KR102371914B1 - Sphere decoding appararus and method in large mimo system - Google Patents

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KR102371914B1 KR1020200118981A KR20200118981A KR102371914B1 KR 102371914 B1 KR102371914 B1 KR 102371914B1 KR 1020200118981 A KR1020200118981 A KR 1020200118981A KR 20200118981 A KR20200118981 A KR 20200118981A KR 102371914 B1 KR102371914 B1 KR 102371914B1
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원도연
이경천
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서울과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present technology, disclosed are a sphere decoding device of a large-scale multiple input/output system and a method thereof. According to a specific example of the present invention, a minimum path metric of a deep path of all subtrees for a received signal vector of a neural network optimized as a tree structure is estimated, and then rearranged according to a size of the estimated minimum path metric of the top layer and a sphere decoding solution from a subtree corresponding to the order of the rearranged minimum path metric is searched, thereby fundamentally reducing computational complexity of sphere decoding.

Description

대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치 및 방법{SPHERE DECODING APPARARUS AND METHOD IN LARGE MIMO SYSTEM}Rescue and decryption apparatus and method of large-scale multiple input/output system {SPHERE DECODING APPARARUS AND METHOD IN LARGE MIMO SYSTEM}

본 발명은 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적화된 트리 구조의 수신신호 벡터에 대해 신경망을 통해 하부 트리의 최소 경로 메트릭을 추정하고 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭의 크기를 재정렬한 다음 재정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 정하고 정해진 검색 반경에서 구복호 해를 검색함에 따라 구복호의 연산 복잡도를 감소할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for decoding a large-scale multiple input/output system, and more particularly, to estimate the minimum path metric of a lower tree through a neural network for a received signal vector of an optimized tree structure, and to estimate the minimum path of the uppermost layer. It relates to a technique for reducing the computational complexity of old decoding by rearranging the size of metrics, determining the search radius according to the order of the rearranged minimum path metrics, and searching for the old decryption solution in the predetermined search radius.

다중 입력 다중 출력 (MIMO) 시스템에서 구복호(구복호 : Sphere Decoding) 알고리즘은 maximum-likelihood detection (MLD) 수신기와 유사한 성능을 가지는 효율적인 신호 검파 방식으로 알려져 있다. In a multiple-input multiple-output (MIMO) system, the old decoding (sphere decoding) algorithm is known as an efficient signal detection method that has similar performance to a maximum-likelihood detection (MLD) receiver.

최근 이동 통신 시스템에서 증가하는 초고속 데이터 전송에 대한 요구를 충족시키기 위해 데이터 송수신을 위해 기지국에 다수의 안테나를 사용하는 대규모 MIMO 시스템이 큰 연구 관심을 받고있다.Recently, large-scale MIMO systems using multiple antennas in a base station for data transmission and reception have attracted great research attention in order to meet the increasing demand for ultra-high-speed data transmission in mobile communication systems.

이러한 대규모 MIMO 시스템에서 달성 가능한 데이터 속도를 최대화하려면 기지국이 여러 터미널로부터 동시에 가능한 한 많은 심볼을 수신하여 멀티플렉싱 이득을 높여야 한다. 이때 구복호와 같은 최적 수신기는 채널 용량에 접근하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 구복호의 연산 복잡도는 안테나 수 및 변조 차수에 따라 크게 증가하여 구복호는 대규모 MIMO 시스템에 적용하기가 어렵다.To maximize the achievable data rate in such a large-scale MIMO system, the base station must receive as many symbols as possible simultaneously from multiple terminals to increase the multiplexing gain. In this case, the optimal receiver such as the old decoding plays an important role in accessing the channel capacity. However, the computational complexity of the old decoding greatly increases according to the number of antennas and the modulation order, so it is difficult to apply the old decoding to a large-scale MIMO system.

최근들어, 심층 학습(DL : Deep learning) 기법은 다양한 분야에 적용되고 있으며, 심층 학습 기법은 대규모 MIMO 시스템의 최적 초기 반경을 선택하기 위한 신경망(Neural Network) 기반의 구복호기와 심층 기반의 구 복호기에 적용하려는 다양한 시도가 있었다. Recently, a deep learning (DL) technique has been applied to various fields, and the deep learning technique is a neural network-based sphere decoder and deep-based sphere decoder to select the optimal initial radius of a large-scale MIMO system. There have been various attempts to apply it to

그러나 대규모 MIMO 시스템에서 경로 메트릭을 추정하기 위해 요구되는 정보가 고 차원이고, 이에 신경망의 연산 복잡도가 증가될 수 있다. However, in a large-scale MIMO system, information required for estimating a path metric is high-dimensional, which may increase the computational complexity of the neural network.

이에 본 출원인은 탐색하는 트리 구조에서 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭(Metric)을 추정한 다음 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭의 크기 순으로 순서화하고, 가장 작은 최소 경로 메트릭에 해당하는 하부 트리부터 구복호 해를 검색하여 연산 복잡도를 근본적으로 감소할 수 있는 방안을 제안하고자 한다. Accordingly, the present applicant estimates the minimum path metric of the deep path of the subtree in the tree structure to be searched, then orders the estimated minimum path metric of the highest layer in the order of size, and the subtree corresponding to the smallest minimum path metric We propose a method to fundamentally reduce the computational complexity by searching for the old decoding solution.

1. H. Q. Ngo, and E. G. Larsson, “No downlink pilots are needed in TDD massive MIMO,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 16, no. 5, pp. 2921-2935, May 2017. 1. H. Q. Ngo, and E. G. Larsson, “No downlink pilots are needed in TDD massive MIMO,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 16, no. 5, pp. 2921-2935, May 2017. 2. D. P. Kingma and J. L. Ba, "Adam: A Method for Stochastic Optimization,” A conference paper at the 3rd International Conference for Learning Representations, San Diego, 2015.2. D. P. Kingma and J. L. Ba, “Adam: A Method for Stochastic Optimization,” A conference paper at the 3rd International Conference for Learning Representations, San Diego, 2015. 3. E. Agrell, T. Eriksson, A. Vardy, and K. Zeger, "Closest point search in lattices," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 48, no. 8, pp. 2201-2214, Aug. 2002.3. E. Agrell, T. Eriksson, A. Vardy, and K. Zeger, "Closest point search in lattices," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 48, no. 8, pp. 2201-2214, Aug. 2002.

본 발명은 트리 구조로 최적화된 신경망의 입력 벡터에 대해 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정한 다음 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭를 크기에 따라 재정렬하고, 재정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 구복호(구복호: Sphere Decoding) 해를 검색하여 구복호의 연산 복잡도를 근본적으로 감소할 수 있는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention estimates the minimum path metric of a deep path of a subtree for an input vector of a neural network optimized in a tree structure, then rearranges the estimated minimum path metric of the top layer according to the size, and according to the order of the rearranged minimum path metric An object of the present invention is to provide an old decoding device and method for a large-scale multiple input/output system that can fundamentally reduce the computational complexity of old decoding by searching for a sphere decoding solution.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Further, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치는,The old decoding apparatus of a large-scale multiple input/output system according to an embodiment of the present invention comprises:

다수의 수신 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호로부터 수신신호 벡터 및 채널 행렬을 생성하는 수신 장치; 및a receiving device for generating a received signal vector and a channel matrix from an RF band signal received through a plurality of receiving antennas; and

생성된 채널 행렬 H의 QR 분해를 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고, 배열된 트리 구조의 수신신호 벡터에 대해 신경망으로 학습하여 하부 트리의 최소 경로 메트릭을 추정하며, 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 재정렬한 다음 가장 작은 최소 경로 메트릭에 해당하는 하부 트리부터 순차적으로 구복호 해를 검색하는 구복호기를 포함하는 것을 일 특징으로 한다. The received signal vector is arranged in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through QR decomposition of the generated channel matrix H , and the minimum path metric of the lower tree is estimated by learning the received signal vector of the arranged tree structure with a neural network. , which rearranges the estimated minimum path metric of the highest layer in order of size, and then sequentially searches for the old decryption solution from the lower tree corresponding to the smallest minimum path metric.

바람직하게 상기 구복호기는,Preferably, the phrase decoder,

생성된 채널 행렬의 QR 분해 기법을 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고 검색 공간 제약을 통해 트리 구조의 수신신호 벡터를 최적화하는 최적화부;an optimizer for arranging a received signal vector in a tree structure by using the R matrix characteristic obtained through the QR decomposition technique of the generated channel matrix and optimizing the received signal vector of the tree structure through a search space constraint;

최적화된 수신신호 벡터를 통해 신경망을 학습시켜 모든 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭스를 추정하는 학습부; a learning unit for estimating the minimum path matrix of the deep path of all subtrees by learning the neural network through the optimized received signal vector;

최상 계층의 추정된 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 최소 경로 메트릭 정렬부; 및a minimum path metric sorting unit for arranging a minimum path metric of an estimated subtree of the uppermost layer in order of size; and

상기 추정된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 설정된 검색 반경에서 구복호 해를 검색하는 검색부를 포함할 수 있다.and a search unit configured to set a search radius according to the order of the estimated minimum path metric, and to search for an old decoding solution in the set search radius.

