KR20090111460A - Apparatus and method for selecting codebook in receiver of mimo system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A code book selection method in a multiple input-output system and an apparatus thereof for minimizing packet error rate are provided to select a precoding matrix for maximizing signal to noise ratio using a V-BLAST/D(V-BLAST with decoding) method. CONSTITUTION: A code book selection method in a multiple input-output system and an apparatus thereof for minimizing packet error rate are as follows. The channel information is estimated from receiving signal(303). An order of each multi-level hierarchy is determined by performing channel arrangement(305). Signal to ratio of the channel is calculated about precoding matrix within a code book(307). The precoding matrix is selected for maximizing the signal to ratio with minimum value.

Description

다중입출력 시스템의 수신기에서 코드북 선택 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING CODEBOOK IN RECEIVER OF MIMO SYSTEM}Codebook selection method and apparatus in receiver of multi-input and output system {APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING CODEBOOK IN RECEIVER OF MIMO SYSTEM}

다중입출력 시스템의 수신기에서 코드북 선택 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 V-BLAST/D(V-BLAST with decoding) 기법을 이용하는 수신기에서 각 채널의 출력 스트림 성능을 고려하여 기 저장된 코드북에서 특정 코드북을 선택하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for selecting a codebook in a receiver of a multiple input / output system. In particular, in a receiver using a V-BLAST / D technique, a specific codebook is selected from a stored codebook in consideration of the output stream performance of each channel. A method and apparatus are provided.

일반적으로, 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템에서는 송수신단이 다수의 안테나들을 사용함으로 인해 송수신단 간에 다수의 채널들이 형성됨으로써, 상기 MIMO 시스템에서는 다수의 채널들의 영향을 고려하여 신호를 송수신한다. 즉, 상기 채널의 영향을 고려하여 송수신 성능을 높이기 위한 방안으로 상기 송수신단 간에 미리 약속된 프리코딩 행렬(Precoding Matrix) 집합인 코드북을 이용하여 송신신호에 특정 프리코딩 행렬을 곱함으로써 수신단의 수신 성능을 향상시키는 코드북 기반의 폐루프(CL : Close Loop) MIMO 시 스템이 제공되고 있다.In general, in a multiple input multiple output (MIMO) system, a plurality of channels are formed between a transmitter and a receiver because a transmitter and a receiver use a plurality of antennas, so that the influence of a plurality of channels is affected in the MIMO system. Consider sending and receiving signals. That is, in order to improve the transmission and reception performance in consideration of the influence of the channel, the reception performance of the receiving end by multiplying a transmission signal by a specific precoding matrix using a codebook, which is a set of precoding matrixes previously promised between the transmitting and receiving ends. A codebook-based closed loop (CL) MIMO system is provided to improve the performance.

상기 코드북 기반의 폐루프 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신신호와 수신신호의 관계는 하기 수학식 1과 같다. In the codebook-based closed loop multiple input / output wireless communication system, a relationship between a transmission signal and a reception signal is expressed by Equation 1 below.

Figure 112008028573614-PAT00001
Figure 112008028573614-PAT00001

여기서, 상기 Yk는 k번째 부채널에 대한 수신신호를 의미하며, 상기 Hk는 k번째 부채널을 가리키는 행렬을 의미하며, Fk는 k번째 부채널의 송신단에서 곱해지는 Nt×M 크기의 프리코딩 행렬을 의미하며, xk는 송신신호 벡터로서 기지국의 k번째 안테나에서 송신되는 신호를 의미하고, 상기 nk는 k번째 부채널에 대한 백색부가잡음(AWGN : Additive White Gaussian Noise) 벡터를 의미한다. Where Y k denotes a received signal for a k-th subchannel, H k denotes a matrix indicating a k-th subchannel, and F k denotes an Nt × M size multiplied by a transmitter of a k-th subchannel. X k denotes a signal transmitted from a k-th antenna of a base station as a transmission signal vector, and n k denotes an Additive White Gaussian Noise (AWGN) vector for a k-th subchannel. it means.

여기서, 상기 코드북 기반의 폐루프 MIMO 시스템 시스템에서는 상기 수신단이 어떤 프리코딩 행렬을 선택하는지에 따라 수신단의 수신 성능이 좌우된다. In the codebook-based closed loop MIMO system, the receiving performance of the receiving end depends on which precoding matrix the receiving end selects.

종래에 제공되는 ML(Maximum Likelihood) 기법과 MMSE(Minimum Mean Square Error)기반의 선형필터를 이용하는 기법에서 프리코딩 행렬 선택 방법에 대해 살펴보면, 상기 ML 기법과 MMSE 기법은 각각 하기 수학식 2 및 3과 같이 상기 프리코딩 행렬을 선택한다.Looking at a method of selecting a precoding matrix in a conventional method using a maximum likelihood (ML) technique and a linear mean filter based on a minimum mean square error (MMSE), the ML technique and the MMSE technique are represented by Equations 2 and 3, respectively. Likewise, the precoding matrix is selected.

하기 수학식 2는 ML 기법의 프리코딩 행렬 선택 방법을 나타낸다.Equation 2 below shows a precoding matrix selection method of the ML technique.

