KR20040019906A

KR20040019906A - 최대 가능한 후부 확률 검출기

Info

Publication number: KR20040019906A
Application number: KR1020030057960A
Authority: KR
Inventors: 데이비드게리트
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2004-03-06
Also published as: DE60309546T2; JP4347638B2; DE60309546D1; EP1394978A1; KR100987913B1; EP1394978B1; JP2004096745A; US20040042565A1; US7609777B2

Abstract

본 발명은 적어도 두개의 안테나들에 결부된 ML-APP 검출기를 포함하는 통신 장치에 관한 것이다. ML-APP 검출기는 적어도 하나의 LLR 유니트에 연결된 적어도 하나의 Hx 유니트를 포함한다. Hx 유니트는 수신될 수 있는 모든 가능한 심볼들의 일 부분, 즉, 특수부를 생성하고, 각 생성된 심볼 후보를 LLR 유니트로 전송하며, 이 LLR 유니트는 특수부의 일부가 아닌 다른 심볼 후보를 생성하기 위해 전송된 심볼 후보에 변환 연산을 수행한다. 이 방식으로, 모든 가능한 심볼 후보들이 LLR 유니트에 의해 얻어진다. LLR 유니트는 비용 계산을 수행하기 위해, 심볼 후보들을 수신된 심볼에 비교한다. 모든 가능한 심볼 후보들의 비용 계산들로부터 최저 비용을 산출하는 심볼 후보가 최적의 후보로서 선택된다. 그후, 소프트 정보가 LLR 유니트에 의해 생성된 선택된 후보와 연계된 소프트 정보를 사용하여 선택된 후보에 APP 디코딩이 수행된다.

Description

최대 가능한 후부 확률 검출기{A maximum likelihood a posteriori probability detector}

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에 관한 것으로, 특히, 통신 시스템들에 사용되는 수신기들에 관한 것이다.

관련 기술의 설명

통신 기술이 발전함에 따라, 통신 시스템들은 보다 높은 전송율들로 정보를 전달(즉, 송신 및/또는 수신)할 수 있다. 무선 통신 시스템들에서, 시스템을 위한 대역폭은 표준 단체들 또는 정부 기관들에 의해 설정되어 왔다. 3세대 무선 시스템들을 위한 보다 높은 데이터 처리량을 달성하기 위해서, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나 시스템들이 고려되고 있다. 높은 데이터 대역폭을 위한 MIMO 시스템들은 BLAST(Bell Laboratories Layered Space Time) 개념에 기초하며, 이는 동일 스펙트럼내에서 서로 다른 전송 스트림들을 송신하기 위해 다중 송신 안테나들을 사용하고, 개별 스트림들을 복원하기 위해 수신기 안테나들의 어레이를 사용하여 다경로(multipath) 채널들의 장점을 갖는다. 데이터를 위한 고속 3G(Third Generation) 무선 통신들을 위해 출현한 표준 중 한가지는 3GPP(Third Generation Partnership Program) 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA) 표준이다. 무선 3GPP 시스템들은 비교적 높은 전송율들로 가입자들에게 정보들 전달하는 다운링크들을 갖는다. MIMO 안테나 시스템들에서, 정보는 적어도 하나의 안테나에 의해 동시에, 그리고 개별적으로 송신 및 수신되며, 따라서, 비교적 높은 시스템 처리량을 허용한다. MIMO는 HSDPA를 위한 높은 데이터 전송율들을 달성하기 위해 고려되는 한가지 제안이다. 시스템 처리량은 통상적으로 규정된 시간 기간 동안 시스템에서 송신 및 수신되는 정보의 총량으로서 규정된다.

MIMO 전송 심볼들을 검출하기 위해 개발된 첫 번째 방법들 중 하나는 V-BLAST 수신기(Vertical BLAST)이다. 다중 안테나들을 사용하여 다중 신호들을 수신하기 위해서, V-BLAST 수신기는 정보의 다중 스트림들을 무상관화(decorrelate)한다. VBLAST에서, 정보 심볼들의 다중 스트림들의 무상관화는 본질적으로, 가장 큰 양의 에너지를 가진 스트림을 식별하고, 그후, 소거시키는 반복 소거법(iterative cancellation method)이다. 이 소거는 모든 스트림들이 식별될때까지 반복적으로 수행되고, 따라서, 널리 공지된 디코딩 기술들을 사용하여 적절히 디코딩될 수 있다. V-BLAST 검출기는 비교적 많은 수의 안테나들을 포함하는 BLAST 시스템들에 사용된다. 예로서, V-BLAST는 16 안테나들을 가지는 BLAST 시스템에 사용된다. 비록 V-BLAST가 비교적 많은 수의 안테나들을 가진 시스템들을 위해 사용되지만, 다른 유형의 수신기들이 보다 양호한 성능을 가지기 때문에 이는 "최적의" 수신기는 아니다.

ML 검출기는 시간 간격 동안 송신될 수 있는 데이터의 모든 가능한 조합들을 감시하며, 그후, 수신기에서 수신된 심볼들의 주어진 관찰시 가장 높은 전송 가능성을 가지는 데이터 세트를 선택한다. 디지털 변조를 사용하는 통상적인 무선 통신 시스템에서, 정보는 디지털 정보를 나타내는 심볼들로서 전송된다. 예로서, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 사용하는 무선 통신 시스템에서, 하나의 심볼은 I(정위상) 및 Q(4분할 위상) 채널들에 의해 표현되는 복소 성좌 평면(complex constellation plane)에 맵핑된다. 정위상 및 4분할 위상 채널들은 서로 직교한다.

