KR20090065334A - 통신 시스템의 반복 수신기 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기 및 그 동작방법은, 낮은 복잡도 및 신뢰도가 높은 로그 근사 비율 값의 근사 방법을 이용하여 반복 복조 및 복호 하는 것이다. 본 발명은, 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 검출하는 다중입력 다중출력 검출부, 비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위 로그 근사 비율(LLR, Log Likelihood Ratio) 값을 산출하는 로그 근사 비율 계산부, 상기 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 사용하여 입력 신호의 에러가 교정된 상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 출력하는 연입력 연출력 채널 복호부 및 상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 코드비트 사전 로그 근사 비율 값으로 사용하여 상기 심볼 추정값 및 상기 비트 단위의 확률값을 출력하는 심볼 추정부를 포함하는 통신 시스템의 수신기를 제공한다.

로그 근사 비율, 수신기, 심볼 추정값

Description

통신 시스템의 반복 수신기 및 그 동작방법{Iterative receiver of a communications system and the operation method}

본 발명은 통신 시스템의 반복 수신기 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낮은 복잡도 및 신뢰도가 높은 로그 근사 비율(LLR, Log Likelihood Ratio) 값의 근사 방법을 이용하여 반복 복조 및 복호 하는 통신 시스템의 반복 수신기 및 그 동작방법에 관한 것이다.

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

무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있으며, 특히 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되고 있다. 따라서, 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 찾는 것이 가장 시급한 과제로 떠오르고 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 다중 안테나를 이용한 새로운 전송 기술이 필요하게 되었으며, 그 일 예로 다중 안테나를 이용한 다중 입력 다중 출력 시스템 이 사용되고 있다.

다중 입력 다중 출력(MIMO, Multiple Input Multiple Onput) 기술은 송/수신단 각각 다중 안테나를 사용하는 시스템으로, 단일 안테나를 사용하는 시스템에 비해 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 채널 전송 용량을 안테나 수에 비례하여 증가시킬 수 있어 최근 활발한 연구가 진행되고 있다.

다중 안테나 기술은 크게 송/수신 안테나 수의 곱에 해당하는 다이버시티(diversity) 이득을 얻어 전송 신뢰도를 향상시키는 공간 다이버시티(space diversity) 방식, 동시에 다수의 신호 열을 전송하여 전송률을 높이는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 방식 그리고 공간 다이버시티 방식과 공간 다중화 방식을 결합한 방식으로 나눌 수 있다.

상기 다중 안테나 기술 중 공간 다중화 방식을 사용하여 각 송신기에서 서로 다른 데이터 열을 송신하게 되면, 상기 동시에 전송된 데이터 사이에 상호 간섭이 발생하게 된다. 따라서, 수신기에서는 상기 간섭 신호 영향을 고려한 최대 우도 수신기(Maximum Likelihood)를 사용하여 수신 신호를 검출하거나, 상기 간섭을 제거한 후 검파하게 된다.

여기서, 상기 간섭 제거 방식에는 제로 포싱(Zero Forcing), 최소 평균 오차(Minimum Mean Square Error) 등이 있다.

일반적인 공간 다중화 방식에서 상기 수신기의 성능은 상기 수신기의 계산 복잡도와 트에이드오프(tradeoff) 관계에 있다. 따라서, 상기 수신기의 계산 복잡도는 낮으면서 최대 우도 수신기에 근접하는 성능을 얻을 수 있는 수신 알고리즘에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

한편, 공간 다중화 방식의 수신기에서는 채널 복호기(channel decord)로 부호화된 비트(bit)의 경성 판정치(hard decision)를 전달하는 대신에 연성 판정치(soft decision)를 전달하여 복호(decoding) 하는 것이 성능면에서 우수하다고 알려져 있다. 여기서, 상기 채널 복호기의 연성 판정치는 채널 상으로 전송된 변조 심볼의 추정값으로, LLR(Log Likelihood Ratio) 값을 사용한다.

여기서, 상기 공간 다중화 방식을 사용할 경우, 복잡도가 낮으면서도 높은 신뢰도를 갖는 LLR 값을 가지는 수신기가 필요하다.

