KR20090064847A

KR20090064847A - Ｍｉｍｏ 시스템을 위한 가속화된 터보 송수신 장치 및방법

Info

Publication number: KR20090064847A
Application number: KR1020070132204A
Authority: KR
Inventors: 김성락; 남준영; 정현규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-06-22
Also published as: US8477884B2; WO2009078619A1; KR100958792B1; US20100266073A1

Abstract

본 발명은 이전 반복 과정에 얻어진 임시 심볼 결정 신호, 채널 추정 신호, 잡음 분산 추정 신호 및 수신 신호를 이용하여 외인성 정보(extrinsic information)를 검출하는 검출부와, 상기 외인성 정보를 이용하여 인터리빙된 비트(interleaved bit) 또는 이의 사후 정보(a posteriori information)를 출력하는 CRC 도움을 받는 채널 복호화부와, 상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화부의 출력을 이용하여 송신 심볼을 임시 결정하는 임시 심볼 결정부와, 상기 임시 심볼 결정부의 출력을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부 및 상기 임시 심볼 결정부의 출력 및 상기 채널 추정부의 출력을 이용하여 잡음 분산을 추정하는 잡음 분산 추정부를 포함하는 수신 장치를 제공한다.

MIMO, 반복 수신기, 터보 수신기

Description

ＭＩＭＯ 시스템을 위한 가속화된 터보 송수신 장치 및 방법{ACCELERATED TURBO TRANSCEIVER AND METHOD FOR MIMO SYSTEM}

본 발명은 MIMO 시스템을 위한 가속화된 터보 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MIMO 시스템에서 수신 성능을 향상시키고 동시에 복잡도와 전력 소모를 줄이는 반복 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-001-02, 과제명: 4세대 이동통신용 적응 무선접속 및 전송 기술개발].

일반적으로 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 위한 최적 수신기(optimal receiver)는 MIMO 검출기(detector)와 채널의 결합 최대 우도(Joint Maximum Likelihood) 수신기이다. 그러나, 최적 수신기는 복잡도가 송신 안테나 수, 변복조 차수, 패킷 길이에 대해 지수적으로 증가하기 때문에 구현이 불가능한 문제점이 있다.

이러한 최적 수신기의 복잡도를 줄이기 위한 기술로서 터보 수신기(turbo receiver)가 제안되고 있다. 터보 수신기는 MAP(Maximum A Posterior) MIMO 검출 기와 MAP 채널 복호화기로 구성되며, 이들 간에 외인성 정보(extrinsic information)를 교환하여 반복 수행함으로써 최적 수신기와 유사한 성능을 얻는다.

하지만, 종래 터보 수신기는 최적 수신기에 비해 복잡도가 많이 감소하였지만 여전히 복잡도가 높다. 그러므로 종래 터보 수신기의 복잡도를 낮추기 위해 여러 가지 방안이 모색되고 있으며, 특히 MAP 검출기의 복잡도를 낮추기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

MAP 검출기의 복잡도를 낮추기 위한 방안은 MMSE-SC(Minimum Mean Squared Error with Soft Cancellation) 검출기가 가장 간단한 것으로 알려져 있다. 하지만, MMSE-SC 검출기를 사용하는 경우 복잡도는 줄일 수 있지만 성능은 원래 MAP 검출기에 비해 저하된다.

MAP 검출기를 사용하는 경우, 외인성 정보가 입력되어야 한다. 만일, 이보다 정보량이 많은 사후 정보(a posteriori information)가 이용되는 경우, 터보 수신기는 발산하게 된다. 이러한 사실을 근거로, MMSE-SC 검출기를 사용하는 경우에도 외인성 정보가 입력 신호로 사용된다.

또한 터보 수신기는 반복 수행을 요구하므로 전력 손실이 큰 단점이 있다.

따라서, 터보 수신기의 수신 성능을 높이고 동시에 복잡도와 전력 소비를 줄일 수 있는 방안이 절실하게 요청되고 있다.

본 발명은 MIMO 시스템에서 수신 성능을 향상시키고 동시에 복잡도와 전력 소모를 줄이기 위한 반복 송수신 장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 반복 송신 장치는, 스트림을 부호화하는 둘 또는 둘 이상의 부호화부와, 부호화된 스트림을 인터리빙하는 둘 또는 둘 이상의 인터리빙부와, 인터리빙된 스트림을 그레이 매핑하는 둘 또는 둘 이상의 그레이 매핑부와, 매핑된 스트림에 파일럿 심볼을 삽입하는 둘 또는 둘 이상의 파일럿 삽입부 및 파일럿 심볼이 삽입된 스트림을 송신하는 둘 또는 둘 이상의 송신 안테나를 포함하며, 각 스트림마다 다른 인터리버를 사용한다.