도 1을 참조하면, 세 개의 서로 다른 디지털 변조 개념들을 위한 세 개의 서로 다른 복소 성좌 평면들이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, QPSK를 위하여, 각 심볼은 2비트의 정보를 나타내며, 각 심볼은 정위상 성분과 4분할 위상 성분을 가진다. 또한, 각 심볼은 심볼의 크기 뿐만 아니라, 다른 심볼들에 대한 심볼의 위상까지도 기술하는 복소 진폭을 가진다. 8 위상 위상 편의 변조(8 phase Phase Shift Keying)(8PSK)에 대하여, 각 심볼은 복소 진폭을 가지고, 3 비트의 정보를 나타낸다. 16 구적 진폭 변조(16-QAM)에 대하여, 각 심볼은 4비트의 정보를 나타내고, 이런 심볼 각각은 또한 복소 진폭을 갖는다. QPSK 변조를 가진 4 송신 안테나들을 사용하는 BLAST 시스템에 대하여, 시스템은 심볼 기간에 걸쳐 동시에 총 8비트를 송신한다. 심볼 기간은 심볼의 전송 동안 경과되는 시간의 양이다. MIMO 시스템의 능력의 비교적 큰 이득은 단일 송신 안테나는 단지 하나의 성좌점만을 전송할 수 있는 반면에, 동일 대역폭에서 동시에 다수의 성좌들로부터 다수의 성좌 지점들을 송신할 수 있다는 것이다.

ML 검출기는 최고 확율 심볼을 계산하기 위해, 반드시 심볼들이 전송되는 무선 채널의 추정치를 가져야만 한다. MIMO 시스템의 경우에, 채널의 추정치는 모든 송신 및 모든 수신 안테나 사이의 모든 가능한 경로들을 위한 채널들을 나타내는 매트릭스이다. 예로서, 4 송신 x 4 수신 MIMO 시스템은 매트릭스내에 16 개별 채널 추정치들을 가진다. 채널 매트릭스는 심볼들이 통과 전파하는 통신 채널을 수학적으로 특징짓는 값들을 포함하는 매트릭스이다. 다수의 무선 통신 시스템들에서, 파일럿 신호 또는 소정의 다른 기준 신호가 주기적으로 시스템의 다양한 통신 채널들을 거쳐 전송된다. 파일럿 신호는 그 소유의 채널을 거쳐 전송되거나, 통신 시스템의 가입자들에 의해 사용되는 트래픽 채널들을 거쳐 전송될 수 있다. 진폭, 위상, 주파수 특징들 같은 파일럿 신호의 파라미터들은 전송 이전에 알려져 있다. 파일럿신호가 전송 및 수신된 이후에, 그 파라미터들이 측정되고, 그 파라미터들 중 소정의 것의 소정의 변형이 통신 채널에 대하여 속성화된다. 따라서, 4 송신 안테나들로부터 4 수신 안테나들로 전송된 신호들의 모든 가능한 경로들을 위한 채널의 특징들을 나타내는 채널 매트릭스가 생성된다.

일반적으로, 통신 채널이 플랫 페이딩 형식(flat-fading)이고, 비교적 안정하다는 가정들이 이루어지며, 그 이유는 다수의 통신 채널들에 대하여, 이런 가정들이 적당할 뿐만 아니라, 비교적 정확하기 때문이다. 플랫 페이딩 채널은 어떠한 메모리도 갖지 않는 통신 채널, 즉, 하나의 신호가 전송될 때, 그 신호가 결국 수신되고, 그 신호의 어떠한 지연된 복제도 존재하지 않는다. 메모리를 가진 주파수 선택 채널들이 존재하더라도, ML 검출기로의 입력이 플랫 페이딩 채널과 유사해지도록 수신된 신호를 변환하기 위한 기술들이 존재한다. 안정한 채널은 그 특성이 비교적 느리게 변화하는 통신 채널이며, 그래서, 채널 매트릭스가 동일한 비교적 느린 비율로 갱신된다.

신호(x)(여기서, x는 비트의 그룹을 나타내는 적어도 하나의 심볼들의 벡터임)가 채널 매트릭스(H)를 가지는 통신 채널을 통해 전송될 때, 수신된 결과적인 심볼은 Hx라는 것은 통신 이론에서 잘 알려져 있다. 각 심볼이 2비트의 정보를 나타내는(QPSK 변조) 4-송신/수신 안테나의 경우에, 수신기는 4 송신 안테나들로부터 8 비트를 나타내는 심볼들을 수신한다. ML 검출기는 x의 모든 가능한 값에 대하여 모든 가능한 후보들(Hx)을 생성한다. 따라서, x가 8-비트 그룹을 나타낼 때, H가심볼 시간 기간 동안 변화하지 않는 것을 가정하면, 256(또는 2⁸) 가능 Hx 후보들이 존재한다; 즉, 256 x 그룹들 각각이 H에 승산된다. ML 검출기는 256Hx 값들을 생성하며, 이런 값 각각을 수신된 실제 심볼, 즉, r에 비교한다. Hx와 r의 편차는 비용 함수, J라 지칭되며, 여기서, J=∥r-Hx∥²이고, Hx는 256으로부터 가장 낮은 J를 생성한다. 따라서, 비용 함수가 ML 검출 프로세스의 결과로서 생성된다. 비용 함수는 일반적으로 수신된 실제 심볼과 채널 매트릭스로부터 생성된 추정 심볼 사이의 편차이다. 가장 낮은 비용 함수를 가지는 후보가 최상의 후보로서 선택되는 것이 일반적이다.

ML 검출기의 부가적인 개선형은 최고 확율 경로의 선택의 신뢰도의 척도를 제공하는 것이다. 이는 일반적으로 검출기 이후에 사용되는 연성 입력(soft input) 전진 에러 보정 코드들의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 연성 입력 전진 에러 보정 코드들을 수행하는 장치들은 수신된 정보의 처리시 연성 정보를 사용한다. 일반적으로, 연성 정보는 이런 데이터가 수신된 정보의 값에 속성화되는 신뢰도의 지표를 제공하는 수신된 정보에 대한 확율 데이터이다. 에러 보정 코딩 및 다른 채널 코딩 기술들은 통신 시스템의 통신 채널들을 거쳐 전송되는 정보의 그룹 또는 정보의 블록에 비트가 추가되는 통신 시스템들에 사용되는 널리 공지된 코딩 개념들이다. 추가된 비트는 전송된 비트 그룹들에 러던던시를 도입하고, 따라서, 수신기가 수신된 정보를 보다 양호하게 디코딩하거나, 수신된 정보를 에러 보정할 수 있게 한다. 다수의 경우들에서, 에러 보정 코딩 및 채널 코딩이 연성 정보의 견지에서수행될 때, 특정 비트 값들이 변경된다. ML 검출기는 각 수신된 비트에 대한 사후 확율(APP) 정보를 제공한다. 예로서, 다음 가장 근접한 ML 후보를 위한 비용 함수가 높은 경우에, 검출기는 그 판정에 매우 확신한다. 그러나, 다음 가장 근접한 후보가 선정 후보(winning candidate)를 위한 비용 함수에 근접할 때, 이때, 검출기는 그 판정에 대해 그다지 확신하지 못한다. 연성 입력 전진 에러 코드 검출기는 그들이 개연성이 부정확하다는 것을 발견한 경우에, 저 신뢰도 데이터에 대한 역방향 비트 판정을 돕기 위하여 정보를 사용할 수 있다. 따라서, 일반적으로, ML-APP 검출기는 모든 가능한 후보들의 세트로부터 최상의 후보로서 심볼 후보를 선택하고, 수신된 심볼들 각각을 위한 연성 정보를 생성하는 수신기이다.

