KR102108852B1 - Energy efficient vector modulation method and apparatus for single-input multiple-output channels with low-resolution adcs - Google Patents

Energy efficient vector modulation method and apparatus for single-input multiple-output channels with low-resolution adcs Download PDF

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남윤서
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Abstract

Disclosed are a vector modulation method for improving energy efficiency in a single-input multiple-output antenna system using a low-resolution analog-to-digital converter and an apparatus thereof. According to one embodiment of the present invention, the vector modulation method, which is a vector modulation method in a single-input multiple-output antenna system, comprises the steps of: mapping transmission data to a low-density binary vector corresponding to the transmission data; and forming a transmission vector based on the mapped low-density binary vector and a predefined dictionary matrix. When forming the transmission vector, the transmission vector may be formed based on a low density superposition of the mapped low-density binary vector and dictionary vectors of the dictionary matrix.

Description

저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서 에너지 효율 증대를 위한 벡터 변조 방법 및 그 장치 {ENERGY EFFICIENT VECTOR MODULATION METHOD AND APPARATUS FOR SINGLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT CHANNELS WITH LOW-RESOLUTION ADCS}A vector modulation method and apparatus for increasing energy efficiency in a single input multiple output antenna system using a low resolution analog-to-digital converter.

본 발명은 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 벡터 변조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서 에너지 효율을 향상시키고, 수신단에서의 데이터 검출 복잡도를 낮출 수 있는 벡터 변조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vector modulation technique in a single input multiple output antenna system, and more particularly, to improve energy efficiency in a single input multiple output antenna system using a low-resolution analog-to-digital converter, and to reduce the complexity of data detection at the receiving end. It relates to a vector modulation method and apparatus that can be lowered.

4G(4th-generation) 무선 통신 시스템의 상용화 이후로 대용량 데이터의 고속 송수신에 대한 수요는 크게 증가하였다. 이에 따라 4G 무선 통신보다 더 높은 스루풋(throughput)을 달성하기 위해 5G(5th-generation) 무선 통신 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 5G 무선 통신 시스템은 최대 속도 20Gbps 그리고 1ms의 초저 지연시간을 달성하기 위해 연구되고 있다. 이러한 5G 기술은 기존의 이동 통신 시스템에 더해 사물 인터넷, 가상현실, 고속 열차 등 다양한 분야에 걸쳐 활용될 것으로 기대된다.Since the commercialization of 4G (4th-generation) wireless communication systems, the demand for high-speed transmission and reception of large amounts of data has increased significantly. Accordingly, research into 5G (5th-generation) wireless communication systems has been actively conducted to achieve higher throughput than 4G wireless communication. 5G wireless communication systems are being studied to achieve maximum speeds of 20Gbps and ultra-low latency of 1ms. In addition to the existing mobile communication system, this 5G technology is expected to be utilized in various fields such as the Internet of Things, virtual reality, and high-speed trains.

5G 시스템에서 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해서 가장 일반적으로 논의되고 있는 것은 초고주파(mmWave) 대역에서 수 백 MHz에 달하는 대역폭을 사용하는 것이다. 초고주파 신호의 경우 직진성이 강하고 페이딩(fading)에 취약하다는 단점이 있는데, 이를 보완하기 위해 5G 시스템에서는 기존 4G 시스템에서보다 훨씬 더 많은 기지국 안테나를 사용하는 것을 고려하고 있다. 하지만 많은 안테나를 사용하여 고속으로 데이터를 송수신 할 경우 아날로그디지털 변환기(ADC)와 디지털아날로그 변환기(DAC)에서 소모되는 전력이 상당하기 때문에 문제가 된다.To achieve high data rates in 5G systems, the most common discussion is to use bandwidths in the hundreds of MHz in the ultrahigh frequency (mmWave) band. In the case of the ultra-high frequency signal, there is a disadvantage that it has a strong straightness and is vulnerable to fading. To compensate for this, 5G systems consider using much more base station antennas than in the existing 4G systems. However, when transmitting / receiving data at high speed using many antennas, it is problematic because the power consumed by the analog-to-digital converter (ADC) and digital-to-analog converter (DAC) is significant.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 적은 수의 RF 체인(chain)을 통해 아날로그 위상(phase) 변환을 하고 디지털 빔포밍(beamforming)을 결합한 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming) 기법과 저 분해능 아날로그디지털 변환기, 디지털아날로그 변환기를 사용하여 전력 소모를 줄이는 기법이 대표적이다.As a solution to this problem, a hybrid beamforming technique that combines analog phase conversion and digital beamforming through a small number of RF chains, low-resolution analog-to-digital converters, and digital A technique for reducing power consumption using an analog converter is typical.

한편, 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 경우 수신단에서 신호를 저 분해능으로 양자화(quantization)하기 때문에 전체 시스템이 비선형(nonlinear)으로 표현된다는 어려움이 있다. 특히 이러한 비선형 통신 시스템에서는 기존에 널리 사용되었던 직교주파수분할(OFDM) 기법을 이용하여도 부반송파 간 간섭(inter-subcarrier-interference)을 제거할 수 없다.On the other hand, when using a low-resolution analog-to-digital converter, there is a difficulty in that the entire system is expressed as nonlinear because the receiving end quantizes the signal with low resolution. In particular, in such a non-linear communication system, inter-subcarrier-interference cannot be eliminated by using an orthogonal frequency division (OFDM) technique that has been widely used.

따라서, 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 경우에 대해서 에너지 효율이 높고 수신단에서의 데이터 검출 복잡도 또한 낮은 변조 기법에 대한 필요성이 대두된다.Accordingly, there is a need for a modulation technique that has high energy efficiency and low data detection complexity at the receiving end in the case of using a low-resolution analog-to-digital converter.

본 발명의 실시예들은, 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서 에너지 효율을 향상시키고, 수신단에서의 데이터 검출 복잡도를 낮출 수 있는 벡터 변조 방법 및 그 장치를 제공한다.SUMMARY Embodiments of the present invention provide a vector modulation method and apparatus for improving energy efficiency and reducing data detection complexity at a receiving end in a single input multiple output antenna system using a low resolution analog-to-digital converter.

본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 방법은 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 벡터 변조 방법에 있어서, 송신 데이터를 상기 송신 데이터에 대응하는 저밀도 이진 벡터로 매핑하는 단계; 및 상기 매핑된 저밀도 이진 벡터와 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 송신 벡터를 형성하는 단계를 포함한다.A vector modulation method according to an embodiment of the present invention includes a vector modulation method in a single input multiple output antenna system, comprising: mapping transmission data to a low-density binary vector corresponding to the transmission data; And forming a transmission vector based on the mapped low-density binary vector and a predefined dictionary matrix.

상기 송신 벡터를 형성하는 단계는 상기 매핑된 저밀도 이진 벡터와 상기 사전 행렬의 사전 벡터들의 저밀도 중첩(sparse superposition)에 기초하여 상기 송신 벡터를 형성할 수 있다.In the forming of the transmission vector, the transmission vector may be formed based on a sparse superposition of the mapped low-density binary vector and the dictionary vectors of the dictionary matrix.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 방법은 미리 설정된 채널 값에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의하는 단계를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the vector modulation method according to an embodiment of the present invention may further include defining the dictionary matrix based on a preset channel value.

상기 사전 행렬을 정의하는 단계는 채널 정보가 존재하는 경우 상기 채널 값이 미리 설정된 RIP(restricted isometry property) 계수를 가지도록 상기 사전 행렬을 정의하고, 상기 채널 정보가 존재하지 않는 경우 임의의 직교 행렬을 생성하고, 상기 생성된 직교 행렬에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의할 수 있다.The step of defining the dictionary matrix defines the dictionary matrix such that the channel value has a preset restricted isometry property (RIP) coefficient when channel information is present, and an arbitrary orthogonal matrix when the channel information does not exist. Create, and define the dictionary matrix based on the generated orthogonal matrix.

상기 사전 행렬을 정의하는 단계는 상기 채널 정보가 존재하는 경우 채널 행렬의 역행렬과 직교 행렬의 곱으로 상기 사전 행렬을 정의할 수 있다.In the step of defining the dictionary matrix, when the channel information exists, the dictionary matrix may be defined as a product of an inverse matrix and an orthogonal matrix of the channel matrix.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 검출 방법은 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 데이터 검출 방법에 있어서, 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 변조된 송신 벡터를 포함하는 송신 신호를 다중 수신 안테나를 통해 수신하는 단계; 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 이용하여 수신된 수신 신호를 양자화하는 단계; 및 상기 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 상기 송신 벡터에 대응하는 송신 데이터를 검출하는 단계를 포함한다.A data detection method according to an embodiment of the present invention, in a data detection method in a single input multiple output antenna system, receives a transmission signal including a transmission vector modulated based on a predefined dictionary matrix through a multiple reception antenna To do; Quantizing the received signal using a low-resolution analog-to-digital converter; And detecting transmission data corresponding to the transmission vector using the quantized reception signal and a preset algorithm.

상기 송신 데이터를 검출하는 단계는 상기 사전 행렬의 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 상기 송신 데이터를 검출할 수 있다.In the detecting of the transmission data, the transmission data may be detected by detecting index information of dictionary vectors of the dictionary matrix.

상기 알고리즘은 LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 포함할 수 있다.The algorithm may include a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm.