Figure 112008028573614-PAT00002
Figure 112008028573614-PAT00002

여기서, 상기 F는 선택된 프리코딩 행렬을 의미하며, 상기 C는 코드북을 의미하여, 상기 Fi는 코드북에 포함된 i번째 프리코딩 행렬, 즉 i번째 부채널의 송신단에서 곱해지는 Nt×M 크기의 프리코딩 행렬을 의미하며, dmin은 수신 최소 거리를 의미한다.F denotes a selected precoding matrix, C denotes a codebook, and F i denotes an i-th precoding matrix included in the codebook, that is, an Nt × M size multiplied by the i-th subchannel transmitting end. The precoding matrix, and d min means the minimum reception distance.

하기 수학식 3은 MMSE 기법의 프리코딩 행렬 선택 방법을 나타낸다.Equation 3 below shows a method of selecting a precoding matrix of the MMSE technique.

Figure 112008028573614-PAT00003
Figure 112008028573614-PAT00003

여기서, 상기 F는 선택된 프리코딩 행렬을 의미하며, 상기 C는 코드북을 의미하여, 상기 Fi는 코드북에 포함된 i번째 프리코딩 행렬, 즉 i번째 부채널의 송신단에서 곱해지는 Nt×M 크기의 프리코딩 행렬을 의미하며, 상기 SNRl MMSE은 l번째 필터 출력 스트림의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 나타낸다. F denotes a selected precoding matrix, C denotes a codebook, and F i denotes an i-th precoding matrix included in the codebook, that is, an Nt × M size multiplied by the i-th subchannel transmitting end. The SNR l MMSE represents a signal to noise ratio (SNR) of the l-th filter output stream.

상기 수학식 2 및 3에 나타낸 바와 같이 ML 수신기는 수신 최소 거리를 최대화하는 프리코딩 행렬을 선택하며, MMSE 수신기는 가장 성능이 나쁜 스트림의 SNR을 최대화하는 프리코딩 행렬을 선택한다. As shown in Equations 2 and 3, the ML receiver selects a precoding matrix that maximizes the minimum reception distance, and the MMSE receiver selects a precoding matrix that maximizes the SNR of the worst performing stream.

한편, 종래에 제공되는 상기 ML 기법은 높은 성능을 가지지만 높은 복잡도를 요구하며, 상기 MMSE 기법은 낮은 복잡도를 가지면서 데이터 간의 간섭을 효과적으로 제거할 수 있으나 성능이 낮은 문제점을 가진다. On the other hand, the ML technique provided in the prior art has a high performance but requires a high complexity, the MMSE technique has a low complexity, but can effectively remove the interference between data while having a low complexity.

이에 따라, 종래에는 상기 성능과 복잡도 사이에 존재하는 트레이드 오프(trade-off)를 극복하기 위하여 V-BLAST(Vertical Bell Labs Layered Space Time) 기법이 제공되고 있다. 하지만, 잘 알려진 바와 같이 이전에 검출된 신호가 잘못 복원된 경우 성능이 더욱 열화되는 오류 전파(error propagation) 현상을 갖게 되기 때문에 이를 극복하기 위하여 SIC(Successive interference cancellation) 구조의 V-BLAST/D(V-BLAST with decoding) 기법이 제공되고 있다. 여기서, 상기 V-BLAST/D 기법을 이용하는 수신기는 도 1에 도시된 바와 같이 구성됨으로써, RLO(Representative Layer Ordering) 계산을 통해 채널 정렬을 수행한 후, 이전 계층에서 검출된 심볼을 그대로 제거하지 않고, 채널 코드의 강력한 오류 정정 능력을 바탕으로 보다 정확한 심볼 값을 추정하여 간섭을 제거한다. 이때, 상기 채널 코드가 강력할수록 추정된 심볼이 송신단에서 실제로 송신된 심볼과 동일하게 되어 다음 계층에서의 간섭을 순차적으로 제거할 수 있어 큰 폭의 성능 이득을 가질 수 있다.Accordingly, conventional Bell Labs Layered Space Time (V-BLAST) techniques have been provided to overcome trade-offs that exist between the performance and complexity. However, as is well known, V-BLAST / D (Successive interference cancellation) structure of SIC (Successive interference cancellation) structure is overcome in order to overcome the error propagation which degrades performance when the previously detected signal is incorrectly restored. V-BLAST with decoding) technique is provided. Here, the receiver using the V-BLAST / D scheme is configured as shown in Figure 1, after performing the channel alignment through the Representative Layer Ordering (RLO) calculation, without removing the symbols detected in the previous layer as it is Based on the robust error correction capability of the channel code, the interference is eliminated by estimating more accurate symbol values. In this case, the stronger the channel code is, the more the estimated symbol becomes the same as the symbol actually transmitted at the transmitter, so that interference in the next layer can be sequentially removed, thereby having a large performance gain.

상기 V-BLAST/D 기법을 이용하는 수신기는 각 채널의 성능에 따라 채널을 정렬(Odering)하여 성능이 좋은 채널 계층으로부터 다음 채널 계층으로의 간섭 제거(cancellation) 작업을 수행하기 때문에 각 출력 스트림의 성능이 계층적인 구조를 갖게 된다.The receiver using the V-BLAST / D technique performs channel cancellation according to the performance of each channel to perform interference cancellation from the channel layer having the highest performance to the next channel layer. It has this hierarchical structure.

