의 숫자에 대해 기하 급수적으로 올라가는, 최대 우도법의 높은 복잡성일 수 있다. 상호 간섭의 저감(mitigation)에 기인하는(due to) 신호 검출의 많은 대안적인 방법들이 존재할 수 있다. 대중적인(popular) 방법들로는 제로 포싱(Zero Forcing; ZF)법 및 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error; MMSE)법은 간섭 저감을 위해 사용되는 가장 대중적인(popular) 방법들일 수 있다. ZF법은 수신기 내의 평균 간섭 전력(power)을 최소화하는 방법일 수 있다. MMSE법은 추정의 평균 제곱 오차를 최소화하는 방법일 수 있다.
MMSE법의 경우 수학식 1은 수학식 2로서 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00003
여기서,
Figure 112013093314435-pat00004
는 수학식 3으로 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00005
Figure 112013093314435-pat00006
는 선형 변환(linear transformation)의 MMSE 필터 행렬일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00007
는 잡음 분산일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00008
는 신호 전력의 평균값일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00009
은 N*N의 크기의 항등 행렬일 수 있다. N은 1 이상의 정수일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00010
는 전송된 QAM 심볼들의 MMSE 추정의 벡터일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00011
는 MMSE 해(solution)일 수 있다.
ZF법 및 MMSE법들은 상대적으로 낮은 실현 복잡성을 갖지만 수신된 심볼 추정의 정확성 및 최종적으로 메시지 내의 잘못된(incorrect) 비트들의 수신의 확률(비트 오류율)에 있어서 ML법과 비교해 상당한 저하를 나타낼 수 있다.
공간 다중화 방식의 현대의 디지털 통신 시스템들은 신호 전송 데이터 전송의 효율 및 품질을 개선시키는 신호의 전송 및 수신의 다른 방법들을 널리 제안할 수 있다. 특히, 전송 디바이스 내의 디지털 데이터의 채널 인코딩의 방법들 및 수신기 내의 디지털 데이터의 대응하는 디코딩은 이러한 방법들 내에서 널리 적용될 수 있다. 또한, 이들 방법들은 용어 "인터리빙(interleaving)"에 의해 가리켜지는, 데이터 스크램블링(scrambling) 및 데이터의 인터리빙을 사용할 수 있다. 인터리빙은 공간-시간-주파수 연속체 내의 더 효율적인 전송된 신호 분포를 유도할 수 있다(lead for). 더 효율적인 전송된 신호 분포는 최종적으로 데이터 전송의 품질을 개선시킬 수 있다.
반복적인 신호 검출 및 디코딩의 방법들에서, 합동의(joint) 검출 및 디코딩이 공통의 반복적인 프로세스 내에서 수행될 수 있다. 이러한 방법들은 터보(Turbo) 프로세싱 방법들이라고 불릴 수 있다.
통신 시스템에 있어서, 디지털 데이터는 채널 코더(coder) 내의 코딩 프로시듀어(procedure)로 드러날(exposed) 수 있다. 채널 코더에서, 정보 비트들의 최초의 입력 시퀀스는 출력 시퀀스로 변환될 수 있다. 상기의 출력 시퀀스는 추가적인 패리티 체크 비트들을 포함할 수 있다.
디지털 통신 시스템들 내에 사용되는 채널 코드들의 다양한 형식들이 존재할 수 있다. 널리 실용적으로 적용되는 코드들로서, 컨벌루젼(Convolution) 코드들, 터보(Turbo) 코드들 및 저밀도 패리티 체크(Low Density Parity Check Codes; LDPC) 코드들이 예시될 수 있다.
인코딩 후에, 데이터는 인터리브될 수 있고, 변조될 수 있고, 공간적으로 역다중화될 수 있고(spatially de-multiplexed), 디지털 신호로부터 아날로그 신호로 변환될 수 있고, 주파수 변환될 수 있고(frequency converted), 증폭될 수 있고, 복수의 송신기(transmitter)의 안테나(antenna)들에 의해 공간적으로 전송될 수 있다.
도 1은 신호를 생성하는 MIMO 채널을 구비한 전송 장치의 구조도이다.
도 1은 MIMO 채널을 구비한 시스템 내에서의 신호 생성의 설계를 나타낼 수 있다.
전송 장치(100)는 채널 코더(101), 인터리버(103), 변조기(105), 디-멀티플렉서(107) 및 복수의 전송기들을 포함할 수 있다. N 개의 전송기들로서, 제1 전송기(109a) 및 제2 전송기(109b)가 도시되었다. N은 전송기들의 개수일 수 있고, 2 이상의 정수일 수 있다.
입력 데이터는 비트들일 수 있다. 말하자면, 입력 데이터는 입력 정보 비트들일 수 있다.
채널 코더(101)는 입력 정보 비트들을 변환함으로써 인코드된 비트들을 생성할 수 있다.
인터리버(103)는 인코드된 비트들을 인터리빙함으로써 인터리브된 인코드된 비트들을 생성할 수 있다.
변조기(105)는 인터리브된 인코드된 비트들을 변조함으로써 변조된 데이터를 생성할 수 있다. 변조된 데이터는 인터리브된 인코드된 비트들이 변조된 결과일 수 있다. 변조기(105)는 맵퍼(mapper)일 수 있다.
디-멀티플렉서(107)는 변조된 데이터를 역다중화함으로써 변조된 데이터를 복수의 공간적인 스트림들로 분할할 수 있다.
복수의 전송기들의 각 전송기는, 복수의 공간적인 스트림들의 각 공간적인 스트림을 아날로그 신호로 변환(transform)할 수 있다. 각 전송기는 아날로그 신호의 반송 주파수를 전환(conversion)할 수 있고, 아날로그 신호를 증폭할 수 있다. 상기의 변환, 전환 및 증폭 후, 복수의 전송기들은 아날로그 신호들을 각각 전송할 수 있다.
도 1에 대응하는 수신 장치가 하기에서 도 2를 참조하여 상세히 설명된다.
도 2는 MIMO 채널을 구비한 수신 장치의 구조도이다.
도 2는 MIMO 채널을 구비한 수신 장치 내에서의 신호 수신의 설계를 나타낼 수 있다.
수신 장치(200)는 복수의 수신기들, MIMO 검출기(203), 복조기(205), 디-인터리버(de-interleaver)(207) 및 채널 디코더(209)를 포함할 수 있다. 복수의 수신기들로서, 제1 수신기(201a) 및 제2 수신기(201b)가 도시되었다. 복수의 수신기들은 M개일 수 있다. M은 2 이상의 정수일 수 있다.
복수의 수신기들은 전송된 신호들을 각각 수신할 수 있다. 복수의 수신기들의 각 수신기는 전송된 신호들의 각 전송된 신호를 수신할 수 있고, 수신된 신호를 증폭할 수 있고, 수신된 신호를 반송 주파수를 사용함으로써 변환할 수 있고, 수신된 신호를 필터링할 수 있고, 수신된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기의 수신, 증폭, 반송 주파수를 사용하는 변환, 필터링 및 디지털 신호로의 변환은 전송된 신호들의 각 전송된 신호에 대해서, 대응하는 수신기에서 순차적으로 수행될 수 있다.
복수의 수신기들로부터 출력된 디지털 신호들은 MIMO 검출기(203)로 전송될 수 있다. MIMO 검출기(203)는 디지털 신호들에 대한 보조 MIMO 검출을 수행함으로써 디지털 신호를 출력할 수 있다. MIMO 검출기(203)는 디지털 신호들에서 다차원의 입력 신호를 검출할 수 있다.
복조기(205)는 MIMO 검출기(203)에 의해 처리된 디지털 신호를 복조함으로써 복조된 디지털 신호를 생성할 수 있다.
디-인터리버(207)는 복조된 디지털 신호를 디-인터리브함으로써 디-인터리브된 디지털 신호를 생성할 수 있다.
채널 디코더(209)는 디-인터리브된 디지털 신호를 디코딩함으로써 출력 데이터를 생성할 수 있다.
출력 데이터는 도 1을 참조하여 전술된 입력 데이터 및 입력 정보 비트들에 대응할 수 있다. 디-인터리브된 디지털 신호는 도 1을 참조하여 전술된 인코드된 비트들에 대응할 수 있다. 복조된 디지털 신호는 도 1을 참조하여 전술된 인터리브된 인코드된 비트들에 대응할 수 있다. MIMO 검출기(203)로부터 출력된 디지털 신호는 도 1을 참조하여 전술된 변조된 데이터에 대응할 수 있다. 복수의 수신기들로부터 출력된 디지털 신호들은 도 1을 참조하여 전술된 복수의 공간적인 스트림들에 대응할 수 있다. 복수의 수신기들에 의해 수신된 신호들은 도 1을 참조하여 전술된 복수의 전송기들로부터 전송된 아날로그 신호들에 대응할 수 있다.