본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 장치는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 벡터 변조 장치에 있어서, 송신 데이터를 상기 송신 데이터에 대응하는 저밀도 이진 벡터로 매핑하는 매핑부; 및 상기 매핑된 저밀도 이진 벡터와 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 송신 벡터를 형성하는 변조부를 포함한다.A vector modulating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a vector modulating apparatus in a single input multiple output antenna system, comprising: a mapping unit that maps transmission data into a low-density binary vector corresponding to the transmission data; And a modulator configured to form a transmission vector based on the mapped low-density binary vector and a predefined dictionary matrix.

상기 변조부는 상기 매핑된 저밀도 이진 벡터와 상기 사전 행렬의 사전 벡터들의 저밀도 중첩(sparse superposition)에 기초하여 상기 송신 벡터를 형성할 수 있다.The modulator may form the transmission vector based on the low-density superposition of the mapped low-density binary vector and the dictionary vectors of the dictionary matrix.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 장치는 미리 설정된 채널 값에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의하는 생성부를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the vector modulation apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a generator defining the dictionary matrix based on a preset channel value.

상기 생성부는 채널 정보가 존재하는 경우 상기 채널 값이 미리 설정된 RIP(restricted isometry property) 계수를 가지도록 상기 사전 행렬을 정의하고, 상기 채널 정보가 존재하지 않는 경우 임의의 직교 행렬을 생성하고, 상기 생성된 직교 행렬에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의할 수 있다.The generation unit defines the dictionary matrix such that the channel value has a preset restricted isometry property (RIP) coefficient when channel information is present, and generates an arbitrary orthogonal matrix when the channel information does not exist, and generates the channel information. The dictionary matrix may be defined based on the orthogonal matrix.

상기 생성부는 상기 채널 정보가 존재하는 경우 채널 행렬의 역행렬과 직교 행렬의 곱으로 상기 사전 행렬을 정의할 수 있다.When the channel information is present, the generator may define the dictionary matrix by multiplying the inverse matrix and the orthogonal matrix of the channel matrix.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 검출 장치는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 데이터 검출 장치에 있어서, 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 변조된 송신 벡터를 포함하는 송신 신호를 다중 수신 안테나를 통해 수신하는 수신부; 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 이용하여 수신된 수신 신호를 양자화하는 양자화부; 및 상기 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 상기 송신 벡터에 대응하는 송신 데이터를 검출하는 검출부를 포함한다.A data detection apparatus according to an embodiment of the present invention, in a data detection apparatus in a single input multiple output antenna system, receives a transmission signal including a transmission vector modulated based on a predefined dictionary matrix through a multiple reception antenna A receiving unit; A quantization unit for quantizing the received signal using a low-resolution analog-to-digital converter; And a detection unit detecting transmission data corresponding to the transmission vector using the quantized reception signal and a preset algorithm.

상기 검출부는 상기 사전 행렬의 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 상기 송신 데이터를 검출할 수 있다.The detection unit may detect the transmission data by detecting index information of dictionary vectors of the dictionary matrix.

상기 알고리즘은 LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 포함할 수 있다.The algorithm may include a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm.

본 발명의 실시예들에 따르면, 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서 에너지 효율을 향상시키고, 수신단에서의 데이터 검출 복잡도를 낮출 수 있다.According to embodiments of the present invention, in a single input multiple output antenna system using a low-resolution analog-to-digital converter, energy efficiency may be improved and data detection complexity at a receiving end may be reduced.

즉, 본 발명은 에너지 효율과 데이터 검출 복잡도가 복합적으로 고려한 벡터 변조 기법을 제공할 수 있다.That is, the present invention can provide a vector modulation technique in which energy efficiency and data detection complexity are considered in combination.

본 발명의 실시예들에 따르면, 에너지 효율을 향상시키고 데이터 검출 복잡도를 낮출 수 있기 때문에 알려진 시간 영역(time domain) 또는 주파수 영역(frequency domain) 변조 기법들보다 더 낮은 에러율을 달성할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to achieve a lower error rate than known time domain or frequency domain modulation techniques because it can improve energy efficiency and lower data detection complexity.

도 1은 본 발명의 벡터 변조 방법을 설명하기 위한 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 송신 벡터를 변조하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 검출 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 검출 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
1 shows a single input multiple output antenna system using a low resolution analog to digital converter for explaining the vector modulation method of the present invention.
2 shows an exemplary diagram for describing a process of modulating a transmission vector.
3 is a flowchart illustrating an operation of a vector modulation method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation of a data detection method according to an embodiment of the present invention.
5 shows a configuration of a vector modulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 shows a configuration of a data detection device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and / or "comprising" refers to the components, steps, operations, and / or elements mentioned above of one or more other components, steps, operations, and / or elements. Presence or addition is not excluded.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사 전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, terms that are commonly defined in the dictionary are not ideally or excessively interpreted unless specifically defined.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.

저 분해능 아날로그디지털 변환기를 통해 신호를 양자화하는 경우 채널을 통해 전달된 송신 신호의 정보가 크게 변질(distortion)된다. 그에 따라 데이터를 검출하는 과정에서도 에러가 많이 발생하게 된다. 이를 최소화하기 위해서는 채널의 다양성(channel diversity)를 최대로 이용하는 것이 중요하다.In the case of quantizing a signal through a low-resolution analog-to-digital converter, information of a transmission signal transmitted through a channel is greatly distorted. Accordingly, many errors occur in the process of detecting data. In order to minimize this, it is important to use channel diversity to the maximum.

본 발명의 실시예들에 따른 벡터 변조 기술은 송신 정보가 시간 혹은 주파수 자원 전체에 걸쳐서 변조되기 때문에 채널의 다양성을 최대로 이용할 수 있다는 강점이 있다.The vector modulation technique according to embodiments of the present invention has the advantage that the diversity of channels can be maximized because transmission information is modulated over time or frequency resources.

송신 정보를 시간과 주파수 자원 전체에 걸쳐 변조하는 경우 채널의 다양성을 최대로 활용할 수 있기 때문에 장점이 있지만 수신단의 관점에서 보았을 때 각 시간과 주파수의 신호에는 모든 정보가 중첩되어서 들어오기 때문에 최적의(optimal) 방법으로 데이터를 검출하는 데에 있어서 상당히 높은 계산 복잡도를 요구 하게 된다. 따라서, 데이터를 벡터 변조하는 과정에서 데이터 검출 복잡도를 낮출 수 있는 방법을 복합적으로 고려할 필요가 있다.When modulating the transmission information over the entire time and frequency resource, it has the advantage of being able to make the most of the diversity of channels, but from the perspective of the receiving end, it is optimal because all information is superimposed on each time and frequency signal. Optimal) requires a fairly high computational complexity in detecting data. Therefore, in the process of vector modulation of data, it is necessary to consider a method capable of lowering the data detection complexity.

본 발명의 실시예들에 따른 벡터 변조 기술은 데이터를 벡터 변조하는 과정에서 사전 벡터(dictionary vector)들을 저밀도로 중첩(sparse combination)하는 것을 고려하는데, 이 경우에 데이터를 검출하는 것은 중첩되어 있는 적은 수의 사전 벡터의 색인(index)을 검출하는 문제로 해석되고, 이는 저 복잡도로 해결할 수 있게 된다.The vector modulation technique according to embodiments of the present invention considers sparse combinations of dictionary vectors with low density in the process of vector modulation of data. In this case, detecting data is less overlapping. It is interpreted as a problem of detecting the index of a numerical dictionary vector, which can be solved with low complexity.

한편, 사전 벡터들이 저 밀도로 중첩되어 있을 때 중첩된 사전 벡터들의 색인을 찾는 문제는 압축 센싱(compressed sensing) 문제에 해당된다. 기존의 압축 센싱 이론에서는 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 통해 양자화된 신호를 고려하지 않는다. 이 경우, 오류 없이 사전 벡터들의 색인을 찾을 수 있는 효과적인 방법들에 대한 연구가 많이 진행되어 있다.On the other hand, when the dictionary vectors are superimposed at a low density, the problem of finding the index of the superimposed dictionary vectors corresponds to a compressed sensing problem. Conventional compression sensing theory does not consider quantized signals through low-resolution analog-to-digital converters. In this case, many studies have been conducted on effective methods to find the indexes of dictionary vectors without error.

본 발명의 실시예들에 따른 기술은 저 분해능 양자화를 통해 수신 신호의 정보가 변질된 경우에 대해 저 복잡도를 통해 사전 벡터들의 색인 정보를 비선형적으로 검출할 수 있다.The technique according to the embodiments of the present invention can nonlinearly detect index information of dictionary vectors through low complexity in a case where information of a received signal is changed through low resolution quantization.

도 1은 본 발명의 벡터 변조 방법을 설명하기 위한 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템을 나타낸 것이다.1 shows a single input multiple output antenna system using a low resolution analog to digital converter for explaining the vector modulation method of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은 송신단(transmit processing)(110)과 수신단(120)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the system includes a transmit end 110 and a receive end 120.

송신단(110)은 송신 데이터를 본 발명의 벡터 변조 방식을 이용하여 변조한 후 송신 안테나를 통해 송신한다.The transmitter 110 modulates the transmission data using the vector modulation method of the present invention and then transmits it through the transmission antenna.

여기서, 송신단(110)은 송신 데이터를 그에 상응하는 저밀도 이진 벡터로 일대일로 대응시키고, 송신 데이터에 대응하는 저밀도 이진 벡터를 미리 정의된 사전 벡터들의 저밀도 중첩(sparse superposition)을 통해 송신 벡터로 형성함으로써, 송신 데이터가 변조된 송신 벡터를 송신 안테나를 통해 송신한다. 이러한 송신 벡터를 형성하는 과정에 대한 상세한 설명은 도 2에서 상세히 설명한다.Here, the transmitting terminal 110 maps the transmission data one-to-one with a corresponding low-density binary vector, and forms a low-density binary vector corresponding to the transmission data as a transmission vector through sparse superposition of predefined dictionary vectors. In this case, a transmission vector whose transmission data is modulated is transmitted through a transmission antenna. A detailed description of the process of forming such a transmission vector will be described in detail in FIG. 2.