ML 검출기가 일반적으로 소프트웨어로 구현되기 때문에, 그리고, 심볼 기간 동안, 비교적 많은 수의 비교들(수신된 심볼들에 대한 생성된 후보들의 비교)이 이루어지기 때문에, ML 검출기의 사용은 3GPP 표준에 따르는 통신 시스템들 같은 비교적 높은 정보 전송율 시스템들에 대해서는 실질적으로 비실용적이다. ML 검출기의 실용적 사용의 문제점은 ML 검출을 수행하기 위해 사용되는 후보들의 수가 지수함수적 비율로 증가하는 MIMO 시스템들에서 부가적으로 복합되게 된다. QPSK를 사용하는 4-송신/수신 안테나의 경우에 대하여서도, ML 검출기의 소프트웨어 구현체는 통신 시스템의 처리 속도 요구들에 부합되도록 충분히 신속하게 256 비교들을 수행할 수 없다. 특히, 3GPP 표준에 따르는 무선 통신 시스템들에서, 정보가 이런 시스템들에서 전달되는 증가된 전송율은 소프트웨어 구현식 ML-APP 검출기들을 사용하는 것이 더더욱 비실용적이게 한다. 보다 높은 정보 전송율들에 대하여, 규정된 시간 기간 동안 보다 많은 심볼들이 전송되며, 따라서, 심볼을 처리하기 위해 사용할 수 있는 시간의 양이 이에 따라 감소된다. 소프트웨어 구현식 ML-APP 검출기들은 프로세서를 프로그램하기 위해 사용되는 프로그래밍 언어의 처리 속도들과 프로세서 속도의 함수들인 속도들로 정보를 처리한다.

(발명의 요약)

본 발명은 복수의 안테나에 결합된 검출기를 포함하는 통신 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 검출기는 ML-APP 검출기이다. ML-APP 검출기는 적어도 하나의 LLR(Log Likelihood Ratio) 유니트에 연결된 적어도 하나의 Hx 유니트를 포함한다. 적어도 하나의 Hx 유니트는 통신 시스템의 일부인 다중 안테나 시스템에 의해 수신될 수 있는 모든 가능한 심볼 후보들의 세트의 특수부(special portion)를 생성하도록 구성된다. 적어도 하나의 LLR 유니트는 적어도 하나의 Hx에 의해 생성된 심볼 후보들 각각을 통신 시스템의 통신 채널로부터 수신된 심볼에 비교하는 비용 분석을 수행한다. Hx 유니트가 생성된 모든 가능한 후보들의 특수부를 가질 때, 적어도 하나의 LLR 유니트는 현재 생성된 심볼 후보에 변환 연산을 수행함으로써 나머지 가능한 후보들을 생성시킬수 있으며, 이 방식으로, 적어도 하나의 LLR이 특정 변조 개념을 위한 모든 가능한 심볼 후보들에 비교 연산을 수행할 수 있다. 적어도 하나의 LLR 유니트는 가장 작은 비용 함수를 산출하는 후보를 최상의 후보로서 선택한다. 최상의 후보를 선택하기 위한 모든 비교 연산들을 수행하기 위해 사용되는 시간의 양은 계산 기간이라 지칭된다. 따라서, 적어도 하나의 Hx 유니트가 모든 가능한 심볼 후보들의 세트의 특수부를 생성할 때, 적어도 하나의 LLR 유니트는 본 발명의 ML-APP 검출기가 심볼 기간과 같거나 작은 규정된 시간 기간내에 수신된 심볼을 디코딩할 수 있게 하는 나머지 모든 가능한 심볼 후보들의 세트를 생성하도록 생성된 심볼 후보들에 변환 연산을 수행할 수 있다. 이 방식으로, 본 발명의 ML-APP 검출기는 비교적 보다 높은 전송율에서 수신된 심볼들을 검출할 수 있다.

도 1은 서로 다른 디지털 변조 개념들을 위한 다양한 유형의 신호 소거들을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 ML-APP 검출기의 아키텍쳐를 도시하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102: Hx 유니트108: 버퍼