도 3은 반복적인 검출 및 디코딩을 수행하는 수신 장치의 구조도이다.
도 3은 MIMO 채널을 구비한 시스템 내에서의 반복적인 검출 및 디코딩을 수행하는 수신 장치(300)의 블록도이다.
수신 장치(300)는 도 2를 참조하여 전술된 수신 장치(200)에 대응할 수 있다. 특히, 수신 장치(300) 및 수신 장치(200)에 있어서, 동일 또는 유사한 명칭을 갖는 구성 요소들은 서로 동일하거나 유사한 기능을 수행할 수 있다.
수신 장치(300)는 복수의 수신기들, MIMO 검출기(304), 디-인터리버(307), 채널 디코더(309), 인터리버(311) 및 경판정 추정기(hard decisions estimator)(313)를 포함할 수 있다. MIMO 검출기(304)는 디-맵퍼(de-mapper)(303) 및 복조기(305)를 포함할 수 있다. 복수의 수신기들로서, 제1 수신기(301a) 및 제2 수신기(301b)가 도시되었다. 복수의 수신기들은 M개일 수 있다. M은 2 이상의 정수일 수 있다.
복수의 수신기들은 전송된 신호들을 각각 수신할 수 있다. 복수의 수신기들의 각 수신기는 전송된 신호들의 각 전송된 신호를 수신할 수 있고, 수신된 신호를 증폭할 수 있고, 수신된 신호를 반송 주파수를 사용함으로써 변환할 수 있고, 수신된 신호를 필터링할 수 있고, 수신된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기의 수신, 증폭, 반송 주파수를 사용하는 변환, 필터링 및 디지털 신호로의 변환은 전송된 신호들의 각 전송된 신호에 대해서, 대응하는 수신기에서 순차적으로 수행될 수 있다.
복수의 수신기들로부터 출력된 디지털 신호들은 디-맵퍼(303)의 MIMO 검출기(304)로 전송될 수 있다.
MIMO 검출기(304)는 디지털 신호들로부터 다차원의 입력 신호를 검출할 수 있다.
복조기(305)는 검출된 다차원의 입력 신호를 복조함으로써 인코드된 비트들을 생성할 수 있다. 복조기(305)는 인코드된 비트들 확률(encoded bits probability)의 제1 추정을 수행할 수 있다. 복조기(305)는 로그 우도율(Logarithm Likelihood Ratio; LLR) 또는 사후 확률들의 로그비(Logarithm Ratio of Posterior Probabilities)를 사용함으로써 제1 추정을 수행할 수 있다.
MIMO 검출기(304) 및 복조기(305)는 합동의 모듈인 디-맵퍼(303) 내에서 결합될 수 있다.
복수의 수신기들로부터 출력된 디지털 신호들은 디-맵퍼(303)의 입력 데이터일 수 있다. 디-맵퍼(303)는 입력 데이터와 함께, 인코드된 비트들(말하자면, 인코드된 비트들을 포함하는 QAM 심볼들)에 대한 사전 정보(prior information)를 수신할 수 있다. 사전 정보는 인터리버(311)로부터 출력될 수 있다. 인코드된 비트들에 대한 사전 정보는 인코드된 비트들에 대한 사전 확률을 포함할 수 있다. 확률 추정 후의 인코드된 비트들(말하자면, 사후 확률들의 로그비)은 연성(soft) 비트들일 수 있다.
연성 비트들은 디-인터리버(307)로 입력될 수 있다. 디-인터리버는 연성 비트들을 디-인터리브할 수 있고, 디-인터리브된 연성 비트들을 출력할 수 있다. 디-인터리브된 연성 비트들은 채널 디코더(309)로 입력될 수 있다.
채널 디코더(309)는 정보 비트들의 사후 확률의 추정(말하자면, 사후 확률들의 로그비)을 수행할 수 있다. 상기의 정보 비트들은, 사용된 코드의 파라미터들에 기반하여, 채널 디코더(309)의 제1 출력(말하자면, 주 출력) 상에 형성될 수 있다. 또한, 채널 디코더(309)는 채널 디코더(309)의 제2 출력 상의 인코드된 비트들의 확률들의 값을 향상시킬 수 있다. 말하자면, 채널 디코더(309)는 인코드된 비트들의 개선된 연성 추정을 형성할 수 있다.
채널 디코더(309)의 제1 출력은 정보 비트들의 연성 추정을 포함할 수 있다. 경판정 추정기(313)는 정보 비트들의 연성 추정을 경성 추정들로 변환할 수 있다. 경성 추정들로의 변환에 의해 출력 데이터가 생성될 수 있다.
경판정 추정기(313)의 출력은 MIMO 채널을 구비한 통신 장치의 공통(common) 출력일 수 있다.
채널 디코더(309)의 제2 출력은 개선된 인코드된 비트들의 연성 추정들을 포함할 수 있다.
채널 디코더(309)의 입력에서 인코드된 비트들의 연성 추정들의 형태로서 존재하는 정보로부터 개선된 인코드된 비트들의 연성 추정들이 제거된 후에, 인터리버(311)는 개선된 인코드된 비트들의 연성 추정들을 인터리빙할 수 있다. 인터리브된 개선된 인코드된 비트들의 연성 추정은 다음의 반복에 대한 사전 정보로서 디-맵퍼(304)의 보조 입력으로 출력될 수 있다.
실시예에서, MIMO 검출기(304) 및 복조기(305)는 밀접하게 통합될 수 있다. MIMO 검출기(304) 및 복조기(305)는 하나의 합동의 모듈인 디-맵퍼(303) 내에서 결합될 수 있다.
예컨대, 구면 검출법(spherical detection method)이 사용될 때, 사전 정보는 사후 정보의 계산(computation)에 참여하는 심볼-후보(symbols-candidate)들의 개수를 감소시키기 위해, MIMO 검출기(304)로 입력될 수 있다.
예컨대, ML 검출기 등 다른 방법이 사용될 때, 사전 정보는 복조기(305)로 입력될 수 있다.
다음의 반복에서, MIMO 검출기(304) 및 복조기(305)는 인코드된 비트들의 사후 확률의 새로운 추정(말하자면, 사후 확률들의 로그비)을 생성할 수 있다. 새로운 추정으로부터 사전 정보(말하자면, 사전 확률들의 로그비)가 제거된 후, 디-인터리버(307)는 사전 정보가 제거된 새로운 추정을 디-인터리빙할 수 있다. 채널 디코더(309)는 디-인터리브된 새로운 추정을 디코딩할 수 있다. 새로운 추정은 한번 더 디-인터리브될 수 있고, 디코드될 수 있다. MIMO 검출기(304)에 의한 검출 내지 채널 디코더(309)의 디코딩의 반복되는 절차를 되풀이(repeat)하는 것은 인코드된 비트들의 추정들의 신뢰도의 개선을 유도할 수 있다. 신뢰도의 개선을 통해, 정보 비트들의 경성 추정들의 최종 시퀀스는 전송된 시퀀스에 더 높은 확률로 매치될 수 있다. 여기서, 최종 시퀀스는 수신 장치(300)의 출력 데이터에 대응할 수 있다. 수신 장치(300)의 출력 데이터는 전송 장치(100)의 입력 데이터에 대응할 수 있다.
MIMO를 구비한 전송 장치 및 수신 장치의 반복되는 검출 및 디코딩을 구현하기 위해, 하나 이상의 방법들이 사용될 수 있다. 반복적인 검출 및 디코딩을 한 다양한 방법들이 실시예들의 프로토타입으로서 선택될 수 있다.
신호의 수신 및 프로세싱의 설계는 도 3의 설계에 대응할 수 있다.