바람직하게 상기 구복호기는,Preferably, the phrase decoder,

최상 계층을 제외한 나머지 계층의 수신 신호 벡터에 대한 최소 경로 메트릭을 도출하는 최소 경로 메트릭 도출부를 더 포함하고,Further comprising a minimum path metric deriving unit for deriving a minimum path metric for the received signal vectors of the remaining layers except the top layer,

상기 최소 경로 메트릭 정렬부는, The minimum path metric alignment unit,

상기 최소 경로 메트릭 도출부의 도출된 최소 경로 메트릭에 대해 크기가 가장 작은 최소 경로 메트릭을 생성하고 생성된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하도록 구비될 수 있다. The minimum path metric deriving unit may be provided to generate a smallest path metric with respect to the derived minimum path metric and to sort the generated minimum path metric in order of magnitude.

바람직하게 상기 구복호기는,Preferably, the phrase decoder,

정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 기 정해진 조기 검색 종료 조건을 만족하는 경우 구복호 해의 검색을 중지하는 조기 검색 종료부를 더 포함할 수 있다.The method may further include an early search termination unit that sets a search radius according to the order of the sorted minimum path metrics and stops the search for the old and decrypted solution when a predetermined early search termination condition is satisfied.

바람직하게 상기 최소 경로 메트릭 정렬부는,Preferably, the minimum path metric alignment unit,

생성된 최소 경로 메트릭의 크기에 따라 오름차순으로 정렬하도록 구비될 수 있다.It may be provided to sort in ascending order according to the size of the generated minimum path metric.

본 발명의 한 실시예에 따른 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 방법은,A method for recovering and decoding a large-scale multiple input/output system according to an embodiment of the present invention comprises:

(a) 다수의 수신 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호로부터 수신신호 벡터 및 채널 행렬을 생성하는 수신 단계; 및(a) a reception step of generating a reception signal vector and a channel matrix from RF band signals received through a plurality of reception antennas; and

(b) 생성된 채널 행렬의 QR 분해를 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신 신호 벡터를 트리 구조로 배열하고, 배열된 트리 구조의 수신신호 벡터에 대해 신경망으로 학습하여 하부 트리의 최소 경로 메트릭을 추정하고 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 재정렬한 다음 가장 작은 최소 경로 메트릭에 해당하는 하부 트리부터 순차적으로 구복호 해를 검색하는 구복호 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다. (b) The received signal vector is arranged in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through QR decomposition of the generated channel matrix, and the minimum path metric of the lower tree is obtained by learning the received signal vector of the arranged tree structure with a neural network. It is characterized in that it includes an old decoding step of estimating, rearranging the estimated minimum path metric of the highest layer in order of size, and then sequentially searching for an old decoding solution from a subtree corresponding to the smallest minimum path metric.

바람직하게 상기 (b) 단계는, Preferably, step (b) comprises:

생성된 채널 행렬의 QR 분해 기법을 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고 검색 공간 제약을 통해 트리 구조의 수신신호 벡터를 최적화하는 단계;arranging the received signal vector in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through the QR decomposition technique of the generated channel matrix and optimizing the received signal vector of the tree structure through a search space constraint;

최적화된 수신신호 벡터를 통해 신경망을 학습시켜 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정하는 단계;estimating a minimum path metric of a deep path of a subtree by training a neural network through an optimized received signal vector;

최상 계층의 하부 트리의 추정된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 단계; 및 arranging the estimated minimum path metric of the subtree of the uppermost layer in order of size; and

상기 정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 설정된 검색 반경에서 구복호 해를 검색하는 단계를 포함할 수 있다.The method may include setting a search radius according to the order of the sorted minimum path metrics and searching for a deciphering solution in the set search radius.

바람직하게 상기 (b) 단계는,Preferably, step (b) comprises:

최상 계층을 제외한 나머지 계층의 하부 트리에 대해 최소 경로 메트릭을 도출하는 단계를 더 포함하고, Further comprising the step of deriving a minimum path metric for the subtrees of the remaining layers except the top layer,

상기 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 단계는The step of arranging the minimum path metric in order of size is

최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭과 최상 계층을 제외한 나머지 계층의 도출된 최소 경로 메트릭 각각에 대해 크기가 가장 작은 최소 경로 메트릭을 생성하고, 생성된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하도록 구비될 수 있다. It may be provided to generate a minimum path metric with the smallest size for each of the estimated minimum path metric of the highest layer and the derived minimum path metric of the remaining layers except for the top layer, and to sort the generated minimum path metric in order of size. .

바람직하게 상기 (b) 단계는,Preferably, step (b) comprises:

정렬된 가장 작은 최소 경로 메트릭 순으로 검색 반경을 설정하고 설정된 검색 반경 내의 구복호 해를 검색하며, 정해진 조기 종료 조건을 만족하는 경우 구복호 해의 검색을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include setting a search radius in the order of the smallest sorted minimum path metric, searching the old decrypted solution within the set search radius, and stopping the search for the old decrypted solution when a predetermined early termination condition is satisfied.

이러한 특징에 따르면, 트리 구조로 최적화된 신경망의 입력 벡터에 대해 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 추정한 다음 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭의 크기 순으로 재정렬하고, 재정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 정해진 검색 반경 내의 구복호 해를 검색하여 구복호 연산 복잡도를 근본적으로 감소할 수 있는 효과를 얻는다.According to this feature, the minimum path metric of the subtree is estimated for the input vector of the neural network optimized as a tree structure, then rearranged in the order of the size of the estimated minimum path metric of the top layer, and according to the order of the rearranged minimum path metric It has the effect of fundamentally reducing the complexity of the old decryption operation by searching the old decryption solution within the specified search radius.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시예가 적용되는 대규모 MIMO 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예의 시스템의 구복호 장치의 세부 구성도이다.
도 3은 일 실시예의 배열구조의 수신신호 벡터를 보인 예시도이다.
도 4는 일 실시예의 신경망 구조를 보인 예시도이다.
도 5는 일 실시예의 구복호 과정을 보인 도이다.
도 6은 일 실시예의 구복호 장치의 BER 성능을 보인 도이다.
도 7은 일 실시예의 구복호 장치의 연산 복잡도를 보인 제1 예시도이다.
도 8은 일 실시예의 구복호 장치의 연산 복잡도를 보인 제2 예시도이다.
도 9는 다른 실시예의 구복호 과정을 보인 전체 흐름도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later, so the present invention is a matter described in such drawings should not be construed as being limited only to
1 is a block diagram of a large-scale MIMO system to which an embodiment is applied.
2 is a detailed configuration diagram of a rescue/decryption apparatus of a system according to an exemplary embodiment.
3 is an exemplary view showing a received signal vector of an arrangement structure according to an embodiment.
4 is an exemplary diagram illustrating a structure of a neural network according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating a recovery/decryption process according to an embodiment.
6 is a diagram showing BER performance of the old decoding apparatus according to an embodiment.
7 is a first exemplary diagram illustrating the computational complexity of the old decoding apparatus according to an embodiment.
8 is a second exemplary diagram illustrating the computational complexity of the old decoding apparatus according to an embodiment.
9 is an overall flowchart illustrating a rescue/decryption process according to another embodiment.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these 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 fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.In the entire specification, when a part "includes" a certain element, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. Also, as used herein, the term “unit” refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and “unit” performs certain roles. However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to refresh one or more processors.

따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Thus, by way of example, “part” includes components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. The functionality provided within components and “parts” may be combined into a smaller number of components and “parts” or further divided into additional components and “parts”.

일 실시예는 수신신호 벡터가 트리 구조로 배열된 신경망의 입력 벡터에 대해 하위 트리의 심층 경로 최소 경로 메트릭을 추정한 다음 추정된 최상 계층의 최소 경로 메트릭의 크기 순으로 재정렬하고, 정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 구복호 해를 검색한다. One embodiment estimates a deep path minimum path metric of a subtree with respect to an input vector of a neural network in which the received signal vectors are arranged in a tree structure, and then rearranges them in the order of the size of the estimated minimum path metric of the highest layer, and the sorted minimum path The old decoding solution is searched according to the order of the metrics.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description will be omitted.