하지만, 종래에 제공되는 수신 기법에서와 같이 수신단에서 미리 저장된 코드북의 프리코딩 행렬들에 대하여 각 채널 계층의 수신 SNR을 계산하고, 가장 높은 성능을 가지는 프리코딩 행렬의 색인을 기지국으로 피드백하는 기법은 각 계층별로 독립적인 성능을 갖는 수신기법에 적용하기 적합하다. 즉, 상기 V-BLAST/D 기법은 각 채널 계층의 수신 SNR이 이전 계층에서의 수신에 영향을 받아 각 채널의 출력 스트림 성능이 계층적인 구조를 가지므로, 상기와 같은 높은 성능을 가지는 프리코딩 행렬을 선택하는 기법이 적합하지 않다.However, as in the conventionally provided reception scheme, a technique of calculating a reception SNR of each channel layer with respect to precoding matrices of a codebook stored in advance at the receiving end, and feeding back the index of the highest coding precoding matrix to the base station It is suitable to apply to receiver method which has independent performance for each layer. That is, in the V-BLAST / D scheme, since the reception SNR of each channel layer is affected by the reception in the previous layer, the output stream performance of each channel has a hierarchical structure. The technique of selecting is not suitable.

따라서, 상기 V-BLAST/D 기법의 비선형적인 성질에 기인하여 각 채널 계층의 출력 스트림 성능 간에 갖는 계층 구조를 반영하는 프리코딩 행렬 선택 기법이 제공될 필요가 있다.Therefore, due to the nonlinear nature of the V-BLAST / D scheme, there is a need to provide a precoding matrix selection scheme that reflects the hierarchical structure between output stream capabilities of each channel layer.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수신기에서 코드북 선택 방법 및 장치를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for selecting a codebook in a receiver.

본 발명의 다른 목적은 V-BLAST/D(V-BLAST with decoding) 기법을 이용하는 수신기에서 각 계층의 출력 스트림 성능을 고려하여 프리코딩 행렬을 선택하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for selecting a precoding matrix in consideration of an output stream performance of each layer in a receiver using a V-BLAST / D technique.

본 발명의 또 다른 목적은 V-BLAST/D 기법을 이용하는 수신기에서 성능이 가장 나쁜 스트림의 신호대 간섭 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio)를 최대화하는 프리코딩 행렬을 선택하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method and apparatus for selecting a precoding matrix that maximizes a signal to interference and noise ratio of a worst performing stream in a receiver using a V-BLAST / D technique. .

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중입출력 시스템의 수신기에서 코드북 선택 방법은, 수신 신호로부터 채널 정보를 추정하는 과정과, 채널 정렬을 수행하여 각 채널 계층의 순서를 결정하는 과정과, 상기 추정된 채널 정보와 채널 계층의 순서를 이용하여 기 저장된 코드북 내의 프리코딩 행렬 각각에 대한 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비를 계산하는 과정과, 상기 계산된 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비들 중 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 최대화시키는 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above objects, a codebook selection method in a receiver of a multiple input / output system includes estimating channel information from a received signal and performing channel alignment to determine the order of each channel layer. Calculating a layer-by-layer signal-to-interference noise ratio of each channel for each precoding matrix in a pre-stored codebook using the estimated channel information and the order of the channel layer; and calculating the layer-to-layer signal-to-interference noise ratio of the channel. And selecting a precoding matrix for maximizing a signal-to-interference noise ratio having a minimum value among them.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중입출력 시스템의 수신기에서 코드북 선택 장치는, 수신신호로부터 채널 정보를 추정하는 채널 추정기와, 채널 정렬을 통해 각 채널 계층의 순서를 결정하여 신호 복호를 수행하는 복호기와, 상기 추정된 채널 정보와 채널 계층의 순서를 이용하여 기 저장된 코드북 내의 프리코딩 행렬 각각에 대한 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비를 계산하고, 상기 계산된 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비들 중 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 최대화시키는 프리코딩 행렬을 선택하는 코드북 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above objects, a codebook selection apparatus in a receiver of a multiple input / output system includes a channel estimator for estimating channel information from a received signal, and determining the order of each channel layer through channel alignment. A decoder for performing signal decoding, and calculating a signal-to-interference noise ratio of each channel for each precoding matrix in a pre-stored codebook using the estimated channel information and the order of the channel layers, and calculating the layer-by-layer of the calculated channel. And a codebook selector for selecting a precoding matrix that maximizes the signal-to-interference noise ratio having the minimum of the signal-to-interference noise ratios.