따라서 MIMO 검출기(304)에 의한 처리의 이후에, 수학식 4의 ML 알고리즘에 따라 사후 확률의 추정이 수행될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00012
Figure 112013093314435-pat00013
는 LLR 값일 수 있다. n은 1 이상 N 이하의 값일 수 있다. k는 1 이상 K 이하의 값일 수 있다. K는 성상도(constellation)
Figure 112013093314435-pat00014
에 의해 정의된 QAM 심볼 내의 비트들의 개수일 수 있다. 성상도에 대한 합 계산(summing)은 심볼들의 모든 가능한 조합들을 통해 수행될 수 있다. 성상도는 +1 또는 -1에 동등한 비트를 포함할 수 있다. +1 및 -1은 초기 비트 값들인 0 및 1 에 대응할 수 있다. 수학식 4 내의 두 번째 피가수(summand)는 사전 확률들의 로그비를 정의할 수 있다. 각 수신 안테나에 대한
Figure 112013093314435-pat00015
는 유클리드 거리(Euclidian distance) 값일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00016
는 하기의 수학식 5에 의해 정의될 수 있다. m은 수신 안테나의 개수로서 1 이상 N 이하의 값일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00017
은 제 m번째 수신 안테나에 대한 유클리드 거리 값일 수 있다
Figure 112013093314435-pat00018
Figure 112013093314435-pat00019
의 계산에 관여하는(engaged in) 가능한 심볼들의 개수는,
Figure 112013093314435-pat00020
개의 전송 안테나들의 개수와 관련하여 기하 급수적으로 증가할 수 있다. 이러한 증가는 전술된 접근법의 실행을 불가능하게 할 수 있다.
MIMO 검출은 간섭 저감의 프로시듀어(procedure)를 사용할 수 있다. 종래의 간섭 저감을 사용하는 MIMO 검출의 간략화된 프로시듀어가 사용될 수 있다. (M-N+1)*N의 크기의 행렬
Figure 112013093314435-pat00021
에 의해 남겨진 벡터 Y를 곱하는 것이 제안될 수 있다. 남겨진 벡터 Y를 곱하는 것은 하나를 제외한 모든 전송된 심볼들(말하자면, 모든 전송 안테나들로부터의 심볼들)을 0으로 만들 수 있다.
LLR 계산에 대한 결과로서, (M-N+1)*K개의 유클리드 거리들을 계산하는 것만이 요구될 수 있다. M의 값 및 N의 값이 동일한 경우(말하자면, 전송 안테나들의 개수 및 수신 안테나들의 개수가 동일한 경우), 제안된 접근법은 ZF법과 매치할 수 있다. 또한, ZF법은 ML 검출기를 사용하는 접근법에 비해 상당한 성능 저하를 나타낼 수 있으며, MMSE 입력 신호의 선형 필터링(filtration)의 또 다른 다소 간단한 방법을 심각하게(seriously) 잃을 수 있다.
후술될 실시예들은 MIMO 채널을 구비한 통신 장치들 내에서 신호를 반복적으로 검출하고, 디코딩할 수 있다.
MIMO 채널을 구비한 통신 장치는 개선된 수신 특성을 가질 수 있다. MIMO 채널을 구비한 통신 장치는 실시예들은 디코드된 정보 비트들에 대해 더 낮은 비트 오류율 값들을 제공할 수 있다. MIMO 채널을 구비한 통신 장치의 복잡성은 개별적으로(separately) 사용되는 MMSE의 MIMO 검출의 복잡성 및 채널 디코딩의 복잡성의 단순한 합에 더 가까운 복잡성을 가질 수 있다. MIMO 채널을 구비한 통신 장치의 복잡성은, 반복적인 처리 내에서 사용되는, 피드백이 없는 복잡성일 수 있다,
하기에서, 상술된 기술적인 결과를 달성할 수 있는 MIMO 채널을 구비한 통신 장치에 대하여 상세히 설명된다.
도 4는 일 실시예에 따른 MIMO 채널을 구비한 통신 장치의 신호의 반복적인 검출 및 디코딩 방법의 흐름도이다.
단계(410)에서, 복수의 수신 안테나들은 신호들을 각각 수신할 수 있다. 수신된 신호들은 각각 전송된 QAM 심볼들에 의해 변조된 신호일 수 있다.
단계(420)에서, 복수의 수신 안테나들은 수신된 신호들의 다운-컨버전(down-conversion)을 각각 수행할 수 있다. 수행된 다운-컨버전은 0(zero) 반송 주파수(carrier frequency)로의 다운-컨버전일 수 있다. 복수의 수신 안테나들은 다운-컨버전의 수행을 통해 다운-컨버전된 신호들을 생성할 수 있다.
단계(430)에서, MMSE 검출기는 다운-컨버전된 신호들의 샘플들을 형성(form)할 수 있다. MMSE 검출기는, 양자화 및 디지털화를 통해, 수신된 다운-컨버전된 신호들의 샘플들을 구성할 수 있다.
다운-컨버전된 신호들의 샘플들은 MIMO 채널을 통과(pass through)하는 신호들로 간주될 수 있다.
다운-컨버전된 신호들의 샘플들은 하기의 수학식 6에 기반하여 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00022
Y는 MIMO 채널을 통과한 신호의 M 차원의 벡터일 수 있다. X는 MIMO 채널으로 입력된 신호의 N 차원의 벡터일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00023
는 잡음 샘플들의 M 차원의 벡터이고, H는 MIMO 채널 행렬일 수 있다. H의 크기는 M*N일 수 있다. 샘플링 주파수는 QAM 심볼들의 되풀이(repetition) 주파수와 같다고 가정될 수 있다. 따라서 MIMO 채널으로 입력된 신호의 벡터는 전송된 QAM 심볼들의 벡터일 수 있다.
단계(435)에서, MMSE 검출기는 MIMO 채널을 통과한 수신된 신호들을 사용함으로써 MIMO 채널 행렬 H, 잡음 분산
Figure 112013093314435-pat00024
및 평균 신호 전력
Figure 112013093314435-pat00025
를 추정할 수 있다.
단계(440)에서, MMSE 검출기는 MIMO 채널을 통과한 수신된 신호들에 기반하여 QAM 심볼들을 추정할 수 있다. QAM 심볼들을 추정은 QAM 심볼들을 검출하는 것일 수 있다. QAM 심볼들을 추정하는 방법에 대해서는 후술될 도 5를 참조하여 더 자세하게 설명된다.
단계(445)에서, QAM 복조기는 MMSE 검출기로부터 검출된 QAM 심볼들 복조할 수 있다.
QAM 복조기는 QAM 심볼들의 인코드된 비트들의 제1 사후 확률을 추정할 수 있다. QAM 복조기는 입력된
Figure 112013093314435-pat00026
및
Figure 112013093314435-pat00027
에 기반하여 제1 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00028
를 추정할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00029
및
Figure 112013093314435-pat00030
는 각각 후술될 제3 기대치 및 제3 분산일 수 있다. 제3 기대치 및 제3 분산에 대해서는 후술될 수학식 13 및 도 5를 참조하여 더 자세하게 설명된다. 제1 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00031
는 하기의 수학식 7에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00032
Figure 112013093314435-pat00033
는 n 번째 QAM 심볼의, k 번째 인코드된 비트의 사후 확률일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00034
는
Figure 112013093314435-pat00035
개의 조건(condition)들을 갖는 테이블 함수일 수 있고, 인코드된 비트들
Figure 112013093314435-pat00036
(
Figure 112013093314435-pat00037
)의 조합에 의존할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00038
는 전송된 QAM 심볼의 성상도를 나타낼 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00039
는, 이전의 반복 사이클에서 획득된, 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트의 사전 확률일 수 있다. K는 하나의 QAM 심볼 내의 인코드된 비트들의 개수일 수 있다.
단계(450)에서, QAM 복조기는 수신된 QAM 심볼들의 사전 확률을 획득할 수 있다. QAM 복조기는 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00040
을 획득할 수 있다.
제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00041
은 이전의 반복 사이클에서 획득된 사전 확률로서 후술될 제2 모듈로부터 입력될 수 있다. 최초의 반복 사이클이 수행되는 경우, 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00042
은 하기의 수학식 8과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00043
제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00044
은 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트가 1일 경우의 확률에 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트가 -1일 경우의 확률을 나눈 값에 자연로그를 취한 값일 수 있다. n은 1 이상 N 이하의 정수일 수 있고, k는 1 이상 K 이하의 정수일 수 있다. N은 QAM 심볼의 개수일 수 있고, K는 QAM 심볼 내의 비트들의 개수일 수 있다.
제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00045
은 인코드된 비트들의 사전 확률의 로그비일 수 있다.