이하 첨부된 도면을 참조하여 일 실시예의 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, an apparatus for decoding a large-scale multiple input/output system according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예가 적용되는 대규모 다중 입출력 시스템의 수신단의 구성을 보인 블록도이고, 도 2는 도1에 도시된 구복호 장치(20)의 세부 구성도이며, 도 3은 도 2의 최적화부의 배열구조의 수신신호 벡터를 보인 예시도이며, 도 4는 도 2의 학습부의 신경망 구조를 보인 예시도이고, 도 5는 도 1의 구복호 장치의 동작 과정을 보인 도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a receiving end of a large-scale multiple input/output system to which an embodiment is applied, FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the old decoding device 20 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is the optimization unit of FIG. It is an exemplary view showing a received signal vector of an array structure, FIG. 4 is an exemplary view showing a neural network structure of the learning unit of FIG. 2, and FIG. 5 is a view showing an operation process of the old decoding apparatus of FIG.

우선, Nt 개의 전송 안테나와 Nr 개의 수신 안테나를 가지는 대규모 다중 입출력 시스템인 경우 다수의 수신 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호로부터 생성된 수신단(10)의 수신 신호 벡터 y는 하기 식 1로 나타낼 수 있다.First, in the case of a large-scale multiple input/output system having N t transmit antennas and N r receive antennas, the receive signal vector y of the receiver 10 generated from RF band signals received through a plurality of receive antennas is expressed by Equation 1 below. can

[식 1][Equation 1]

Figure 112020098259436-pat00001
Figure 112020098259436-pat00001

여기서, 수신신호 벡터 y는 Nr x 1 크기의 복소수 수신 신호 벡터이고, H 는 Nr x Nt 크기의 복소수 채널 행렬이며 v는 제로 평균 및 분산 행렬

Figure 112020098259436-pat00002
의 Nr x 1 크기의 복소수 부가 화이트 가우시안 노이즈 벡터이고, x는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 콘스텔레이션
Figure 112020098259436-pat00003
에서 추출된 Nt x 1 크기의 복소수 전송 신호 벡터이다.Here, the reception signal vector y is a complex reception signal vector of size N r x 1, H is a complex channel matrix of size N r × N t , and v is a zero mean and variance matrix.
Figure 112020098259436-pat00002
is a complex additive white Gaussian noise vector of size N r x 1, and x is a quadrature amplitude modulation (QAM) constellation.
Figure 112020098259436-pat00003
It is a complex number transmission signal vector of size N t x 1 extracted from .

이러한 수신단(10)의 수신신호 벡터 y는 구복호 장치(20)로 전달된다. The received signal vector y of the receiving end 10 is transmitted to the old decoding device 20 .

구복호 장치(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 최적화부(110), 학습부(120), 최소 경로 메트릭 도출부(130), 최소 경로 메트릭 정렬부(140), 및 구복호 해 검색부(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the old decoding device 20 includes an optimization unit 110 , a learning unit 120 , a minimum path metric derivation unit 130 , a minimum path metric aligning unit 140 , and a search for an old decoding solution. At least one of the units 150 may be included.

전송신호 벡터 x의 전체 구

Figure 112020098259436-pat00004
에서 수신신호 벡터 y까지의 유클리드(Euclidean) 거리가 가장 작은 격자점
Figure 112020098259436-pat00005
은 최적의 ML(maximum-likelihood) 검출 기법을 통해 검색되고, 이때 격자점
Figure 112020098259436-pat00006
은 다음 식 2로 나타낸다.full sphere of transmit signal vector x
Figure 112020098259436-pat00004
The lattice point with the smallest Euclidean distance from to the received signal vector y
Figure 112020098259436-pat00005
is searched through the optimal ML (maximum-likelihood) detection technique, where lattice points
Figure 112020098259436-pat00006
is represented by Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

Figure 112020098259436-pat00007
Figure 112020098259436-pat00007

이러한 구

Figure 112020098259436-pat00008
상의 후보 벡터에 대한 ML 검출 시 높은 연산 복잡도가 요구된다.these phrases
Figure 112020098259436-pat00008
High computational complexity is required when ML detection for a candidate vector of an image is performed.

이에 최적화부(110)는 낮은 연산 복잡도를 가지면서 ML 성능을 유지하기 위해 검색 공간이 제한된다. 즉 검색 반경 d에 대해 구복호(SD: Sphere Decoding) 해는 다음 식 3으로 나타낼 수 있다.Accordingly, the optimizer 110 has a limited search space to maintain ML performance while having low computational complexity. That is, the Sphere Decoding (SD) solution for the search radius d can be expressed by Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

Figure 112020098259436-pat00009
Figure 112020098259436-pat00009

그리고 최적화부(110)는 생성된 채널 벡터 H를 QR 분해(QRD)하면, 채널 벡터 H는 식 4를 얻을 수 있다.And when the optimizer 110 performs QR decomposition (QRD) on the generated channel vector H , the channel vector H can be obtained by Equation 4.

[식 4] [Equation 4]

Figure 112020098259436-pat00010
Figure 112020098259436-pat00010

여기서, R 행렬은 채널 벡터 H를 QR 분해를 통해 얻어지는 Nr x Nt 크기의 상 삼각 행렬(Upper Triangular Matrix)이고, Q = [Q1, Q2] 행렬은 Nr x Nt 크기의 단위 행렬이며, Q1 및 Q2 각각은 Q의 첫 Nt 열과 마지막 Nr-Nt 열로 구성된다. 그리고 검색 공간 제약은 식 5로 나타낸다.Here, the R matrix is an upper triangular matrix of size N r x N t obtained through QR decomposition of the channel vector H , and the Q = [Q1, Q2] matrix is a unit matrix of size N r x N t . , Q1 and Q2 each consist of the first N t columns and the last N r -N t columns of Q. And the search space constraint is expressed by Equation 5.

[식 5][Equation 5]

Figure 112020098259436-pat00011
Figure 112020098259436-pat00011

여기서,

Figure 112020098259436-pat00012
Figure 112020098259436-pat00013
이다. 검색 공간 제약을 반영하여 구복호 구복호 해는 식 6로 재공식화할 수 있다.here,
Figure 112020098259436-pat00012
and
Figure 112020098259436-pat00013
am. Reflecting the search space constraints, the old-and-decrypted old-and-decrypted solution can be reformulated as Equation 6.

[식 6][Equation 6]

Figure 112020098259436-pat00014
Figure 112020098259436-pat00014

즉, 채널 행렬에 대한 QR 분해 검출기법을 의해 분해된 채널 행렬 HR 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터는 트리 구조로 배열되고 이때 루트 노드(root node)에서 리프 노드(leaf node)까지 분기(branch) 행렬을 누적하는 전 경로 메트릭을 이용하여 구복호 해가 검색된다. 그리고 전 경로 메트릭(full path metric)은 조기 종료 및 초기 검색 반경을 최적화하는데 이용될 수 있다. That is, using the R matrix characteristic of the channel matrix H decomposed by the QR decomposition detection technique for the channel matrix, the received signal vector is arranged in a tree structure, and at this time, it branches from the root node to the leaf node ( branch), the old decoding solution is searched using the all-path metric accumulating the matrix. And the full path metric can be used to optimize early termination and initial search radius.

이에 학습부(120)는 우선 전 경로 메트릭을 이용하여 구복호 해를 검색하기 위해 신경망 기반으로 경로 메트릭을 추정한다. Accordingly, the learning unit 120 first estimates the path metric based on the neural network in order to search for the old decoding solution using the full path metric.

여기서 신경망은 최상 계층인 계층 Nt의 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 추정하도록 설계된다. 즉, 트리 검색을 시작하기 전에 일 실시예의 DPP 구복호(deep path prediction-based sphere decoding ) 체계는 계층 Nt의 각 하위 트리의 리브 노드에 이르는 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정하고 이 후 추정된 최소 경로 메트릭을 최소 경로 메트릭 크기의 순서화, 조기 종료, 및 전송 심볼 검색 반경 설정하는데 사용된다.Here, the neural network is designed to estimate the minimum path metric of the subtree of the top layer, the layer N t . That is, before starting the tree search, the DPP deep path prediction-based sphere decoding scheme of an embodiment estimates the minimum path metric of the deep path to the rib node of each subtree of the layer N t , and then The minimum path metric is used to set the ordering of the minimum path metric size, early termination, and transmit symbol search radius.

도 3을 참조하면, 최적화부(110)는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식을 채용한 구복호를 위한 채널 행렬의 QR 분해로부터 도출된 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고 배열된 하위 트리로 구비되고, 각 하부 트리는 계층 Nt

Figure 112020098259436-pat00015
개 노드 중 하나를 루트(root)로 가진다. Referring to FIG. 3 , the optimizer 110 arranges the received signal vector in a tree structure by using the R matrix characteristic derived from the QR decomposition of the channel matrix for the old decoding employing the QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulation method. and is provided as an arranged subtree, and each subtree is a hierarchy of N t
Figure 112020098259436-pat00015
It has one of the nodes as the root.

