KR20070039285A - 다중입출력 통신시스템의 신호검출방법 및 장치 - Google Patents

다중입출력 통신시스템의 신호검출방법 및 장치 Download PDF

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KR20070039285A
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Abstract

본 발명은 K개의 송신 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기와 송신 안테나의 수와 같거나 많은 L개의 수신안테나를 통해 상기 신호를 수신하는 수신기를 포함하는 다중 입출력 통신 시스템에 적용하기 위한 신호 검출 방법 및 신호 검출 장치를 제안한다.
이를 위해 본 발명에서는 채널 전달 행렬을 업퍼 트라이앵글 (upper triangle) 구조를 가지는 복수의 행렬들로 표현하고, 상기 복수의 행렬들 각각을 상기 채널 행렬보다 차원이 낮은 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리한다. 그리고 상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 최하위 서브 행렬에 의해 표현되는 수신신호를 복호화하여 전송심벌들을 검출하도록 한 후 상기 검출된 전송심벌들을 상위 서브 행렬에 적용함으로써, 나머지 전송심벌들을 검출하도록 한다.
다중입출력(MIMO), Modified-ML 기법, 신호 검출 기법, Lottice reduction

Description

다중입출력 통신시스템의 신호검출방법 및 장치{SIGNAL DETECTION METHOD AND APPARATUS FOR MIMO COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용할 다중입출력 시스템을 개략적으로 보이고 있는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 검출을 위한 제어 흐름을 보이고 있는 도면.
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중입출력 (multiple-input multiple-output: MIMO) 시스템을 위한 신호검출 방법에 관한 것이다.
현재 무선 이동통신 시장이 급성장하고 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있다. 이와 동시에 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되고 있다. 따라서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 방법 을 찾는 것이 가장 시급한 과제로 떠오르고 있다. 이와 같은 과제를 해결하기 위해서는 다중 안테나를 이용한 새로운 전송 기술이 필요하다.
3세대 이동통신 표준화 기구인 3GPP에서는 고속 데이터 전송률을 지원할 수 있는 다중 송수신 안테나 방식인 MIMO (multiple-input multiple-output) 시스템에 대한 심층적인 연구가 진행되고 있다. 이와 더불어 MIMO 시스템에서 다중 안테나 신호처리 기술을 적용한 새로운 데이터 전송 방식들이 활발히 논의되고 있다.
특히 MIMO 시스템에서는 고품질뿐 아니라 높은 전송률에 의한 데이터 서비스를 위한 효율적인 신호 처리 알고리즘이 요구된다. 그리고 상기 신호 처리 알고리즘은 송신측에서의 신호 처리 알고리즘과 이에 대응한 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로 구분할 수 있다. 상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘은 고품질의 데이터를 높은 전송률로 전송하기 위한 방안이며, 수신측에서의 신호 처리 알고리즘은 높은 전송률로 전송되는 고품질의 데이터를 검출하는 방안이다.
상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘으로는 대표적으로 BLAST (Bell Labs Layered Space Time) 기술이 존재한다. 상기 BLAST 기술은 다중 안테나를 이용하여, 시스템이 사용하는 주파수 영역을 증가시키지 않고도, 데이터 전송량을 증가시킬 수 있다.
이러한 BLAST 기술은 D-BLAST (Diagonal-BLAST)와 V-BLAST (Vertical-BLAST)로 구분된다. 상기 D-BLAST는 대각 (Diagonal) 전송을 위해 각 송신 안테나에서 전송되는 데이터 간 특정한 블록 코딩을 사용하여, 주파수 효율이 높다. 하지만 구현에 있어 복잡도가 높다는 단점이 있다. 이와 달리 V-BLAST는 각 안테나에서 독립적 으로 데이터를 전송함으로써 복잡도를 줄일 수 있다.
한편 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로는 수신신호를 이용하여 각 송신 안테나에서 전송된 신호들을 검출하는데 이용되는 알고리즘으로써, 선형 검출 (Linear detection) 기법과 비선형 검출 (Non-linear detection) 기법으로 분류할 수 있다.
상기 선형 검출 기법으로는 제로 포싱 (ZF : Zero Forcing) 기법과 최소 평균 자승 오류 (MMSE : Minimum Mean Square Error) 기법 등이 존재한다.