본 발명은 V-BLAST/D(V-BLAST with decoding) 기법을 이용하는 수신기에서 각 계층의 출력 스트림 성능을 고려하여 성능이 가장 나쁜 스트림의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio)를 최대화하는 프리코딩 행렬을 선택함으로써, 기존의 방법에 비하여 패킷 에러율을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a precoding matrix that maximizes the signal-to-noise ratio of the worst performing stream in consideration of the output stream performance of each layer in a receiver using the V-BLAST / D technique. By selecting, the packet error rate can be minimized as compared with the conventional method.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.이하 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하 본 본 발명에서는 V-BLAST/D(V-BLAST with decoding) 기법을 이용하는 수신기에서 각 계층의 출력 스트림 성능을 고려하여 프리코딩 행렬을 선택하는 방법 및 장치에 관해 설명할 것이다. 이하 설명에서는 2×2 안테나 시스템을 예로 들어 설명하며, 프리코딩에 사용되는 코드북을 F = {F 1, F 2, ..., F N}과 같이 정의하고, 상기 코드북을 구성하는 각 행렬이 단일(unitary) 행렬이고, 코드북의 크기 N은 2B임을 가정한다.Hereinafter, the present invention will be described with respect to a method and apparatus for selecting a precoding matrix in consideration of the output stream performance of each layer in a receiver using a V-BLAST / D technique. In the following description, a 2x2 antenna system is described as an example, and codebooks used for precoding are defined as F = { F 1 , F 2 , ..., F N }, and each matrix constituting the codebook is It is assumed that this is a unitary matrix, and the size N of the codebook is 2 B.

도 2는 본 발명에 따른 코드북 기반의 OFDM 시스템에서 수신기의 블록 구성 도시하고 있다.2 is a block diagram of a receiver in a codebook based OFDM system according to the present invention.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 수신기는 두 개의 안테나(200, 201), 채널 추정기(202), OFDM복조기(204, 206), V-BLAST/D(V-BLAST with decoding)복호기(208), 코드북(210), 코드북 선택기(212)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the receiver includes two antennas 200 and 201, a channel estimator 202, an OFDM demodulator 204 and 206, and a V-BLAST / D (V-BLAST with decoding) decoder 208. , A codebook 210, and a codebook selector 212.

먼저, 상기 채널 추정기(202)는 상기 두 개의 안테나(200, 201)를 통해 수신된 신호들의 채널 정보를 추정하고, 추정된 채널 정보를 이용하여 채널행렬을 구성한 후, 코드북 선택기(2128)로 제공한다.First, the channel estimator 202 estimates channel information of signals received through the two antennas 200 and 201, configures a channel matrix using the estimated channel information, and then provides the codebook selector 2128. do.

이때, i번째 단계에서의 번형된 수신벡터 yi는 하기 수학식 4와 같이 나타낸다.In this case, the transformed reception vector yi in the i th step is represented by Equation 4 below.

Figure 112008028573614-PAT00004
Figure 112008028573614-PAT00004

여기서, yi는 수신벡터를 의미하며, Fn은 기 저장된 코드북 내에서 n번째 프리코딩 행렬을 의미하며, He(Fn)은 상기 Fn에 대하여 RLO를 수행한 후 내림차순으로 정렬된 유효 채널을 의미하며, He ,i(Fn)은 [He ,i He ,i+1 … He , Nt]T를 의미한다.Where yi denotes a reception vector, F n denotes the nth precoding matrix in a pre-stored codebook, and H e (F n ) denotes an effective channel arranged in descending order after performing RLO on the F n . H e , i (F n ) means [H e , i H e , i + 1 . H e , Nt ] T.

상기 OFDM복조기(204, 206)는 수신신호를 OFDM 심벌 단위로 구분하고, CP를 제거한 후, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파별 신호를 복원한 후, 상기 V-BLAST/D 복호기(208)로 제공한다.The OFDM demodulators 204 and 206 divide the received signals into OFDM symbol units, remove CPs, restore signals for subcarriers through fast fourier transform (FFT) operations, and then use the V-BLAST / D decoder 208. To provide.

상기 V-BLAST/D 복호기(208)는 상기 OFDM복조기(204, 206)로부터 출력되는 신호들에 대하여 복조 및 복호 과정을 수행하여 송신기에서 송신된 원 신호를 출력한다. 여기서, 상기 V-BLAST/D 복호기(208)는 도 1에 도시된 바와 같이, RLO 계산부와 복호기, 그리고 각 계층별로 신호 프로세서, 디 매핑기, 디인터리버, 복호 및 재부호기, 인터리버, 매핑기, 계층 제거기를 포함함으로써, RLO(Representative Layer Ordering) 계산을 통해 채널 용량을 기준으로 채널 계층을 정렬한 후, 상기 채널 용량이 큰 채널 계층의 신호를 복호한 후, 다시 부호화하여 다음 채널 계층의 간섭을 제거(cancellation)하여 신호를 복호한다. The V-BLAST / D decoder 208 demodulates and decodes the signals output from the OFDM demodulators 204 and 206 to output the original signal transmitted from the transmitter. As shown in FIG. 1, the V-BLAST / D decoder 208 includes an RLO calculator and a decoder, and a signal processor, a demapper, a deinterleaver, a decoder and a recoder, an interleaver, and a mapper for each layer. , By including a layer remover, aligning the channel layer based on the channel capacity through RLO (Representative Layer Ordering) calculation, decoding the signal of the channel layer having the large channel capacity, and then re-encoding the interference of the next channel layer. The signal is decoded by canceling the signal.

상기 코드북(210)은 프리코딩 행렬(Precoding Matrix) 집합인 코드북을 저장하며, 이때 상기 코드북은 송수신기 간에 미리 약속된 것이다.The codebook 210 stores a codebook, which is a set of precoding matrices, wherein the codebook is previously promised between the transceivers.