그리고 도 3에 도시된 트리 구조로 배열된 수신신호 벡터는 학습부(120)에 전달되고, 학습부(120)의 신경망 구조는 도 4에 도시된 바와 같다. 도 3에 도시된 트리 구조로 배열된 수신신호 벡터는 입력 벡터로 도 4에 도시된 신경망에 제공되며 신경망은 입력 벡터에 대해 학습하여 최상 계층 Nt의 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 추정할 수 있다. 이에 학습부(120)는 최적화된 수신신호 벡터를 통해 신경망을 학습시켜 모든 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정할 수 있다.The received signal vectors arranged in the tree structure shown in FIG. 3 are transmitted to the learning unit 120 , and the neural network structure of the learning unit 120 is as shown in FIG. 4 . The received signal vector arranged in the tree structure shown in FIG. 3 is provided to the neural network shown in FIG. 4 as an input vector, and the neural network learns the input vector to estimate the minimum path metric of the subtree of the top layer N t . . Accordingly, the learning unit 120 may learn the neural network through the optimized received signal vector to estimate the minimum path metric of the deep paths of all sub-trees.

즉, 신경망의 타겟 벡터는

Figure 112020098259436-pat00016
일 때 Nt 계층의 q 번째 노드에 의해 루트된 서브 트리의 최소 경로 메트릭
Figure 112020098259436-pat00017
은 하기 식 6와 같이 공식화할 수 있다.That is, the target vector of the neural network is
Figure 112020098259436-pat00016
The minimum path metric of the subtree rooted by the qth node of the N t hierarchy when
Figure 112020098259436-pat00017
can be formulated as in Equation 6 below.

[식 6][Equation 6]

Figure 112020098259436-pat00018
Figure 112020098259436-pat00018

여기서,

Figure 112020098259436-pat00019
는 계층 Nt의 후보 심볼이고, 전송신호 벡터 x 내의 Nt-1 심볼의 포함된 벡터는
Figure 112020098259436-pat00020
로 나타낸다. 이에
Figure 112020098259436-pat00021
=
Figure 112020098259436-pat00022
이다.here,
Figure 112020098259436-pat00019
is a candidate symbol of the layer N t , and the vector included in the N t -1 symbol in the transmission signal vector x is
Figure 112020098259436-pat00020
is indicated by Therefore
Figure 112020098259436-pat00021
=
Figure 112020098259436-pat00022
am.

이러한 경로 메트릭은 채널 행렬과 수신 신호 벡터에 종속적이므로 경로 메트릭 추정을 위한 신경망 NN의 입력 벡터는 채널 및 수신 신호 계수 정보를 포함하고 있다. 대규모 MIMO 시스템에서 수신신호 벡터 및 채널 상태

Figure 112020098259436-pat00023
와 채널 정보 H의 QR 분해된 Q행렬의 허미션(Hermitian)행렬을 곱한 행렬과 상 삼각행렬
Figure 112020098259436-pat00024
은 고차원이므로 신경망의 연산 복잡도는 크게 증가된다. 따라서 학습부(120)는 높은 입력 벡터의 차원에 의해 대규모의 신경망의 학습셋이 요구되고 이에 추정 정확도가 낮아질 수 있다.Since such a path metric is dependent on the channel matrix and the received signal vector, the input vector of the neural network NN for estimating the path metric includes channel and received signal coefficient information. Received signal vector and channel status in large-scale MIMO system
Figure 112020098259436-pat00023
The matrix multiplied by the Hermitian matrix of the QR decomposed Q matrix of the channel information H and the upper triangular matrix
Figure 112020098259436-pat00024
Since is of high dimensionality, the computational complexity of the neural network is greatly increased. Therefore, the learning unit 120 requires a large-scale training set of the neural network due to the high dimension of the input vector, and thus estimation accuracy may be lowered.

이에 QR 분해된 채널 정보에 대해, 신경망의 입력 벡터의 수를 줄이기 위해, 경로 메트릭은 식 7로 나타낼 수 있다.Accordingly, for QR-decomposed channel information, in order to reduce the number of input vectors of the neural network, the path metric can be expressed as Equation 7.

[식 7][Equation 7]

Figure 112020098259436-pat00025
Figure 112020098259436-pat00025

이미 알고 있는

Figure 112020098259436-pat00026
,
Figure 112020098259436-pat00027
Figure 112020098259436-pat00028
을 기반으로 경로 메트릭은 연산될 수 있다. already know
Figure 112020098259436-pat00026
,
Figure 112020098259436-pat00027
and
Figure 112020098259436-pat00028
A path metric may be calculated based on .

즉, 수신 신호 및 채널 행렬 대신에 경로 메트릭을 추정하기 위해

Figure 112020098259436-pat00029
,
Figure 112020098259436-pat00030
Figure 112020098259436-pat00031
은 신경망의 입력으로 사용될 수 있다.
Figure 112020098259436-pat00032
Figure 112020098259436-pat00033
Figure 112020098259436-pat00034
보다 작은 수를 포함하고 있고, 선행문헌 1에 개시된 빔의 점근적으로 유리한 전파(asymptotically favorable propagation) 및 채널 경화(channel-hardening) 효과로 인해 대규모 MIMO 시스템에서 대각선 행렬에 접근될 수 있다. 즉,
Figure 112020098259436-pat00035
이다. That is, to estimate the path metric instead of the received signal and channel matrix.
Figure 112020098259436-pat00029
,
Figure 112020098259436-pat00030
and
Figure 112020098259436-pat00031
can be used as input to the neural network.
Figure 112020098259436-pat00032
silver
Figure 112020098259436-pat00033
and
Figure 112020098259436-pat00034
It contains a smaller number, and due to the asymptotically favorable propagation and channel-hardening effect of the beam disclosed in Prior Document 1, the diagonal matrix can be accessed in a large-scale MIMO system. in other words,
Figure 112020098259436-pat00035
am.

여기서,

Figure 112020098259436-pat00036
이라고 가정하면,
Figure 112020098259436-pat00037
는 고정된 행렬로 근접할 수 있고, 수신 신호와 채널 정보에 대해 독립적이다. here,
Figure 112020098259436-pat00036
Assuming that
Figure 112020098259436-pat00037
can be approximated by a fixed matrix, and is independent of the received signal and channel information.

또한,

Figure 112020098259436-pat00038
는 식 1의 수신 신호 및 채널 행렬의 정규화에 의해 얻어질 수 있고, 이에 신경망의 입력 벡터에서 제외될 수 있다. 경로 메트릭은 노이즈 분산
Figure 112020098259436-pat00039
에 종속적이고, 노이즈 분산
Figure 112020098259436-pat00040
는 신경망의 최소 경로 메트릭의 추정 정확도를 개선할 수 있다. also,
Figure 112020098259436-pat00038
can be obtained by normalization of the received signal and channel matrix of Equation 1, and thus can be excluded from the input vector of the neural network. The path metric is noise variance
Figure 112020098259436-pat00039
is dependent on the noise distribution
Figure 112020098259436-pat00040
can improve the estimation accuracy of the minimum path metric of the neural network.

이에 학습부(120)의 신경망의 입력 벡터 e는 다음 식 8로 설정된다.Accordingly, the input vector e of the neural network of the learning unit 120 is set by Equation 8 below.

[식 8][Equation 8]

Figure 112020098259436-pat00041
Figure 112020098259436-pat00041

여기서, 입력 벡터 e의 크기는 2Nt+2이다.Here, the magnitude of the input vector e is 2N t +2.

학습부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 은닉층을 포함하는 최소 경로 메트릭을 추정하기 위한 Gaussian radial basis function network (G-RBFN) 체계를 채용하고 G-RBFN 체계의 방사형 기저 함수는 하기 식 9로 나타낸다.As shown in FIG. 4 , the learning unit 120 adopts a Gaussian radial basis function network (G-RBFN) system for estimating a minimum path metric including one hidden layer, and the radial basis function of the G-RBFN system is It is represented by following formula (9).