본 발명의 일실시예에 따른 반복 수신 장치는, 이전 반복 과정에 얻어진 임시 심볼 결정 신호, 채널 추정 신호, 잡음 분산 추정 신호 및 수신 신호를 이용하여 외인성 정보(extrinsic information)를 검출하는 검출부와, 상기 외인성 정보를 이용하여 인터리빙된 비트(interleaved bit) 또는 이의 사후 정보(a posteriori information)를 출력하는 CRC 도움을 받는 채널 복호화부와, 상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화부의 출력을 이용하여 송신 심볼을 임시 결정하는 임시 심볼 결정부와, 상기 임시 심볼 결정부의 출력을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부 및 상기 임시 심볼 결정부의 출력 및 상기 채널 추정부의 출력을 이용하여 잡음 분산을 추정하는 잡음 분산 추정부를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 반복 송신 방법은, 수평 부호 구조(vertical encoding)을 수행하며, 송신기에서 반복 송신을 하기 전에 어떤 인터리버를 사용할지 협상하는 단계와, 각 송신 안테나로 전송되는 스트림을 부호화하는 단계와, 상기 부호화된 스트림을 인터리빙하는 단계와, 상기 인터리빙된 스트림을 그레이 매핑하는 단계와, 상기 매핑된 스트림에 파일럿 심볼을 첨가하는 단계 및 상기 각 송신 안테나를 통해 상기 파일럿 심볼이 첨가된 스트림을 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 반복 수신 방법은, 이전 반복 과정에 얻어진 임시 심볼 결정 신호, 채널 추정 신호, 잡음 분산 추정 신호 및 수신 신호를 이용하여 외인성 정보(extrinsic information)를 출력하는 MMSE-SC 검출 단계와, 상기 외인성 정보를 이용하여 인터리빙된 비트(interleavered bit) 또는 사후 정보(a posteriori information)를 출력하는 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계와, 상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계의 출력을 이용하여 임시 송신 심볼을 결정하는 임시 심볼 결정 단계와, 상기 임시 심볼 결정 단계의 출력을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정 단계 및 상기 임시 심볼 결정 단계의 출력 및 상기 채널 추정 단계의 출력을 이용하여 잡음 분산을 추정하는 잡음 분산 추정 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, MIMO 시스템에서 수신 성능을 향상시키고 동시에 복잡도와 전력 소모를 줄일 수 있는 반복 송수신 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 MIMO 시스템을 위한 가속화된 터보 송수신 장치 및 그 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 예를 들어, 본 발명에서는

개의 송신 안테나와

개의 수신 안테나를 갖는 MIMO 시스템을 고려하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 송신 장치(100)는 부호화(encoding)부(110-1~110-n), 인터리빙(interleaving)부(120-1~120-n), 그레이 매핑(gray mapping)부(130-1~130-n), 파일럿 삽입(pilot insertion)부(140-1~140-n) 및 송신 안테나(150-1~150-n)을 포함한다. 즉, 송신 장치(100)는 수평 부호(horizontal encoding) 구조를 가지며, 각 송신 안테나(150-1~150-n)마다 별개의 스트림(stream) 또는 패킷(packet)을 전송한다.

부호화부(110-1~110-n)는 정보 비트 스트림(information bit stream)(b)를 입력 받고, 상기 정보 비트 스트림(information bit stream)(b)를 부호화하여 부호화된 비트 스트림(encoded bit stream)(c)을 출력한다. 상기 정보 비트 스트림(information bit stream)(b)는 부호화부(110-1~110-n)를 통과하면, 상기 부호화된 비트 스트림(encoded bit stream)(c)으로 변환된다.

이때, 송신 장치(100)가 제대로 동작하기 위해서는 부호화된 비트(coded bit)간 독립성이 보장되어야 한다. 이를 위해 인터리빙부(120-1~120-n)는 부호화된 비트(encoded bit)(c)를 입력 받고, 상기 부호화된 비트(encoded bit)(c)를 인터리빙하여 인터리빙된 비트 스트림(interleaved bit stream)(x)를 출력한다. 상 기 부호화된 비트(encoded bit)(c)는 인터리빙부(120-1~120-n)를 통과하면, 상기 인터리빙된 비트 스트림(interleaved bit stream)(x)로 변환된다.

그레이 매핑부(130-1~130-n)는 상기 인터리빙된 비트 스트림(interleaved bit stream)(x)를 입력 받고, 상기 인터리빙된 비트 스트림(interleaved bit stream)(x)를 그레이 매핑하여 정보 심볼(information symbol)(s)을 출력한다. Mc개의 인터리빙된 비트 스트림(interleaved bit stream)(x)은 그레이 매핑부(130-1~130-n)를 통과하면, 상기 정보 심볼(information symbol)(s)로 변환된다.

파일럿 삽입부(140-1~140-n)는

개의 정보 심볼(information symbol)(s)을 입력 받고, 상기

개의 정보 심볼(information symbol)(s)에

개의 파일럿 심볼(pilot symbol)을 첨가하여 N개의 심볼로 구성된 패킷 또는 스트림을 출력한다.

이후에 각 스트림은 해당 송신 안테나(150-1~150-n)를 통해 송신된다. 일례로

에서

는 k번째 송신 안테나(150-k)로 전송되는 스트림을 지칭한다.

전형적인 송신기는

개의 병렬 스트림이 동일한 인터리버(interleaver)를 가지고 있다. 반면, 본 발명에 따른 송신 장치(100)는 각 스트림이 각기 다른 인터리빙부(120-1~120-n)를 채택하여 비트간 독립성(independency)을 더욱 높여 반복 송신기의 성능을 향상시킨다. 이러한 효과는 채널이 상관되어 있는 경우에 더욱 커진다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 방법을 수행하는 순서도를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 송신 절차는 도 1에 도시된 것과 같이 수평 부호화 구조의 송신 장치에 의해 이루어지며, 상기 송신 장치는 각 스트림마다 각기 다른 인터리버를 사용할 수 있다.