수신단(120)은 다중 수신 안테나(121), RF 체인(122), 저 해상도 ADCs(123), 및 수신 처리부(receive processing)(124)를 포함한다.The receiving end 120 includes a multiple receiving antenna 121, an RF chain 122, low resolution ADCs 123, and a receiving processing unit 124.

다중 수신 안테나(121)는 대기 중으로부터 신호를 수신하여 RF 체인(122)으로 제공하며, RF 체인(122)의 출력 신호는 저 해상도 ADCs(123) 예를 들어, 1-비트 ADCs를 통해 양자화된다.The multiple receive antenna 121 receives the signal from the air and provides it to the RF chain 122, and the output signal of the RF chain 122 is quantized through low resolution ADCs 123, for example, 1-bit ADCs. .

이 때, 다중 수신 안테나(121)는 송신단으로부터 송신된 송신 벡터를 포함하는 수신 신호를 수신할 수 있다.At this time, the multiple reception antenna 121 may receive a reception signal including a transmission vector transmitted from the transmission end.

여기서, RF 체인(122)은 다양한 소자들로 구성될 수 있으며, 이러한 RF 체인(122)은 이 기술 분야에 종사하는 당업자라면 알 수 있는 기술적 구성이기에, 그 상세한 설명은 생략한다.Here, the RF chain 122 may be composed of various elements, and the RF chain 122 is a technical configuration known to those skilled in the art, and detailed description thereof will be omitted.

저 해상도 ADC(123) 예를 들어, 1-비트 ADC는 RF 체인(122)을 통해 출력되는 신호 즉, 수신 신호의 크기에 대해 미리 설정된 역치 값과 비교하여 양자화 값 예를 들어, +1 또는 -1의 값을 출력한다.Low-resolution ADC 123 For example, a 1-bit ADC compares a signal output through the RF chain 122, that is, a preset threshold value for the magnitude of a received signal, such as a quantization value, for example, +1 or- The value of 1 is output.

여기서, 1-비트 ADC(123)는 RF 체인(122)의 출력 신호에서 실수부를 1-비트 양자화하는 1-비트 ADC와 허수부를 1-비트 양자화하는 1-비트 ADC를 포함할 수 있다.Here, the 1-bit ADC 123 may include a 1-bit ADC that 1-bit quantizes the real part in the output signal of the RF chain 122 and a 1-bit ADC that 1-bit quantizes the imaginary part.

수신 처리부(124)는 저 해상도 ADC(123)를 통해 출력되는 저 해상도로 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘 예를 들어, LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 이용하여 송신 데이터를 검출한다.The reception processing unit 124 detects transmission data using a low-resolution quantized received signal output through the low-resolution ADC 123 and a preset algorithm, for example, a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm.

여기서, 수신 처리부(124)는 사전 행렬의 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 송신 데이터를 검출할 수 있다. 본 발명에서 저 해상도 ADC(123)에 대해 1-비트 ADC로 설명하였지만, 본 발명에서의 저 해상도 ADC(123)는 1-비트 ADC로 한정되지 않으며, 저 해상도의 b-비트 ADC를 포함할 수 있다. 여기서, 저 해상도의 b-비트 ADC를 사용하는 경우 송신 데이터를 검출 할 때 LMP 알고리즘의 우도 함수만을 b-비트 ADC에 맞게 정의할 수 있으며, 따라서 본 발명은 1-비트 ADC를 포함하는 저 해상도 ADC에 모두 적용될 수 있다.Here, the reception processing unit 124 may detect the transmission data by detecting the index information of the dictionary vectors of the dictionary matrix. In the present invention, the low-resolution ADC 123 was described as a 1-bit ADC, but the low-resolution ADC 123 in the present invention is not limited to a 1-bit ADC, and may include a low-resolution b-bit ADC. have. Here, when using a low-resolution b-bit ADC, when detecting transmission data, only the likelihood function of the LMP algorithm can be defined for the b-bit ADC. Therefore, the present invention is a low resolution ADC including a 1-bit ADC. Can be applied to all.

이러한 시스템에서 본 발명에 대해 조금 더 설명하면, 본 발명은 저 분해능 아날로그디지털 변환기를 사용하는 단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서 에너지 효율 증대와 데이터 검출 복잡도를 낮추기 위해 저 밀도로 사전 벡터를 중첩하여 데이터(또는 송신 데이터)를 시간 영역에서 변조할 수 있다. 물론, 본 발명은 에너지 효율 증대와 데이터 검출 복잡도를 낮추기 위해 저 밀도로 사전 벡터를 중첩하여 데이터를 시간 영역에서 변조하는 것으로 한정하지 않으며, 상황에 따라 데이터를 주파수 영역으로 변조할 수도 있다.To further illustrate the present invention in such a system, the present invention superimposes a dictionary vector at a low density to increase energy efficiency and reduce data detection complexity in a single input multiple output antenna system using a low-resolution analog-to-digital converter. Or transmission data) in the time domain. Of course, the present invention is not limited to modulating data in the time domain by superimposing a dictionary vector at a low density in order to increase energy efficiency and lower data detection complexity, and data may be modulated in the frequency domain depending on the situation.

본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조 방법은 전파 채널을 L개의 경로를 가진 간섭 채널(L-tap inter-symbol-interference channel)로 모델링하고 송신단에서 블록 별 송신(block-by-block transmission)을 하는 것으로 가정한다. 본 실시예에서는 송신 안테나와 r번째 수신 안테나 간의 간섭 채널을

Figure 112019005452718-pat00001
으로 표현한다. 또한 송신 안테나가 시간 영역 상에서 M번의 채널을 사용한 송신 벡터를
Figure 112019005452718-pat00002
로 나타낼 수 있다. 이 경우 r번째 수신 안테나에서 수신하는 시간 영역 신호는 아래 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.The vector modulation method according to an embodiment of the present invention models a propagation channel as an L-tap inter-symbol-interference channel and performs block-by-block transmission at a transmitting end. Is assumed. In this embodiment, the interference channel between the transmit antenna and the r-th receive antenna
Figure 112019005452718-pat00001
Is expressed as In addition, the transmit antenna uses a transmission vector using M channels in the time domain.
Figure 112019005452718-pat00002
Can be represented as In this case, the time domain signal received from the r-th reception antenna may be expressed as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019005452718-pat00003
Figure 112019005452718-pat00003

여기서,

Figure 112019005452718-pat00004
는 잡음 신호를 의미하는 것으로, 각 안테나와 각 시간에 대해 복소 정규분포(circularly-symmetric complex Gaussian)를 따를 수 있으며, 함수
Figure 112019005452718-pat00005
는 연속적인 값을 분해능에 따라 양자화하는 아날로그디지털 변환을 나타내는 비선형 함수를 의미할 수 있다.here,
Figure 112019005452718-pat00004
Is a noise signal. For each antenna and each time, a complex normal-symmetric complex Gaussian can be followed.
Figure 112019005452718-pat00005
Can denote a nonlinear function representing an analog-to-digital conversion that quantizes continuous values according to resolution.

상기 수학식 1을 행렬 식으로 나타내기 위해서 퇴플리츠(Toeplitz) 행렬

Figure 112019005452718-pat00006
을 아래 <수학식 2>와 같이 정의하면 상기 수학식 1을 아래 <수학식 3>과 같이 표현할 수 있다.To represent Equation 1 as a determinant, a Toeplitz matrix
Figure 112019005452718-pat00006
If is defined as <Equation 2> below, Equation 1 may be expressed as <Equation 3> below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019005452718-pat00007
Figure 112019005452718-pat00007

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019005452718-pat00008
Figure 112019005452718-pat00008

상기 수학식 3을 실 계수의 행렬 방정식으로 나타내기 위해서 아래 <수학식 4>와 같은 실 계수 벡터, 행렬을 정의하면 각 수신 안테나 별로 아래 <수학식 5>의 행렬 방정식을 얻을 수 있다.To express Equation 3 as a matrix equation of real coefficients, if a real coefficient vector and a matrix such as <Equation 4> below are defined, the matrix equations of <Equation 5> below can be obtained for each receive antenna.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112019005452718-pat00009
Figure 112019005452718-pat00009

Figure 112019005452718-pat00010
Figure 112019005452718-pat00010

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112019005452718-pat00011
Figure 112019005452718-pat00011

상기 수학식 5에서 모든 수신 안테나를 복합적으로 행렬 식으로 나타내기 위해, 아래 <수학식 6>과 같이 벡터, 행렬을 연결(concatenate) 하면 최종적으로 <수학식 7>과 같은 입출력 관계(input-output relation)을 얻을 수 있다.In Equation 5, in order to represent all receive antennas in a matrix form, if vectors and matrices are concatenated as shown in <Equation 6> below, finally, the input-output relationship such as <Equation 7> is input. relation).