[식 9][Equation 9]

Figure 112020098259436-pat00042
,
Figure 112020098259436-pat00043
Figure 112020098259436-pat00042
,
Figure 112020098259436-pat00043

G-RBFN 체계는 경로 메트릭 추정을 위해 중심

Figure 112020098259436-pat00044
과 폭
Figure 112020098259436-pat00045
을 가지는 가우시안 함수를 채용하고, 여기서 가우시안 함수는 은닉층의 각 계층의 활성 함수로 사용된다. 은닉층 내의 계층의 수는
Figure 112020098259436-pat00046
로 설정된다. The G-RBFN scheme is central for path metric estimation
Figure 112020098259436-pat00044
over width
Figure 112020098259436-pat00045
Adopt a Gaussian function having , where the Gaussian function is used as an activation function of each layer of the hidden layer. The number of layers in the hidden layer is
Figure 112020098259436-pat00046
is set to

신경망에서 입력층과 은닉층 및 은닉층과 출력층 간의 바이어스 및 가중치를 구성하는 파라미터 백터 θ를 최적화하기 위해 사용되는 mean squared error (MSE) 손실 함수는 식 10과 같다.Equation 10 is the mean squared error (MSE) loss function used to optimize the parameter vector θ constituting the bias and weight between the input layer and the hidden layer and the hidden layer and the output layer in the neural network.

[식 10][Equation 10]

Figure 112020098259436-pat00047
Figure 112020098259436-pat00047

여기서, M은 학습(training) 수이고,

Figure 112020098259436-pat00048
, 및
Figure 112020098259436-pat00049
각각은 m번째 학습 데이터에 대한 타겟 벡터와 출력 벡터이다. 학습의 최적화 알고리즘으로 스케일링된 켤레 그레디언트(SCG: scaled conjugate gradient)가 이용되며 학습 비(learning rate)는 0.0001로 설정된다.Here, M is the number of training,
Figure 112020098259436-pat00048
, and
Figure 112020098259436-pat00049
Each is a target vector and an output vector for the m-th training data. A scaled conjugate gradient (SCG) is used as an optimization algorithm for learning, and a learning rate is set to 0.0001.

학습부(120)의 신경망에서 임의의 m 번째 학습 데이터에 대한 출력 벡터

Figure 112020098259436-pat00050
는 최상 계층 Nt의 모든 하위 트리의 추정된 최소 경로 메트릭이고, 최소 경로 메트릭 도출부(130)의 최소 경로 메트릭은 계층 Nt 계층을 제외한 나머지 계층 Nt-1 이하의 하부 트리의 최소 경로 메트릭이다.An output vector for any m-th training data in the neural network of the learning unit 120 .
Figure 112020098259436-pat00050
is the estimated minimum path metric of all subtrees of the uppermost layer N t , and the minimum path metric of the minimum path metric deriving unit 130 is the minimum path metric of the subtrees below N t-1 of the remaining layers except for the layer N t layer. am.

하위 트리의 추정된 최소 경로 메트릭이 작으면 구복호의 최종해를 포함하는 하위 트리일 확률이 높아진다. 그러므로, 추정된 경로 메트릭이 더 작은 하위 트리를 먼저 검색하는 것이 연산 복잡도 측면에서 효율적이다.If the estimated minimum path metric of the subtree is small, the probability of the subtree including the final solution of the old decoding increases. Therefore, it is efficient in terms of computational complexity to first search a subtree with a smaller estimated path metric.

이에 최소 경로 메트릭에 해당하는 하위 트리의 순서화는 도 1에 도시된 바와 같이, 최상 계층 Nt에는 신경망 기반 순서화(NN-aided ordering)가 적용되고 최상 계층 Nt을 제외한 나머지 계층에는 Schnorr-Euchner 구복호 (SE-SD) 순서화가 적용된다. As shown in FIG. 1, the ordering of the subtree corresponding to the minimum path metric is applied to neural network-based ordering (NN-aided ordering) to the top layer N t , and Schnorr-Euchner reconstruction is applied to the remaining layers except for the top layer N t . Call (SE-SD) ordering is applied.

즉, 계층 Nt 를 제외한 나머지 계층 Nt-1 이하의 하부 트리의 최소 경로 메트릭은 최소 경로 메트릭 도출부(130)에 의해 도출된다. 나머지 계층 Nt-1 이하의 하부 트리의 최소 경로 메트릭은 Schnorr-Euchner 구복호 (SE-구복호) 순서화에 의해 도출되며, 본 명세서 상에서는 Schnorr-Euchner 구복호 (SE-구복호) 순서화는 선행문헌 3에 구체적으로 명시되어 있으며, 당업자의 수준에서 이해되어야 할 것이다. That is, the minimum path metric of the lower tree of the remaining layers N t -1 or less except for the layer N t is derived by the minimum path metric deriving unit 130 . The minimum path metric of the subtree below the remaining layer N t-1 is derived by Schnorr-Euchner old decoded (SE-old decoded) ordering, and in the present specification, Schnorr-Euchner old decoded (SE-old decoded) ordering is described in the prior literature. 3, and should be understood at the level of a person skilled in the art.

상기 최소 경로 메트릭 도출부(130)에서 연산된 모든 하위 트리의 최소 경로 메트릭은 최소 경로 메트릭 정렬부(140)로 전달된다.The minimum path metrics of all subtrees calculated by the minimum path metric deriving unit 130 are transmitted to the minimum path metric arranging unit 140 .

최소 행렬 경로 정렬부(140)는 트리 구조의 추정된 최소 경로 메트릭 중 가장 작은 크기의 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00051
을 도출하고 도출된 가장 작은 크기의 최소 경로 메트릭
Figure 112020098259436-pat00052
을 순서화한다. The minimum matrix path aligning unit 140 is a minimum path metric of the smallest size among the estimated minimum path metrics of the tree structure.
Figure 112020098259436-pat00051
, and the derived smallest size smallest path metric
Figure 112020098259436-pat00052
order the

이때 신경망의 순서화는 신경망의 출력 벡터

Figure 112020098259436-pat00053
내의 추정된 최소 경로 메트릭를 오름차순으로 정렬하여
Figure 112020098259436-pat00054
을 생성한다. 즉,
Figure 112020098259436-pat00055
이다.At this time, the ordering of the neural network is the output vector of the neural network.
Figure 112020098259436-pat00053
By sorting in ascending order the estimated minimum path metric within
Figure 112020098259436-pat00054
create in other words,
Figure 112020098259436-pat00055
am.

이러한 순서화된 추정된 최소 경로 메트릭은 구복호 해 검색부(150)로 전달된다. 구복호 해 검색부(150)는 정렬된 최소 경로 메트릭의 정렬 순서에 따라 순차적으로 초기 검색 반경을 설정하여 구복호 해를 검색한다. This ordered and estimated minimum path metric is transmitted to the search unit 150 for deciphering and decoding. The old decryption solution search unit 150 searches for the old decrypted solution by sequentially setting an initial search radius according to the sort order of the sorted minimum path metric.

이때 초기 검색 반경이 작으면 구복호의 연산 복잡도는 감소되고 실제 구복호 해가 구 영역의 외부에 존재할 가능성이 증가되므로, BER(Bit Error Rate) 성능은 저하될 수 있다. 반대로 초기 검색 반경이 크면 BER 성능은 향상되나 연산 복잡도는 증가된다. 따라서 일 실시예는 최적에 가까운 BER 성능을 유지하면서 초기 검색 반경을 줄일 수 있는 방안이 제안된다.In this case, if the initial search radius is small, the computational complexity of the old decoding is reduced and the possibility that the actual old decoding solution exists outside the sphere region is increased, so the bit error rate (BER) performance may be degraded. Conversely, if the initial search radius is large, BER performance is improved, but computational complexity is increased. Therefore, according to an embodiment, a method for reducing the initial search radius while maintaining near-optimal BER performance is proposed.

이에 구복호 구복호 알고리즘에서 구 내부에 존재하는 실제 구복호 해의 확률에 대한 제약 조건을 충족하기 위해 초기 검색 반경은 노이즈 분산

Figure 112020098259436-pat00056
을 기반으로 결정된다. Therefore, in order to satisfy the constraint on the probability of the actual old decryption solution existing inside the sphere in the old decoding algorithm, the initial search radius is
Figure 112020098259436-pat00056
is determined based on

즉, 초기 검색 반경

Figure 112020098259436-pat00057
은 다음 식 11로부터 정해진다.i.e. the initial search radius
Figure 112020098259436-pat00057
is determined from the following equation (11).

[식 11][Equation 11]

Figure 112020098259436-pat00058
Figure 112020098259436-pat00058

여기서,

Figure 112020098259436-pat00059
는 역 불완전 감마 함수이고 1-ε은 구 내에 존재하는 실제 해의 확률이며 여기서, 1-ε은 0.999로 가정한다.here,
Figure 112020098259436-pat00059
is the inverse incomplete gamma function and 1-ε is the probability of an actual solution in the sphere, where 1-ε is assumed to be 0.999.