128: 카운터130: Hx 레지스터

106: 수신된 심볼 레지스터

본 발명은 적어도 두개의 안테나들에 연결된 검출기를 포함하는 통신 장치이다. 적어도 두개의 안테나들 또는 복수의 안테나들은 예로서, MIMO 시스템으로 구현될 수 있다. 검출기는 심볼들(즉, 정보)을 수신하고, 수신된 심볼들을 디코딩하는 소정의 수신기이다. 일 실시예에서, 검출기는 ML-APP 검출기이다. ML-APP 검출기는 적어도 하나의 LLR(Log Likelihood Ratio) 유니트에 연결된 적어도 하나의 Hx 유니트를 포함한다. 적어도 하나의 Hx 유니트는 통신 시스템의 일부인 다중 안테나 시스템에 의해 수신될 수 있는 모든 가능한 심볼 후보들의 세트의 특수부를 생성하도록 구성된다. 특수부는 모든 가능한 후보들(특정 변조 개념을 위한)의 소정의 서브세트이며, 그로부터 나머지 가능한 후보들이 변환 연산을 사용하여 생성될 수 있다. 변환 연산은 생성된 심볼 후보를 생성되어 있지 않은 다른 심볼 후보로 변환하는 연산이다. 적어도 하나의 Hx 유니트는 수신된 심볼들이 그를 통해 전달되는 통신 시스템의 통신 채널들을 특징짓는 채널 매트릭스(H)에 액세스한다. 적어도 하나의 Hx 유니트는 특정 개별 정보 패턴들(예로서, 신호 소거에 의해 규정되는 비트 패턴들)을 채널 매트릭스에 승산함으로써 전체 또는 모든 가능한 심볼 후보들의 특수부를 생성할 수 있다. 그후, 적어도 하나의 Hx 유니트는 생성된 심볼들을 적어도 하나의 LLR 유니트들에 방송할 수 있다. 적어도 하나의 Hx 유니트의 출력은 수신된 심볼들에 무관하며, 다수의 수신된 심볼들을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 Hx 유니트는 LLR 유니트들에 의해 심볼들이 수신될 때 심볼 후보들의 반복 블록을 생성한다. LLR 유니트들은 적어도 하나의 Hx 유니트에 대한 접근로를 가지며, 심볼들의 반복 블록의 생성시 소정의 지점에서 적어도 하나의 Hx 유니트에 의해 생성된 심볼 후보에 대한 그 수신된 심볼들의 비교를 시작할 수 있다. 결국, 각 LLR 유니트는 사용된 변조 개념을 위해 적어도 하나의 Hx에 의해 생성될 수 있는 모든 가능한 심볼 후보들에 그 수신된 심볼을 비교 완료하게 된다.

적어도 하나의 LLR 유니트는 비용 함수 분석을 수행하며, 여기서, 이는 하나의 수신된 심볼을 적어도 하나의 Hx 유니트에 의해 생성 및 방송된 특수부의 모든 심볼 후보들에 비교한다. 부가적으로, 적어도 하나의 Hx 유니트가 모든 가능한 후보들의 세트의 특수부를 생성하였을 때, 적어도 하나의 LLR 유니트는 현재 생성된 심볼 후보에 변환 연산을 수행함으로써 나머지 가능한 후보들을 생성할 수 있으며, 이 방식으로, 적어도 하나의 LLR은 모든 가능한 심볼 후보들에 비교 연산을 수행할 수 있다. 수신된 심볼은 r로 표시되고, 가능한 후보들은 Hx로서 표시되며, 여기서, h는 채널 매트릭스이고, x는 각 송신 안테나로부터 전송된 특정 정보 심볼들의 벡터이다. 벡터는 각 송신 안테나를 위한 성좌 지점들의 연쇄이며, 여기서, 성좌점들은 비트 패턴들로부터 선택된다. 비교는 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 비교는 수신된 심볼과 생성된 심볼 사이에서 평균 자승 에러(MSE) 연산,즉, ∥r-Hx∥²을 수행함으로써 구현될 수 있다. 비교 연산의 결과는 비용 함수 J로서 표시된다. 즉, J=∥r-Hx∥²이다. 모든 가능한 심볼 후보들이 수신된 심볼에 비교된 이후에, 적어도 하나의 LLR 유니트는 가장 작은 비용 함수를 산출하는 후보를 최적 후보로서 선택한다. 또한, 적어도 하나의 LLR 유니트는 선택된 후보에 대한 연성 정보를 생성하고, 그 정보를 선택된 후보와 함께 APP 디코더에 전달한다. 연성 정보를 생성하기 위해, 그리고, 최적 후보를 선택하기 위한 모든 비교 연산들을 수행하기 위해 사용되는 시간의 양은 계산 기간이라 지칭된다. 그후, 선택된 후보는 널리 공지된 채널 디코딩 및 에러 보정 디코딩 기술들을 사용하여 추가로 디코딩된다. 따라서, g나 이상의 Hx 유니트가 모든 가능한 심볼 후보들의 세트의 특수부를 생성할 수 있기 때문에, 생성된 심볼 후보들에 변환 연산을 수행하여 적어도 하나의 LLR 유니트가 나머지 모든 가능한 심볼 후보들의 세트를 생성할 수 있고, 본 발명의 ML-APP 검출기가 심볼 기간과 같거나 작은 규정된 시간 기간내에 수신된 심볼을 검출할 수 있게 한다. 적어도 하나의 LLR 유니트가 검출기에 사용되는 경우에, 각 LLR 유니트를 위한 디코딩은 심볼 기간의 배수로 설정될 수 있다(즉, 2 LLR 유니트들 각각이 두 배의 심볼 기간으로 디코딩). 규정된 시간 기간은 본 발명의 ML-APP 검출기에 사용되는 클록 기간으로서 성립된다. 이 방식으로, 본 발명의 ML-APP 검출기는 비교적 보다 높은 속도로 수신된 심볼들을 검출할 수 있다. 규정된 시간 기간은 본 발명의 ML-APP 검출기에 사용된 클록 기간 또는 클록 기간의 배수로서 성립된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 ML-APP 검출기가 도시되어 있다. 본 발명의 ML-APP 검출기는 제안된 2GPP HSDPA 표준에 따르는 통신 시스템의 통신 채널들을 거쳐 QPSK 변조를 사용하여 정보를 전달하는 4 x 4 MIMO 안테나 시스템을 사용하는 무선 통신 시스템에 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 ML-APP 검출기의 용도는 특정 디지털 변조 개념을 가지는 특정 통신 시스템에 한정되지 않으며, 소정의 특정 클록 주파수에 한정되지 않는다는 것을 잘 이해할 수 있을 것이다. 도시된 특정 ML 검출기를 위해 사용되는 클록 주파수는 122.88 MHz이다. 클록 신호(미도시)는 도 2에 도시된 본 발명의 ML-APP 검출기의 다양한 장치들에 인가된다. 또한, 본 발명의 ML-APP 검출기는 소정의 다수의 송신 및/또는 수신 안테나들을 가지는 시스템들에 사용될 수 있다. 본 발명의 ML-APP 검출기가 사용되는 무선 통신시스템은 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 시스템, 주파수 분할 다중 액세스(FDMA) 시스템, 시간 분할 다중 액세스(TDMA) 시스템, 직교 주파수 도메인 멀티플렉싱(OFDM) 또는 이들 서로 다른 유형들의 무선 통신 시스템들의 다양한 조합으로부터 형성된 시스템들을 포함하는 소정의 다른 유형의 무선 통신 시스템일 수 있다. 또한, 본 발명의 ML-APP 검출기는 유선 통신 시스템들에 사용될 수 있다.