[수학식 6] [Equation 6]

Figure 112019005452718-pat00012
Figure 112019005452718-pat00012

Figure 112019005452718-pat00013
Figure 112019005452718-pat00013

Figure 112019005452718-pat00014
Figure 112019005452718-pat00014

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112019005452718-pat00015
Figure 112019005452718-pat00015

여기서, 행렬 H는 전파 채널 상황에 의해 특성이 결정되며, 벡터 v의 경우는 잡음에 의해 결정되고, 함수

Figure 112019005452718-pat00016
는 아날로그디지털 변환기의 하드웨어에 따라 특성이 결정될 수 있다. 이러한 행렬 H, 벡터 v와 함수
Figure 112019005452718-pat00017
는 송신단에서 다룰 수 없다.Here, the matrix H is characterized by the propagation channel situation, the vector v is determined by noise, and the function
Figure 112019005452718-pat00016
The characteristic may be determined according to the hardware of the analog-to-digital converter. These matrices H , vectors v and functions
Figure 112019005452718-pat00017
Cannot be handled by the transmitting end.

본 실시예에서는 상기 수학식 7로 표현되는 비선형 입출력 시스템에서 목표 주파수 효율(spectral efficiency)을 달성하는 에너지 효율적인 벡터 변조 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 실시예에서는 송신 벡터 x를 변조하는데, 이에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.In this embodiment, an energy efficient vector modulation method for achieving a target frequency efficiency in a nonlinear input / output system represented by Equation (7) is provided. To this end, in this embodiment, the transmission vector x is modulated, which will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 송신 벡터를 변조하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.2 shows an exemplary diagram for describing a process of modulating a transmission vector.

도 2에 도시된 바와 같이, 송신단은 매핑 수단(111)과 변조 수단(112)을 포함한다.As shown in Fig. 2, the transmitting end includes a mapping means 111 and a modulation means 112.

매핑 수단(sparse mapper)(111)은 송신하고자 하는 송신 데이터(information Bits)를 그에 상응하는 저밀도 이진 벡터로 일대일로 매핑시킨다.The mapping means 111 maps the transmission data to be transmitted (information bits) on a one-to-one basis with a corresponding low-density binary vector.

변조 수단(sparse superposition vector modulation)(112)은 송신 데이터에 대응하는 저밀도 이진 벡터와 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 송신 벡터로 형성함으로써, 송신 데이터에 대응하여 변조된 송신 벡터를 송신 안테나(Tx)를 통해 수신단으로 송신한다.The modulating means (sparse superposition vector modulation) 112 forms a transmission vector modulated in response to the transmission data (Tx) by forming a transmission vector based on a low-density binary vector corresponding to the transmission data and a predefined dictionary matrix. And transmits to the receiving end.

여기서, 변조 수단(112)은 저밀도 이진 벡터와 사전 행렬의 사전 벡터들의 저밀도 중첩(sparse superposition)을 통해 송신 벡터를 형성할 수 있다.Here, the modulation means 112 may form a transmission vector through low-density superposition of the low-density binary vector and the dictionary vectors of the dictionary matrix.

나아가, 송신단은 사전 행렬의 생성하는 생성 수단(미도시) 또는 미리 생성된 사전 행렬을 저장하는 저장 수단(미도시)을 포함할 수 있다. Furthermore, the transmitting end may include generating means (not shown) for generating a dictionary matrix or storage means (not shown) for storing a pre-generated dictionary matrix.

도 2에 대해 조금 더 구체적으로 설명하면, 송신 데이터는 그에 상응하는 저밀도 이진 벡터 s로 일대일로 대응된다.2, the transmission data is mapped one-to-one with a corresponding low-density binary vector s .

이 때, 저밀도 이진(binary) 벡터 s에서 1의 개수는 총 K개로서, 벡터 s의 길이인 N과 K의 크기가 변조의 레벨(modulation level)을 정의할 수 있다.At this time, the number of 1s in the low-density binary vector s is a total of K, and the lengths of the vectors s , N and K, can define the modulation level.

이렇게 대응된 저밀도 이진 벡터 s는 행렬

Figure 112019005452718-pat00018
에 곱해져서 송신 벡터 x를 형성한다. 이는 송신 벡터 x가 행렬 D의 사전 벡터들의 저밀도 중첩(sparse superposition)을 통해 형성됨을 의미할 수 있으며, 아래 <수학식 8>과 같이 표현될 수 있다.The corresponding low-density binary vector s is a matrix
Figure 112019005452718-pat00018
Multiplied by to form the transmission vector x . This may mean that the transmission vector x is formed through sparse superposition of dictionary vectors of the matrix D , and can be expressed as Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112019005452718-pat00019
Figure 112019005452718-pat00019

여기서, 변조 가능한 송신 신호의 수 또는 목표 주파수 효율이 log (N choose K)로 나타날 수 있다.Here, the number of modulated transmission signals or the target frequency efficiency may be represented by log (N choose K).

저밀도 중첩 벡터 변조 기법의 성능을 향상시키기 위해 좋은 사전 행렬을 설계하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 벡터 변조를 하는 경우 상기 수학식 8을 상기 수학식 7에 적용하면 아래 <수학식 9>를 획득할 수 있다.The following describes how to design a good dictionary matrix to improve the performance of a low-density superimposed vector modulation technique. According to the present invention, when Equation 8 is applied to Equation 7, in the case of vector modulation, Equation 9 below can be obtained.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112019005452718-pat00020
Figure 112019005452718-pat00020

상기 수학식 9를 통해 알 수 있듯이, 상기 수학식 9는 벡터 s를 입력으로 보았을 때 유효 채널(effective channel) 값이 HD로 나타나는 것으로 해석할 수 있다.As can be seen from Equation (9), Equation (9) can be interpreted as an effective channel value in HD when the vector s is viewed as an input.

본 발명에서 시스템의 에러율을 낮추는데 가장 큰 비중을 차지하는 것은 사전 행렬 D를 설정하는 데 있다. 본 발명에서 D의 영향은 크게 두 가지 의미로 해석될 수 있다. In the present invention, the most important factor in reducing the error rate of the system is to set the dictionary matrix D. In the present invention, the influence of D can be interpreted in two ways.

첫째로, 사전 행렬 Ds의 정보를 전 시간 영역에 걸쳐서 나누어 줄 수 있게 한다. 극단적인 예로 사전 행렬이 없는 경우(혹은 D가 단위 행렬이 되는 경우) 아래 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.First, the dictionary matrix D allows information of s to be divided over the entire time domain. As an extreme example, when there is no dictionary matrix (or D becomes an identity matrix), it can be expressed as Equation 10 below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112019005452718-pat00021
Figure 112019005452718-pat00021

상기 수학식 10의 경우 데이터를 포함하는 벡터 s는 오직 퇴플리츠 행렬 (혹은 다중 탭 채널)에 의해서만 분산된다. s의 경우 1의 개수가 적은 특수한 구조가 있기 때문에 수신 신호 y중 일부가 s에 대한 아무런 정보를 포함하지 못하는 경우가 발생한다.In the case of Equation 10 above, the vector s containing data is distributed only by a Toeplitz matrix (or multi-tap channel). In the case of s , there is a special structure in which the number of 1s is small, so that some of the received signals y do not contain any information about s .

둘째로, 사전 행렬 D는 실제 전파 채널 H의 각 원소들을 섞는 효과가 있다. 그리하여 s에 대한 유효 채널인 HD를 압축 센싱에 적합한 센싱 행렬(sensing matrix)의 구조를 가지게 한다. 따라서, 데이터를 검출하는 과정에서 압축 센싱 이론을 활용하여 데이터를 저 복잡도로 효과적으로 검출하는 것이 가능하다. Second, the dictionary matrix D has the effect of mixing each element of the actual propagation channel H. Thus, the effective channel for s HD has a structure of a sensing matrix suitable for compression sensing. Therefore, it is possible to effectively detect data with low complexity by using compression sensing theory in the process of detecting data.

송신단에서 사전 행렬 D를 효과적으로 정의하는 방법은 송신단에서 채널 정보를 알 때와 채널 정보가 없을 때로 나뉜다. 우선 송신단에서 채널 정보를 모르는 경우 즉, 채널 정보가 저장되지 않는 경우 행렬 D를 효과적으로 정의하는 방법 중 하나는 임의의 직교(randomized orthogonal) 행렬을 생성하여 사용하는 것이다. 직교 행렬의 경우 압축 센싱에 있어서 검출 성능을 좌우하는 RIP(restricted isometry property)를 완벽하게 만족할 수 있다. 이러한 D를 사용하였을 경우 HD가 좋은 RIP(restricted isometry property) 계수를 가질 가능성이 크기 때문에 전체 시스템의 성능 향상에 도움이 될 수 있다. 또한, 채널 정보가 없는 경우 사전 행렬 D를 (Q | -Q)로 정의하고 sparsity constraint를 적용할 수도 있다.The method of effectively defining the dictionary matrix D at the transmitting end is divided into when the channel information is known at the transmitting end and when there is no channel information. First, when the transmitter does not know the channel information, that is, when the channel information is not stored, one of the methods of effectively defining the matrix D is to generate and use an arbitrary orthogonal matrix. In the case of an orthogonal matrix, it is possible to perfectly satisfy the restricted isometry property (RIP), which determines the detection performance in compression sensing. When D is used, HD is likely to have a good RIP (restricted isometry property) coefficient, which may help improve the performance of the entire system. In addition, if there is no channel information, the dictionary matrix D may be defined as (Q | -Q) and sparsity constraint may be applied.