단계(455)에서, 제1 모듈은 인코드된 비트들의 제1 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00046
로부터 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00047
을 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00048
을 획득할 수 있다. 말하자면, 제1 모듈은 제1 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00049
로부터 각 인코드된 비트에 대한 사전 정보
Figure 112013093314435-pat00050
를 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00051
를 계산할 수 있다. 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00052
은 하기의 수학식 9와 같이 정의될 수 있다. 제1 모듈은 외부의 정보를 구별할 수 있다. 말하자면, 제1 사후 확률로부터 제1 사전 확률이 제거됨으로써 외부의 정보가 획득될 수 있다. 획득된 연성 추정은 외부의 정보로서 외부의 확률일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00053
Figure 112013093314435-pat00054
는 사후 확률들의 연성 추정일 수 있다. 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00055
는 채널 코드 파라미터들에 따른 인코드된 비트들(또는, 정보 비트들)의 디코딩이 수행됨에 기반하여 획득될 수 있다. 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00056
가 획득되는 방법은 하기에서 더 자세하게 설명된다.
단계(460)에서, 채널 디코더는 인코드된 비트들의 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00057
에 기반하여 인코드된 비트들을 디코딩하고 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00058
을 획득할 수 있다. 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00059
은 사후 확률의 추정에 의해 획득될 수 있다. 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00060
은 개선된 사후 확률들의 로그비일 수 있다. 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00061
은 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00062
의 개선된 연성 추정일 수 있다. 채널 디코더의 출력은 인코드된 비트에 대한 개선된 사후 확률을 포함할 수 있다. 채널 디코더는 인코드된 비트들에 대한 사후 확률의 추정을 사용하여 정보 비트들을 디코딩할 수 있다. 인코드된 비트들은 QAM 복조기로부터 전송될 수 있다. 채널 디코더는 채널 코드의 파라미터들에 따라 정보 비트들에 대한 사후 확률의 추정을 수행할 수 있다. 정보 비트들에 대한 사후 확률의 추정은 인코드된 비트들이 채널 디코더에 의해 디코드됨으로써 수행될 수 있다. 정보 비트들에 대한 개선된 사후 확률은 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률일 수 있다. 또한, 채널 디코더는 정확도가 개선된 인코드된 비트들의 사후 확률의 추정을 획득할 수 있다. 채널 디코더는 연성 비트들을 출력할 수 있다. 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00063
은 출력된 연성 비트들의 연성 추청일 수 있다.
개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00064
은 개선된 사후 확률의 로그비일 수 있다. 디-인터리버는 인코드된 비트들이 채널 디코더로 입력되기 전에 인코드된 비트들을 디-인터리브할 수 있다. 인터리버는 채널 디코더로부터 출력된 연성 비트들을 인터리빙할 수 있다. 인터리빙된 연성 비트들은 제2 모듈 및 재-변조기로 입력될 수 있다.
단계(465)에서, 제2 모듈은 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00065
에 기반하여 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00066
을 획득할 수 있다. 제2 모듈은 외부의 정보를 구별할 수 있다. 말하자면, 개선된 사후 확률로부터 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00067
이 제거됨으로써 외부의 정보가 획득될 수 있다. 제2 사전 확률은 외부의 정보로서 외부의 확률일 수 있다. 제2 모듈에 의해 획득된 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00068
는 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00069
는 하기의 수학식 10과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00070
제2 모듈은 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00071
에 기반하여 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00072
을 획득할 수 있다. 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00073
은 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률일 수 있다. 제2 모듈은 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00074
로부터 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00075
을 제거함으로써 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00076
을 획득할 수 있다.
제2 모듈은 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00077
에 기반하여 다음 반복 사이클에서의 사후 확률의 추정을 정의할 수 있다. 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00078
은 다음 반복 사이클에서 QAM 복조기 및 제1 모듈로 입력될 수 있다. 제1 모듈은 개선된 사후 확률이 추정된 횟수가 한 번 이상인 경우, 입력된 제2 사전 확률을 제1 사전 확률로 사용하여 다음의 반복 사이클에서 개선된 사후 확률을 획득할 수 있다.
단계(470)에서, 재-변조기(remodulator)는, 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률에 기반하여, 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00079
및 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00080
을 획득할 수 있다. 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00081
은 QAM 성상도의 값들의 가중치가 부여된 합(weighted sum)이 획득됨으로써, 획득될 수 있다. 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00082
는 재-변조기로 입력된 QAM 심볼의 심볼 벡터의 기대치일 수 있다. 인코드된 비트들의 사후 확률의 개선된 추정들은 채널 디코더로부터 출력될 수 있다.
제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00083
는 하기의 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00084
Figure 112013093314435-pat00085
는 가중치들을 나타낼 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00086
는 하기의 수학식 12와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00087
는 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00088
제1 분산
Figure 112013093314435-pat00089
은 하기의 수학식 13과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00090
실시예의 통신 장치의 제3 모듈은 사전 정보를 MMSE 검출기의 보조 입력으로 출력할 수 있다. 제3 모듈로부터 출력되는 사전 정보는, 다음의 반복 사이클 상에서 사용될 인코드된 비트 및 정보 비트들의 사후 확률들에 대한 새로운 추정을 형성하기 위해 요구되는 정보일 수 있다. 제3 모듈로부터 출력되는 사전 정보는 후술될 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00091
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00092
을 포함할 수 있다.
단계(475)에서, 제3 모듈은 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00093
을 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산
Figure 112013093314435-pat00094
과 비교할 수 있다. 제3 모듈은 상기 비교에 기반하여, 사전 정보를 교정할 수 있다. 사전 정보는 MMSE 검출기로 입력될 수 있다. 사전 정보는 후술될 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00095
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00096
일 수 있다.
이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산
Figure 112013093314435-pat00097
은 제3 분산일 수 있다. 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 기대치
Figure 112013093314435-pat00098
는 제3 기대치일 수 있다.
제3 모듈은 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00099
및 제3 분산 간의 비교에 의해 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00100
이 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00101
미만이면, 수학식 14의 교정을 수행함으로써 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00102
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00103
을 획득할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00104
말하자면, 제3 모듈은 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00105
, 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00106
, 제3 기대치
Figure 112013093314435-pat00107
및 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00108
에 기반하여, 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00109
를 획득할 수 있다. 또한, 제3 모듈은 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00110
및 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00111
에 기반하여 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00112
을 획득할 수 있다.
제3 모듈은 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00113
이 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00114
이상이면 수학식 15의 교정을 수행함으로써 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00115
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00116
을 획득할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00117
Figure 112013093314435-pat00118
및
Figure 112013093314435-pat00119
는 각각 이전의 반복 사이클에서 획득된 제2 기대치 및 제2 분산일 수 있다. 말하자면, 제3 모듈은 이전의 반복 사이클에서 획득된 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00120
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00121
을 각각 이번 반복 사이클에서의 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00122
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00123
으로서 획득할 수 있다.
단계(480)에서, 제3 모듈은 제1 분산 및 이전의 반복 사이클에서 획득된 QAM 심볼들의 검출 후의 분산 간의 비교에 기반하여 MMSE 검출기에 대한 새로운 입력 파라미터들을 생성하는 할 수 있다. 제3 모듈은 제1 분산 및 이전의 반복 사이클에서 획득된 QAM 심볼들의 검출 후의 분산 간의 비교에 기반하여 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼들의 추정을 위한 새로운 입력 파라미터들을 생성할 수 있다. 제3 모듈에 의해 생성되는 새로운 입력 파라미터들은 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00124
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00125
을 포함할 수 있다.
새로운 입력 파라미터들은 새로운 기대치들
Figure 112013093314435-pat00126
및 새로운 사전 대각 상관 행렬
Figure 112013093314435-pat00127
을 포함할 수 있다. 새로운 기대치들
Figure 112013093314435-pat00128
은 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00129
에 기반하여 생성될 수 있다. 새로운 사전 대각 상관 행렬
Figure 112013093314435-pat00130
은 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00131
에 기반하여 생성될 수 있다. 모든 n에 대한 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00132
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00133
은 각각
Figure 112013093314435-pat00134
및
Figure 112013093314435-pat00135
을 구성하는 벡터일 수 있다. n은 1 이상 N 이하의 정수일 수 있다. 말하자면,
Figure 112013093314435-pat00136
는 모든 n에 대한 사전 기대치들
Figure 112013093314435-pat00137
이 벡터로서 결합된 것일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00138
는 모든 n에 대한 사전 분산들
Figure 112013093314435-pat00139
이 벡터로서 결합된 것일 수 있다.
제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00140
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00141
은 사전 정보로서, 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼들의 추정에 사용될 수 있다. MMSE 검출기는 사전 정보로서의 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00142
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00143
에 기반하여 제3 기대치
Figure 112013093314435-pat00144
및 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00145
을 획득함으로써 QAM 심볼을 추정할 수 있다. QAM 심볼들을 추정하는 방법에 대해서는 후술될 도 5를 참조하여 더 자세하게 설명된다.