단계(S210)에서 상기 송신 장치는 반복 송신을 시작하기 전인 초기 단계에서 어떠한 인터리버(interleaver)를 사용할 것인가에 대한 협상(negotiation) 동작을 수행한다.

단계(S220)에서 상기 송신 장치는 각 스트림별로 채널 부호화(channel encoding) 동작을 수행한다.

단계(S230)에서 상기 송신 장치는 상기 부호화된 스트림(encoded stream)에 대해 인터리빙(interleaving) 동작을 수행한다.

단계(S240)에서 상기 송신 장치는 상기 인터리빙된 스트림(interleaved stream)에 대해 그레이 매핑(gray mapping)을 수행한다.

단계(S250)에서 상기 송신 장치는 상기 매핑된 스트림(mapped stream)에 파일럿 심볼(pilot symbol)을 첨가하는 동작을 수행한다.

단계(S260)에서 상기 송신 장치는 상기 파일럿 심볼이 첨가된 스트림을 송신 안테나를 통해 송신하는 동작을 수행한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 송신 방법은 인터리버 협상 단계(S210)를 거친 후에 각 스트림별로 채널 부호화 단계(S220), 인터리빙 단계(S230), 매핑 단계(S240), 파일럿 삽인 단계(S250)를 순차적으로 수행한 후 해당 송신 안테나로 송신하는 단계(S260)를 수행한다.

송신된 신호는 한 패킷 길이 동안 채널이 변하지 않는 quasi-static 채널을 가정한다. i번째 송신 안테나와 j번째 수신 안테나 사이의 채널 계수를

이라고 정의한다. i번째 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 계수 벡터(vector)는

이라고 정의하면, 전체 채널 매트릭스(matrix)는 하기 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서, n번째 심볼 구간에서 i번째 송신 안테나로 전송되는 송신 신호를

이라 정의하고, n번째 심볼 구간에서 j번째 수신 안테나로 수신되는 수신 신호를

이라 정의하면, n번째 심볼 구간에서의 수신 신호 벡터는

로 된다. 여기서, T는 벡터 전치 행렬(vector transpose)이다.

수신기에서 수신 안테나를 통해 n번째 심볼 구간에 수신되는 수신 신호 벡터는 하기 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

여기서,

는 송신 심볼 벡터이며,

은 잡음 신호 벡터이고, 이의 잡음 분산은

이다. 수신기는

와

를 모르고 있으며, 이를 추정하여야 한다.

를 원하는 신호라고 둘 때, 상기 수학식 2는 하기 수학식3과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

여기서,

는

에서

가 없는 채널 매트릭스이고,

는

에서 k번째 칼럼(column)이 없는 송신 심볼 벡터이다.

본 발명에 따른 반복 수신기는 N개의 심볼로 구성된 패킷 단위로 동작하며, 한 패킷 전체의 수신 신호(Y)는 하기 수학식 4와 같이 벡터 매트릭스 형태로 표현된다.

[수학식 4]

여기서,

,

이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 수신 장치(300)는 MMSE-SC 검출(detection)부(310), CRC 도움을 받는 채널 복호화(Aided Channel Decoding)부(320), 임시 심볼 결정(Tentative Symbol Decision)부(330), 채널 추정(Channel Estimation)부(340) 및 잡음 분산 추정(Covariance Estimation)부(350)를 포함한다.

MMSE-SC 검출부(310)는 이전 반복(iteration) 과정에 얻어진 임시 심볼 결정부(330)의 출력 신호(

), 채널 추정부(340)의 출력 신호(

), 잡음 분산 추정부(350)의 출력 신호(

) 및 수신 신호(Y)를 이용하여 비트 외인성 LLR(bit extrinsic Log Likelihood Ratio)(

)을 출력한다. 이하 도 5를 참조하여 MMSE-SC 검출부의 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 MMSE-SC 검출부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, MMSE-SC 검출부(310)는 간섭 제거(Interference Cancellation)부(510-1~510-t), 간섭 억압(Interference Suppression)부(520) 및 비트 외인성 LLR 계산(Extrinsic Bit Log Likelihood Ratio Calculation)부(530)를 포함하며, 각 스트림을 분리 검출하기 위해

개가 병렬로 존재한다.

MMSE-SC 검출부(310)는 각 스트림별로 MMSE 계수 벡터(coefficient vector)를 필요로 하며, 기존 방식은 각 스트림별로

크기의 매트릭스 역행렬(matrix inversion)을 요구한다. MMSE-SC 검출부(310)는 CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)에서 수신 오류가 없는 것으로 판단될 경우, 이후에 해당 스트림에 대하여 MMSE-SC 검출을 수행할 필요가 없으므로 MMSE-SC 검출에 대한 복잡도를 줄일 수 있다.

즉, MMSE-SC 검출부(310)는 이전 반복까지

개가 성공적으로 수신되었다면, 수신 신호를 하기 수학식 5와 같이 재정의함으로서 동시에

개를 복합 검출(joint detection)해야 하는 문제에서

개를 복합 검출해야 하는 문제로 단순화시킬 수 있다. 이때, MMSE-SC 검출부(310)는 새로운 MMSE 계수 벡터 를 계산하기

크기의 매트릭스 역행렬을 요구하므로 계산량을 줄일 수 있다.