송신단에서 채널 정보를 가지고 있을 경우 즉, 채널 정보를 저장하고 있는 경우는 D를 설계할 때 유효 채널인 HD가 좋은 RIP(restricted isometry property) 계수 즉, 미리 설정된 RIP 계수를 가지도록 설계하는 것이다. 일 예로 D의 행렬을 H의 역행렬인 H - 1 와 푸리에 행렬(FFT matrix) F의 곱으로 표현하는 것이다. 이 경우 유효 채널 HD가 결국 F가 되는데, 푸리에 행렬의 경우 s 벡터를 전 시간 영역에 균등하게 분산시켜줄 뿐만 아니라 직교 행렬로서 RIP를 완벽하게 만족하기 때문에 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 채널 정보가 있는 경우 사전 행렬 DH - 1 와 (Q | -Q)의 곱으로 정의하고 sparsity constraint를 적용할 수도 있다. 본 발명은 채널 정보가 존재하는 경우 채널의 행렬 역수와 직교 행렬을 곱함으로써, 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 채널 정보가 존재하는 경우 채널의 역행렬과 직교 행렬(모든 직교 행렬을 포함할 수 있음)을 곱함으로써, 성능을 향상시킬 수 있다.When the transmitter has channel information, that is, when storing channel information, when designing D , the effective channel HD is designed to have good RIP (restricted isometry property) coefficients, that is, preset RIP coefficients. For example, the matrix of D is expressed as the product of H - 1 , the inverse matrix of H , and the FFT matrix F. In this case, the effective channel HD eventually becomes F. In the case of the Fourier matrix, the s vector is uniformly distributed over the entire time domain, and performance can be improved because RIP is perfectly satisfied as an orthogonal matrix. In addition, if there is channel information, the dictionary matrix D may be defined as a product of H - 1 and (Q | -Q) and sparsity constraint may be applied. The present invention can improve performance by multiplying a matrix inverse and an orthogonal matrix of a channel when channel information is present. As described above, the present invention can improve performance by multiplying an inverse matrix of a channel and an orthogonal matrix (which may include all orthogonal matrices) when channel information is present.

일반적으로 압축센싱에서, 센싱 행렬의 특성이 저 밀도 신호 복원 성능을 좌우한다. 이 때, 센싱 행렬 A가 얼마나 좋은 특성을 갖는가에 대한 계수로서

Figure 112019005452718-pat00022
가 정의될 수 있다.In general, in compression sensing, the characteristics of the sensing matrix dominate low-density signal recovery performance. At this time, as a coefficient for how good the characteristic of the sensing matrix A is
Figure 112019005452718-pat00022
Can be defined.

행렬 A 중 임의의 s개의 열을 선택하여 얻어지는 모든 행렬 As에 대해서, 계수

Figure 112019005452718-pat00023
가 존재하여 아래 <수학식 11>을 만족시킬 때, 행렬 A가 상수
Figure 112019005452718-pat00024
를 가지는 s-RIP를 만족시킨다.Coefficients for all matrices As obtained by selecting any s columns of matrices A
Figure 112019005452718-pat00023
When <Equation 11> below satisfies the condition, matrix A is a constant
Figure 112019005452718-pat00024
Satisfies s-RIP.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112019005452718-pat00025
Figure 112019005452718-pat00025

RIP의 가장 단순한 예로, A

Figure 112019005452718-pat00026
가 직교행렬인 경우, 무작위로 임의의 열을 선택하여도, 얻은 As의 열들이 각각 수직이기 때문에 상수(constant)
Figure 112019005452718-pat00027
=0 로 isometry property를 만족하게 된다. 하지만 일반적으로 A가 정사각행렬이 아니며, 열의 개수가 행의 개수보다 많은 fat matrix인 경우, s개의 열을 선택하여 얻어질 수 있는 As들 중에서 각 열들이 수직을 이루지 않는 경우가 반드시 발생한다. 따라서 fat matrix A는 다른 조건이 없을 때 상수
Figure 112019005452718-pat00028
=0로 RIP를 만족할 수 없다. A를 직교행렬을 두는 것은 간단하지만 높은 주파수 효율을 달성하지 못한다는 점에 한계가 있다. 직교행렬로부터 얻을 수 있는 As의 가지 수는 총
Figure 112019005452718-pat00029
에 불과하다.The simplest example of RIP, A
Figure 112019005452718-pat00026
When is orthogonal matrix, even if random columns are randomly selected, constants are obtained because the columns of As obtained are vertical.
Figure 112019005452718-pat00027
The isometry property is satisfied by = 0. However, in general, when A is not a square matrix and the number of columns is a fat matrix having more than the number of rows, it is necessary that each column is not vertical among As obtained by selecting s columns. So fat matrix A is constant when there are no other conditions
Figure 112019005452718-pat00028
= 0, the RIP cannot be satisfied. It is simple to put A in an orthogonal matrix, but there is a limitation in that it cannot achieve high frequency efficiency. The number of branches of As that can be obtained from an orthogonal matrix is
Figure 112019005452718-pat00029
It is only.

다만 A가 fat matrix 중에서, 열의 개수가 행의 개수의 2배를 넘지 않는 경우, 특별한 조건을 추가함으로서 A가 상수

Figure 112019005452718-pat00030
=0로 RIP를 만족하게 하는 것이 가능하다. 임의의 직교 행렬
Figure 112019005452718-pat00031
에 대해 이를 확장한 행렬 A
Figure 112019005452718-pat00032
Figure 112019005452718-pat00033
로 정의한다. 행렬 A에서 s개의 열을 선택하여 As를 형성할 때, A의 i번째 열이 선택되었으면, n+i (mod 2n) 번째 열은 선택되지 않는다고 가정하면(sparsity constraint), 이 조건 하에서 행렬 As에는 부호만 다른 두 열 벡터가 절대 포함될 수 없다. 즉 As의 각 열들은 항상 수직이 된다. 따라서 A가 상수
Figure 112019005452718-pat00034
=0으로 RIP를 만족하게 된다. 이 경우 얻을 수 있는 As의 가지 수는 총
Figure 112019005452718-pat00035
가지로서, A를 직교 행렬로 두는 때 보다 훨씬 더 높은 (s bit higher) 주파수 효율을 달성할 수 있다.However, if A is a fat matrix and the number of columns does not exceed two times the number of rows, A is added to add a special condition.
Figure 112019005452718-pat00030
It is possible to satisfy RIP with = 0. Random orthogonal matrix
Figure 112019005452718-pat00031
Matrix A that extends it for
Figure 112019005452718-pat00032
To
Figure 112019005452718-pat00033
Is defined as When forming As by selecting s columns from matrix A, assuming that the i-th column of A is selected, the n + i (mod 2n) -th column is not selected (sparsity constraint). Two-column vectors with only different signs can never be included. That is, each column of As is always vertical. Therefore, A is a constant
Figure 112019005452718-pat00034
= 0 to satisfy RIP. In this case, the number of branches of As can be obtained
Figure 112019005452718-pat00035
As a branch, it is possible to achieve s bit higher frequency efficiency than when A is placed in an orthogonal matrix.

이러한 과정에 의해 변조된 신호는 저 복잡도 압축 센싱 기법을 통해 검출될 수 있다. 예컨대, 저 분해능 ADC를 통한 수신 신호에는 s 벡터가 전 시간에 걸쳐 들어오기 때문에 최적 검출 방법인 ML(maximum likelihood)를 사용하는 경우 지수적으로 복잡도가 증가하므로 실용적이지 않다. 따라서, 본 발명은 LMP 알고리즘을 통해 이를 검출할 수 있다. 즉, 수신단은 저 분해능 ADC에 의해 양자화된 양자화 값과 LMP 알고리즘을 이용하여 송신 데이터를 검출할 수 있으며, 바람직하게는 송신 벡터에 포함된 사전 행렬의 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 송신 데이터를 검출할 수 있다.The signal modulated by this process can be detected through a low complexity compression sensing technique. For example, since the s vector enters the received signal through the low-resolution ADC over the entire time, it is not practical because exponential complexity increases when using the optimal detection method (maximum likelihood). Therefore, the present invention can detect it through the LMP algorithm. That is, the receiving end can detect the transmission data using the quantization value and the LMP algorithm quantized by the low-resolution ADC, and preferably, by detecting the index information of the dictionary vectors of the dictionary matrix included in the transmission vector, Can be detected.

여기서, LMP는 기존 압축센싱, 저 분해능 ADC를 사용한 경우의 압축센싱 알고리즘들과는 다르게 검출하는 s 벡터가 이진 벡터라는 특징이 있을 수 있으며, 기존 압축 센싱 알고리즘들과는 다르게 이런 디스크리트(discrete)한 특성을 이용하기 때문에 기존 연속적인(continuous) 신호를 찾는 알고리즘들보다 뛰어난 성능을 보여줄 수 있다.Here, the LMP may have a characteristic that the s vector that detects differently from the compression sensing algorithms in the case of using the conventional compression sensing and low resolution ADC is a binary vector, and unlike such conventional compression sensing algorithms, use this discrete characteristic. Therefore, it can show better performance than the existing algorithms for finding continuous signals.

LMP의 핵심 아이디어는 ML 값을 생성하는 지원 셋(support set)의 요소들을 연속적으로 식별하는 것으로, 이러한 LMP 알고리즘에 대해 조금 더 설명하면 다음과 같다.The key idea of LMP is to continuously identify the elements of a support set that generates ML values. The LMP algorithm is explained as follows.

저밀도 정보 벡터 s의 진짜 지원 셋을

Figure 112019005452718-pat00036
라 가정하면, LMP 알고리즘은 K-저밀도 정보 벡터를 검출하기 위하여 K 번 반복 수행한다. 각 반복에서, 지원 셋의 요소를 식별한다. 본 발명은 k번째 반복까지 추정된 지원 셋을
Figure 112019005452718-pat00037
로 나타낸다.Real support three of low density information vector s
Figure 112019005452718-pat00036
Suppose, LMP algorithm iterates K times to detect K-low density information vector. In each iteration, elements of the support set are identified. The present invention provides an estimated set of support up to the kth iteration.
Figure 112019005452718-pat00037
It is represented by.