단계(485)에서, 경판정 추정기는 채널 디코더로부터 획득된 개선된 사후 확률에 기반하여 정보 비트들의 경성 추정들의 시퀀스를 형성할 수 있다. 형성된 최종적인 시퀀스는 출력 데이터일 수 있다. 단계(480)는 모든 반복 사이클들이 완료된 후 수행될 수 있고, 경판정 추정기에 의해 형성되는 경성 추정들의 시퀀스는 정보 비트들의 경성 추정들의 최종적인 시퀀스일 수 있다. 최종적인 시퀀스의 형성을 통해, 경판정 추정기는 원본 데이터를 복원할 수 있다. 정보 비트의 사후 확률의 추정은 채널 디코더의 주 출력 상에 존재할 수 있다.
전술된 실시예의 신호의 반복적인 검출 및 디코딩의 방법은 MIMO 채널을 구비한 통신 장치에서 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 MIMO 채널을 구비한 송신 장치 및 수신 장치가 설명되었고, 설명된 송신 장치 및 수신 장치에 신호의 반복적인 검출 및 디코딩의 방법이 적용될 수 있다.
도 5는 일 예에 따른 QAM 심볼의 추정의 흐름도이다.
도 5를 참조하여 단계(440)의 QAM 심볼들의 추정의 방법이 상세하게 설명된다. MMSE 검출기는 후술될 단계들(510 및 520)을 통해 QAM 심볼을 추정할 수 있다. 단계(440)는 후술될 단계들(510 및 520)를 포함할 수 있다.
제1 단계(510)에서, MMSE 검출기는 MMSE 검출기로 수신된 QAM 심볼들의 심볼 벡터에 MMSE 선형 필터를 적용함으로써 상기 심볼 벡터의 MMSE 추정 기대치 및 MMSE 추정 분산을 획득할 수 있다.
MMSE 선형 필터는 하기의 수학식 16과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00146
Figure 112013093314435-pat00147
은 대각 행렬일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00148
은 신호 전력의 평균 값
Figure 112013093314435-pat00149
에 의해 정규화된 전송된 QAM 심볼들의 사전 분산일 수 있다.
MMSE 선형 필터에 의해, MMSE 추정 벡터
Figure 112013093314435-pat00150
는 하기의 수학식 17에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00151
Figure 112013093314435-pat00152
은 전송된 QAM 심볼들의 N 차원의 벡터일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00153
은 전송된 QAM 심볼들의 사전 기대치(mathematical expectation)들의 N 차원의 벡터일 수 있다. MMSE 추정 벡터
Figure 112013093314435-pat00154
의 각 구성 요소
Figure 112013093314435-pat00155
(n=1,2,..N)에 대해, MMSE 추정 분산
Figure 112013093314435-pat00156
이 획득될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00157
는 QAM 심볼들의 각 심볼 벡터의 MMSE 추정 기대치일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00158
는 MMSE 추정 오류의 분산일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00159
은 상관 행렬(correlation matrix)
Figure 112013093314435-pat00160
의 대응하는 대각의 요소들과 동일할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00161
는 하기의 수학식 18에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00162
단계(520)에서, MMSE 검출기는 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치
Figure 112013093314435-pat00163
및 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00164
을 획득할 수 있다.
MMSE 검출기는 1) MMSE 추정 벡터
Figure 112013093314435-pat00165
의 n 번째 구성요소
Figure 112013093314435-pat00166
및 2) 상기의
Figure 112013093314435-pat00167
에 대응하는 사전 기대치(mathematical expectation)
Figure 112013093314435-pat00168
의 선형 변환을 수행할 수 있다. n은 1 이상 N 이하의 정수일 수 있다.
MMSE 검출기는 상기 선형 변환에 대한 교정(correction)을 수행함으로써 전송된 QAM 심볼의 새로운 선형 추정
Figure 112013093314435-pat00169
을 생성할 수 있고, 새로운 선형 추정에 대한 오류의 분산
Figure 112013093314435-pat00170
을 생성할 수 있다. 새로운 선형 추정
Figure 112013093314435-pat00171
은 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치일 수 있고, 새로운 선형 추정에 대한 오류의 분산
Figure 112013093314435-pat00172
은 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 분산일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00173
및
Figure 112013093314435-pat00174
는 하기의 수학식 19에 의해 획득될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00175
및
Figure 112013093314435-pat00176
는 각각 제3 기대치 및 제3 분산일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00177
Figure 112013093314435-pat00178
는 제n 번째로 전송된 QAM 심볼의 기대치의 사전 추정일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00179
는 제n 번째로 전송된 QAM 심볼의 분산의 사전 추정일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00180
및
Figure 112013093314435-pat00181
는 각각 이전의 반복 사이클에서 획득된 도 4를 참조하여 전술된 제2 기대치 및 제2 분산일 수 있다. 말하자면, MMSE 검출기는 이전의 반복 사이클에서의 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00182
, 이전의 반복 사이클에서의 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00183
, MMSE 추정 기대치
Figure 112013093314435-pat00184
및 MMSE 추정 분산
Figure 112013093314435-pat00185
에 기반하여 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치
Figure 112013093314435-pat00186
을 획득할 수 있고, 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00187
및 MMSE 추정 분산
Figure 112013093314435-pat00188
에 기반하여 상기 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 분산을 획득할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00189
및
Figure 112013093314435-pat00190
이 획득됨으로써 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼이 추정될 수 있다. 획득된
Figure 112013093314435-pat00191
및
Figure 112013093314435-pat00192
은 다음의 반복 사이클에서 QAM 복조기로 입력될 수 있다. 도 4를 참조하여 전술된 것처럼, QAM 복조기는 입력된
Figure 112013093314435-pat00193
및
Figure 112013093314435-pat00194
에 기반하여 제1 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00195
를 추정할 수 있다. MMSE 검출기가 제3 기대치
Figure 112013093314435-pat00196
및 제3 분산
Figure 112013093314435-pat00197
을 최초로 획득하는 경우, 이전의 반복 사이클에서의 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00198
는 0이고, 이전의 반복 사이클에서의 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00199
은 단위 분산일 수 있다. 말하자면 최초의 반복 사이클에서, 0의 기대치 및 단위 분산(unit variance)을 갖는 벡터가 수신된 QAM 심볼의 벡터의 사전 추정으로서 이용될 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호의 반복적인 검출 및 디코딩을 수행하는 통신 장치의 블록도이다.
MIMO 채널을 구비한 통신 장치(600)는 MMSE 검출기(601), QAM 복조기(603), 제1 모듈(605), 디-인터리버(607), 채널 디코더(609), 인터리버(611), 제2 모듈(613), 재-변조기(615), 제3 모듈(617) 및 경판정 추정기(619)를 포함할 수 있다.
MMSE 검출기(601), QAM 복조기(603), 제1 모듈(605), 디-인터리버(607), 채널 디코더(609), 인터리버(611), 제2 모듈(613), 재-변조기(615), 제3 모듈(617) 및 경판정 추정기(619)에 있어서, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 구성들 중 동일한 명칭을 가진 주체에 의해 수행되는 구성은 MIMO 채널을 구비한 통신 장치(600)의 구성요소에도 적용될 수 있다. 예컨대, 도 4를 참조하여 전술된 단계들(410 내지 485)은 통신 장치(600)에 의해 수행될 수 있다.
MIMO 채널을 구비한 통신 장치(600)는 도시되지 않은 복수의 수신 안테나들을 더 포함할 수 있다.
복수의 수신 안테나들은 신호들을 각각 수신할 수 있다. 수신된 신호들은 각각 전송된 QAM 심볼들에 의해 변조된 신호일 수 있다. 복수의 수신 안테나들은 수신된 신호들의 다운-컨버전을 각각 수행할 수 있다. 수행된 다운-컨버전은 0 반송 주파수로의 다운-컨버전일 수 있다. 복수의 수신 안테나들은 다운-컨버전의 수행을 통해 다운-컨버전된 신호들을 생성할 수 있다.
복수의 수신 안테나들에 의해 수신, 증폭 및 변환된 신호들은 MMSE 검출기(601)에 입력될 수 있다 또한, MMSE 검출기(601)로 H,
Figure 112013093314435-pat00200
및
Figure 112013093314435-pat00201
가 입력될 수 있다. H는 채널 행렬의 구성 요소들일 수 있다.