[수학식 5]

여기서, 상기

는

에서 수신 오류가 있는 신호에 해당하는 채널 벡터들로만 구성되며, 크기는

이다. 상기

는 수신 오류가 있는 신호만으로 구성된 송신 심볼 벡터이다.

간섭 제거부(510-1~510-t)는 하기 수학식 6과 같이 수신된 신호에 대한 간섭을 제거한다.

[수학식 6]

여기서, 상기

는 q번째 반복(iteration)의 채널 추정부(340)에서 추정된

의 채널 매트릭스이고, 상기

는 q번째 반복에서 얻어진

의 임시 심볼 결정(tentative symbol decision)이다.

즉, 간섭 제거부(510-1~510-t)는 이전 반복(iteration) 과정에 얻어진 상기 임시 심볼 결정부(320)의 출력 신호 및 채널 추정부(340)의 출력 신호를 이용하여 간섭을 추정을 생성하고, 이를 수신 신호(Y)에서 제거하여 간섭을 제거한다.

간섭 억압부(520)는 간섭 제거부(510-1~510-t)의 출력에 MMSE 계수를 곱하여 나머지 간섭을 억압하며, 공통 계수 계산(common coefficient calculation)부(521), 개별 계수 계산(individual coefficient calculation)부(522-1~522-t) 및 MMSE 필터링(Minimum Mean Squared Error Filtering)부(523-1~523-t)를 포함한다.

공통 계수 계산부(521)는 하기 수학식 7과 같이 공통 계수를 계산한다.

[수학식 7]

여기서, 상기

는

의 추정치이다. 상기

는

의 분산 벡터(variance vector)의 추정치로서 하기 수학식 8과 같이 계산된다.

[수학식 8]

여기서, 상기

는

의 분산(variance)이며, 이전 반복 과정의 임시 심볼 결정부(320)에 의해 얻어진다.

상기

과 상기

는 대각선 매트릭스(diagonal matrix)이므로 매트릭스 역행렬을 요구하지 않으므로 전체적으로 한번의

매트릭스 역행렬을 요구한다.

k번째 MMSE-SC 검출부(310)의 개별 계수 계산부(522-1~522-t)는 하기 수학식 9와 같이 개별 계수를 계산한다.

[수학식 9]

여기서,

이다.

MMSE 필터링부(523-1~523-t)는 하기 수학식 10과 같이 MMSE 필터링 동작을 수행한다.

[수학식 10]

여기서, 상기

는

개의 비트

로 그레이 매핑(gray mapping)된 심볼로 정의된다. 즉,

이다.

비트 외인성 LLR 계산부(530)는

개가 병렬로 존재하며, 심볼 확률 계산(symbol probability calculation)부(531-1~531-t) 및 LLR 계산(Log Likelihood Ratio Calculation)부(532-1~532-t)를 포함한다.

심볼 확률 계산부(531-1~531-t)는 하기 수학식 11과 같이 심볼의 확률을 계산한다.

[수학식 11]

여기서,

,

이다.

LLR 계산(Log Likelihood Ratio Calculation)부(532-1~532-t)는 하기 수학식 12와 같이 LLR을 계산한다.

[수학식 12]

여기서, 상기

는

의 전체

개의 집합 중에서,

인

개로 이루어진

의 조합이다. 상기

는

의 전체

개의 집합 중에서

인

개로 이루어진

의 조합이다.

한편 비트 외인성 LLR(

)을 계산하는 전형적인 방법은 채널 복호화부에서 주어진 외인성 정보(extrinsic information)를 검출기의 사전 정보(a priori information)으로 이용한다. 그러나, 그레이 매핑을 사용하는 경우, 한 심볼 내의 비트간에 독립성이 있으므로 다른 비트의 사전 정보(a priori information)가 전혀 도움이 되지 않는다.

그러므로, 본 발명에서는 사전 정보(a priori information)를 이용하지 않고, 비트 외인성 LLR을 계산함으로써 CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)로부터 아무런 피드백을 요구하지 않고,

만 이용한다.

CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)는 상기 비트 외인성 LLR(bit extrinsic Log Likelihood Ratio)을 이용하여 CRC(Cyclic Redundancy Check)의 도움을 받아 코딩된 비트(coded bit) 또는 상기 코딩된 비트의 a posteriori LLR을 출력한다. 즉, CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)는 CRC의 도움을 받아 패킷 수신 오류가 없는 경우, 상기 코딩된 비트를 출력하고, 상기 패킷 수신 오류가 있는 경우, 상기 코딩된 비트의 a posteriori LLR을 출력한다. 이하 도 6을 참조하여 CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)의 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 6은 CRC 도움을 받는 채널 복호화부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)는 디인터리빙(deinterleaving)부(610-1~610-t), 채널 복호화(channel decoding)부(620-1~620-t), CRC 체킹(Cyclic Redundancy Check checking)부(630-1~630-t), 부호화(encoding)부(640-1~640-t) 및 인터리빙(interleaving)부(650-1~650-t)를 포함한다.

CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)는 MMSE-SC 검출부(310)로부터 비트 외인성 LLR(

)를 입력하여 디인터리빙(deinterleaving)부(610-1~610-t)를 거쳐 채널 복호화(channel decoding)부(620-1~620-t)의 사전(a priori) LLR(

)을 만든다.