본 발명의 목적은, 낮은 복잡도 및 신뢰도가 높은 LLR(로그 근사 비율, Log Likelihood Ratio) 값의 근사 방법을 이용하여 반복 복조 및 복호 하는 통신 시스템의 반복 수신기 및 그 동작방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 통신 시스템의 반복 수신기는, 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 검출하는 다중입력 다중출력 검출부, 비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위 로그 근사 비율(LLR, Log Likelihood Ratio) 값을 산출하는 로그 근사 비율 계산부, 상기 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 사용하여 입력 신호의 에러가 교정된 상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 출력하는 연입력 연출력 채널 복호부 및 상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 코드비트 사전 로그 근사 비율 값으로 사용하여 상기 심볼 추정값 및 상기 비트 단위의 확률값을 출력하는 심볼 추정부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 통신 시스템의 반복 수신기 동작방법은, 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 검출하는 단계, 비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위 로그 근사 비율 값을 산출하는 단계, 상기 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 사용하여 입력 신호의 에러가 교정된 코드 비트 사후 로그 근사 비율 값을 출력하는 단계 및 상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 코드비트 사전 로그 근사 비율 값으로 사용하여 상기 심볼 추정값 및 상기 비트 단위의 확률값을 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 통신 시스템의 반복 수신기 및 그 동작방법은, 코드비트 사전 로그 근사 비율 값과 검출된 심볼을 사용하여 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 계산하기에 복잡도가 매우 높으므로, 값이 큰 확률값 만을 사용하는 새로운 근사 방법을 제공하여, 낮은 복잡도를 유지하며 높은 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 가지도록 하여 성능 열화를 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 통신 시스템의 수신기 및 그 동작방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신기를 나타내는 기능 블록도이다.

도 1 을 참조하면, 수신기(10)는 다중입력 다중출력(Multiple Input Multiple Onput, 이하 'MIMO'라 칭함) 검출부(12), 로그 근사 비율(Log Likelihood Ratio, 이하 'LLR'이라 칭함) 계산부(14), 연입력 연출력(Soft Input Soft Output ,이하 'SISO'라 칭함) 채널 복호부(16) 및 심볼 추정부(18)를 포함한다.

심볼 추정부(18)는 코드비트 사후 LLR 값을 코드비트 사전 LLR 값으로 사용하여 심볼 추정값 및 비트 단위의 확률값을 출력한다.

여기서, 심볼 추정부(18)는 상기 심볼 추정값을 MIMO 검출부(12)로 출력하 고, 상기 비트 단위의 확률값을 LLR 계산부(14)로 출력한다.

MIMO 검출부(12)는 상기 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 검출한다.

여기서, MIMO 검출부(12)는 상기 심볼 추정값을 사용하여 안테나 간 간섭이 제거된 상기 심볼을 산출하는 것이다.

즉, MIMO 검출부(12)는 상기 연성 판정치를 이용하여 LLR 계산부(14)에서 비트 단위의 LLR 값을 산출하는데 필요한 상기 심볼 단위의 출력을 전달한다.

LLR 계산부(14)는 상기 비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위의 LLR 값을 산출한다.

여기서, LLR 계산부(14)는 상기 심볼 및 상기 비트 단위의 확률값을 이용하여 상기 비트 단위의 LLR 값을 반복 검출하여 낮은 시스템 복잡도를 유지하면서도 성능 열화가 적도록 한다.

여기서, 로그 근사 비율 값(LLR)은 상기 심볼을 복원하기 위하여 필수적으로 계산하여 한다.

따라서, LLR 계산부(14)는 근사화된 상기 비트 단위의 LLR 값을 다음의 [수학식 1]을 통하여 산출한다.

log(p₁₁×p₁₂×p₁₃…×p_1N + p₂₁×…×p_2N + p_M1×p_M2×…×p_MN) = log(P₁+P₂+…+P_M)

≒ log(P_max1 + P_max2)

여기서, log는 자연로그이고, P_n은 p_n1×p_n2×p_n3…×p_nN의 N번째까지의 집합이며, P_max는 각각의 P_M 집합의 확률값이고, P_max1는 제1 확률값이고, P_max2 는 제2 확률값이다.

즉, [수학식 1]에 대하여 설명하면 다음과 같다.

좌측편의 log(p₁₁×p₁₂×p₁₃…×p_1N + p₂₁×…×p_2N + p_M1×p_M2×…×p_MN)은 각 비트 단위의 LLR 값을 반복 산출한 값이고, 우측편의 log(P₁+P₂+…+P_M)은 각 비트에 대한 집합을 나타낸 값이다.