본 발명의 ML-APP 검출기는 다른 4-안테나 MIMO 시스템에 의해 전송되는 심볼들을 수신하기 위해 사용되는 4-안테나 MIMO 시스템(미도시)에 연결된다. 4 수신 안테나들에게 정보를 전송하는 4 송신 안테나들이 존재하기 때문에, 각 수신 안테나는 하나 또는 모든 4 송신 안테나들로부터 심볼들을 수신할 수 있다. 따라서, 4 송신 안테나들과 4 수신 안테나들 사이에는 16개의 가능한 전송 경로들이 존재한다. 15 가능경로들은 그 값들이 장치(100)에 저장되는 4 x 4 채널 매트릭스(H)에 의해 특징지어 진다. 일반적으로, 적어도 하나의 Hx 유니트는 심볼들을 전달하기 위해 디지털 변조 개념을 사용하는 무선 통신 시스템의 L 가능 통신 경로들을 특징화하는 MxN 채널 매트릭스에 대한 접근로를 가지며, 여기서, M, N 및 L은 2 이상의 정수들이고, L은 M과 N의 산술적 곱이다. 상술한 실시예에서, M=N=4, L=16이고, 통신 시스템은 3GPP 호환성이며, 디지털 변조 개념은 QPSK이다.

예로서, 장치(100)는 데이터베이스 또는 소정의 널리 공지된 매체(예로서, 자성 디스크, 광 메모리, 반도체 메모리)로 구현된 메모리의 블록일 수 있다. 채널 매트릭스(H)의 값은 파일럿 신호 같은 기준 신호의 다양한 파라미터들을 측정함으로써 얻어진다. 규정된 시간 기간이 경과한 이후에, 채널 매트릭스는 갱신되고; 채널 매트릭스를 갱신하기 위해 사용되는 시간 기간은 채널내의 변화들을 추적하기에 충분한 속도로 성립될 수 있다. Hx 유니트(102)는 경로(118)를 경유하여 채널 매트릭스 값들에 대한 접근로를 가진다. 여기에는 하나의 Hx 유니트(102)가 도시되어 있지만, 그러나, 본 발명의 ML-APP 검출기는 Q Hx 유니트들이 사용되는 방식으로 복수의 Hx 유니트들을 구비할 수 있으며, Q는 1 이상의 정수이다. Q Hx 유니트들이 사용되는 경우에, 각 Hx 유니트는 모든 LLR 유니트들에 연결되고, 따라서, Hx 유니트들은 병렬적 형태로 LLR 유니트들에 연결된다. 또한, Hx 유니트(102)는 전송될 수 있는 정보 패턴들의 모든 가능한 순열들을 나타내는 정보 패턴들에 대한 접근로를 가지며, 이는 도 1에 도시된 QPSK 성좌에 의해 표시되어 있다. 4 x 4의 경우에, 네 개의 신호 성좌들이 동시에 전송되어 8 비트 벡터(b)를 초래하고--도 1의 각 안테나가 한번에 2 비트를 전송할 수 있고, 이들 두 비트의 모든 확율들이 도 1의 QPSK 성좌에 의해 표현되기 때문에, 달리 말해서, 4 송신 안테나들이 있고, 4 안테나들 각각이 QPSK 변조를 사용하여 심볼 기간 동안 2 비트 정보를 송신할 수 있기 때문에, 심볼 기간 동안 총 8비트가 수신될 수 있다. 따라서, 8비트를 위한 256(즉, 2⁸) 가능 조합들이 존재한다. Hx 유니트(102)는 256 송신 비트 패턴들을 사용하여 각 패턴을 채널 매트릭스(H)에 승산할 수 있다. 특히, 각 8 비트 패턴은 복소수들의 4 x 1 송신 벡터로서 표현된다. 4 x 1 심볼 후보 벡터는 4 x 1 송신 벡터에 의해 4 x 4 채널 매트릭스를 승산함으로써 생성된다. 각 생성된 심볼 후보는 K LLR 유니트로 방송되고, 여기서, K는 1 이상의 정수이고, K는 Q와 같을 수 있지만, 반드시 Q와 같을 필요는 없다. 생성된 심볼 후보들은 후보를 처리할 준비가된 LLR 유니트에 후보(들)가 전달될 때까지 적어도 하나의 생성된 심볼 후보(들)를 유지하는 임시 메모리인 Hx 레지스터(130) 및 경로(112)를 경유하여 경로(120)를 거쳐 방송된다.