검색부(150)는 계층 Nt의 하부 노드들의 순서화된 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00060
에서 가장 크기가 작은 최소 경로 메트릭
Figure 112020098259436-pat00061
에 해당하는 하위 트리에 대해 심층 경로를 통해 구복호 해를 검색을 수행한 다음
Figure 112020098259436-pat00062
을 제외한 최소 경로 메트릭
Figure 112020098259436-pat00063
에 해당하는 하위 트리의 구복호 해를 검색한다. 이러한 구복호 해 검색은 구복호의 조기 종료 조건을 만족할 때까지 계속된다.The search unit 150 is an ordered minimum path metric of the lower nodes of the layer N t .
Figure 112020098259436-pat00060
smallest path metric in
Figure 112020098259436-pat00061
After performing a search for the old decryption solution through a deep path for the subtree corresponding to
Figure 112020098259436-pat00062
Minimum route metric excluding
Figure 112020098259436-pat00063
Search for the old decryption solution of the subtree corresponding to . This search for the old decryption solution is continued until the condition for the early termination of the old decryption is satisfied.

구복호 해 검색부(150)는 트리 구조의 모든 가능한 경로 중 추정된 최소 경로 메트릭 중 가장 작은 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00064
=
Figure 112020098259436-pat00065
을 고려하여 초기 검색 반경
Figure 112020098259436-pat00066
를 다음 식 12로 설정한다.The old decoding solution search unit 150 is the smallest minimum path metric among the estimated minimum path metrics among all possible paths in the tree structure.
Figure 112020098259436-pat00064
=
Figure 112020098259436-pat00065
taking into account the initial search radius
Figure 112020098259436-pat00066
is set to Equation 12 below.

[식 12][Equation 12]

Figure 112020098259436-pat00067
Figure 112020098259436-pat00067

여기서, λ1은 설계 파라미터이다. 크기가 가장 작은 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00068
이 정확하게 추정된 경우, λ1=1을 가지는 초기 검색 반경은
Figure 112020098259436-pat00069
을 만족하고 이에 구 내에 하나의 구복호 해가 존재되므로, 최적 ML 성능이 달성된다.Here, λ 1 is a design parameter. smallest path metric
Figure 112020098259436-pat00068
If this is correctly estimated, the initial search radius with λ 1 =1 is
Figure 112020098259436-pat00069
, and there is one old decoding solution in the sphere, so that the optimal ML performance is achieved.

그러나 가장 작은 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00070
의 추정 에러가 포함될 수 있으며, 이에 최적 ML 성능과 근접된 성능을 제공하기 위해 λ1>1로 선택되면, 초기 검색 반경은
Figure 112020098259436-pat00071
이다. 따라서, 트리 검색의 연산 복잡도를 감소하기 위해 초기 검색 반경은
Figure 112020098259436-pat00072
대신에
Figure 112020098259436-pat00073
즉, λ1
Figure 112020098259436-pat00074
로 설정된다. However, the smallest minimum path metric
Figure 112020098259436-pat00070
Estimation error of may be included, and if λ 1 >1 is selected to provide performance close to the optimal ML performance, the initial search radius is
Figure 112020098259436-pat00071
am. Therefore, to reduce the computational complexity of tree search, the initial search radius is
Figure 112020098259436-pat00072
Instead of
Figure 112020098259436-pat00073
That is, λ 1
Figure 112020098259436-pat00074
is set to

한편, 구복호 장치(20)는 조기 검색 종료부(160)를 더 포함하고, 조기 검색 종료부(160)는 연산 복잡도를 감소하기 위해 추정된 최소 경로 메트릭 기반으로 구복호 해를 검색하기 위한 검색 반경이 기 정해진 조기 종료 조건을 만족하는 경우 구복호를 조기 종료 알고리즘을 수행할 수 있다. On the other hand, the old decoding apparatus 20 further includes an early search termination unit 160, and the early search termination unit 160 is a search for searching for an old decoding solution based on the estimated minimum path metric in order to reduce computational complexity. When the radius satisfies a predetermined early termination condition, an early termination algorithm for old decoding may be performed.

즉, 첫번째 계층의 p번째 하위 트리의 검색을 통해 구복호 해가 도출될 때 검색 반경

Figure 112020098259436-pat00075
는 도출된 구복호 해의 거리로 업데이트된다. p번째 하부 트리 내의 구복호 해의 검색이 완료되면 검색 반경
Figure 112020098259436-pat00076
은 현재 구복호의 최상해에 의해 결정된다. That is, the search radius when the old decryption solution is derived through the search of the p -th subtree of the first layer.
Figure 112020098259436-pat00075
is updated with the distance of the derived old decoding solution. When the search for the old decryption solution in the p -th subtree is completed, the search radius
Figure 112020098259436-pat00076
is determined by the best solution of the current reconstruction.

이때 조기 검색 종료부(160)는 다음 식 13의 조기 검색 종료 조건을 만족하는 지를 판단한다.At this time, the early search termination unit 160 determines whether the early search termination condition of Equation 13 below is satisfied.

[식 13][Equation 13]

Figure 112020098259436-pat00077
Figure 112020098259436-pat00077

여기서,

Figure 112020098259436-pat00078
는 설계 파라미터이다. 이러한 식 16의 조기 검색 종료 조건을 만족하는 경우 가장 최근 구복호 해는 최종해로 채택되고 이에 신경망 지원 순서화 알고리즘은 종료된다. 이에 신경망 지원 순서화 기반의 구복호 DPP-구복호의 연산 복잡도는 기존의 구복호 SE-SD의 연산 복잡도보다 감소된다. here,
Figure 112020098259436-pat00078
is a design parameter. If the early search termination condition of Equation 16 is satisfied, the most recent old decryption solution is adopted as the final solution, and the neural network-supported ordering algorithm is terminated. Accordingly, the computational complexity of the neural network-supported ordering-based old decoding DPP-old decoding is reduced compared to that of the existing old decoding SE-SD.

도 5는 심층 경로 추정 구복호 체계의 알고리즘을 보인 도면으로서, 단계 1에서, 신경망을 사용하여 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00079
이 추정되고, 단계 2 및 3에서 계층 Nt의 하위 트리의 최소 경로 메트릭
Figure 112020098259436-pat00080
중 가장 크기가 작은 최소 경로 메트릭을 생성하고 생성된 최소 경로 메트릭의 크기에 따라 오름차순으로 재정렬한다.5 is a diagram showing an algorithm of a deep path estimation old decoding scheme. In step 1, a minimum path metric using a neural network
Figure 112020098259436-pat00079
This is estimated, and the minimum path metric of the subtree of the hierarchical Nt in steps 2 and 3
Figure 112020098259436-pat00080
Generates the smallest path metric among the smallest and rearranges them in ascending order according to the size of the generated smallest path metric.

그리고 단계 4에서 초기 검색 반경은 최소 경로 메트릭

Figure 112020098259436-pat00081
중 재정렬된 최소 경로 메트릭 중 가장 크기가 작은 재정렬 최소 경로 메트릭
Figure 112020098259436-pat00082
을 기반으로 결정된다. 이 후 단계 5 내지 16에서, 구복호 해 검색 진행은 각 하위 트리에서 수행된다. And in step 4, the initial search radius is the minimum path metric
Figure 112020098259436-pat00081
The smallest reordered least path metric of the smallest reordered least path metric
Figure 112020098259436-pat00082
is determined based on After that, in steps 5 to 16, the search process is performed in each subtree.

여기서, 단계 6 내지 10에서 p번째 하위 트리의 최적 구복호 해가 결정되고, 단계 12 내지 14에서 신경망 지원 순서화 기반의 구복호 알고리즘의 조기 종료 여부가 결정된다.Here, in steps 6 to 10, the optimal old decoding solution of the p -th subtree is determined, and in steps 12 to 14, whether the old decoding algorithm based on neural network support ordering is terminated early is determined.

시뮬레이션 결과Simulation results

일 실시예의 DPP-구복호는 QPSK 변조를 가지는 16x16과 24x24 MIMO 시스템에서 신경망 구조는 100,000 개의 학습 데이터를 포함하고, SNR은 [4, 14] 범위에서 균일분포의 랜덤값으로 설정되며, DPP-구복호의 연산 복잡도를 최소화하기 위한 설계 파라미터 λ1, λ2는 SNR에 대응되어 하기 표 1로 결정되었다고 가정하자.In the DPP-recovered decoding of an embodiment, the neural network structure includes 100,000 training data in 16x16 and 24x24 MIMO systems with QPSK modulation, and the SNR is set to a uniformly distributed random value in the range [4, 14], and DPP-recovered It is assumed that the design parameters λ 1 and λ 2 for minimizing the arc operation complexity are determined in Table 1 below in correspondence with the SNR.