상기 ZF 기법은 채널 행렬의 각 열벡터에 대한 기준을 계산하여 벡터 크기가 가장 큰 열벡터에 해당하는 심볼부터 검출한 후, 수신신호에서 검출된 신호 성분을 제거함으로써 심볼간 간섭을 없애는 기법이다. 상기 MMSE 기법은 원래 전송한 심볼들과 수신측에서 추정된 신호들 사이의 평균 자승 오차 (mean square error)를 최소화하는 기법이다.
상기 비선형 기법으로는 최대 우도 검출 (ML : Maximum Likelihood detection) 기법과 연속 간섭 제거 (SIC : Successive Interference Cancellation) 기법 등이 존재한다.
상기 ML 기법은 모든 송신 안테나에서 송신 가능한 심볼들을 모두 대입해서 최소 제곱 유클리드 거리 (Squared Euclidean Distance)를 가지는 입력을 선택함으로써 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 하지만 송신 안테나 수와 변조 순서 (modulation order)에 따라 복잡도가 지수 함수적으로 증가한다. 따라서 상기 ML 기법은 가장 좋은 성능을 보이지만, 계산량의 증가로 구현하는데 복잡하다는 단점 이 있다.
상기 SIC 기법은 큰 신호 대 간섭 펄스 잡음비 (SINR; Signal to Interference plus Noise Ratio)을 가지는 채널을 우선적으로 검출하여 제거함으로써 성능을 높이고자 하는 간섭 제거 기법이다. 상기 SIC 기법을 위해서는 최상의 성능을 얻기 위한 오더링이 별도로 요구된다.
전술한 바와 같이 MIMO 시스템의 성능 향상을 위해서는 수신신호로부터 송신신호를 더욱 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 계산량의 관점에서도 양호한 신호 검출 기법이 절실하게 요구된다.
따라서 본 발명에서는 MIMO 시스템에서 복호 성능의 향상과 함께 복호를 위한 계산량을 줄일 수 있는 신호 검출 방법을 구현하고자 한다.
또한 본 발명에서는 MIMO 시스템에서 채널 행렬을 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 행렬로 변환하고, 상기 변환된 행렬로부터 분리되는 서브 행렬을 이용하여 전송심벌을 검출하는 신호 검출 방법 및 신호 검출 장치를 구현하고자 한다.
전술한 바를 달성하기 위한 제1견지에 있어, 본 발명은 K개의 송신 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기와 송신 안테나의 수와 같거나 많은 L개의 수신안테나를 통해 상기 신호를 수신하는 수신기를 포함하며, K x L 차원의 채널 행렬을 갖는 다중 입출력 통신 시스템의 수신기에서, 상기 채널 행렬을 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들로 변환하고, 상기 복수의 행렬들 각각을 상기 채널 행렬보다 차원이 낮은 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리하고, 상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 두 개의 송신 안테나에 대응한 채널 특성만을 가지는 성분으로 구성된 최하위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고, 상기 전송심벌들을 이용해 상위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고, 상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 최상위 서브 행렬에 의한 전송심벌들까지 검출되면, 검출된 모든 전송심벌들을 출력하는 신호 검출 방법을 제안한다.
전술한 바를 달성하기 위한 제2견지에 있어, 본 발명은 K x L 차원의 채널 행렬을 갖는 다중 입출력 통신 시스템의 수신기에서, 송신기로부터 K개의 송신 안테나를 통해 전송되는 신호를 수신하는 L개의 수신 안테나들; 및 상기 수신 안테나들을 통해 제공되는 수신신호들로부터 전송심벌들을 검출하는 복호부로 구성되며,
상기 복호부는, 상기 채널 행렬을 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들로 변환하고, 상기 복수의 행렬들 각각을 상기 채널 행렬보다 차원이 낮은 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리하고, 상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 두 개의 송신 안테나에 대응한 채널 특성만을 가지는 성분으로 구성된 최하위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고, 상기 전송심벌들을 이용해 상위 서브 행렬에 대응하여 수 신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고, 상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 최상위 서브 행렬에 의한 전송심벌들까지 검출되면, 검출된 모든 전송심벌들을 출력하는 신호 검출 장치를 제안한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
후술 될 본 발명에서는 K개의 송신 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기와 송신 안테나의 수와 같거나 많은 L개의 수신안테나를 통해 상기 신호를 수신하는 수신기를 포함하는 다중 입출력 통신 시스템에 적용하기 위한 신호 검출 방법 및 신호 검출 장치에 대해 설명할 것이다. 이때 상기 다중 입출력 통신 시스템은 K x L 차원의 채널 행렬을 갖는다.