카운터(128)를 사용하여, Hx 유니트(102)는 QPSK 디지털 변조를 사용하여 정보를 전달하는 4 x 4 안테나 시스템을 위한 전체 또는 모든 가능한 심볼 후보들의 특수부를 생성할 수 있다. 카운터(128)는 송신 비트 패턴들 또는 송신 비트 패턴들의 서브세트를 생성하는 M 비트 카운터이다--여기서, M은 8 이하이다(즉, 일반적으로, M은 송신 벡터내의 총 비트수 이하인 정수이다)--. Hx 유니트(102)는 경로(110)를 경유하여 생성된 비트 패턴들에 대한 접근로를 가진다. 모든 가능한256 패턴들이 카운터(128)에 의해 생성되지 않았을 때, 송신 비트 패턴 생성기의 일예인 카운터(128)는 송신 비트 패턴들의 특수부를 생성한다. 다른 널리 공지된 비트 패턴 생성기 회로들이 카운터(128) 대신 사용될 수 있다. Hx(102)는 각 생성된 비트 패턴을 매트릭스에 승산하여 심볼 후보들의 특수부를 생성하고 이들을 LLR K를 통해 LLR 1으로 방송한다. 또한, 카운터(128)는 LLR 유니트들에 생성된 비트 패턴들을 제공하여(경로 126을 경유하여) 특정 심볼이 Hx 유니트(102)에 의해 생성되는지 여부를 결정한다. 특수부는 그로부터 LLR 유니트에 의한 변환 연산을 통해 나머지 순열들이 얻어질 수 있는 M-비트(M=8에 대하여 256 순열들 또는 2^M) 그룹의 모든 가능한 순열들의 서브세트이다. 예로서, M=8에 대하여, 128 심볼 후보들을 포함하는 특수부가 Hx 유니트(102)에 의해 생성될 수 있다. 변환 연산은 128개의 생성된 심볼 후보들의 부호변환(negation)일 수 있다. 카운터(128)가 모든 가능한 패턴들의 서브세트를 생성하도록 프로그램되었을 때, Hx 유니트(102)는 심볼 후보들의 특수부를 생성한다. 예로서, 특수부는 생성된 지점들로부터 180°회전시킴으로써 나머지 지점들이 얻어질 수 있는 QPSK 성좌내의 일부 지점들을 나타낼 수 있으며, 이런 경우에, 변환 연산은 부호변환 연산이다. 따라서, 심볼 후보가 Hx₀이고, 여기서, x₀가 특수부 128 후보 세트로부터의 비트 패턴인 경우에, 이때, 제 2 심볼 후보 Hx₁은 Hx₁=-Hx₀, 즉, x₁= -x₀로 계산될 수 있다. 따라서, Hx 유니트는 8 비트의 제 1 128 그룹들을 사용하여 이런 그룹으로부터 나머지 128 심볼 후보들을 생성할 수 있고, 제 1 128 심볼 후보들은 특수부를 나타낸다. 따라서, 각 생성될 심볼후보들이 LLR 유니트로 전달된 이후에, LLR 유니트는 다른 심볼 후보를 생성하기 위해 보완물(예로서, 후보의 부호변환)을 생성할 수 있으며, 이 방식으로, Hx 유니트에 의해 256 심볼 후보들 중 단지 128개만 생성되면 되고, 이는 ML-APP 검출기의 연산 속도의 증가를 초래한다.

부호변환 연산은 변환 연산의 일 예이며, 다른 변환 연산들이 사용되어 모든 가능한 심볼 후보들의 특수부로부터 심볼 후보들을 생성할 수 있다. 카운터(128)에 의해 생성된 비트 패턴들 각각이 LLR 유니트들에 가용해지기 때문에, LLR 유니트들은 부호변환 같은 변환 연산을 수행하는 것을 보조하기 위해 이런 패턴들을 사용할 수 있다. 본 발명의 ML-APP 검출기의 연산 속도를 더 증가시키기 위해, 적어도 하나의 Hx 유니트가 적어도 하나의 심볼 후보를 동시에 방송할 수 있다. 이런 경우에, 256 심볼 후보들의 128 양수 후보들과 128 음수 후보들로의 분할이 한번 더 수행되어, 128 양수 후보들이 64 양수 후보들의 2 그룹이 되고, 128 음수 후보들이 64 음수 후보들의 2 그룹이 된다. 그후, 적어도 하나의 Hx 유니트는 양수 세트로부터 동시에 2 심볼 후보들을 방송할 수 있으며, 따라서, LLR 유니트는 두 개의 수신된 양수 심볼 후보들을 니게이팅함으로써 두 개의 부가적인 심볼 후보들을 생성할 수 있다.

LLR 유니트들(104₁내지 104_k)은 수신된 심볼(r)을 생성된 심볼 후보에 비교하여 비용을 계산한다. 비교는 소정의 방식들로 수행될 수 있다. 예로서, 비용(J)은 수신된 심볼(r)과, 생성된 심볼 사이의 MSE, 즉, J=∥r-Hx∥²일 수 있다. 또한,비용은 수신된 심볼과 생성된 심볼 사이의 평균 절대값 에러(MAE)를 사용하여 계산될 수도 있다. MAE가 사용될 때, 비용 함수는 J=∥r-Hx∥이다. LLR 유니트들(104₁내지 104_k)은 수신된 심볼(r)을 Hx 유니트(102)로부터 전달된 생성된 심볼 후보에 비교하고, 또한, 수신된 심볼을 Hx 유니트(102)로부터 전달된 심볼 후보들에 변환 연산을 수행한 것으로부터 생성된 심볼 후보들에 비교한다. 따라서, 특수부가 128 심볼 후보들을 포함할 때, LLR 유니트는 Hx 유니트로부터 전달된 심볼 후보 당 두 번의 비교를 수행한다. 2 심볼 후보들이 Hx 유니트로부터 동시에 전송되는 경우에, LLR 유니트들은 Hx 유니트로부터 수신된 2 심볼 후보들 당 4 번의 비교들을 수행한다.

각 수신된 심볼(r)은 이런 수신된 심볼을 처리할 준비가 되어 있는 LLR 유니트와 연계된 레지스터(105₁내지 106_k)에 전달된다. 레지스터들은 수신된 심볼을 일시적으로 저장하고, 적절한 시간에(후술함) 수신된 심볼을 그 연계된 LLR 유니트(104)에 경로(122)를 경유하여 전달한다. 레지스터들(106₁내지 106_k)은 일시 저장 위치들 또는 메모리 위치들로서 구현될 수 있다. 레지스터(106)는 LLR 유니트가 '가용' 상태일 때, 수신된 심볼(r)을 그 연계된 LLR 유니트로 전달한다. 각 LLR 유니트는 네 개의 모드들 : (1) 가용, (2) 작동, (3) 완료 및 (4) 비가용 모드를 가진다. '가용' 모드는 LLR 유니트가 수신 안테나로부터 수신된 심볼을 받아들여 수신된 심볼을 Hx 유니트로부터 유입한 심볼 후보들과 비교를 시작할 준비가 되어 있다는 것을 의미한다. '작동' 모드는 LLR 유니트가 저장된 수신된 심볼(r)을 가지고 있으며, Hx 유니트로부터의 모든 가능한 후보들을 위해 적어도 하나의 비용들을 계산하는 프로세스 도중이라는 것을 의미한다. '작동' 모드에서, LLR 유니트는 더 이상의 수신된 심볼들을 받아들이지 않는다. '작동' 모드는 LLR 유니트가 모든 가능한 심볼 후보들을 파악할때까지 계속된다. '완료' 모드는 '작동' LLR 유니트가 그 계산들을 종료하고, 선택된 후보 및 모든 비트 확율들을 버퍼(108)로 전달하였다는 것을 의미한다. 버퍼(108)는 경로(116)를 경유하여 APP 디코더에 선택된 후보들과 연성 정보를 전달하는 일시적 저장 장치이다. '비가용' 모드는 LLR 유니트가 심볼 후보들의 그 모든 관찰을 완료하였지만, 아직 버퍼(108)에 비트 확율들을 전달하지 않은 경우이다.