도 6에서, 변환된 신호들은
Figure 112013093314435-pat00202
,
Figure 112013093314435-pat00203
및
Figure 112013093314435-pat00204
일 수 있다. 변환된 신호들은 Y일 수 있다. Y는 복수의 안테나들에 의해 수신된 신호들의 벡터일 수 있다.
MMSE 검출기(601)는, 도 5를 참조하여 전술된 단계들(510 및 520)를 통해, 수신된 QAM 심볼들을 추정할 수 있다. QAM 심볼들의 추정을 위해, 수학식 16에 의해 정의된 MMSE 선형 필터가 적용될 수 있다.
수신된 QAM 심볼의 심볼 벡터와 관련된 사전 정보 또한 MMSE 검출기(601)로 입력될 수 있다. 심볼 벡터와 관련된 사전 정보는, 이전의 반복에서 수신된, 심볼 벡터의 구성요소들의 기대치
Figure 112013093314435-pat00205
및 분산
Figure 112013093314435-pat00206
을 포함할 수 있다. 추정된 심볼 벡터의 기대치는
Figure 112013093314435-pat00207
일 수 있다. 기대치는
Figure 112013093314435-pat00208
의 오류의 분산은
Figure 112013093314435-pat00209
일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00210
및
Figure 112013093314435-pat00211
은 도 4 및 도 5를 참조하여 전술된 제3 기대치 및 제3 분산일 수 있다. 기대치
Figure 112013093314435-pat00212
및 분산
Figure 112013093314435-pat00213
은 제3 모듈(617)로부터 출력된 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00214
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00215
에 기반하여 생성될 수 있다.
추정된 QAM 심볼의 심볼 벡터의 기대치
Figure 112013093314435-pat00216
및 추정의 오류의 분산
Figure 112013093314435-pat00217
은 QAM 복조기(603)로 입력될 수 있다. 또한,
Figure 112013093314435-pat00218
및
Figure 112013093314435-pat00219
은 제3 모듈(617)로 입력될 수 있다. 제3 모듈(617)은
Figure 112013093314435-pat00220
및
Figure 112013093314435-pat00221
에 기반하여 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00222
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00223
을 획득할 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00224
및
Figure 112013093314435-pat00225
은 전술된 수학식 19에 의해 정의될 수 있다.
QAM 복조기(603)는 추정된 QAM 심볼들을 복조하고, QAM 심볼들의 인코드된 비트들에 대해 제1 사후 확률을 추정할 수 있다. 제1 사후 확률은
Figure 112013093314435-pat00226
일 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00227
는 전술된 수학식 7에 의해 정의될 수 있다.
또한, QAM 복조기는 수신된 QAM 심볼들의 제1 사전 확률을 획득할 수 있다. 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00228
은 이전의 반복 사이클에서 획득된 사전 확률로서 제2 모듈(410)로부터 입력되거나, 전술된 수학식 8에 의해 정의될 수 있다.
제1 모듈(605)은 제1 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00229
로부터 인코드된 비트들의 제1 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00230
을 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00231
을 획득할 수 있다. 따라서, MMSE 검출기(601) 내에서 획득된 외부 정보가 생성될 수 있다.
디-인터리버(607)는 인코드된 비트들이 채널 디코더(609)로 입력되기 전에 인코드된 비트들을 디-인터리브할 수 있다.
채널 디코더(609)는 채널 코드 파라미터들에 따라 전술된 디코딩을 수행할 수 있다. 채널 디코더(609)는 다수의 디코딩 방법들을 사용할 수 있다. 예컨대, 채널 디코더(609)는 비터비(Viterbi) 방법, 최대 사후 확률(Maximum Posterior Probability)법, 터보-디코딩(Turbo-decoding) 및/또는 신뢰 전파(Believe propagation)법 등을 사용할 수 있다. 사후 확률의 추정을 위해 맵(MAP) 및/또는 로그-맵(Log-MAP) 디코더들이 사용될 수 있다. 디코딩 방법은 하나 이상의 인자들에 의해 선택될 수 있다. 예컨대, 1) 사용되는 코드의 유형 및/또는 2) 적용되는 알고리즘들의 효율성이 고려될 수 있다. 효율성은 수용 가능한(acceptable) 구현 복잡성 내에서의 잡음 면역의 정도에 비례할 수 있다.
전술된 실시예들에서 선택된 디코딩 방법은 필수적이지 않을 수 있다. 전술된 실시예에는 예컨대, 소정의 추정을 더 정확하게 만드는 다양한 디코딩 방법들이 적용될 수 있다. 소정의 추정에는 1) 정보의 확률의 추정 및/또는 2) 인코드된 비트들의 확률의 추정이 포함될 수 있다.
채널 디코더(609)는 정보 비트들의 사후 확률의 추정을 생성할 수 있다. 채널 디코더(609)는 디코딩을 수행한 후, 정보 비트들의 사후 확률에 기반하여 인코드된 비트들의 확률을 추정할 수 있다. 디코딩 후, 인코드된 비트들의 사후 정보의 추정은 재-인코딩이라는 대체적인(alternative) 방식을 통해서도 완료될 수 있다.
채널 디코더(609)는 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률을 획득할 수 있다. 채널 디코더(609)는 인코드된 비트들의 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00232
에 기반하여 인코드된 비트들을 디코딩하고 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00233
을 획득할 수 있다. 채널 디코더(609)의 제1 출력은 획득된 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00234
을 포함할 수 있다. 제1 출력은 인코드된 비트들의 개선된 연성 추정일 수 있다. 인터리버(611)는 제1 출력에 포함된 연성 비트들을 인터리빙할 수 있다. 제1 출력의 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00235
은 제2 모듈(613)로 입력될 수 있다. 제2 모듈(613)은 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00236
및 연성 추정
Figure 112013093314435-pat00237
에 기반하여 소정의 정보를 획득할 수 있다. 획득된 소정의 정보는 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00238
을 포함할 수 있다. 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00239
은 QAM 복조기(603) 및 제1 모듈(605)로 입력될 수 있다. 제1 모듈(605)은 개선된 사후 확률이 추정된 횟수가 한 번 이상인 경우, 입력된 제2 사전 확률을 제1 사전 확률로 사용할 수 있다. QAM 복조기(603)로 입력된 제2 사전 확률
Figure 112013093314435-pat00240
은 다음의 반복 사이클에서 QAM 복조기(603)에 의해 사용될 수 있다.
인터리버(611)를 통과한 제1 출력은 재-변조기(615)로 입력될 수 있다.
재-변조기(615)는 개선된 사후 확률
Figure 112013093314435-pat00241
에 기반하여 수신된 QAM 심볼의 벡터에 대한 추정을 수행할 수 있다. 재-변조기(615)는 QAM 심볼들의 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00242
및 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00243
을 획득할 수 있다. 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00244
및 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00245
은 수학식 11 내지 13에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112013093314435-pat00246
는 QAM 심볼들의 각 벡터의 기대치일 수 있고,
Figure 112013093314435-pat00247
는
Figure 112013093314435-pat00248
의 오류의 분산일 수 있다. 제1 기대치
Figure 112013093314435-pat00249
및 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00250
은 제3 모듈(617)로 입력될 수 있다. 제3 모듈(617)은 사전 정보의 교정을 수행할 수 있다. 제3 모듈(617)은 이전의 반복 사이클에서 MMSE 검출기(601)에 의해 획득된 QAM 심볼의 벡터에 대한 추정들을 수신할 수 있다. 제3 모듈(617)은 MMSE 검출기(601)로부터 이전의 반복 사이클의
Figure 112013093314435-pat00251
및
Figure 112013093314435-pat00252
을 수신할 수 있다. 제3 모듈(617)은 제1 분산
Figure 112013093314435-pat00253
을 이전의 반복 사이클의
Figure 112013093314435-pat00254
과 비교할 수 있다. 제3 모듈은 상기 비교에 기반하여 MMSE 검출기(601)에 대한 새로운 입력 파라미터들을 생성할 수 있다. 생성된 새로운 입력 파라미터들은 제2 기대치
Figure 112013093314435-pat00255
및 제2 분산
Figure 112013093314435-pat00256
을 포함할 수 있다.
제3 모듈(617)은 QAM 심볼의 벡터의 교정을 수행한 후, 사전 추정을 출력할 수 있다. 사전 추정은
Figure 112013093314435-pat00257
및
Figure 112013093314435-pat00258
을 포함할 수 있다. MMSE 검출기(601)는 출력된 사전 추정을 다음의 반복 사이클에서 사전 정보(추정)로서 사용할 수 있다.