상기 코드북 선택기(212)는 상기 채널 추정기(202)로부터 추정된 채널정보와 상기 V-BLAST/D 복호기(208)에서 RLO를 통해 결정된 채널 순서를 제공받아 상기 코 드북(210)에 저장된 프리코딩 행렬들 중 최적의 프리코딩 행렬을 선택한다. The codebook selector 212 receives the channel information estimated by the channel estimator 202 and the channel order determined through the RLO in the V-BLAST / D decoder 208 and stores the precoding matrix stored in the codebook 210. Select the optimal precoding matrix among these.

자세히 말해, 상기 코드북 선택기(212)는 추정된 채널 정보와 채널 순서를 이용하여 각 채널 계층의 신호대 간섭 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio; 이하 'SINR'이라 칭함)를 계산한다. 이때, 상기 SINR은 하기 수학식 5에 나타낸 바와 같은 방식으로 계산된다.In detail, the codebook selector 212 calculates a Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) of each channel layer by using estimated channel information and channel order. At this time, the SINR is calculated in the manner as shown in Equation 5 below.

Figure 112008028573614-PAT00005
Figure 112008028573614-PAT00005

여기서, 상기 SINRi ( VB )(Fn)은 기 저장된 코드북 내에서 n번째 프리코딩 행렬(Fn)에 대한 i번째 채널 계층의 SINR을 의미하며, He ,i(Fn)은 상기 Fn에 대하여 RLO를 수행한 후 내림차순으로 정렬된 i번째 유효 채널을 의미하며, *는 공액(conjugation)화를 의미하며, Nt는 송신기의 안테나 수를 의미하며, Es는 송신심볼의 에너지를 의미하며, No는 백색 가우시안 잡음을 의미한다. 그리고, M은 비트스트림 수이며, IM은 비트 스트리밍에 대한 단위행렬을 의미한다.Here, the SINR i ( VB ) (F n ) means the SINR of the i-th channel layer with respect to the n-th precoding matrix F n in a previously stored codebook, and H e , i (F n ) denotes the F The i th effective channel is arranged in descending order after RLO for n , * means conjugation, N t means the number of antennas of the transmitter, and E s is the energy of the transmission symbol. No means white Gaussian noise. M is the number of bitstreams, and IM is the unit matrix for bitstreaming.

상기 코드북 선택기(212)는 본 발명에 따라 상기와 같이 상기 코드북(210)의 각 프리코딩 행렬에 따른 각 채널 계층의 SINR을 계산한 후, 상기 각 채널 계층의 SINR 중 최소 값을 최대로 하는 프리코딩 행렬을 선택한다. 즉, 상기 코드북 선택기(212)는 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같은 조건을 만족하는 프리코딩 행렬을 선 택한다.The codebook selector 212 calculates the SINR of each channel layer according to each precoding matrix of the codebook 210 according to the present invention, and then maximizes the minimum value of the SINR of each channel layer. Select a coding matrix. That is, the codebook selector 212 selects a precoding matrix that satisfies the condition shown in Equation 6 below.

Figure 112008028573614-PAT00006
Figure 112008028573614-PAT00006

여기서, Fs는 선택된 프리코딩 행렬을 의미하며,

Figure 112008028573614-PAT00007
는 n번째 프리코딩 행렬에 대해 최소값을 갖는 SINR을 의미한다. 즉, 상기 코드북 선택기(212)는 n번째 프리코딩 행렬에 대한 각 채널 계층의 SINR 값들 중 최소값을 갖는 SINR을 각 프리코딩 행렬별로 검출한 후, 검출된 SINR들 중 최대값을 갖는 SINR에 대한 프리코딩 행렬을 선택한다.Here, F s means the selected precoding matrix,
Figure 112008028573614-PAT00007
Denotes an SINR having a minimum value for the nth precoding matrix. That is, the codebook selector 212 detects an SINR having a minimum value among SINR values of each channel layer with respect to an nth precoding matrix for each precoding matrix, and then frees an SINR having a maximum value among the detected SINRs. Select a coding matrix.

이후, 상기 코드북 선택기(212)는 상기 선택된 프리코딩 행렬의 색인(index)을 피드백 제어채널을 통해 송신기로 피드백한다. 이때, 상기 프리코딩 행렬의 색인을 피드백함은 상기 송신기가 상기 수신기의 코드북에 대한 정보를 미리 알고 있기 때문이다.The codebook selector 212 then feeds back the index of the selected precoding matrix to the transmitter via a feedback control channel. In this case, the feedback of the index of the precoding matrix is because the transmitter knows the information about the codebook of the receiver in advance.

도 3은 본 발명에 따른 코드북 기반의 OFDM 시스템에서 수신기에서 프리코더 행렬을 선택하는 절차를 도시하고 있다.3 shows a procedure for selecting a precoder matrix in a receiver in a codebook based OFDM system according to the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 상기 수신기는 301단계에서 다중 안테나를 통해 송신기로부터 신호를 수신한 후, 303단계에서 상기 수신된 신호로부터 채널을 추정하여 채널행렬을 구성하고, 305단계로 진행하여 RLO를 통해 채널 용량을 기준으로 각 채 널 계층의 순서를 결정한다. Referring to FIG. 3, in step 301, the receiver receives a signal from a transmitter through a multiple antenna, and then in step 303, a channel is estimated from the received signal to construct a channel matrix. Through the channel capacity, the order of each channel layer is determined.