LLR 유니트(104₁내지 104_k)는 수신된 워드(각 비트에 대하여 '0'과 '1'의 양자의 조합들)내의 각 비트 위치를 위한 전체 최소 비용이 저장되는 복수의 저장 위치들을 가진다. 예로서, QPSK 변조를 사용하는 4x4 시스템에서, LLR 유니트는 16 비용들을 저장하며--8 비용들은 심볼 후보 비트가 '0'일 때 8 비트 위치들 각각을 위한 최소 비용을 나타내고, 8 비용들은 심볼 후보들 비트가 '1'일 때 8 비트 위치들 각각을 위한 최소 비용을 나타낸다. 각 비트에 대하여 로그 우도 출력을 할당하기 위해서, LLR 유니트는 특정 비트 '0'을 위한 최소 비용을 비트 '1'을 위한 최소 비용으로부터 차감하고, 그 값을 로그 우도 결과로서 보고하며, 이 로그 우도 결과는 후속 디코딩 프로세스에서 사용되는 연성 정보이다. 이 프로세스는 가능한 수신된 벡터내의 각 비트에 대하여 반복된다(즉, 4x4 QPSK에 대하여 8회). 선택된 심볼후보들 및 그 연계된 로그 우도 값들(즉, 연성 정보)은 경로들(124₁내지 124_k)LLR 유니트로부터 버퍼(108)로 전달된다. 따라서, LLR 유니트는 최저 비용의 심볼 후보를 선택할 뿐만 아니라, 선택된 후보와 연계된 연성 정보를 생성한다. 전달 동안, LLR 유니트는 비가용하며, 이는 LLR 유니트가 이 시간 동안 수신된 심볼(r) 또는 심볼 후보를 수신할 수 없다는 것을 의미한다. 전달이 완료되고 나면, 버퍼(108)는 경로들(124₁내지 124_k)을 경유하여 리셋 신호들을 전송하고, LLR 유니트들의 모드를 '가용'으로 설정한다. LLR 유니트들에 의해 수행되는 처리는 서로 엇갈려질 수 있으며, 따라서, 모든 LLR 유니트가 동시에 그 처리를 완료 또는 시작할 필요가 없다는 것을 인지하여야 한다. 채널 디코딩 및 에러 보정 디코딩은 그 비교 연산들 동안 LLR 유니트들에 의해 생성된 연성 정보--선택된 후보에 대한--의 도움으로 수행된다.

Hx 유니트(102), LLR 유니트들(104₁내지 104_k), 수신 심볼 레지스터들(106₁내지 106_k), 카운터(128), Hx 레지스터(130), 채널 추정 장치(100) 및 버퍼(108)에 의해 수행되는 연산들은 클록 신호(미도시)와 동조된다. 클록 신호는 일반적으로 특정 주파수의 주기적인 신호를 생성하는 발진 회로(미도시)로부터 생성된다. 수신된 심볼은 클록 사이클 동안 레지스터(106)로부터 전달되지만, --이미 언급한 바와 같이-- 본 발명의 ML-APP 검출기는 두 심볼 후보들(또는 그이상)이 하나의 클록 기간내에 적어도 하나의 LLR 유니트에 전달되어 처리 속도를 배가시키는 경우에 그 처리 속도가 증가할 수 있다. QPSK 변조가 사용되는 상술한 경우에 대하여, 두 개의 LLR 유니트들이 엇갈린 형태로 사용될 수 있고, 이때, ML=APP 검출기는 매 32 클록 사이클들 마다 심볼들을 수신하고, 여기서, 하나의 LLR 유니트는 병렬로 4 심볼 후보들을 처리하기 위해 64 클록 사이클들을 소요한다. 두 개의 LLR 유니트들이 병렬로 사용되는 경우에, MLAPP 검출기는 여전히 매 32 클록 사이클들 마다 각 도입되는 심볼들의 세트를 위한 비트 확율들을 생성할 수 있다. 일반적으로, 엇갈린 형태로 동작하는 적어도 W J LLR 유니트들이 존재할 수 있으며, 여기서, W는 정수이고, V가 LLR 유니트들에 의한 변환 연산 동안 경과하는 클록 사이클들의 수를 나타내고, U가 LLR 유니트들에 의한 심볼들의 수신들 사이에 경과하는 클록 사이클들의 수와 같은 정수라 할 때, W는 V/U와 같다. 따라서, 위에 주어진 예에서, V=64, U=32 및 W=2이다.

본 발명의 ML=APP 검출기의 다른 실시예에서, 단 하나의 Hx 유니트가 사용되어 다수의 LLR 유니트들에 심볼 후보들을 제공할 수 있다. Hx 유니트에 의해 클록 사이클 당 적어도 하나의 심볼 후보가 생성되고(클록 사이클 당 4 심볼 후보 같이), LLR 유니트는 Hx 유니트로부터의 4개의 수신된 심볼 후보들을 위한 비용들과 이전 심볼 후보들을 위한 최소 저장된 비용에 기초한 최소 비용을 계산하기 위해 5-웨이 비교 회로를 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, LLR 유니트들은 선택된 심볼 후보의 각 비트 위치들에 대하여 경성 판정값들을 보고하기 위해 생성된 연성 정보를 사용하도록 구성될 수 있다. 경성 판정값은 연성 정보에 기초하며 정당한 확신으로 결정된 최종값("0" 또는 "1" 비트 중 어느 하나)이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 Hx 유니트가 심볼 후보들을 계산하고, 적어도 하나의 가능 심볼 후보들을 Hx 레지스터(130)내에 저장한다. 이어서, H 매트릭스가 변경되지 않는 한 Hx 레지스터(130)로부터의 값들이 LLR 유니트들에 제공된다. 따라서, H 매트릭스가 변화되지 않는 한, 심볼 후보들(즉, Hx 값들)을 계산할 필요가 없다.