[표 1][Table 1]

Figure 112020098259436-pat00083
Figure 112020098259436-pat00083

도 6은 일 실시예의 DPP-SD와 SE-SD의 BER 성능을 보인 예시도로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예의 DPP-SD의 BER과 SE-SD의 BER이 유사함을 알 수 있다.6 is an exemplary diagram showing the BER performance of DPP-SD and SE-SD according to an embodiment. there is.

도 7 및 도 8은 SE-SD의 연산 복잡도 대한 DPP-SD의 연산 복잡도 비를 보인 그래프로서, 도 7 및 도 8을 참조하면, 일 실시예의 DPP-SD는 SNR이 11dB 이하에서 SE-구복호의 연산 복잡도가 낮음을 알 수 있다. 또한 16×16 MIMO 시스템 및 24×24 MIMO 시스템 각각에 대해 일 실시예의 DPP-구복호의 연산 복잡도와 SE-SD 연산 복잡도의 감소비는 36.7-43.2% 및 50-59.2% 임을 확인할 수 있다. 7 and 8 are graphs showing the ratio of the computational complexity of DPP-SD to that of SE-SD. Referring to FIGS. 7 and 8, DPP-SD according to an embodiment shows the SNR of SE-old decoding at 11 dB or less. It can be seen that the computational complexity is low. In addition, it can be seen that the reduction ratios of the computational complexity of the DPP-recovered decoding and the SE-SD computational complexity of an embodiment for each of the 16×16 MIMO system and the 24×24 MIMO system are 36.7-43.2% and 50-59.2%.

도 9는 도 1에 도시된 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치에 이용한 구복호 과정을 보인 전체 흐름도로서, 일 실시예에 따른 구복호 방법을 설명하면, 구복호 방법은 전술한 일 실시예에 따른 구복호 장치에서 수행될 수 있다. 9 is an overall flowchart illustrating an old decoding process used in the old decoding apparatus of the large-scale multiple input/output system shown in FIG. 1 . The old decoding method according to an embodiment is described. It may be performed in the old decryption device.

이하의 설명에서는, 일 실시예에 따른 구복호 방법은 도 1 내지 도 2에 도시한 구복호 장치에서 수행되는 일 예를 참조하여 설명하도록 하나, 반드시 도 1 및 도 2의 구복호 장치에서 수행되는 것으로 한정하지는 않아야 할 것이다.In the following description, the old decryption method according to an embodiment will be described with reference to an example performed by the old decryption apparatus shown in FIGS. 1 and 2, but must be performed by the old decryption apparatus of FIGS. 1 and 2 should not be limited to

도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 구복호 방법은 구복호 장치(20)에서 수행되고, 구복호 장치(20)의 최적화부(110)는 다수의 수신 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호로부터 수신신호 벡터 및 채널 행렬을 생성하고(단계 201), 생성된 채널 행렬의 QR 분해 기법을 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고 검색 공간 제약을 통해 트리 구조의 수신신호 벡터를 최적화한다(단계 202).Referring to FIG. 9 , the old decoding method according to an embodiment is performed in the old decoding apparatus 20 , and the optimizer 110 of the old decoding apparatus 20 receives the RF band signals received through a plurality of reception antennas. A received signal vector and a channel matrix are generated (step 201), and the received signal vector is arranged in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through the QR decomposition technique of the generated channel matrix, and the received signal of the tree structure is constrained by the search space. Optimize the vector (step 202).

그리고, 일 실시예의 구복호 장치(20)의 학습부(120)는 최적화부(110)의 최적화된 수신신호 벡터를 통해 신경망을 학습시켜 최상 계층(루트 계층)의 모든 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정한다(단계 203)And, the learning unit 120 of the old decoding device 20 according to an embodiment learns the neural network through the optimized received signal vector of the optimizer 110 to minimize the deep path of all sub-trees of the uppermost layer (root layer). Estimate the path metric (step 203)

또한 일 실시예의 구복호 장치(20)의 최소 경로 메트릭 도출부(130)는 최상 계층을 제외한 나머지 계층의 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 도출한다(단계 204).In addition, the minimum path metric deriving unit 130 of the old decoding apparatus 20 according to an embodiment derives the minimum path metric of the subtrees of the remaining layers except for the highest layer (step 204).

그리고 일 실시예의 구복호 장치(20)의 최소 경로 메트릭 정렬부(140)는 최상 계층의 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 크기에 따라 정렬한다(단계 205).In addition, the minimum path metric sorting unit 140 of the old decoding apparatus 20 according to an embodiment sorts the minimum path metric of the subtree of the uppermost layer according to the size (step 205).

일 실시예의 구복호 장치(20)의 구복호 해 검색부(150)는 정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 설정된 검색 반경에서 구복호 해를 검색한다(단계 207).The old decryption solution search unit 150 of the old decryption apparatus 20 according to an embodiment sets a search radius according to the order of the sorted minimum path metrics, and searches for the old decrypted solution from the set search radius (step 207).

이 후 일 실시예의 구복호 장치(20)의 조기 검색 종료부(160)는 재정렬된 최소 경로 메트릭으로 설정된 검색 반경 및 정해진 설계 파라미터로 조기 종료 조건을 만족하는 경우 구복호 해의 검색을 중지한다(단계 208).Thereafter, the early search termination unit 160 of the old decryption apparatus 20 according to an embodiment stops the search for the old decryption solution when the early termination condition is satisfied with the search radius set to the rearranged minimum path metric and the predetermined design parameters ( step 208).

따라서, 일 실시예에 의하면, 트리 구조로 최적화된 신경망의 입력 벡터에 대해 최상 계층의 모든 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정한 다음 추정된 최소 경로 메트릭의 크기에 따라 재정렬하고, 재정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 구복호(SD: Sphere Decoding) 해를 검색하여 구복호의 연산 복잡도를 근본적으로 감소할 수 있다.Therefore, according to one embodiment, for the input vector of the neural network optimized in the tree structure, the minimum path metrics of the deep paths of all subtrees of the uppermost layer are estimated, then rearranged according to the size of the estimated minimum path metrics, and the reordered By searching the Sphere Decoding (SD) solution according to the order of the minimum path metric, the computational complexity of the old decoding can be fundamentally reduced.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely an example, and those skilled in the art to which various modifications and equivalent other embodiments are possible. will understand Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

트리 구조로 최적화된 신경망의 입력 벡터에 대해 최상 계층의 모든 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정한 다음 추정된 최소 경로 메트릭의 크기에 따라 재정렬하고, 재정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 구복호(SD: Sphere Decoding) 해를 검색하여 구복호의 연산 복잡도를 근본적으로 감소할 수 있는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 차세대 성장 동력인 5G 이동 통신과 관련된 단말의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.Estimate the minimum path metrics of the deep paths of all subtrees of the top layer for an input vector of a neural network optimized with a tree structure, then reorder them according to the size of the estimated minimum path metrics, and recover according to the order of the reordered minimum path metrics A very large improvement in the accuracy and reliability of operation of the old decoding device and method of a large-scale multiple input/output system, which can fundamentally reduce the computational complexity of old decoding by searching for an SD (Sphere Decoding) solution, and further in terms of performance efficiency It is an invention with industrial applicability because it has sufficient potential for commercialization or sales of terminals related to 5G mobile communication, the next-generation growth engine, as well as to the extent that it can be clearly implemented in reality.

Claims (10)