이후, 상기 수신기는 307단계에서 추정된 채널 정보와 상기 채널 계층의 순서를 이용하여 기 저장된 코드북의 각 프리코더 행렬에 대한 계층별 SINR을 계산한다. 이때, 상기 수신기는 상기 수학식 5를 이용하여 상기 계층별 SINR을 계산한다.Thereafter, the receiver calculates a layer-specific SINR for each precoder matrix of a pre-stored codebook using the channel information estimated in step 307 and the order of the channel layer. In this case, the receiver calculates the SINR for each layer using Equation 5.

이후, 상기 수신기는 309단계에서 상기 각각의 프리코딩 행렬에 대한 각 채널 계층의 SINR 값들 중에서 최소값을 갖는 SINR을 각 프리코딩 행렬별로 검출한 후, 검출된 SINR들 중 최대값을 갖는 SINR에 대한 프리코딩 행렬을 선택한다. 즉, 상기 수신기는 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같은 조건을 만족하는 프리코딩 행렬을 선택한다.In step 309, the receiver detects an SINR having a minimum value among SINR values of each channel layer for each precoding matrix for each precoding matrix, and then stores a free SINR having a maximum value among the detected SINRs. Select a coding matrix. That is, the receiver selects a precoding matrix that satisfies the condition as shown in Equation 6 above.

이후, 상기 수신기는 311단계에서 상기 선택된 프리코딩 행렬의 색인(index)을 피드백 제어채널을 통해 송신기로 피드백한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.Thereafter, in step 311, the receiver feeds back the index of the selected precoding matrix to the transmitter through a feedback control channel, and then ends the algorithm according to the present invention.

도 4는 종래 기술에 따른 수신기에서 계층별 패킷 에러율을 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 여기서, 상기 도 4는 종래 기술에 따른 V-BLAST/D 수신기의 PER(Packet Error Rate) 성능을 나타낸다. 이때, 가로축은 SNR(Signal to Noise Ratio) 나타내며, 세로축은 상기 PER을 나타내고, 코드율이 1/3인 경우와 3/4인 경우를 각각 나타낸다.4 is a graph illustrating a packet error rate for each layer in a receiver according to the prior art. 4 illustrates the performance of a packet error rate (PER) of a V-BLAST / D receiver according to the prior art. In this case, the horizontal axis represents the Signal to Noise Ratio (SNR), the vertical axis represents the PER, and the code rate is 1/3 and 3/4, respectively.

상기 도 4를 참조하면, RLO를 수행한 두 채널 계층(first layer와 second layer)간의 성능이 큰 차이를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 첫 번째 채널 계층으로부 터 두 번째 채널 계층으로의 간섭 제거 수행 이후에 상기 두 번째 채널 계층의 성능이 오류 전파 현상에 따라 상기 첫 번째 채널 계층의 성능보다 낮아지게 됨을 알 수 있다. 또한, 평균 성능이 상기 두 번째 채널 계층의 성능과 동일하게 나타남으로써, 상기 두 번째 채널 계층의 성능이 전체 성능을 결정함을 알 수 있다. 한편, 두 번째 채널 계층의 간섭 제거가 완벽하게 수행되었을 경우(Genie cancel) 코드율 1/3에서는 오류 전파가 거의 발생되지 않으나, 코드율 3/4에서는 오류 전파 현상으로 인해 약 1/5dB의 성능 열화가 발생됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the performance between two channel layers (first layer and second layer) on which RLO is performed shows a large difference. That is, after performing the interference cancellation from the first channel layer to the second channel layer, it can be seen that the performance of the second channel layer is lower than that of the first channel layer due to error propagation. In addition, it can be seen that the average performance is equal to the performance of the second channel layer, so that the performance of the second channel layer determines the overall performance. On the other hand, when the interference cancellation of the second channel layer is completely performed (Genie cancel), almost no error propagation occurs at the code rate 1/3, but at the code rate 3/4, about 1/5 dB of performance is caused by the error propagation phenomenon. It can be seen that deterioration occurs.

도 5는 종래 기술과 본 발명에 따른 수신기에서 계층별 패킷 에러율을 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 여기서, 상기 도 5는 종래 기술에 따라 코드북을 이용하지 않는 개방 루프 시스템의 경우(no precoding), 본 발명에서 제안하는 프리코딩 행렬 선택 방법을 이용하는 경우(proposed precoding), 전형적인 SNR에 따른 프리코딩 행렬 선택 방법을 이용하는 경우(conventional SNR precoding) 및 하나의 프리코딩 행렬만을 이용하는 경우(CDD only precoding)의 수신기 성능을 각각 도시하고 있다. 이때, 가로축은 SNR(Signal to Noise Ratio) 나타내며, 세로축은 상기 PER을 나타내고, 코드율이 1/3인 경우와 3/4인 경우를 각각 나타낸다.5 is a graph illustrating packet error rates for layers in a receiver according to the related art and the present invention. 5 illustrates a precoding matrix according to a typical SNR in the case of an open loop system that does not use a codebook according to the prior art (no precoding), and when using a precoding matrix selection method proposed by the present invention (proposed precoding). The receiver performances in the case of using the selection method (conventional SNR precoding) and in the case of using only one precoding matrix (CDD only precoding) are respectively shown. In this case, the horizontal axis represents the Signal to Noise Ratio (SNR), the vertical axis represents the PER, and the code rate is 1/3 and 3/4, respectively.