한편 본 발명에서 제안하고자 하는 신호 검출 기법을 위해서는, 채널 전달 행렬을 업퍼 트라이앵글 (upper triangle) 구조를 가지는 복수의 행렬들로 표현할 수 있어야 한다. 그리고 상기 복수의 행렬들 각각을 상기 채널 행렬보다 차원이 낮은 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리하고, 상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 최하위 서브 행렬에 의해 표현되는 수신신호를 복호화하여 전송심벌들을 검출하도록 한다. 이때 상기 최하위 서브 행렬은 두 개의 송신 안테나에 대응한 채널 특성만을 가지는 성분으로 구성된 행렬이다.
그 후 상기 최하위 서브 행렬의 상위 서브 행렬에 의해 표현되는 수신신호를 복호화할 시 앞서 검출된 전송심벌들을 이용하여 나머지 전송심벌들을 검출하도록 한다.
이하 본 발명의 실시 예에 따른 신호 검출 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용할 K개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나를 사용하는 MIMO 시스템을 개략적으로 보이고 있는 도면이다. 이때 상기 수신 안테나의 수는 상기 송신 안테나의 수와 같거나 많을 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 심볼 매퍼(110)는 비트 열을 입력으로 하여, 상기 비트 열의 비트들을 소정 변조방식에 의해 심볼 매핑하여 출력한다. 상기 변조방식은 16QAM, 64QAM 뿐만 아니라 OFDM에 의한 변조를 포함한다. 직/병렬 변환부(120)는 상기 심볼 매퍼(110)로부터의 심볼 열을 입력으로 하여, 송신 안테나 개수에 대응한 심볼 열들(x1, ..., xK)을 출력한다. 상기 직/병렬 변환부(120)로부터 출력되는 각 심볼 열들, 즉 송신신호들은 해당하는 송신 안테나 TX_Ant#1 내지 TX_Ant#K를 통해 전송된다.
상기 각 송신 안테나들로부터의 송신신호는 무선 채널을 통해 수신 안테나들 RX_Ant#1 내지 RX_Ant#L로 수신된다. 상기 수신 안테나들로부터의 수신신호들(x1, ..., xK)은 복호부(130)로 입력된다. 상기 복호부(130)는 상기 수신신호로부터 송신신호를 검출하여 출력한다.
이하 본 발명의 실시 예에서는 수신신호로부터 송신신호를 검출하는 새로운 신호 검출 방법에 대해 구체적으로 설명할 것이다. 이때 K개의 송신 안테나와 L개의 수신 안테나를 가정한다.
MIMO 시스템에서의 수신신호는 하기 <수학식 1>과 같은 행렬로 표현할 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00001
여기서 수신신호 행렬
Figure 112005056844725-PAT00002
는 [y1, y2, ..., yL]이며,
Figure 112005056844725-PAT00003
는 송신 안테나와 수신 안테나 간의 채널 특성을 나타내는 채널 전달 행렬이며, 송신신호 행렬
Figure 112005056844725-PAT00004
는 [x1, x2, ..., xK]이며,
Figure 112005056844725-PAT00005
(= [n1, n2, ..., nL])은 각 수신 안테나로 입력된 부가성 백색 가우시안 잡음 (additive white Gaussian noise; AWGN) 행렬이다.
상기 채널 전달 행렬
Figure 112005056844725-PAT00006
는 하기 <수학식 2>과 같이 L×K 행렬로 표현된다.
Figure 112005056844725-PAT00007
여기서 hl ,k(k = 1, ..., K, l = 1, ,,,. L)는 k번째 송신 안테나에서 l번째 수신 안테나로의 복소 플랫 페이딩 채널 개수이다.