첫 번째 반복에서, LMP 알고리즘은 s의 각 요소가 0이 아니라는 전제하에 N 개의 우도 함수를 계산합니다. 그런 다음, 최대 우도 값을 갖는 지원 요소를 찾는다. 이를 위해, 본 발명은 수신 신호

Figure 112019005452718-pat00038
는 sn=1인 전제하에 아래 <수학식 12>와 같이 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure 112019005452718-pat00039
일 수 있다.In the first iteration, the LMP algorithm computes N likelihood functions on the assumption that each element of s is nonzero. Then, find the support element with the maximum likelihood value. To this end, the present invention is a received signal
Figure 112019005452718-pat00038
Can be expressed as <Equation 12> below under the assumption that sn = 1. here,
Figure 112019005452718-pat00039
Can be

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112019005452718-pat00040
Figure 112019005452718-pat00040

여기서,

Figure 112019005452718-pat00041
는 유효 노이즈 벡터를 의미할 수 있다.here,
Figure 112019005452718-pat00041
Can mean an effective noise vector.

LMP 알고리즘을 설계하기 위해, 본 발명은

Figure 112019005452718-pat00042
Figure 112019005452718-pat00043
의 분포를 모델링할 수 있다. 여기서,
Figure 112019005452718-pat00044
는 대각선 요소들을 갖는 대각선 행렬을 의미할 수 있으며, 대각선 요소들
Figure 112019005452718-pat00045
는 아래 <수학식 13>과 같이 나타낼 수 있다.In order to design the LMP algorithm, the present invention
Figure 112019005452718-pat00042
in
Figure 112019005452718-pat00043
You can model the distribution of. here,
Figure 112019005452718-pat00044
Can mean a diagonal matrix with diagonal elements, and diagonal elements
Figure 112019005452718-pat00045
Can be expressed as <Equation 13> below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112019005452718-pat00046
Figure 112019005452718-pat00046

여기서,

Figure 112019005452718-pat00047
일 수 있다.here,
Figure 112019005452718-pat00047
Can be

상기 수학식 12의 첫번째 항목은 지원 셋의 불확실성을 나타내고, 두 번째 항목은 노이지의 불확실성을 나타낸다. 가우스 노이즈 모델을 이용하여 sn=1의 전제에서 로그 우도 함수는 아래 <수학식 14>와 같이 근사화될 수 있다.The first item of Equation (12) represents the uncertainty of the support set, and the second item represents the uncertainty of the noisy. Using the Gaussian noise model, the log-likelihood function can be approximated as shown in <Equation 14> below under the assumption of sn = 1.

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112019005452718-pat00048
Figure 112019005452718-pat00048

로그 우도 값이 계산되면, LMP 알고리즘은 s의 가장 좋은 우도 위치를 지원 셋의 요소로 업데이트한다. 이 때, 지원 셋의 요소는 아래 <수학식 15>와 같이 나타낼 수 있다.When the log likelihood value is calculated, the LMP algorithm updates the best likelihood position of s with the elements of the support set. At this time, the elements of the support set can be expressed as <Equation 15> below.

[수학식 15][Equation 15]

Figure 112019005452718-pat00049
Figure 112019005452718-pat00049

두번째 반복에서, LMP 알고리즘은 이전에 검출된 지원을 부가 정보로 활용하여 지원 요소를 찾는다. k-1번째 반복까지 즉,

Figure 112019005452718-pat00050
까지 이전에 식별된 지원 셋을 이용하여 sn=1의 전제하에서 k번째 반복에서의 로그 우도 함수를 아래 <수학식 16>과 같이 나타낼 수 있다.In the second iteration, the LMP algorithm uses the previously detected support as additional information to find a support element. until k-1 iteration, i.e.
Figure 112019005452718-pat00050
The log likelihood function at the k-th iteration under the premise of sn = 1 can be expressed as <Equation 16> below using the previously identified support set.

[수학식 16][Equation 16]

Figure 112019005452718-pat00051
Figure 112019005452718-pat00051

로그 우도 함수를 계산하기 위해, 본 발명은

Figure 112019005452718-pat00052
의 가정하에서 상기 <수학식 12>를 아래 <수학식 17>과 같이 나타낼 수 있다.To calculate the log likelihood function, the present invention
Figure 112019005452718-pat00052
Under the assumption of <Equation 12> can be expressed as <Equation 17> below.

[수학식 17][Equation 17]

Figure 112019005452718-pat00053
Figure 112019005452718-pat00053

이러한 LMP 알고리즘에 대한 요약은 아래 알고리즘 1과 같이 나타낼 수 있다.A summary of the LMP algorithm can be expressed as Algorithm 1 below.

Figure 112019005452718-pat00054
Figure 112019005452718-pat00054

여기서,

Figure 112019005452718-pat00055
는 sn=1의 전자하에서 k번째 반복의 유효 노이즈 벡터를 의미할 수 있다.here,
Figure 112019005452718-pat00055
Can mean the effective noise vector of the k-th iteration under the electron of sn = 1.

첫번째 반복과 같이, 본 발명은 유효 노이즈 벡터

Figure 112019005452718-pat00056
의 분포를
Figure 112019005452718-pat00057
로 가정할 때, 대각선 요소들
Figure 112019005452718-pat00058
는 아래 <수학식 18>과 같이 나타낼 수 있다.Like the first iteration, the present invention is an effective noise vector.
Figure 112019005452718-pat00056
The distribution of
Figure 112019005452718-pat00057
Assuming that, diagonal elements
Figure 112019005452718-pat00058
Can be expressed as <Equation 18> below.

[수학식 18][Equation 18]

Figure 112019005452718-pat00059
Figure 112019005452718-pat00059

상기 수학식 16과 수학식 17을 이용하면, k 번째 반복에서의 로그 우도 함수는 아래 <수학식 19>와 같이 근사적으로 계산될 수 있다.Using Equation 16 and Equation 17, the log likelihood function at the k-th iteration may be approximated as shown in Equation 19 below.

[수학식 19][Equation 19]

Figure 112019005452718-pat00060
Figure 112019005452718-pat00060

우도 값이 계산되면, LMP는 지원 셋의 요소를 아래 <수학식 20>고 같이 검출한다.When the likelihood value is calculated, LMP detects the elements of the support set as shown in Equation 20 below.

[수학식 20][Equation 20]

Figure 112019005452718-pat00061
Figure 112019005452718-pat00061

LMP 알고리즘은 지원 셋을

Figure 112019005452718-pat00062
로 업데이트하고, 이러한 반복적인 과정은 조건
Figure 112019005452718-pat00063
이 만족될 때까지 수행된다.LMP algorithm supports three
Figure 112019005452718-pat00062
Updated, and these iterative processes are conditional
Figure 112019005452718-pat00063
This is done until satisfied.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 상술한 송신단에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.3 illustrates an operation flowchart for a vector modulation method according to an embodiment of the present invention, and illustrates an operation flowchart at the above-described transmitting end.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조 방법은 유효 채널 값에 기초하여 사전 행렬을 정의하는 단계(S310), 송신 데이터를 송신 데이터에 대응하는 저밀도 이진 벡터로 매핑하는 단계(S320) 및 매핑된 저밀도 이진 벡터와 정의된 사전 행렬에 기초하여 송신 벡터를 형성 또는 송신 벡터로 변조하는 단계(S330)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a vector modulation method according to an embodiment of the present invention includes defining a dictionary matrix based on an effective channel value (S310) and mapping transmission data to a low-density binary vector corresponding to transmission data (S320) And forming a transmission vector or modulating the transmission vector based on the mapped low-density binary vector and the defined dictionary matrix (S330).

단계 S310은 채널 정보가 존재하는 경우 즉, 송신단에서 채널 정보를 알 수 있는 경우 유효 채널 값이 미리 설정된 RIP(restricted isometry property) 계수를 가지도록 사전 행렬을 정의하고, 채널 정보가 존재하지 않는 경우 즉, 송신단에서 채널 정보를 알 수 없는 경우 임의의 직교 행렬을 생성한 후 생성된 직교 행렬에 기초하여 사전 행렬을 정의할 수 있다.In step S310, if the channel information exists, that is, when the transmitting end can know the channel information, a dictionary matrix is defined so that the effective channel value has a preset RIP (restricted isometry property) coefficient, and if the channel information does not exist, that is, , If the channel information is unknown at the transmitting end, an arbitrary orthogonal matrix may be generated and then a dictionary matrix may be defined based on the generated orthogonal matrix.

여기서, 단계 S310은 채널 정보가 존재하는 경우 채널 행렬의 역행렬과 직교 행렬 예를 들어, 푸리에 행렬의 곱으로 사전 행렬을 정의할 수 있다.Here, in step S310, when the channel information exists, a dictionary matrix may be defined as a product of an inverse matrix of a channel matrix and an orthogonal matrix, for example, a Fourier matrix.

즉, 단계 S310은 수신단에서 데이터를 검출하는 과정에서 데이터를 저 복잡도로 효과적으로 검출할 수 있도록, 사전 행렬을 설계하여 생성하는 과정으로, 사전 행렬은 저밀도 이진 벡터를 전 시간 영역에 걸쳐서 나누고, 실제 전파 채널의 각 원소들을 섞는 기능을 한다.That is, step S310 is a process of designing and generating a dictionary matrix so that data can be effectively detected with low complexity in the process of detecting data at the receiving end. The dictionary matrix divides the low-density binary vector over the entire time domain, and propagates in real time. It functions to mix each element of the channel.