상기 도 5를 참조하면, 종래 기술에 따라 프리코딩 행렬을 선택하는 경우 혹은 하나의 프리코딩 행렬만을 사용하는 경우의 수신기 성능은 코드북을 사용하지 않는 개방 루프 시스템에 비해 성능 이득이 없거나 성능이 열화되지만, 본 발명에 따라 프리코딩 행렬을 선택하는 수신기는 상기 방법들에 비해 높은 성능을 나타내 는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the receiver performance in the case of selecting a precoding matrix or using only one precoding matrix according to the prior art has no performance gain or degraded performance compared to an open loop system without a codebook. In addition, it can be seen that the receiver which selects the precoding matrix according to the present invention exhibits higher performance than the above methods.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

도 1은 V-BLAST/D 기법을 이용하는 수신기의 블록 구성을 도시하는 도면,1 is a block diagram illustrating a receiver using a V-BLAST / D scheme;

도 2는 본 발명에 따른 코드북 기반의 OFDM 시스템에서 수신기의 블록 구성 도시하는 도면,2 is a block diagram of a receiver in a codebook based OFDM system according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 코드북 기반의 OFDM 시스템에서 수신기에서 프리코더 행렬을 선택하는 절차를 도시하는 도면,3 is a diagram illustrating a procedure for selecting a precoder matrix in a receiver in a codebook based OFDM system according to the present invention;

도 4는 종래 기술에 따른 수신기에서 계층별 패킷 에러율을 나타내는 그래프를 도시하는 도면, 및4 is a graph illustrating a packet error rate for each layer in a receiver according to the prior art; and

도 5는 종래 기술과 본 발명에 따른 수신기에서 계층별 패킷 에러율을 나타내는 그래프를 도시하는 도면.5 is a graph showing a packet error rate for each layer in a receiver according to the prior art and the present invention;

Claims (12)