전술한 정의를 참조하면, 상기 <수학식 1>의 행렬은 하기 <수학식 3>으로 표 현될 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00008
본 발명에서는 수신신호 검출을 위해 상기 <수학식 1>은 통상적인 QRP 합성 기법 (QRP composition scheme)에 의해 하기 <수학식 4>와 같이 전개될 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00009
즉 채널 전달 행렬
Figure 112005056844725-PAT00010
는 QRP 합성 기법에 의해
Figure 112005056844725-PAT00011
행렬로 표현될 수 있다. 여기서
Figure 112005056844725-PAT00012
는 치환 행렬(permutation matrix)이다.
한편 상기 <수학식 4>의 우변에 미리 알고 있는 행렬(unimodular matrix)
Figure 112005056844725-PAT00013
와 상기 행렬의 역행렬
Figure 112005056844725-PAT00014
을 곱한다. 이는 하기 <수학식 5>와 같다.
Figure 112005056844725-PAT00015
상기 <수학식 5>에서 사용되는 행렬들은 하기 <수학식 6>과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00016
여기서
Figure 112005056844725-PAT00017
는
Figure 112005056844725-PAT00018
의 허미트 행렬(Hermitian metrix)이다.
상기 <수학식 6>의 정의를 상기 <수학식 5>에 적용하면, 하기 <수학식 7>을 얻을 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00019
상기 <수학식 5>를 상기 <수학식 7>로 전개하기 위해서는 상기 <수학식 5>의 양변에
Figure 112005056844725-PAT00020
를 곱하는 것을 전제로 한다. 이는 상기 <수학식 5>의 우변에 존재하는
Figure 112005056844725-PAT00021
를 상쇄시키기 위함이다.
상기 <수학식 7>에서
Figure 112005056844725-PAT00022
를 고려할 때, 상기 <수학식 7>은 하기 <수학식 8>로 표현될 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00023
상기 <수학식 8>에서
Figure 112005056844725-PAT00024
와
Figure 112005056844725-PAT00025
는 업퍼 트라이앵글 (upper triangle) 구조를 가진다. 상기 업퍼 트라이앵글 구조는 행렬의 대각을 기준으로 하여 하위 성분 들이 모두 0의 값을 가지는 구조를 의미한다. 예컨대
Figure 112005056844725-PAT00026
은 하기 <수학식 9>로 나타낼 수 있으며,
Figure 112005056844725-PAT00027
는 하기 <수학식 10>으로 나타낼 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00028
Figure 112005056844725-PAT00029
본 발명에서는 이에 착안하여 새로운 신호 검출 기법을 제안한다. 즉 수신신호들을 적어도 두 개의 수신신호 쌍으로 분할하고, L/n×K/n 행렬들로 표현되는 하나의 수신신호 쌍에 의해 K/n개의 송신신호를 검출한다. 그리고 검출된 송신신호를 상기 <수학식 8>에 적용하여 나머지 K/n개의 송신신호를 검출한다. 이때 앞서 송신신호를 검출하는 수신신호 쌍은 n 개의 수신신호 쌍들 중 하위 수신신호 쌍에 해당 한다. 상기 수신신호 쌍의 개수 n은 MIMO 시스템에서 요구되는 성능에 따라 결정할 수 있다.
전술한 예에서는 수신신호를 n 개의 수신신호 쌍으로 분할하는 것을 가정하였다. 하지만 수신신호들을 두 개씩 그룹핑하여 n개의 수신신호 그룹들로 분할하고, 최하위 수신신호 그룹으로부터 최상위 수신신호 그룹의 순서로 신호 검출을 수행한다. 이때 상위 수신신호 그룹에 의해 송신신호를 검출할 시, 현재 수신신호 그룹의 하위 수신신호 그룹에 의해 검출된 송신신호를 반영하도록 한다.
예컨대 두 개의 수신신호 단위로 그룹핑이 이루어진 경우, 최하위 수신신호 그룹에 속하는 수신신호들(yL -1, yL)로부터 최상위 수신신호 그룹에 속하는 수신신호들(y1, y2)의 순서에 의해 신호 검출을 수행한다. 따라서 임의의 수신신호 그룹에 속하는 수신신호들(yl -1, yl)에 대한 신호 검출시에는 하위 수신신호 그룹들에 속하는 수신신호들(yl +1, ..., yL)에 대해 검출된 송신신호들이 이용될 수 있도록 한다.