채널 복호화부(620-1~620-t)는 상기 사전 LLR(

)을 이용하여 송신 정보 비트 외인성 LLR(

)을 계산하여 CRC 체킹부(630-1~630-t)로 출력한다.

CRC 체킹부(630-1~630-t)는 상기 송신 정보 비트의 외인성 LLR()을 CRC 체크하여 패킷 수신 오류 여부를 판별한다. 일례로 CRC 체크한 결과로 상기 패킷 수신 오류가 없는 경우, CRC 체킹부(630-1~630-t)는 Rx_check를 "1"로 만들고, 상단 스위치를 닫아서 해당 수신 정보 비트를 부호화부(640-1~640-t)를 통해 부호화하여 인터리빙부(650-1~650-t)로 출력한다. 일례로 CRC 체크한 결과로 상기 패킷 수신 오류가 있는 경우, CRC 체킹부(630-1~630-t)는 Rx_check를 "0"으로 만들고, 하단 스위치를 닫아서 채널 복호화부(620-1~620-t)에서 출력된 사후 LLR(

)을 인터리빙부(650-1~650-t)를 거쳐 임시 심볼 결정부(330)의 사전 LLR(

)으로 만든다.

임시 심볼 결정부(330)는 CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)의 출력을 이용하여 임시 심볼(tentative symbol)(

)을 결정한다. 즉, 임시 심볼 결정부(330)는 CRC 도움을 받는 채널 복호화부(320)의 출력을 이용하여 송신 심볼을 임시로 결정할 수 있다. 이하 도 7을 참조하여 임시 심볼 결정부(330)의 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 7은 임시 심볼 결정부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 임시 심볼 결정부(330)는 결정 선택(decision selection)부(710), 파일럿 대치(pilot replacement)부(720), 경성 결정(hard decision) 부(730) 및 연성 결정(soft decision)부(740)를 포함한다.

결정 선택부(710)는 Rx_check와 심볼 시간 인덱스(n)를 근거로 임시 결정 방식을 선택한다. 일례로 결정 선택부(710)는 상기 Rx_check와 상기 심볼 시간 인덱스(n)를 근거로 3가지의 임시 심볼 결정 방식 중 어느 하나의 결정 방식을 선택한다.

상기 심볼 시간 인덱스(n)를 점검하여 송신 심볼이 파일럿으로 판명될 경우, 파일럿 대치부(720)는

의 임시 심볼 결정(

)은 알고 있는 파일럿 심볼(

)로 대치한다. 즉,

가 된다. 분산 계산부(721)는 상기 임시 심볼 결정(

)에 대한 분산을 계산한다. 상기 임시 심볼 결정(

)에 대한 분산은

이다.

상기 심볼 시간 인덱스(n)를 점검하여 송신 심볼이 정보 심볼로 판명되고 상기 Rx_check가 "1"인 경우, 경성 결정부(730)는 입력된 오류 없는 수신 인터리빙된 비트(interleaved bit)를 그레이 매핑부(731)를 통해 그레이 매핑하여 임시 심볼 결정(

)를 생성한다. 즉,

가 된다. 또한, 경성 결정부(730)는 분산 계산부(732)를 통해 입력된 오류 없는 수신 인터리빙된 비트(interleaved bit)에 대한 분산을 계산한다. 이때,

의 분산은

이다.

상기 심볼 시간 인덱스를 점검하여 송신 심볼이 정보 심볼로 판명되고 상기 Rx_check가 "0"인 경우, 연성 결정부(740)는 사전 확률 계산(a priori probability calculation)부(741)를 통해 비트 확률(bit probability)과 심볼 확률(symbol probability)을 계산한다. 상기 비트 확률은 채널 복호화의 사후 LLR(

)을 이용하여 하기 수학식 13과 같이 계산된다.

[수학식 13]

상기 심볼 확률은 하기 수학식 14와 같이 계산된다.

[수학식 14]

연성 결정부(742)는 수학식 15와 같이

를 결정한다.

[수학식 15]

여기서, 상기

는

의 전체

개의 집합이다.

분산 계산부(743)는 수학식 16과 같이 심볼 분산(symbol variance)을 계산한다.

[수학식 16]

채널 추정부(340)는 임시 심볼 결정부(330)의 출력 신호(

)와 상기 수신 신호(Y)를 이용하여 채널(

)을 추정한다. 이때 (q+1)번째 반복에서의

의 추정값은 하기 수학식 17과 같다.

[수학식 17]

여기서,

채널 추정부(340)의 초기값은 파일럿 심볼(pilot symbol)에 의해 구해진다. 한 파일롯 심볼 구간에 모든 송신기가 동시에 파일럿 심볼을 송신하는 경우, 초기 채널값은 하기 수학식 18과 같다.

[수학식 18]

여기서,

는 n번째 심볼 구간에 보내지는 송신 파일럿 심볼 벡터이며, 한 패킷에

개가 전송된다.

잡음 분산 추정부(350)는 임시 심볼 결정부(340)의 출력 신호(

), 채널 추정부(340)의 출력 신호(

) 및 상기 수신 신호(Y)를 이용하여 잡음 분산(

)을 추정한다. 이때, (q+1)번째 반복에서

의 추정값은 하기 수학식 19과 같다.