다중입출력 시스템의 수신기에서 코드북 선택 방법에 있어서,In the codebook selection method in the receiver of a multiple input and output system, 수신 신호로부터 채널 정보를 추정하는 과정과,Estimating channel information from the received signal; 채널 정렬을 수행하여 각 채널 계층의 순서를 결정하는 과정과,Determining the order of each channel layer by performing channel alignment; 상기 추정된 채널 정보와 채널 계층의 순서를 이용하여 기 저장된 코드북 내의 프리코딩 행렬 각각에 대한 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비를 계산하는 과정과,Calculating a signal-to-interference noise ratio of each channel for each precoding matrix in a pre-stored codebook using the estimated channel information and the order of the channel layers; 상기 계산된 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비들 중 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 최대화시키는 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And selecting a precoding matrix that maximizes a signal-to-interference noise ratio having a minimum value among the layer-specific signal-to-interference noise ratios of the channel. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 신호대 간섭 잡음비는, 하기 수학식 7과 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.The signal-to-interference noise ratio is calculated as in Equation 7.
Figure 112008028573614-PAT00008
Figure 112008028573614-PAT00008
 여기서, 상기 SINRi ( VB )(Fn)은 기 저장된 코드북 내에서 n번째 프리코딩 행렬(Fn)에 대한 i번째 채널 계층의 SINR을 의미하며, He ,i(Fn)은 상기 Fn에 대하여 RLO를 수행한 후 내림차순으로 정렬된 i번째 유효 채널을 의미하며, *는 공액(conjugation)화를 의미하며, Nt는 송신기의 안테나 수를 의미하며, Es는 송신심볼의 에너지를 의미하며, No는 백색 가우시안 잡음을 의미한다. 그리고, M은 비트스트림 수이며, IM은 비트 스트리밍에 대한 단위행렬을 의미함.Here, the SINR i ( VB ) (F n ) means the SINR of the i-th channel layer with respect to the n-th precoding matrix F n in a previously stored codebook, and H e , i (F n ) denotes the F The i th effective channel is arranged in descending order after RLO for n , * means conjugation, N t means the number of antennas of the transmitter, and E s is the energy of the transmission symbol. No means white Gaussian noise. M is the number of bitstreams, and IM is the unit matrix for bitstreaming. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리코딩 행렬을 선택하는 과정은,The process of selecting the precoding matrix, 상기 코드북 내의 각 프리코딩 행렬에 대한 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비들 중 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 검출하는 과정과,Detecting a signal-to-interference noise ratio having a minimum value among the layer-specific signal-to-interference noise ratios for each precoding matrix in the codebook; 상기 검출된 신호대 간섭 잡음비들 중 최대값을 갖는 신호대 간섭 잡음비에 대응되는 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Selecting a precoding matrix corresponding to a signal-to-interference noise ratio having a maximum value among the detected signal-to-interference noise ratios. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리코딩 행렬 선택은, 하기 수학식 8과 같은 조건을 만족하는 프리코 딩 행렬로 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.The precoding matrix selection is characterized in that for selecting a precoding matrix that satisfies the condition as shown in Equation (8).
Figure 112008028573614-PAT00009
Figure 112008028573614-PAT00009
 여기서, Fs는 선택된 프리코딩 행렬을 의미하며, F는 코드북을 나타내며, Fn은 상기 코드북에 포함된 n번째 프리코딩 행렬을 의미하며,
Figure 112008028573614-PAT00010
는 n번째 프리코딩 행렬(Fn)에 대해 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 의미함.Where F s denotes the selected precoding matrix, F denotes a codebook, F n denotes the nth precoding matrix included in the codebook,
Figure 112008028573614-PAT00010
Denotes a signal-to-interference noise ratio having a minimum value for the nth precoding matrix F n . 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수신기는, V-BLAST with decoding 기법을 이용하는 수신기인 것을 특징으로 하는 방법.And the receiver is a receiver using a V-BLAST with decoding technique. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널 정렬은, 각 채널의 용량을 기준으로 정렬하는 것을 특징으로 하는 방법.The channel alignment is arranged, based on the capacity of each channel. 다중입출력 시스템의 수신기에서 코드북 선택 장치에 있어서,A codebook selection device in a receiver of a multiple input / output system, 수신신호로부터 채널 정보를 추정하는 채널 추정기와,A channel estimator for estimating channel information from a received signal; 채널 정렬을 통해 각 채널 계층의 순서를 결정하여 신호 복호를 수행하는 복호기와,A decoder that performs signal decoding by determining the order of each channel layer through channel alignment; 상기 추정된 채널 정보와 채널 계층의 순서를 이용하여 기 저장된 코드북 내의 프리코딩 행렬 각각에 대한 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비를 계산하고, 상기 계산된 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비들 중 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 최대화시키는 프리코딩 행렬을 선택하는 코드북 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The signal-to-interference noise ratio of each channel for each precoding matrix in the pre-stored codebook is calculated using the estimated channel information and the order of the channel layer, and the signal-band having the minimum value among the calculated layer-to-layer signal-to-interference noise ratios of the channel. And a codebook selector for selecting a precoding matrix that maximizes the interference noise ratio. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 코드북 선택기는, 하기 수학식 9와 같이 신호대 간섭 잡음비를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.And the codebook selector calculates a signal-to-interference noise ratio as shown in Equation (9).
Figure 112008028573614-PAT00011
Figure 112008028573614-PAT00011
 여기서, 상기 SINRi ( VB )(Fn)은 기 저장된 코드북 내에서 n번째 프리코딩 행 렬(Fn)에 대한 i번째 채널 계층의 SINR을 의미하며, He ,i(Fn)은 상기 Fn에 대하여 RLO를 수행한 후 내림차순으로 정렬된 i번째 유효 채널을 의미하며, *는 공액(conjugation)화를 의미하며, Nt는 송신기의 안테나 수를 의미하며, Es는 송신심볼의 에너지를 의미하며, No는 백색 가우시안 잡음을 의미한다. 그리고, M은 비트스트림 수이며, IM은 비트 스트리밍에 대한 단위행렬을 의미함.Here, the SINR i ( VB ) (F n ) means the SINR of the i-th channel layer with respect to the n-th precoding matrix F n in a previously stored codebook, and H e , i (F n ) is After performing the RLO for F n , it means the i th effective channel arranged in descending order, * means conjugation, N t means the number of antennas of the transmitter, and E s is the energy of the transmission symbol. No means white Gaussian noise. M is the number of bitstreams, and IM is the unit matrix for bitstreaming. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 코드북 선택기는,The codebook selector, 상기 코드북 내의 각 프리코딩 행렬에 대한 채널의 계층별 신호대 간섭 잡음비들 중 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 검출한 후, 상기 검출된 신호대 간섭 잡음비들 중 최대값을 갖는 신호대 간섭 잡음비에 대응되는 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.After detecting the signal-to-interference noise ratio having the minimum value of the layer-specific signal-to-interference noise ratios for each precoding matrix in the codebook, the precoding matrix corresponding to the signal-to-interference noise ratio having the maximum value among the detected signal-to-interference noise ratios. Apparatus comprising the step of selecting a. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 코드북 선택기는, 하기 수학식 10과 같은 조건을 만족하는 프리코딩 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the codebook selector selects a precoding matrix that satisfies a condition as in Equation 10 below.
Figure 112008028573614-PAT00012
Figure 112008028573614-PAT00012
 여기서, Fs는 선택된 프리코딩 행렬을 의미하며, F는 코드북을 나타내며, Fn은 상기 코드북에 포함된 n번째 프리코딩 행렬을 의미하며,
Figure 112008028573614-PAT00013
는 n번째 프리코딩 행렬(Fn)에 대해 최소값을 갖는 신호대 간섭 잡음비를 의미함.Where F s denotes the selected precoding matrix, F denotes a codebook, F n denotes the nth precoding matrix included in the codebook,
Figure 112008028573614-PAT00013
Denotes a signal-to-interference noise ratio having a minimum value for the nth precoding matrix F n . 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 복호기는, V-BLAST with decoding 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.And the decoder uses a V-BLAST with decoding technique. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 복호기는, 각 채널의 용량을 기준으로 채널을 정렬하는 것을 특징으로 하는 장치.The decoder, characterized in that to arrange the channels based on the capacity of each channel.
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