이하 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나로 이루어진 MIMO 시스템을 가정하여, 본 발명에서 제안하는 신호 검출 방법을 살펴보도록 한다.
전술한 가정에 의하면, 상기 <수학식 8>에 의해 정의된 수신신호는 하기 <수학식 11>로 표현할 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00030
상기 <수학식 11>에서 알 수 있듯이,
Figure 112005056844725-PAT00031
와
Figure 112005056844725-PAT00032
는 업퍼 트라이앵글 (upper triangle) 구조를 가진다. 따라서 4개의 수신신호들 y1, y2, y3, y4를 두 개의 수신신호 쌍(또는 두 개씩 그룹핑)으로 분리한다. 즉 두 개의 하위 시스템으로 분리할 수 있다. 상기 하위 시스템으로의 분리는 앞에서 제안한 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 후술 될 설명에서는 수신신호를 2개씩 그룹핑한 예를 가정하도록 한다.
이러한 가정에 의하면, 하기 <수학식 12>는 수신신호 y3, y4에 대응하여 상기 <수학식 11>로부터 분리된 하위 시스템이며, 하기 <수학식 13>은 y1, y2에 대응하여 상기 <수학식 11>로부터 분리된 하위 시스템이다.
Figure 112005056844725-PAT00033
Figure 112005056844725-PAT00034
상기 <수학식 12>와 <수학식 13>에서
Figure 112005056844725-PAT00035
와
Figure 112005056844725-PAT00036
는
Figure 112005056844725-PAT00037
의 서브 행렬이며,
Figure 112005056844725-PAT00038
는
Figure 112005056844725-PAT00039
의 서브 행렬이다.
본 발명에서 제안하는 신호 검출 방법은 상기 <수학식 12>에 의해 송신신호, 즉 전송심벌 x3, x4를 검출하고, 상기 검출된 x3, x4와 상기 <수학식 13>에 의해 나머지 전송심벌 x1, x2를 검출한다.
먼저 상기 <수학식 12>에 의해 전송심벌 x3, x4를 검출하는 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 <수학식 12>는 하기 <수학식 14>로 전개될 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00040
여기서
Figure 112005056844725-PAT00041
는
Figure 112005056844725-PAT00042
의 서브 행렬이며,
Figure 112005056844725-PAT00043
는
Figure 112005056844725-PAT00044
의 서브 행렬이다.
상기 <수학식 14>에서
Figure 112005056844725-PAT00045
의 서브 행렬과
Figure 112005056844725-PAT00046
의 서브 행렬 및
Figure 112005056844725-PAT00047
는 이미 알고 있는 값이므로, 기존의 신호 검출 기법 또는 MML (Modified ML) 기법을 사용하여 전송심벌 x3, x4를 계산할 수 있다. 상기 MML 기법은 x3, x4 중 하나의 전송심벌을 검출하면 나머지 하나의 전송심벌을 검출할 수 있는 기법이다. 예컨대 x3를 검출하였다면, x4는 상기 검출한 x3를 일반화된 식에 대입함으로써 쉽게 계산할 수 있다.
다음으로 상기 <수학식 13>에 의해 전송심벌 x1, x2를 검출하는 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 <수학식 13>의 우변은 복잡도를 줄이기 위해 앞에서 계산한 전송심벌 x3, x4로 이루어진 텀(term)과 나머지 전송심벌 x1, x2로 이루어진 텀(term)으로 구 분하여 표현할 수 있다. 이는 하기 <수학식 15>에서 보이고 있다.
Figure 112005056844725-PAT00048
여기서
Figure 112005056844725-PAT00049
는
Figure 112005056844725-PAT00050
의 서브 행렬이며,
Figure 112005056844725-PAT00051
는
Figure 112005056844725-PAT00052
의 서브 행렬이다.