채널 디코더(609)의 제2 출력은 인코드된 비트들의 개선된 연성 추정을 포함할 수 있다. 개선된 연성 추정은 연성 비트들일 수 있다. 연성 비트들은 경판정 추정기(619)로 입력될 수 있다. 경판정 추정기(619)는 연성 비트들에 대한 경성 추정을 수행할 수 있다. 말하자면, 경판정 추정기(619)는 채널 디코더(609)로부터 획득된 개선된 사후 확률에 기반하여 정보 비트들의 경성 추정들의 시퀀스를 형성할 수 있다. 반복 사이클들이 복수의 횟수만큼 수행된 후, 제2 출력은 경판정 추정기(619)로 입력될 수 있다. 경판정 추정기(619)로부터 형성된 시퀀스는 최종적인 시퀀스일 수 있다. 최종적인 시퀀스의 형성을 통해, 경판정 추정기(619)는 원본 데이터를 복원할 수 있다.
반복 사이클들이 복수의 횟수만큼 수행됨으로써 통신 장치(600)로 수신된 데이터의 신뢰성이 향상될 수 있다. 말하자면, 반복 사이클들이 복수의 횟수만큼 수행됨으로써 정보 비트들의 최종적인 경성 추정은 더 향상된 확률로 전송된 시퀀스에 매치될 수 있다.
수신된 신호를 디코딩 내지 검출하는 반복적인 과정에서, 상기의 과정의 디지털 표현의 변환은 전술된 수학식들(수학식 1 내지 수학식 19)에 의해 설명될 수 있다.
전술된 실시예들에서, 채널 디코딩은 하나 이상의 사이클들의 반복에 의해 충족될 수 있다. 하나의 외부의 반복 사이클은 합동의(joint) 검출 및 디코딩을 포함할 수 있다. 합동의 검출 및 디코딩은 채널 디코더(609)의 동작의 하나 이상의 내부의 사이클들을 포함할 수 있다.
또한, 전술된 실시예에서, 비트 인터리빙 프로시듀어는, 최초의 신호 생성 시 채널 인코딩 후에 적용될 수 있다. 말하자면, 인터리빙이 수행된 인코드된 비트들에 대한 QAM 심볼들이 QAM 복조기(603)에 의해 복조될 수 있다. 인터리버(611)에 의한 비트 인터리빙 프로시듀어는 복조된 비트들의 확률 추정들의 시퀀스의 수신 시 채널 디코더(609)에 의해 수행되는 채널 디코딩의 이후에 적용될 수 있다. 복조된 비트들의 확률 추정들의 시퀀스는 채널 디코더(609)로 입력되기 전에, 디-인터리버(607)를 통과함으로써 디-인터리브될 수 있다. 채널 디코더(609)에 의한 디코딩 이후의, 인코드된 비트들의 확률 추정들의 시퀀스는 피드백 라인에서 사용될 수 있다. 인코드된 비트들의 확률 추정들의 시퀀스는 교대로(by turn) 인터리버(611)를 통과함으로써 인터리브될 수 있다. 인터리빙 프로시듀어는 사전 추정들의 생성을 위한 것일 수 있다. 인터리버(611)를 통과한 시퀀스는 다음의 반복 사이클에서 MMSE 검출기(601) 및 QAM 복조기(603)로 입력될 수 있다.
인코드된 비트들은 최초의 신호 생성에서 시스템의 비트들 및 패리티(parity) 체크 비트들로 분리될 수 있다. 따라서, 채널 디코더(409)에 의한 디코딩 프로시듀어에 의해 생성되는 비트들의 확률들의 추정들의 시퀀스는 단지 시스템의 비트들만을 포함할 수도 있다. 재-변조기(615)는 디코딩 후의 시스템의 비트들의 확률의 추정들의 시퀀스에 대한 재-인코딩(re-encoding) 프로시듀어를 처리할 수 있다. 재-인코딩 프로시듀어를 통해, 재-변조기(615)는 추정들에 패리티 체크 비트들을 추가할 수 있고, 인코드된 비트들의 풀(full) 시퀀스를 복원할 수 있다. 복원된 풀 시퀀스는 다음의 반복에서 MMSE 검출기(601) 및 QAM 복조기(603)에 의해 사용될 수 있다.
재-인코딩에서, 검증하는(verifying) 비트들의 확률들은 1) 시스템의 비트들의 확률들에 기반하고 2) 채널 코드의 파라미터들에 따라, 설립(estimated)될 수 있다. 검증하는 비트들은 패리티 체크 비트들일 수 있다.
재-변조기(615)에 의한 재-인코딩 절차는 0 LLR에 의해 특징이 설정되는 패리티 체크 비트들의 확률의 값들을 추정들에 추가하는 것일 수 있다.
도 7은 일 예에 따른 3 가지 유형의 검출기 및 복조기들의 성능을 나타낸다.
도 7의 결과는 LTE 표준 모델에 대한 것일 수 있다. 도 7에서, MIMO 구성(configuration)은 4x4일 수 있다. 변조는 16QAM일 수 있다. 채널은 EPA-5일 수 있다. 또한, 코드 레이트(code rate)는 1/2일 수 있다. 코드 레이트는 3640000 비트들일 수 있다.
그래프에서, x 축은 신호-대-잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 나타낼 수 있다. x 축의 단위는 dB일 수 있다. y 축은 비트 오류율 성능(bit error rate performace; BER)을 나타낼 수 있다.
검출기 및 변조기의 3 개의 타입들에 대한 결과가 도시되었다. "MMSE"는 통상적인 MMSE 검출기의 결과를 나타낸다. "ML"은 통상적인 ML 검출기의 결과를 나타낸다. "TP FB"는 전술된 실시예에 따른 반복적인 검출기 및 복조기의 결과를 나타낸다.
그래프에서 도시된 것처럼, 상술된 실시예들은 MMSE 검출기를 구비한 다른 방법 또는 장치보다 더 우수한 효과를 도출할 수 있다.
도 8은 일 예에 따른 3 가지 유형의 검출기 및 복조기들의 성능을 나타낸다.
도 8의 결과는 LTE 표준 모델에 대한 것일 수 있다. 도 7에서, MIMO 구성은 4x4일 수 있다. 변조는 16QAM일 수 있다. 채널은 EPA-5일 수 있다. 또한, 코드 레이트는 3/4일 수 있다. 코드 레이트는 5432000 비트들일 수 있다.
그래프에서, x 축은 SNR을 나타낼 수 있다. x 축의 단위는 dB일 수 있다. y 축은 BER을 나타낼 수 있다.
검출기 및 변조기의 3개의 타입들에 대한 결과가 도시되었다. "MMSE"는 통상적인 MMSE 검출기의 결과를 나타낸다. "ML"은 통상적인 ML 검출기의 결과를 나타낸다. "TP FB"는 전술된 실시예에 따른 반복적인 검출기 및 복조기의 결과를 나타낸다.
그래프에서 도시된 것처럼, 상술된 실시예들은 MMSE 검출기를 구비한 다른 방법 또는 장치보다 더 우수한 효과를 도출할 수 있다.
합동의(joint) 반복적인 검출 및 디코딩에 대하여, 채널 디코더가 내부의 반복적인 사이클들을 사용하면서 디코딩을 실행하는(fulfill) 동안, 반복적인 검출 및 디코딩의 단지 2 개의 외부의 사이클들이 사용될 수 있다. 내부의 사이클들을 사용하는 디코딩의 과정에서, 터보 코드가 디코드될 수 있다. 따라서, MMSE 검출기의 동작의 첫 번째 사이클 후, 채널 디코더는 디코딩 과정에서 2 개의 내부적인 사이클들을 수행할 수 있다. 첫 번째 사이클의 완료 후, 또 하나의 검출의 사이클이 채널 디코더에 의해 획득된 사전 정보를 사용하여 수행될 수 있다. 두 번째 사이클의 완료 후, 채널 디코더는 내부의 4 개의 디코딩의 사이클들을 더 수행할 수 있다. 따라서, 채널 디코더의 동작의 내부의 사이클들의 총 수는 6개일 수 있다. 동일한 개수의 채널 디코더의 동작의 사이클들이 다른 검출 및 디코딩 결과의 설계들에서 사용될 수 있다. 말하자면, 복잡성 및 지연(delay)은 MIMO 검출 동작의 하나의 추가적인 사이클만큼만 증가할 수 있다. 복잡성 및 지연의 추가적인 사이클만큼의 증가는 MMSE 필터에 기반하는 MIMO 검출 방법의 상대적인 단순성을 고려하면 중요하지 않을 수 있다.