단계 S320은 송신하고자 하는 송신 데이터를 그에 상응하는 저밀도 이진 벡터로 일대일로 매핑시킨다.In step S320, the transmission data to be transmitted is mapped one-to-one to a corresponding low-density binary vector.

단계 S330은 저밀도 이진 벡터와 사전 행렬의 사전 벡터들의 저밀도 중첩(sparse superposition)을 통해 송신 벡터를 형성한다. 이렇게 형성된 송신 벡터는 송신 안테나를 통해 송신된다.Step S330 forms a transmission vector through a low-density binary vector and a sparse superposition of dictionary vectors of a dictionary matrix. The transmission vector thus formed is transmitted through a transmission antenna.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 검출 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 상술한 수신단에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.4 shows an operation flowchart for a data detection method according to an embodiment of the present invention, and shows an operation flowchart at the above-described receiving end.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 검출 방법은 다중 수신 안테나를 통해 송신 벡터를 포함하는 수신 신호를 수신하는 단계(S410), 수신된 수신 신호를 저 분해능 ADC 예를 들어, 1-비트 ADC를 이용하여 양자화하는 단계(S420) 및 저 분해능으로 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 송신 데이터를 검출하는 단계(S430)를 포함한다.Referring to Figure 4, the data detection method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of receiving a received signal including a transmission vector through a multiple receive antenna (S410), a low-resolution ADC for the received received signal, for example, 1 Quantization using a bit ADC (S420) and detecting the transmission data using a preset algorithm and a received signal quantized with a low resolution (S430).

단계 S410은 송신단에서 사전 벡터에 의해 형성된 송신 벡터를 포함하는 신호를 다중 수신 안테나를 이용하는 수신하는 것으로, 수신 신호는 상기 수학식 10과 같이 수신될 수 있다.In step S410, the transmitting end receives a signal including a transmission vector formed by a dictionary vector using a multiple reception antenna, and the received signal may be received as shown in Equation 10 above.

물론, 다중 수신 안테나를 통해 수신된 수신 신호는 RF 체인을 통해 저 분해능 ADC로 제공될 수 있다.Of course, the received signal received through the multiple receive antenna can be provided to the low-resolution ADC through the RF chain.

단계 S420은 RF 체인을 통해 분리된 실수부와 허수부 각각을 실수부를 저 분해능으로 양자화하는 ADC와 허수부를 저 분해능으로 양자화하는 ADC를 이용하여 양자화한다.Step S420 quantizes each of the real and imaginary parts separated through the RF chain using an ADC that quantizes the real part with low resolution and an ADC that quantizes the imaginary part with low resolution.

단계 S430은 저 해상도 ADC를 통해 출력되는 저 해상도로 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘 예를 들어, LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 이용하여 사전 행렬의 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 송신 데이터를 검출할 수 있다.Step S430 detects the transmission data by detecting the index information of the dictionary vectors of the dictionary matrix using a low-resolution quantized received signal output through a low-resolution ADC and a preset algorithm, for example, a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm. Can be detected.

여기서, LMP 알고리즘은 기존 압축센싱, 저 분해능 ADC를 사용한 경우의 압축센싱 알고리즘들과는 다르게 검출하는 저밀도 이진 벡터라는 특징이 있을 수 있으며, 기존 압축 센싱 알고리즘들과는 다르게 이런 디스크리트(discrete)한 특성을 이용하기 때문에 기존 연속적인(continuous) 신호를 찾는 알고리즘들보다 뛰어난 성능을 보여줄 수 있다.Here, the LMP algorithm may be characterized as a low-density binary vector that detects differently from the compression sensing algorithms in the case of using the existing compression sensing and low-resolution ADCs, and, unlike the existing compression sensing algorithms, uses this discrete characteristic. It can show better performance than the existing algorithms for finding continuous signals.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벡터 변조 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 송신단에 포함되는 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.5 shows a configuration for a vector modulation device according to an embodiment of the present invention, and shows a configuration for a device included in a transmitting end.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벡터 변조 장치(500)는 생성부(510), 매핑부(520), 변조부(530) 및 송신부(540)를 포함한다.5, the vector modulation apparatus 500 according to an embodiment of the present invention includes a generator 510, a mapping unit 520, a modulator 530 and a transmitter 540.

생성부(510)는 유효 채널 값에 기초하여 사전 행렬을 정의한다.The generator 510 defines a dictionary matrix based on the effective channel value.

여기서, 생성부(510)는 채널 정보가 존재하는 경우 즉, 송신단에서 채널 정보를 알 수 있는 경우 유효 채널 값이 미리 설정된 RIP(restricted isometry property) 계수를 가지도록 사전 행렬을 정의하고, 채널 정보가 존재하지 않는 경우 즉, 송신단에서 채널 정보를 알 수 없는 경우 임의의 직교 행렬을 생성한 후 생성된 직교 행렬에 기초하여 사전 행렬을 정의할 수 있다.Here, the generator 510 defines a dictionary matrix so that the effective channel value has a preset RIP (restricted isometry property) coefficient when the channel information exists, that is, when the transmitting end can know the channel information, the channel information If it does not exist, that is, if the channel information is unknown at the transmitting end, an arbitrary orthogonal matrix may be generated and then a dictionary matrix may be defined based on the generated orthogonal matrix.

이 때, 생성부(510)는 채널 정보가 존재하는 경우 채널 행렬의 역행렬과 직교 행렬 예를 들어, 푸리에 행렬의 곱으로 사전 행렬을 정의할 수 있다.In this case, the generator 510 may define a dictionary matrix by multiplying an inverse matrix of a channel matrix and an orthogonal matrix, for example, a Fourier matrix, when channel information is present.

매핑부(520)는 도 2에 도시된 매핑 수단(111)에 대응하는 구성으로, 송신 데이터를 송신 데이터에 대응하는 저밀도 이진 벡터로 매핑한다.The mapping unit 520 is configured to correspond to the mapping means 111 shown in FIG. 2, and maps the transmission data into a low-density binary vector corresponding to the transmission data.

여기서, 매핑부(520)는 송신하고자 하는 송신 데이터를 그에 상응하는 저밀도 이진 벡터로 일대일로 매핑시킬 수 있다.Here, the mapping unit 520 may map the transmission data to be transmitted one-to-one with a corresponding low-density binary vector.

변조부(530)는 도 2에 도시된 변조 수단(112)에 대응하는 구성으로, 매핑된 저밀도 이진 벡터와 정의된 사전 행렬에 기초하여 송신 벡터를 형성 또는 송신 벡터로 변조한다.The modulator 530 has a configuration corresponding to the modulating means 112 shown in FIG. 2, and modulates the transmission vector into a transmission vector or a transmission vector based on the mapped low-density binary vector and the defined dictionary matrix.

여기서, 변조부(530)는 저밀도 이진 벡터와 사전 행렬의 사전 벡터들의 저밀도 중첩을 통해 송신 벡터를 형성할 수 있다.Here, the modulator 530 may form a transmission vector through low-density superposition of the low-density binary vector and the dictionary vectors of the dictionary matrix.

송신부(540)는 송신 안테나를 포함하며, 변조부에 의해 변조된 송신 벡터를 송신 안테나를 통해 수신단으로 송신한다.The transmitting unit 540 includes a transmitting antenna, and transmits a transmission vector modulated by the modulating unit to the receiving end through the transmitting antenna.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 검출 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 수신단에 포함되는 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.6 illustrates a configuration of a data detection device according to an embodiment of the present invention, and shows a configuration of a device included in a receiving end.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 검출 장치(600)는 수신부(610), 양자화부(620) 및 검출부(630)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the data detection apparatus 600 according to an embodiment of the present invention includes a reception unit 610, a quantization unit 620, and a detection unit 630.

수신부(610)는 도 1의 다중 수신 안테나(121)와 상황에 따라 RF 체인(122)을 포함하는 구성에 대응하는 것으로, 다중 수신 안테나를 통해 송신 벡터를 포함하는 수신 신호를 수신하고, RF 체인을 통해 양자화부로 제공한다.The reception unit 610 corresponds to a configuration including the multiple reception antenna 121 of FIG. 1 and the RF chain 122 according to circumstances, and receives a reception signal including a transmission vector through the multiple reception antenna, and the RF chain It is provided to the quantization unit through.

양자화부(620)는 도 1에 도시된 저 분해능 ADC(123)에 대응하는 구성으로, 수신된 수신 신호를 저 분해능 ADC 예를 들어, 1-비트 ADC를 이용하여 양자화한다.The quantization unit 620 is configured to correspond to the low-resolution ADC 123 illustrated in FIG. 1, and quantizes the received received signal using a low-resolution ADC, for example, a 1-bit ADC.

여기서, 양자화부(620)는 RF 체인을 통해 분리된 실수부와 허수부 각각을 실수부를 저 분해능으로 양자화하는 ADC와 허수부를 저 분해능으로 양자화하는 ADC를 이용하여 양자화할 수 있다.Here, the quantization unit 620 may quantize each of the real and imaginary parts separated through the RF chain using an ADC that quantizes the real part with low resolution and an ADC that quantizes the imaginary part with low resolution.

검출부(630)는 도 1에 도시된 receive processing(124)에 대응하는 구성으로, 저 분해능으로 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 송신 데이터를 검출한다.The detection unit 630 is configured to correspond to the receive processing 124 shown in FIG. 1, and detects transmission data using a low resolution quantized reception signal and a preset algorithm.