상기 <수학식 15>에서 I(x3,x4)는 앞에서 계산된 값이며,
Figure 112005056844725-PAT00053
의 서브 행렬 및
Figure 112005056844725-PAT00054
의 서브 행렬은 이미 알고 있는 값이다. 따라서 상기 <수학식 15>에서 전송심벌 x1, x2로 이루어진 텀(term)에 대해, 기존의 신호 검출 기법 또는 MML (Modified ML) 기법을 적용함으로써 전송심벌 x1, x2를 계산할 수 있다. 앞에서도 밝힌 바와 같이 상기 MML 기법은 x1, x2 중 하나의 전송심벌을 검출하면 나머지 하나의 전송심벌을 검출하는 기법이다.
한편 본 발명에서 차용하고 있는 MML 기법은 하기 <수학식 16>으로 정리될 수 있다.
Figure 112005056844725-PAT00055
여기서 xj는 검출하고자 하는 전송심벌이며, i는 전송심벌들의 인덱스(I)에서 검출하고자 하는 전송심벌의 인덱스(j)를 제외한 나머지 전송심벌의 인덱스를 의미한다. 예컨대 x3과 x4에 대해 x3을 이미 검출한 상태에서 x4를 검출하고자 하는 경우를 가정하면, xj는 x4, i는 3이 될 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 검출 기법을 위한 제어 흐름을 보이고 있다. 상기 도 2에서는 K개의 송신 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기와 송신 안테나의 수와 같거나 많은 L개의 수신안테나를 통해 상기 신호를 수신하는 수신기를 포함하는 다중 입출력 통신 시스템을 가정한다. 따라서 상기 다중 입출력 통신 시스템에서의 채널 행렬은 K x L 차원의 행렬이다.
상기 도 2를 참조하면, 복호부는 510단계에서 L개의 수신 안테나들로부터 송신기의 K개의 송신 안테나를 통해 전송된 신호를 제공받는다. 상기 수신 안테나들로부터 제공되는 수신신호는 <수학식 1>로 나타낼 수 있다.
상기 복호부는 512단계에서 수신신호가 가지는 채널 행렬을 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들로 변환한다. 이를 위해 QRP composition 기법이 사용될 수 있다. 상기 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들로 변환된 수신신호는 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다.
상기 복호부는 514단계에서 상기 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들 각각을 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리한다. 이때 상기 서브 행렬은 상기 채널 행렬의 차원보다 낮은 차원을 갖도록 한다. 상기 <수학식 12>와 <수학식 13>에서는 서브 행렬에 의해 수신신호를 표현하고 있는 예를 보이고 있다.
상기 복호부는 516단계에서 최하위 서브 행렬로부터 최상위 서브 행렬의 순 서에 의해 전송심벌을 검출한다. 상기 최하위 서브 행렬은 두 개의 송신 안테나에 대응한 채널 특성만을 가지는 성분으로 구성된 행렬이다. 이때 상위 서브 행렬로부터 전송심벌을 검출할 시에는 그 하위 서브 행렬에 의해 검출된 전송심벌을 고려하도록 한다. 상기 전송심벌의 검출은 MML 기법을 이용함으로써, 계산량을 줄일 수 있다.
상기 복호부는 모든 서브 행렬들에 대응한 전송심벌들을 검출하면, 검출된 모든 전송심벌들을 출력한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 ML 복호화의 장점인 최적의 복호 성능을 유지하면서 복호화 복잡도를 최소화함으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 송수신 안테나 수가 많은 시스템에서 채널 행렬 원소들 중 일부로 구성되는 하위시스템을 선택하여 복호 연산을 수행하고 하위 시스템으로부터 구해진 신호를 이용하여 전체 신호를 검출함으로써 복호화 복잡도를 더욱 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 공간 다중화 기반의 MIMO 시스템을 위한 신호 검출 방법에서는 전체 시스템의 채널 행렬로부터 선택된 다수의 하위시스템 채널행렬을 이용하여 전체 신호를 검출함으로써 하위시스템 선택에 의한 다이버시티 손실을 최소화하면서 복호 복잡도를 최소화할 수 있다.