[수학식 19]

잡음 분산 매트릭스 추정의 초기값은 파일럿 심볼에 의해 구해진다. 한 파일럿 심볼 구간에 모든 송신기가 동시에 파일럿 심볼을 송신하는 경우, 초기 추정값은 하기 수학식 20과 같다.

[수학식 20]

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수신 방법을 수행하는 순서도를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 단계(S411)에서 수신 장치는 도 2에 도시된 송신 방법과 상응하는 인터리버 협상을 수행한다.

단계(S412)에서 상기 수신 장치는 상기 인터리버 협상이 이루어지면 수신 초기화를 수행한다. 즉, 단계(S412)에서 상기 수신 장치는 반복 수신 초기 단계로서 파일롯 심볼을 이용하여 채널(

)과 잡음 분산(

)을 구하고,

으로 초기화하고,

으로 초기화한다. 이하 상기 수신 장치는 각 패킷 또는 스트림별로 병렬로 MMSE-SC 검출 단계(S413), CRC-도움을 받는 채널 복호화 단계(414)를 수행하고, 만일 자신의 패킷이 오류가 없이 수신되면 다른 송신 안테나를 통해 전송된 패킷도 모두 오류 없이 수신되었는지를 확인하는 단계(S415~S417)를 수행한다.

단계(S413)에서 상기 수신 장치는 이전 반복(iteration) 과정에 얻은 임시 심볼 결정 단계(S418)의 출력 신호(

), 채널 추정 단계(S419)의 출력 신 호(

), 잡음 분산 추정 단계(S420)의 출력 신호(

)을 결정한다. 즉, 단계(S413)에서 상기 수신 장치는 이전 반복(iteration) 과정에 얻은 상기 임시 심볼 결정 단계의 출력 신호 및 상기 채널 추정 단계의 출력 신호를 이용하여 간섭을 추정을 생성하고, 이를 수신 신호에서 제거한다. 그리고, 단계(S413)에서 상기 수신 장치는 상기 간섭이 제거된 신호에 MMSE 계수를 곱하여 나머지 간섭을 억압한다. 그리고, 단계(S413)에서 상기 수신 장치는 상기 간섭이 억압된 신호에 원하는 심볼의 추정치를 이용하여 비트 외인성 LLR을 계산한다.

단계(S414)에서 상기 수신 장치는 상기 비트 외인성 LLR을 이용하여 인터리빙된 비트(interleaved bit) 또는 인터리빙된 비트의 사후 LLR을 출력하는 CRC 도움을 받는 채널 복호화를 수행한다.

단계(S415)에서 상기 수신 장치는 수신 패킷이 정상인지 여부를 판단한다. 즉, 단계(S415)에서 상기 수신 장치는 자신의 패킷이 오류 없이 수신되는지의 여부를 판단할 수 있다.

상기 수신 패킷이 정상인 경우, 단계(S416)에서 상기 수신 장치는 다른 패킷이 정상인지 여부를 판단한다. 즉, 자신의 패킷이 오류 없이 수신되면, 단계(S416)에서 상기 수신 장치는 다른 송신 안테나를 통해 전송된 패킷도 모두 오류 없이 수신되었는지를 판단할 수 있다.

상기 다른 패킷이 정상이 아닌 경우(오류가 있는 경우), 단계(S417)에서 상 기 수신 장치는 반복 횟수(q)가 최대 반복 횟수(Q)인지 여부를 판단한다(

).

상기 다른 패킷이 정상인 경우 또는 상기 반복 횟수가 상기 최대 반복 횟수인 경우, 상기 수신 장치는 본 발명에 따른 반복 수행을 종료한다.

상기 수신 패킷 정상이 아닌 경우 또는 상기 반복 횟수가 상기 최대 반복 횟수가 아닌 경우(

), 단계(S418)에서 상기 수신 장치는 임시 심볼을 결정한다.

단계(S419)에서 상기 수신 장치는 임시 심볼 결정 단계(S418)에 의해 결정된 임시 심볼과 상기 수신 신호를 이용하여 채널을 추정한다.

단계(S420)에서 상기 수신 장치는 임시 심볼 결정 단계(S418)에 의한 출력 신호, 채널 추정 단계(S419)에 의한 출력 신호 및 상기 수신 신호를 이용하여 잡음 분산을 추정한다.

단계(S421)에서 상기 수신 장치는 상기 반복 횟수를 1회 증가시킨다(

). 즉, 단계(S421)에서 상기 수신 장치는 상기 반복 횟수를 갱신한 후 단계(S413)로 천이하여 본 발명에 따른 반복 수행을 종료할 때까지 되풀이하여 수행한다.

임시 심볼 결정 단계(S418)의 출력 신호(

)는 MMSE-SC 결정 단계(S413), 채널 추정 단계(S419), 잡음 분산 추정 단계(S420)에서 이용되므로 매우 중요하다.

즉, 본 발명에서는 수신 오류가 없는 경우 오류 없는 수신 인터리빙된 비트를 사용하고, 오류가 있는 경우 이의 사후 비트 LLR을 사용함으로 MMSE-SC 검출 단계의 성능을 향상시키고, 동시에 전력 소모를 줄일 수 있다.