여기서, 좌측편 및 우측편의 식을 근사화한 것이 log(P_max1 + P_max2)이며, 확률값 중 상기 제1, 2 확률값으로 근사화된 상기 비트 단위의 LLR 값을 산출한다.

SISO 채널 복호부(16)는 상기 비트 단위의 LLR 값를 사용하여 상기 입력 신호의 에러가 교정된 상기 코드비트 사후 LLR 값을 출력한다.

여기서, SISO 채널 복호부(16)는 LLR 계산부(14)로부터 출력되는 상기 비트 단위의 LLR 값을 소정 규칙에 의해 인터리빙하는 인터리버(16a), 인터리버(16a)에서 인터리빙 된 상기 비트 단위의 LLR 값을 소정 복조 방식으로 복조하여 상기 코드비트 사후 LLR 값을 출력하는 SISO 채널 디코더(16b) 및 상기 코드비트 사후 LLR 값을 디인터리빙하여 출력하는 디인터리버(16c)를 포함한다.

여기서, 상기 확률값은 지수(exponent)부와 가수(mantissa)부로 각각 분리하 며, 상기 제1, 2 확률값은 상기 지수부의 합이다.

이때, MIMO 검출부(12)는 상기 심볼 추정값을 통하여 상기 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 복원한다.

도 2 는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신기의 동작방법을 나타내는 순서도이다.

도 2 를 참조하면, MIMO 검출부(12)는 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 입력 신호에서 심볼을 검출하여 LLR 계산부(14)로 출력한다(S100).

이때, LLR 계산부(14)는 상기 심볼과 비트 단위의 확률값을 이용하여 비트 단위의 LLR 값을 검출한다. 즉, LLR 계산부(14)는 상기 비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위의 LLR 값을 산출한다(S102).

SISO 채널 복호부(16)는 상기 비트 단위의 LLR 값를 사용하여 상기 입력 신호의 에러가 교정된 코드비트 사후 LLR 값을 출력한다(S104).

심볼 추정부(108)는 상기 코드비트 사후 LLR 값을 코드비트 사전 LLR 값으로 사용하여 상기 심볼 추정값 및 상기 비트 단위의 확률값을 산출하여 상기 심볼 추정값을 MIMO 검출부(12)로 출력하고, 각각의 비트 단위의 확률값을 LLR 계산기(14)로 출력한다(S106).

여기서, (S106) 단계 이후, (S100) 단계로 리턴되어 반복 복조 및 복호과정을 수행한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시 예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

도 1 은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신기를 나타내는 기능 블록도이다.

도 2 는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신기의 동작방법을 나타내는 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 수신기 12: MIMO 검출부

14: LLR 계산부 16: SISO 복호부

18: 심볼 추정부

Claims (4)

1. 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 검출하는 다중입력 다중출력 검출부;

   비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위 로그 근사 비율(LLR, Log Likelihood Ratio) 값을 산출하는 로그 근사 비율 계산부;

   상기 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 사용하여 입력 신호의 에러가 교정된 상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 출력하는 연입력 연출력 채널 복호부; 및

   상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 코드비트 사전 로그 근사 비율 값으로 사용하여 상기 심볼 추정값 및 상기 비트 단위의 확률값을 출력하는 심볼 추정부를 포함하는 통신 시스템의 반복 수신기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1, 2 확률값은

   상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 첫 번째 큰 확률값과 두 번째 큰 확률값 인 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 반복 수신기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 확률값은 지수(exponent)부와 가수(mantissa)부로 각각 분리하며,

   상기 제1, 2 확률값은,

   상기 지수부의 합인 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 반복 수신기.
4. 심볼 추정값에 따라 안테나 간 간섭이 제거된 심볼을 검출하는 단계;

   비트 단위의 확률값 및 상기 심볼을 통하여 확률 분포 함수를 계산하고, 상기 확률 분포 함수에 대한 확률값 중 제1, 2 확률값으로 근사화된 비트 단위 로그 근사 비율 값을 산출하는 단계;

   상기 비트 단위의 로그 근사 비율 값을 사용하여 입력 신호의 에러가 교정된 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 출력하는 단계; 및

   상기 코드비트 사후 로그 근사 비율 값을 코드비트 사전 로그 근사 비율 값으로 사용하여 상기 심볼 추정값 및 상기 비트 단위의 확률값을 출력하는 단계를 포함하는 통신 시스템의 반복 수신기 동작방법.

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