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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 MIMO 채널을 구비한 통신 장치에 있어서,
    상기 MIMO 채널을 통과한 수신된 신호들에 기반하여 QAM 심볼들을 추정하는 MMSE 검출기;
    추정된 상기 QAM 심볼들을 복조하고 상기 QAM 심볼들의 인코드된 비트들의 제1 사후 확률을 추정하는 QAM 복조기;
    상기 제1 사후 확률로부터 상기 인코드된 비트들의 제1 사전 확률을 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정을 획득하는 제1 모듈;
    상기 연성 추정에 기반하여 상기 인코드된 비트들을 디코딩하고 상기 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률을 획득하는 채널 디코더;
    상기 개선된 사후 확률에 기반하여 제2 사전 확률을 획득하는 제2 모듈 - 상기 제2 사전 확률은 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률임 -;
    상기 개선된 사후 확률에 기반하여 정보 비트들의 경성 추정들의 시퀀스를 형성하는 경판정 추정기(hard decisions estimator);
    상기 개선된 사후 확률에 기반하여 상기 QAM 심볼들의 제1 기대치 및 제1 분산을 획득하는 재-변조기; 및
    상기 제1 분산을 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산과 비교하고, 상기 비교에 기반하여 MMSE 검출기에 대한 새로운 입력 파라미터들을 생성하는 제3 모듈
    을 포함하는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사후 확률은 상기 인코드된 비트들의 사후 확률의 로그비고,
    상기 제1 사전 확률은 상기 인코드된 비트들의 사전 확률의 로그비인, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사전 확률은, 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트가 1일 경우의 확률에 제n 번째 QAM 심볼 내의 제k 번째 인코드된 비트가 -1일 경우의 확률을 나눈 값에 자연로그를 취한 값이고,
    상기 n은 1 이상 N 이하의 정수고,
    상기 k는 1 이상 K 이하의 정수고,
    상기 N은 QAM 심볼의 개수이고 상기 K는 QAM 심볼 내의 비트들의 개수인, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개선된 사후 확률은 개선된 사후 확률의 로그비이고,
    상기 제2 모듈은,
    상기 개선된 사후 확률로부터 상기 연성 추정을 제거함으로써 상기 제2 사전 확률을 획득하고,
    상기 제1 모듈은,
    상기 개선된 사후 확률이 추정된 횟수가 한 번 이상인 경우,
    상기 제2 사전 확률을 상기 제1 사전 확률로 사용하여 다음의 반복 사이클에서 개선된 사후 확률을 획득하는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 새로운 입력 파라미터들은 제2 기대치 및 제2 분산을 포함하고,
    상기 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산은 제3 분산이고, 상기 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 기대치는 제3 기대치고,
    상기 제3 모듈은 상기 비교에 의해,
    상기 제1 분산이 상기 제3 분산 미만이면 상기 제1 기대치, 상기 제1 분산, 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여, 상기 제2 기대치를 획득하고, 상기 제1 분산 및 상기 제3 분산에 기반하여 상기 제2 분산을 획득하고,
    상기 제1 분산이 상기 제3 분산 이상이면 상기 이전의 반복 사이클에서 획득된 제2 기대치 및 제2 분산을 각각 이번 반복 사이클에서의 제2 기대치 및 제2 분산으로서 획득하는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 MMSE 검출기는,
    상기 MMSE 검출기로 수신된 QAM 심볼들의 심볼 벡터에 MMSE 선형 필터를 적용함으로써 상기 심볼 벡터의 MMSE 추정 기대치 및 MMSE 추정 분산을 획득하고,
    상기 제2 기대치, 상기 제2 분산, 상기 MMSE 추정 기대치 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치를 획득하고, 상기 제2 분산 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 상기 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 분산을 획득하고,
    상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 획득됨으로써 상기 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼이 추정되고,
    상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산은 상기 다음의 반복 사이클에서 상기 QAM 복조기로 입력되는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 QAM 복조기는 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여 제1 사후 확률을 추정하는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  9. 제7항 있어서,
    상기 MMSE 검출기가 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산을 최초로 획득하는 경우,
    상기 제2 기대치는 0이고, 상기 제2 분산은 단위 분산인, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    디-인터리버; 및
    인터리버
    를 더 포함하고,
    상기 디-인터리버는 상기 인코드된 비트들이 상기 채널 디코더로 입력되기 전에 상기 인코드된 비트들을 디-인터리브하고,
    상기 인터리버는 상기 채널 디코더로부터 출력된 연성 비트들을 인터리빙하는, MIMO 채널을 구비한 통신 장치.
  11. 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 MIMO 채널을 구비한 통신 장치가 수행하는,
    상기 MIMO 채널을 통해 수신된 신호들에 기반하여 QAM 심볼들을 추정하는 단계;
    추정된 상기 QAM 심볼을 복조하고 상기 QAM 심볼의 인코드된 비트들의 제1 사후 확률을 추정하는 단계;
    상기 제1 사후 확률로부터 상기 인코드된 비트들의 제1 사전 확률을 제거함으로써 인코드된 비트들의 연성 추정을 획득하는 단계;
    상기 연성 추정에 기반하여 상기 인코드된 비트들을 디코딩하고 상기 인코드된 비트들의 개선된 사후 확률을 획득하는 단계;
    상기 개선된 사후 확률에 기반하여 제2 사전 확률을 획득하는 단계 - 상기 제2 사전 확률은 다음의 반복 사이클에서의 제1 사전 확률임 -;
    상기 개선된 사후 확률에 기반하여 정보 비트들의 경성 추정들의 시퀀스를 형성하는 단계;
    상기 개선된 사후 확률에 기반하여 상기 QAM 심볼들의 제1 기대치 및 제1 분산을 획득하는 단계;
    상기 제1 분산을 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산과 비교하는 단계; 및
    상기 비교에 기반하여 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼들의 추정을 위한 새로운 입력 파라미터들을 생성하는 단계
    를 포함하는, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 사후 확률은 상기 인코드된 비트들의 사후 확률의 로그비고,
    상기 제1 사전 확률은 상기 인코드된 비트들의 사전 확률의 로그비고,
    상기 개선된 사후 확률은 개선된 사후 확률의 로그비이고,
    상기 제2 사전 확률을 획득하는 단계는,
    상기 개선된 사후 확률로부터 상기 연성 추정을 제거함으로써 상기 제2 사전 확률을 추정하고,
    상기 개선된 사후 확률이 추정된 횟수가 한 번 이상인 경우,
    상기 개선된 사후 확률을 획득하는 단계는,
    상기 제2 사전 확률을 상기 제1 사전 확률로 사용하여 다음의 반복 사이클에서 개선된 사후 확률을 획득하는, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 새로운 입력 파라미터들은 제2 기대치 및 제2 분산을 포함하고,
    상기 이전의 반복 사이클의 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 분산은 제3 분산이고, 상기 QAM 심볼들의 추정 후 획득된 기대치는 제3 기대치고,
    상기 비교하는 단계는,
    상기 제1 분산이 상기 제3 분산 미만이면 상기 제1 기대치, 상기 제1 분산, 상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여, 상기 제2 기대치를 획득하고, 상기 제1 분산 및 상기 제3 분산에 기반하여 상기 제2 분산을 획득하고,
    상기 제1 분산이 상기 제3 분산 이상이면 상기 이전의 반복 사이클에서 획득된 제2 기대치 및 제2 분산을 각각 이번 반복 사이클에서의 제2 기대치 및 제2 분산으로서 획득하는, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 QAM 심볼들을 추정하는 단계는,
    수신된 QAM 심볼들의 심볼 벡터에 MMSE 선형 필터를 적용함으로써 상기 심볼 벡터의 MMSE 추정 기대치 및 MMSE 추정 분산을 획득하는 단계; 및
    상기 제2 기대치, 상기 제2 분산, 상기 MMSE 추정 기대치 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 기대치를 획득하고, 상기 제2 분산 및 상기 MMSE 추정 분산에 기반하여 상기 다음의 반복 사이클에서 사용될 제3 분산을 획득하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 획득됨으로써 상기 다음의 반복 사이클에서의 QAM 심볼이 추정되는, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 사후 확률을 추정하는 단계는,
    상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산에 기반하여 상기 제1 사후 확률을 추정하는, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제3 기대치 및 상기 제3 분산이 최초로 획득되는 경우,
    상기 제2 기대치는 0이고, 상기 제2 분산은 단위 분산인, 신호를 반복적으로 검출 및 디코딩하는 방법.
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