또한 본 발명에서는 신뢰성 있는 임시 심볼 결정 단계(S418)의 출력 신호(

)를 채널 추정 단계(S419) 및 잡음 분산 추정 단계(S420)의 입력으로 사용하여 반복적인 추정을 수행함으로써 전체 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 5는 MMSE-SC 검출부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7은 임시 심볼 결정부의 구성을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 송신 장치

110-1, 110-n: 부호화(encoding)부

120-1, 120-n: 인터리빙(interleaving)부

130-1, 130-n: 그레이 매핑(Gray Mapping)부

140-1, 140-n: 파일럿 삽입(pilot insertion)부

300: 수신 장치

310: MMSE-SC 검출(Minimum Mean Squared Error with Soft Cancellation detection)부

320: CRC 도움을 받는 채널 복호화(Cyclic Redundancy Check Aided Channel Decoding)부

330: 임시 심볼 결정(Tentative Symbol Decision)부

340: 채널 추정(Channel Estimation)부

350: 잡음 분산 추정(Covariance Estimation)부

510-1~510-t: 간섭 제거(Interference cancellation)부

520: 간섭 억압(Interference Suppression)부

521: 공통 계수 계산(common coefficient calculation)부

522-1~522-t: 개별 계수 계산(individual coefficient calculation)부

523-1~523-t: MMSE 필터링(Minimum Mean Squared Error Filtering)부

610-1~610-t: 디인터리빙(deinterleaving)부

620-1~620-t: 채널 복호화(channel decoding)부

630-1~630-t: CRC 체킹(Cyclic Redundancy Check Checking)부

640-1~640-t: 부호화(encoding)부

650-1~650-t: 인터리빙(interleaving)부

710: 결정 선택(decision selection)부

720: 파일럿 대치(pilot replacement)부

730: 경성 결정(hard decision)부

740: 연성 결정(soft decision)부

Claims

스트림을 부호화하는 둘 또는 둘 이상의 부호화부;

부호화된 스트림을 인터리빙하는 둘 또는 둘 이상의 인터리빙부;

인터리빙된 스트림을 그레이 매핑하는 둘 또는 둘 이상의 그레이 매핑부;

매핑된 스트림에 파일럿 심볼을 삽입하는 둘 또는 둘 이상의 파일럿 삽입부; 및

파일럿 심볼이 삽입된 스트림을 송신하는 둘 또는 둘 이상의 송신 안테나

를 포함하고,

수평 부호화 구조를 가지고, 각 송신 안테나마다 별개의 스트림을 전송하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 부호화부는,

정보 비트 스트림(information bit stream)을 입력 받고, 상기 정보 비트 스트림을 부호화하여 부호화된 비트 스트림(encoded bit stream)을 출력하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 인터리빙부는,

상기 부호화된 비트 스트림을 입력 받고, 상기 부호화된 비트 스트림을 인터리빙하여 인터리빙된 비트 스트림(interleaved bit stream)을 출력하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 인터리빙부는,

스트림별로 다른 인터리버를 가지는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 그레이 매핑부는,

상기 인터리빙된 비트 스트림을 입력 받고, 상기 인터리빙된 비트 스트림을 그레이 매핑하여 정보 심볼(information symbol)을 출력하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 파일럿 삽입부는,

상기 정보 심볼을 입력 받고, 상기 정보 심볼에 파일럿 심볼(pilot symbol)을 삽입하는 송신 장치.
이전 반복 과정에 따른 임시 심볼 결정 신호, 채널 추정 신호, 잡음 분산 추정 신호 및 수신 신호를 이용하여 외인성 정보(extrinsic information)를 검출하는 검출부;

상기 외인성 정보를 이용하여 인터리빙된 비트 또는 사후 정보(a posteriori information)를 출력하는 CRC 도움을 받는 채널 복호화부;

상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화부의 출력을 이용하여 송신 심볼을 임시 결정하는 임시 심볼 결정부;

상기 임시 심볼 결정부의 출력을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 및

상기 임시 심볼 결정부의 출력 및 상기 채널 추정부의 출력을 이용하여 잡음 분산을 추정하는 잡음 분산 추정부

를 포함하는 수신 장치.
제7항에 있어서,

상기 검출부는,

이전 반복(iteration) 과정에 의한 상기 임시 심볼 결정부의 출력 신호 및 상기 채널 추정부의 출력 신호를 이용하여 간섭을 추정을 생성하고, 이를 수신 신호에서 간섭을 제거하는 간섭 제거부;

상기 간섭 제거부의 출력에 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 계수를 곱하여 나머지 간섭을 억압하는 간섭 억압부; 및

상기 간섭 억압부의 출력인 원하는 심볼의 추정치를 이용하여 비트 외인성 로그 우도율(Log Likelihood Ratio: 이하 LLR 이라 함)을 계산하는 비트 외인성 LLR 계산부

를 포함하는 수신 장치.
제7항에 있어서,

상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화부는,

상기 검출부로부터 비트 외인성 LLR을 입력 받아 디인터리빙하는 채널 복호화부의 사전 LLR를 생성하는 디인터리빙부;

상기 사전 LLR을 이용하여 송신 정보 비트 외인성 LLR 및 코딩된 비트의 사후 LLR을 출력하는 채널 복호화부;

상기 송신 정보 비트 외인성 LLR을 체크하여 패킷 수신 오류를 판별하는 CRC 체킹부;