다수의 수신 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호로부터 수신신호 벡터 및 채널 행렬을 생성하는 수신 장치; 및
생성된 채널 행렬 H의 QR 분해를 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고, 배열된 트리 구조의 수신신호 벡터에 대해 신경망으로 학습하여 하부 트리의 최소 경로 메트릭을 추정하며, 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 재정렬한 다음 가장 작은 최소 경로 메트릭에 해당하는 하부 트리부터 순차적으로 구복호 해를 검색하는 구복호기를 포함하되,
상기 신경망은,
채널 행렬 H의 QR 분해를 통해 얻어진 상 삼각행렬 R의 특성으로 도출된
Figure 112022002306975-pat00093
,
Figure 112022002306975-pat00094
, 및
Figure 112022002306975-pat00095
기반의 벡터
Figure 112022002306975-pat00096
를 입력으로 하고, 경로 메트릭
Figure 112022002306975-pat00097
을 출력으로 하여 학습하도록 구비되며,
상기 구복호기는,
정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 기 정해진 조기 검색 종료 조건
Figure 112022002306975-pat00098
, 여기서,
Figure 112022002306975-pat00099
는 설계 파라미터,
Figure 112022002306975-pat00100
는 검색 반경,
Figure 112022002306975-pat00101
는 최소 경로 메트릭, 을 만족하는 경우 구복호 해의 검색을 중지하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치.
a receiving device for generating a received signal vector and a channel matrix from an RF band signal received through a plurality of receiving antennas; and
The received signal vector is arranged in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through QR decomposition of the generated channel matrix H , and the minimum path metric of the lower tree is estimated by learning the received signal vector of the arranged tree structure with a neural network. , including an old decoder that rearranges the estimated minimum path metric of the top layer in order of size, and then sequentially searches the old decryption solution from the subtree corresponding to the smallest minimum path metric,
The neural network is
Derived from the characteristics of the upper triangular matrix R obtained through QR decomposition of the channel matrix H
Figure 112022002306975-pat00093
,
Figure 112022002306975-pat00094
, and
Figure 112022002306975-pat00095
vector based
Figure 112022002306975-pat00096
with as input, the route metric
Figure 112022002306975-pat00097
It is provided to learn by outputting
The old decryptor is
Set the search radius according to the order of the sorted minimum path metric, and a predetermined early search termination condition
Figure 112022002306975-pat00098
, here,
Figure 112022002306975-pat00099
is the design parameter,
Figure 112022002306975-pat00100
is the search radius,
Figure 112022002306975-pat00101
The old decryption apparatus of a large-scale multiple input/output system, characterized in that it is provided to stop the search for the old decryption solution when the minimum path metric, , is satisfied.
제1항에 있어서, 상기 구복호기는,
생성된 채널 행렬의 QR 분해 기법을 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고 검색 공간 제약을 통해 트리 구조의 수신신호 벡터를 최적화하는 최적화부;
최적화된 수신신호 벡터를 통해 신경망을 학습시켜 모든 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정하는 학습부;
최상 계층의 추정된 하위 트리의 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 최소 경로 메트릭 정렬부; 및
상기 추정된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 설정된 검색 반경에서 구복호 해를 검색하는 구복호 해 검색부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치.
The method of claim 1, wherein the old decoder comprises:
an optimizer for arranging a received signal vector in a tree structure by using the R matrix characteristic obtained through the QR decomposition technique of the generated channel matrix and optimizing the received signal vector of the tree structure through a search space constraint;
a learning unit for estimating the minimum path metric of the deep path of all subtrees by learning the neural network through the optimized received signal vector;
a minimum path metric sorting unit for arranging a minimum path metric of an estimated subtree of the uppermost layer in order of size; and
and a deciphering and deciphering solution search unit for setting a search radius according to the order of the estimated minimum path metric and searching for a deciphered and deciphered solution from the set search radius.
제2항에 있어서 상기 구복호기는,
최상 계층을 제외한 나머지 계층의 수신 신호 벡터에 대한 최소 경로 메트릭을 도출하는 최소 경로 메트릭 도출부를 더 포함하고,
상기 최소 경로 메트릭 정렬부는,
상기 최소 경로 메트릭 도출부의 도출된 최소 경로 메트릭에 대해 크기가 가장 작은 최소 경로 메트릭을 생성하고 생성된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치.
The method of claim 2, wherein the old decoder comprises:
Further comprising a minimum path metric deriving unit for deriving a minimum path metric for the received signal vectors of the remaining layers except the top layer,
The minimum path metric alignment unit,
and generating a minimum path metric having the smallest size with respect to the derived minimum path metric of the minimum path metric deriving unit and arranging the generated minimum path metric in order of size.
삭제delete 제2항에 있어서, 최소 경로 메트릭 정렬부는,
생성된 최소 경로 메트릭의 크기에 따라 오름차순으로 정렬하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 장치.
The method of claim 2, wherein the minimum path metric alignment unit comprises:
The reconstruction/decryption apparatus of a large-scale multiple input/output system, characterized in that it is arranged in ascending order according to the size of the generated minimum path metric.
(a) 다수의 수신 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호로부터 수신신호 벡터 및 채널 행렬을 생성하는 수신 단계; 및
(b) 생성된 채널 행렬의 QR 분해를 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신 신호 벡터를 트리 구조로 배열하고, 배열된 트리 구조의 수신신호 벡터에 대해 신경망으로 학습하여 하부 트리의 최소 경로 메트릭을 추정하고 최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 재정렬한 다음 가장 작은 최소 경로 메트릭에 해당하는 하부 트리부터 순차적으로 구복호 해를 검색하는 구복호 단계를 포함하되,
상기 신경망은,
채널 행렬 H의 QR 분해를 통해 얻어진 상 삼각행렬 R의 특성으로 도출된
Figure 112022002306975-pat00102
,
Figure 112022002306975-pat00103
, 및
Figure 112022002306975-pat00104
기반의 벡터
Figure 112022002306975-pat00105
를 입력으로 하고, 경로 메트릭
Figure 112022002306975-pat00106
을 출력으로 하여 학습하도록 구비되며,
정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 기 정해진 조기 검색 종료 조건
Figure 112022002306975-pat00107
, 여기서,
Figure 112022002306975-pat00108
는 설계 파라미터,
Figure 112022002306975-pat00109
는 검색 반경,
Figure 112022002306975-pat00110
는 최소 경로 메트릭, 을 만족하는 경우 구복호 해의 검색을 중지하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 방법.
(a) a reception step of generating a reception signal vector and a channel matrix from RF band signals received through a plurality of reception antennas; and
(b) The received signal vector is arranged in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through QR decomposition of the generated channel matrix, and the minimum path metric of the lower tree is obtained by learning the received signal vector of the arranged tree structure with a neural network. a step of estimating, rearranging the estimated minimum path metric of the highest layer in order of size, and then sequentially searching for the old and decoded solution from the subtree corresponding to the smallest minimum path metric,
The neural network is
Derived from the characteristics of the upper triangular matrix R obtained through QR decomposition of the channel matrix H
Figure 112022002306975-pat00102
,
Figure 112022002306975-pat00103
, and
Figure 112022002306975-pat00104
vector based
Figure 112022002306975-pat00105
with as input, the route metric
Figure 112022002306975-pat00106
It is provided to learn by outputting
Set the search radius according to the order of the sorted minimum path metric, and a predetermined early search termination condition
Figure 112022002306975-pat00107
, here,
Figure 112022002306975-pat00108
is the design parameter,
Figure 112022002306975-pat00109
is the search radius,
Figure 112022002306975-pat00110
The old decryption method of a large-scale multiple input/output system, characterized in that it is provided to stop the search for the old decryption solution when the minimum path metric, , is satisfied.
제6항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
생성된 채널 행렬의 QR 분해 기법을 통해 얻어진 R 행렬 특성을 이용하여 수신신호 벡터를 트리 구조로 배열하고 검색 공간 제약을 통해 트리 구조의 수신신호 벡터를 최적화하는 단계;
최적화된 수신신호 벡터를 통해 신경망을 학습시켜 하위 트리의 심층 경로의 최소 경로 메트릭을 추정하는 단계;
최상 계층의 하부 트리의 추정된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 단계; 및
상기 정렬된 최소 경로 메트릭의 순서에 따라 검색 반경을 설정하고 설정된 검색 반경에서 구복호 해를 검색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 방법.
The method of claim 6, wherein (b) step,
arranging the received signal vector in a tree structure using the R matrix characteristic obtained through the QR decomposition technique of the generated channel matrix and optimizing the received signal vector of the tree structure through a search space constraint;
estimating a minimum path metric of a deep path of a subtree by training a neural network through an optimized received signal vector;
arranging the estimated minimum path metric of the subtree of the uppermost layer in order of size; and
and setting a search radius according to the order of the sorted minimum path metrics, and searching for the old decryption solution in the set search radius.
제6항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
최상 계층을 제외한 나머지 계층의 하부 트리에 대해 최소 경로 메트릭을 도출하는 단계를 더 포함하고,
상기 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 단계는
최상 계층의 추정된 최소 경로 메트릭과 최상 계층을 제외한 나머지 계층의 도출된 최소 경로 메트릭 각각에 대해 크기가 가장 작은 최소 경로 메트릭을 생성하고, 생성된 최소 경로 메트릭을 크기 순으로 정렬하는 것을 특징으로 하는 대규모 다중 입출력 시스템의 구복호 방법.
The method of claim 6, wherein (b) step,
Further comprising the step of deriving a minimum path metric for the subtrees of the remaining layers except the top layer,
The step of arranging the minimum path metric in order of size is
A minimum path metric with the smallest size is generated for each of the estimated minimum path metric of the top layer and the derived minimum path metric of the remaining layers except for the top layer, and the generated minimum path metric is arranged in order of size. A method of recovery and decryption of large-scale multiple input/output systems.
삭제delete 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터에서 판단 가능한 기록매체.



A recording medium in which a program for executing the method of any one of claims 6 to 8 is recorded and judged by a computer.



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