여기서, 검출부(630)는 저 해상도 ADC를 통해 출력되는 저 해상도로 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘 예를 들어, LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 이용하여 사전 행렬의 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 송신 데이터를 검출할 수 있다.Here, the detector 630 detects index information of dictionary vectors of the dictionary matrix by using a received signal quantized with a low resolution output through a low resolution ADC and a preset algorithm, for example, a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm. , Transmission data can be detected.

비록, 도 5와 도 6의 장치에서 그 설명이 생략되더라도, 도 5와 도 6의 장치는 도 1 내지 도 4의 시스템과 방법에서 설명한 모든 기능을 포함할 수 있다는 것을 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.Although the description of the devices of FIGS. 5 and 6 is omitted, those skilled in the art may appreciate that the devices of FIGS. 5 and 6 may include all the functions described in the systems and methods of FIGS. 1 to 4. It is self-evident.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, 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 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The system or device described above may be implemented with hardware components, software components, and / or combinations of hardware components and software components. For example, the systems, devices, and components described in the embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, and field programmable arrays (FPAs). ), A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

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 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 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, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예들에 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.The method according to the embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded in the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results 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 also within the scope of the following claims.

Claims (16)

단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 벡터 변조 방법에 있어서,
송신 데이터를 상기 송신 데이터에 대응하는 '1'의 개수가 미리 설정된 개수인 저밀도 이진 벡터(sparse binary vector)로 매핑하는 단계; 및
상기 매핑된 저밀도 이진 벡터와 미리 설정된 채널 값에 기초하여 미리 정의된 사전 행렬(dictionary matrix)을 구성하는 벡터들인 사전 벡터들을 저밀도로 중첩하는 저밀도 중첩(sparse superposition)에 기초하여 송신 벡터를 형성하는 단계
를 포함하는 벡터 변조 방법.
In the vector modulation method in a single input multiple output antenna system,
Mapping transmission data to a low-density binary vector having a preset number of '1' corresponding to the transmission data; And
Forming a transmission vector based on a sparse superposition overlapping dictionary vectors, which are vectors constituting a predefined dictionary matrix, based on the mapped low-density binary vector and a preset channel value.
A vector modulation method comprising a.
삭제delete 제1항에 있어서,
미리 설정된 채널 값에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 변조 방법.
According to claim 1,
Defining the dictionary matrix based on a preset channel value
A vector modulation method further comprising a.
제3항에 있어서,
상기 사전 행렬을 정의하는 단계는
채널 정보가 존재하는 경우 상기 채널 값이 미리 설정된 RIP(restricted isometry property) 계수를 가지도록 상기 사전 행렬을 정의하고,
상기 채널 정보가 존재하지 않는 경우 임의의 직교 행렬을 생성하고, 상기 생성된 직교 행렬에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의하는 것을 특징으로 하는 벡터 변조 방법.
According to claim 3,
The step of defining the dictionary matrix is
When the channel information exists, the dictionary matrix is defined so that the channel value has a preset restricted isometry property (RIP) coefficient,
A vector modulation method comprising generating an arbitrary orthogonal matrix when the channel information does not exist and defining the dictionary matrix based on the generated orthogonal matrix.
제3항에 있어서,
상기 사전 행렬을 정의하는 단계는
채널 정보가 존재하는 경우 상기 채널 정보에 대응하는 채널 행렬의 역행렬과 미리 정의된 직교 행렬의 곱으로 상기 사전 행렬을 정의하는 것을 특징으로 하는 벡터 변조 방법.
According to claim 3,
The step of defining the dictionary matrix is
A vector modulation method characterized by defining the dictionary matrix by multiplying an inverse matrix of a channel matrix corresponding to the channel information and a predefined orthogonal matrix when channel information exists.
단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 데이터 검출 방법에 있어서,
미리 설정된 채널 값에 기초하여 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 변조된 송신 벡터를 포함하는 송신 신호를 다중 수신 안테나를 통해 수신하는 단계;
저 분해능 아날로그디지털 변환기를 이용하여 수신된 수신 신호를 양자화하는 단계; 및
상기 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 상기 송신 벡터에 대응하는 송신 데이터를 검출하는 단계
를 포함하는 데이터 검출 방법.
A method for detecting data in a single input multiple output antenna system,
Receiving a transmission signal including a transmission vector modulated based on a predefined dictionary matrix based on a preset channel value through a multiple reception antenna;
Quantizing the received signal using a low-resolution analog-to-digital converter; And
Detecting transmission data corresponding to the transmission vector using the quantized reception signal and a preset algorithm
Data detection method comprising a.
제6항에 있어서,
상기 송신 데이터를 검출하는 단계는
상기 사전 행렬을 구성하는 벡터들인 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 상기 송신 데이터를 검출하는 것을 특징으로 하는 데이터 검출 방법.
The method of claim 6,
The step of detecting the transmission data is
And detecting the transmission data by detecting index information of dictionary vectors, which are vectors constituting the dictionary matrix.
제6항에 있어서,
상기 알고리즘은
LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 검출 방법.
The method of claim 6,
The algorithm is
And a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm.
단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 벡터 변조 장치에 있어서,
송신 데이터를 상기 송신 데이터에 대응하는 '1'의 개수가 미리 설정된 개수인 저밀도 이진 벡터(sparse binary vector)로 매핑하는 매핑부; 및
상기 매핑된 저밀도 이진 벡터와 미리 설정된 채널 값에 기초하여 미리 정의된 사전 행렬(dictionary matrix) 을 구성하는 벡터들인 사전 벡터들을 저밀도로 중첩하는 저밀도 중첩(sparse superposition)에 기초하여 송신 벡터를 형성하는 변조부
를 포함하는 벡터 변조 장치.
A vector modulation device in a single input multiple output antenna system,
A mapping unit for mapping transmission data to a low-density binary vector in which the number of '1' corresponding to the transmission data is a preset number; And
Modulation to form a transmission vector based on a sparse superposition overlapping dictionary vectors, which are vectors constituting a predefined dictionary matrix, based on the mapped low-density binary vector and a preset channel value. part
A vector modulation device comprising a.
삭제delete 제9항에 있어서,
미리 설정된 채널 값에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의하는 생성부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 변조 장치.
The method of claim 9,
A generator for defining the dictionary matrix based on a preset channel value
A vector modulation device further comprising a.
제11항에 있어서,
상기 생성부는
채널 정보가 존재하는 경우 상기 채널 값이 미리 설정된 RIP(restricted isometry property) 계수를 가지도록 상기 사전 행렬을 정의하고,
상기 채널 정보가 존재하지 않는 경우 임의의 직교 행렬을 생성하고, 상기 생성된 직교 행렬에 기초하여 상기 사전 행렬을 정의하는 것을 특징으로 하는 벡터 변조 장치.
The method of claim 11,
The generating unit
When the channel information exists, the dictionary matrix is defined so that the channel value has a preset restricted isometry property (RIP) coefficient,
If the channel information does not exist, a vector modulation apparatus characterized in that it generates an arbitrary orthogonal matrix and defines the dictionary matrix based on the generated orthogonal matrix.
제11항에 있어서,
상기 생성부는
채널 정보가 존재하는 경우 상기 채널 정보에 대응하는 채널 행렬의 역행렬과 미리 정의된 직교 행렬의 곱으로 상기 사전 행렬을 정의하는 것을 특징으로 하는 벡터 변조 장치.
The method of claim 11,
The generating unit
When the channel information is present, a vector modulation apparatus characterized in that the dictionary matrix is defined as a product of an inverse matrix of a channel matrix corresponding to the channel information and a predefined orthogonal matrix.
단일 입력 다중 출력 안테나 시스템에서의 데이터 검출 장치에 있어서,
미리 설정된 채널 값에 기초하여 미리 정의된 사전 행렬에 기초하여 변조된 송신 벡터를 포함하는 송신 신호를 다중 수신 안테나를 통해 수신하는 수신부;
저 분해능 아날로그디지털 변환기를 이용하여 수신된 수신 신호를 양자화하는 양자화부; 및
상기 양자화된 수신 신호와 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 상기 송신 벡터에 대응하는 송신 데이터를 검출하는 검출부
를 포함하는 데이터 검출 장치.
In the data detection device in a single input multiple output antenna system,
A receiver configured to receive a transmission signal including a transmission vector modulated based on a predefined dictionary matrix based on a preset channel value through a multiple reception antenna;
A quantization unit for quantizing the received signal using a low-resolution analog-to-digital converter; And
A detector for detecting transmission data corresponding to the transmission vector using the quantized received signal and a preset algorithm
Data detection device comprising a.
제14항에 있어서,
상기 검출부는
상기 사전 행렬을 구성하는 벡터들인 사전 벡터들의 색인 정보를 검출함으로써, 상기 송신 데이터를 검출하는 것을 특징으로 하는 데이터 검출 장치.
The method of claim 14,
The detection unit
And detecting the transmission data by detecting index information of dictionary vectors, which are vectors constituting the dictionary matrix.
제14항에 있어서,
상기 알고리즘은
LMP(Likelihood matching pursuit) 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 검출 장치.
The method of claim 14,
The algorithm is
Data detection apparatus comprising a LMP (Likelihood matching pursuit) algorithm.
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US20080260054A1 (en) * 2006-08-17 2008-10-23 Interdigital Technology Corporation Method and apparatus for reducing a peak-to-average power ratio in a multiple-input multiple-output system
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