따라서, 앞서 설명한 ML-APP 검출기에 의해 수행되는 바와 같은 본 발명의 방법을 요약하면, 제 1 단계는 통신 시스템의 통신 채널을 거쳐 전달된(즉, 송신 및/또는 수신) 심볼을 수신하는 것이다. 수신된 심볼은 수신 심볼 레지스터(예로서, 레지스터(106₁내지 106_k))에 저장된다. 그후, 모든 가능한 심볼 후보들의 세트의 특수부가 Hx 유니트에 의해 생성된다. 여기서, 심볼 후보들의 특수부 세트는 심볼이 수신되기 이전 또는 이후에 생성될 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 수신된 심볼과 함께 Hx 레지스터(130)에 일시적으로 저장된 심볼 후보들의 특수부 세트는 LLR 유니트가 가용해졌을 때, LLR 유니트에 전달된다. LLR 유니트는 잔여 심볼 후보들을 생성하기 위해 특수부 세트로부터의 심볼 후보들에 변환 연산을 수행한다. 이 시점에서, 완전한 세트의 모든 가능한 심볼 후보들(특정 변조 개념에 대하여)로, LLR 유니트는 각 심볼 후보를 위한 비용을 계산하기 위해 생성된 심볼 후보들과 수신된 심볼 사이의 비교 연산을 수행한다. 그후, LLR 유니트는 최저 비용을 산출하는 심볼 후보를 검출된 심볼로서 선택한다.

하기의 표 1은 안테나당 2.4M 심볼/초의 심볼 처리량과 122.88MHz의 클록 주파수를 사용하여 제안된 HSDPA를 위한 처리량을 유지하는 데 소요되는 LLR 유니트들의 수를 도시한다. 병렬 Hx 유니트들의 수가 4일 때, 4 안테나들을 가진 16 QAM 및 8PSK를 제외한 모든 경우들에 대하여 전체 소요 처리량을 유지하는데 단지 2개의 LLR 유니트들만이 소요된다는 것을 인지하는 것이 중요하다. 4 송신 안테나들을 가진 8PSK 시스템은 LLR 유니트들의 수를 20까지 증가시키며, 4 안테나들을 가진 16QAM은 LLR 유니트들의 수를 320까지 더 증가시킨다.

병렬 Hx 유니트들의 수	LLR 유니트들의 수(2-송신 안테나들)	LLR 유니트들의 수(4-송신 안테나들)
24	QPSK 8PSK 16QAM0.16 0.62 2.50.08 0.31 1.25	QPSK 8PSK 16QAM2.5 40 6401.25 20 320

표 1 : 희망 처리량을 위해 소요되는 LLR 유니트들의 수

본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 ML-APP 검출기가 반도체, 광학 또는 전자 광학 기술을 사용하여 디지털 논리 회로 및/또는 아날로그 회로로 구현될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 복수의 안테나에 결합된 검출기를 포함하는 통신 장치를 제공한다.

Claims

심볼 후보들의 서브세트로부터 가능한 심볼 후보들의 세트를 생성하기 위한 검출기; 및

상기 검출기에 연결된 적어도 두개의 안테나들을 포함하는, 통신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 부가적인 심볼 후보들을 생성하고, 수신된 심볼을 모든 상기 생성된 심볼 후보들에 비교함으로써 비용을 계산하기 위해, 심볼 후보들의 특수부 세트로부터의 후보들에 대한 변환 연산을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 LLR 유니트(unit)를 포함하는 ML-APP 검출기인, 통신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 ML-APP 검출기는 상기 적어도 하나의 LLR 유니트에 연결된 적어도 하나의 Hx 유니트를 더 포함하고,

상기 적어도 하나의 Hx 유니트는 모든 상기 심볼 후보들을 생성하도록 구성되는, 통신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 LLR 유니트는 가용 모드, 작동 모드, 비가용 모드 및 완료 모드를 포함하는 네 개의 동작 모드들을 구비하는, 통신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 LLR 유니트 각각에 연결된 레지스터를 더 포함하고, 상기 레지스터내에 상기 수신된 심볼이 일시적으로 저장되는, 통신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 LLR 유니트들은 상기 선택된 심볼 후보의 각 비트 위치에 대한 경성 판정값들(hard decision values)을 결정하고, 이런 경성 판정값들은 상기 적어도 하나의 LLR 유니트에 의해 연성 정보(soft infroamtiion)가 생성되는 상기 선택된 심볼 후보와 연계된 연성 정보에 기초하는, 통신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 ML-APP 검출기는 상기 적어도 하나의 LLR 유니트에 연결된 적어도 하나의 Hx 유니트를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 Hx 유니트는 적어도 상기 심볼 후보들의 특수부 세트를 생성하도록 구성되는, 통신 장치.
특정 디지털 변조 방법을 위한 모든 가능한 후보들을 생성하기 위해 심볼 후보들의 특수부 세트에 대한 변환 연산을 수행하는 단계를 포함하는 수신된 심볼을 검출하기 위한 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 변환 연산을 수행하는 단계는 심볼을 수신하는 단계; 및

적어도 심볼 후보들의 특수부 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는, 수신 심볼 검출 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 수신된 심볼과 상기 심볼 후보들의 생성된 세트로부터 비용을 계산하는 단계와, 최저 비용을 산출하는 상기 심볼 후보를 상기 검출된 심볼로서 선택하는 단계를 더 포함하는, 수신 심볼 검출 방법.