Claims (12)

  1. K개의 송신 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기와 송신 안테나의 수와 같거나 많은 L개의 수신안테나를 통해 상기 신호를 수신하는 수신기를 포함하며, K x L 차원의 채널 행렬을 갖는 다중 입출력 통신 시스템의 수신기에 있어서,
    상기 채널 행렬을 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들로 변환하고;
    상기 복수의 행렬들 각각을 상기 채널 행렬보다 차원이 낮은 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리하고;
    상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 두 개의 송신 안테나에 대응한 채널 특성만을 가지는 성분으로 구성된 최하위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고;
    상기 전송심벌들을 이용해 상위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고;
    상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 최상위 서브 행렬에 의한 전송심벌들까지 검출되면, 검출된 모든 전송심벌들을 출력하는 신호 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 행렬과 상기 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복 수의 행렬들은 4 x 4 차원의 행렬이며, 상기 서브 행렬은 2 x 2 차원의 행렬임을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들에 의해 수신신호
    Figure 112005056844725-PAT00056
    는
    Figure 112005056844725-PAT00057
    로 표현되며,
    여기서
    Figure 112005056844725-PAT00058
    는
    Figure 112005056844725-PAT00059
    이며,
    Figure 112005056844725-PAT00060
    는
    Figure 112005056844725-PAT00061
    임을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 최하위 서브 행렬에 의한 수신신호는
    Figure 112005056844725-PAT00062
    이며,
    여기서
    Figure 112005056844725-PAT00063
    는
    Figure 112005056844725-PAT00064
    의 최하위 서브 행렬이며,
    Figure 112005056844725-PAT00065
    는
    Figure 112005056844725-PAT00066
    의 최하위 서브 행렬임을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 최상위 서브 행렬에 의한 수신신호는
    Figure 112005056844725-PAT00067
    이며,
    여기서 I(x3,x4)는 앞서 검출한 전송심벌들에 의한 텀으로써,
    Figure 112005056844725-PAT00068
    임을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 전송심벌의 검출은 MML 기법에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  7. K x L 차원의 채널 행렬을 갖는 다중 입출력 통신 시스템의 수신기에 있어서,
    송신기로부터 K개의 송신 안테나를 통해 전송되는 신호를 수신하는 L개의 수신 안테나들; 및
    상기 수신 안테나들을 통해 제공되는 수신신호들로부터 전송심벌들을 검출하 는 복호부로 구성되며,
    상기 복호부는,
    상기 채널 행렬을 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들로 변환하고;
    상기 복수의 행렬들 각각을 상기 채널 행렬보다 차원이 낮은 적어도 두 개의 서브 행렬들로 분리하고;
    상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 두 개의 송신 안테나에 대응한 채널 특성만을 가지는 성분으로 구성된 최하위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고;
    상기 전송심벌들을 이용해 상위 서브 행렬에 대응하여 수신된 신호에 대한 복호화를 통해 대응하는 송신 안테나들로부터의 전송심벌들을 검출하고;
    상기 적어도 두 개의 서브 행렬들 중 최상위 서브 행렬에 의한 전송심벌들까지 검출되면, 검출된 모든 전송심벌들을 출력하는 신호 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 채널 행렬과 상기 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들은 4 x 4 차원의 행렬이며, 상기 서브 행렬은 2 x 2 차원의 행렬임을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 업퍼 트라이앵글 구조를 가지는 복수의 행렬들에 의해 수신신호
    Figure 112005056844725-PAT00069
    는
    Figure 112005056844725-PAT00070
    로 표현되며,
    여기서
    Figure 112005056844725-PAT00071
    는
    Figure 112005056844725-PAT00072
    이며,
    Figure 112005056844725-PAT00073
    는
    Figure 112005056844725-PAT00074
    임을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 최하위 서브 행렬에 의한 수신신호는
    Figure 112005056844725-PAT00075
    이며,
    여기서
    Figure 112005056844725-PAT00076
    는
    Figure 112005056844725-PAT00077
    의 최하위 서브 행렬이며,
    Figure 112005056844725-PAT00078
    는
    Figure 112005056844725-PAT00079
    의 최하위 서브 행렬임을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 최상위 서브 행렬에 의한 수신신호는
    Figure 112005056844725-PAT00080
    이며,
    여기서 I(x3,x4)는 앞서 검출한 전송심벌들에 의한 텀으로써,
    Figure 112005056844725-PAT00081
    임을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 전송심벌의 검출은 MML 기법에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
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