상기 CRC 체킹부의 출력인 수신 정보 비트를 부호화하는 부호화부; 및

코딩된 비트 또는 코딩된 비트의 사후 LLR을 인터리빙하여 상기 임시 심볼 결정부의 사전 LLR를 생성하는 인터리빙부

를 포함하는 수신 장치.
제9항에 있어서,

상기 임시 심볼 결정부는,

복수 개의 임시 심볼 결정 방식 중 어느 하나의 결정 방식을 선택하는 결정 선택부;

파일롯 심볼인 경우, 임시 심볼 결정을 알고 있는 파일럿 심볼로 대치하는 파일롯 대치부;

상기 패킷 수신 오류 판별 결과로 오류가 없는 경우, 상기 CRC 체킹부의 출력인 수신 인코드된 비트를 매핑하여 임시 심볼을 결정하는 경성 결정부; 및

상기 패킷 수신 오류 판별 결과로 오류가 있는 경우, 상기 채널 복호화부의 출력인 인터리빙된 비트의 사후 LLR을 이용하여 송신 심볼에 대한 임시 심볼을 결정하는 연성 결정부

를 포함하는 수신 장치.
제7항에 있어서,

상기 채널 추정부는,

상기 임시 심볼 결정부의 출력 및 수신 신호를 이용하여 채널을 추정하는 수신 장치.
제7항에 있어서,

상기 잡음 분산 추정부는,

상기 임시 심볼 결정부의 출력, 상기 채널 추정부의 출력 및 수신 신호를 이용하여 잡음 분산을 추정하는 수신 장치.
수평 부호화를 수행하며, 각 스트림마다 다른 인터리버를 사용하는 송신기에서 반복 송신을 하기 전에 어떤 인터리버를 사용할지 협상하는 단계;

각 송신 안테나로 전송되는 스트림을 부호화하는 단계;

상기 부호화된 스트림을 인터리빙하는 단계;

상기 인터리빙된 스트림을 그레이 매핑하는 단계;

상기 매핑된 스트림에 파일럿 심볼을 첨가하는 단계; 및

상기 각 송신 안테나를 통해 상기 파일럿 심볼이 첨가된 스트림을 송신하는 단계

를 포함하는 송신 방법.
제13항에 있어서,

각 송신 안테나를 통해 상기 파일럿 심볼이 첨가된 스트림을 송신하는 단계는,

상기 각 송신 안테나를 통해 별개의 파일럿 심볼이 첨가된 스트림을 송신하는 송신 방법.
제13항에 있어서,

각 송신 안테나로 전송되는 스트림을 부호화하는 단계는,

정보 비트 스트림(information bit stream)을 입력 받고, 상기 정보 비트 스트림을 부호화하는 송신 방법.
제15항에 있어서,

상기 부호화된 스트림을 인터리빙하는 단계는,

상기 부호화된 비트 스트림을 입력 받고, 상기 부호화된 비트 스트림을 인터리빙하는 송신 방법.
제16항에 있어서,

상기 인터리빙된 스트림을 그레이 매핑하는 단계는,

상기 인터리빙된 비트 스트림을 입력 받고, 상기 인터리빙된 비트 스트림을 그레이 매핑하여 정보 심볼(information symbol)을 출력하는 송신 방법.
제17항에 있어서,

상기 매핑된 스트림에 파일럿 심볼을 삽입하는 단계는,

상기 정보 심볼을 입력 받고, 상기 정보 심볼에 파일럿 심볼(pilot symbol)을 삽입하는 송신 방법.
이전 반복 과정에 따른 임시 심볼 결정 신호, 채널 추정 신호, 잡음 분산 추정 신호 및 수신 신호를 이용하여 외인성 정보(extrinsic information)를 검출하는 검출 단계;

상기 외인성 정보를 이용하여 인터리빙된 비트 또는 이의 사후 정보(a posteriori information)를 출력하는 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계;

상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계의 출력을 이용하여 임시 송신 심볼을 결정하는 임시 심볼 결정 단계;

상기 임시 심볼 결정 단계의 출력을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정 단계; 및

상기 임시 심볼 결정 단계의 출력 및 상기 채널 추정 단계의 출력을 이용하여 잡음 분산을 추정하는 잡음 분산 추정 단계

를 포함하는 수신 방법.
제19항에 있어서,

상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계는,

상기 송신 정보 비트 외인성 LLR을 체크하여 패킷 수신 오류를 판별하는 단계;

상기 패킷 수신 오류가 없는 경우, 다른 패킷이 정상인지 판단하는 단계; 및

반복 횟수가 최대 반복 횟수인지 여부를 판단하는 단계;

를 더 포함하는 수신 방법.
제20항에 있어서,

상기 임시 심볼 결정 단계는,

상기 수신 패킷이 정상이 아닌 경우 또는 상기 반복 횟수가 상기 최대 반복 횟수가 아닌 경우, 상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계의 출력을 이용하여 임시 송신 심볼을 결정하는 수신 방법.
제20항에 있어서,

상기 반복 횟수가 최대 반복 횟수가 될 때까지 반복 횟수를 증가시켜 상기 검출 단계, 상기 CRC 도움을 받는 채널 복호화 단계, 상기 임시 심볼 결정 단계, 상기 채널 추정 단계 및 상기 잡음 분산 추정 단계를 반복적으로 수행하는 수신 방법.