KR20090125452A - Ofdm receiving system and method for ici cancellation and equalization for ofdm system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 직교 주파수 분할 다중 수신 시스템 및 상기 시스템에서의 부반송파간 간섭 제거 및 등화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to orthogonal frequency division multiplexing communication, and more particularly, to an orthogonal frequency division multiplexing system and a method of canceling and equalizing interference between subcarriers in the system.
높은 데이터율의 멀티미디어 서비스의 요구가 이동 환경에서의 무선 디지털 통신 및 방송 분야에서 빠르게 늘어나고 있다. 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다중 경로 페이딩 채널 내에서 이러한 요구를 만족시키는 유력한 시스템 중 하나로 주목받고 있다. 특히, DVB-H(digital video broadcasting-Handheld), Forward Link Only(FLO), Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial(ISDB-T), 그리고 Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting(TDMB) 등과 같은 대부분의 지상 디지털 방송 시스템은 OFDM을 채용하고 있다.The demand for high data rate multimedia services is rapidly increasing in the field of wireless digital communication and broadcasting in mobile environments. Orthogonal Frequency Division Multiplexing has attracted attention as one of the powerful systems that meets this need within a multipath fading channel. In particular, most terrestrial digital broadcasting systems such as digital video broadcasting-handheld (DVB-H), forward link only (FLO), integrated services digital broadcasting-terrestrial (ISDB-T), and terrestrial-digital multimedia broadcasting (TDMB) OFDM is adopted.
OFDM 시스템에서 OFDM 블록 구간 동안에 채널 응답이 변하지 않는다면 부반 송파들 간의 직교성(orthogonality)을 유지할 수 있다. 그러나 실제로는 고주파수 대역에서 고용량 데이터를 전송할 때, OFDM 시스템은 시간 및 주파수 선택적 채널(time and frequency selective channel, or doubly selective channel)을 경험하게 된다. 이러한 상황에서 직교성의 손실로 인해 부반송파간 간섭(Inter-Carrier Interference, ICI)이 발생하는 치명적인 약점이 존재한다. 게다가, 동일한 속도에서 움직임에도 불구하고 도플러 주파수는 반송파 주파수에 비례하여 증가하기 때문에, 수신 성능은 그 정도에 따라 영향을 받는다. 따라서 시간 및 주파수 선택적 채널 상에서 이러한 문제점들을 극복하기 위해, ICI를 억제하거나 제거하기 위해 많은 기법들이 연구되고 있다. 현재까지 제안된 대부분의 기법들은 검출과 복호화 사이의 반복 처리를 기반으로 하고 있으나, 계산적 복잡도가 높고 반복 과정에서 판정 오류로 인한 오류 전파(error propagation)가 발생하는 등 ICI를 효과적으로 제거하거나 억제하지 못하는 문제점이 있다. If the channel response does not change during the OFDM block period in the OFDM system, orthogonality between subcarriers may be maintained. In practice, however, when transmitting high capacity data in the high frequency band, the OFDM system experiences a time and frequency selective channel (or doubly selective channel). In this situation, there is a fatal weakness in which inter-carrier interference (ICI) occurs due to loss of orthogonality. In addition, since the Doppler frequency increases in proportion to the carrier frequency despite movement at the same speed, the reception performance is affected accordingly. Thus, to overcome these problems on time and frequency selective channels, many techniques have been studied to suppress or eliminate ICI. Most of the techniques proposed to date are based on iterative processing between detection and decoding, but they are not able to effectively remove or suppress ICI such as high computational complexity and error propagation due to decision errors in the iteration process. There is a problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 계산적 복잡도를 줄이면서 판정 오류로 인한 오류 전파를 효과적으로 경감시킬 수 있는, 직교 주파수 분할 다중 수신 시스템 및 상기 직교 주파수 분할 다중 수신 시스템에서의 ICI 제거 및 등화 방법을 제공하는 데 있다.The present invention provides an orthogonal frequency division multiplexing system and an ICI cancellation and equalization method in the orthogonal frequency division multiplexing system, which can effectively reduce error propagation due to a decision error while reducing computational complexity. There is.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 수신 시스템은, 수신 안테나를 통하여 수신된 신호에 대하여 선검출 기준에 따라 순차적 간섭 제거 기법을 이용하되 판정 오류를 고려하여 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하는 MMSE-SIC 검출기와, 반복적 ICI 제거 및 등화를 수행하기 위한, 소프트 디매퍼, SISO 디코더, ICI 제거기, MMSE 등화기를 포함하고, 상기 소프트 디매퍼는 초기 반복에서 상기 MMSE-SIC 검출기의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하고, 이후 반복에서 상기 MMSE 등화기의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하며, 상기 SISO 디코더는 상기 심볼 디매핑 결과 얻어지는 소프트 비트 정보를 SISO 디코딩하여 출력하고, 상기 ICI 제거기는 상기 SISO 디코딩된 소프트 비트 정보를 이용하여 ICI를 제거하고, 상기 MMSE 등화기는 상기 ICI가 제거된 신호에 판정 오류를 고려하여 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention uses a sequential interference cancellation technique according to a pre-detection criterion for a signal received through a receiving antenna, but minimizes the mean square error in consideration of a determination error. An MMSE-SIC detector that applies an equalization matrix to and a soft demapper, a SISO decoder, an ICI canceler, and an MMSE equalizer to perform iterative ICI removal and equalization, wherein the soft demapper includes the MMSE- Symbol demapping is performed on the output of the SIC detector, symbol demapping is performed on the output of the MMSE equalizer in the subsequent iterations, and the SISO decoder outputs SISO decoded soft bit information obtained as a result of the symbol demapping. The ICI remover removes the ICI using the SISO decoded soft bit information, The MMSE equalizer is characterized by applying an equalization matrix to minimize the mean square error in consideration of the determination error to the signal from which the ICI is removed.
여기서, 상기 MMSE-SIC 검출기의 등화 행렬은 판정 오류 공분산 행렬을 이용하여 계산될 수 있다. Here, the equalization matrix of the MMSE-SIC detector may be calculated using a decision error covariance matrix.
또한, 상기 등화 행렬은 다음 수학식에 따라 구해질 수 있다.In addition, the equalization matrix may be obtained according to the following equation.
여기서, N은 부반송파의 개수를, 은 전송 신호의 분산을, 은 잡음의 분산을, ρ는 을, H는 채널 행렬을, 는 크기 의 직 사각행렬을, 는 허미시안(Hermitian) 행렬을, 은 판정 오류 공분산 행렬을, I N은 크기 N의 단위 행렬을 나타낸다.Where N is the number of subcarriers, The dispersion of the transmitted signal, Is the variance of the noise, Where H is the channel matrix, The size Square matrix, Is a Hermitian matrix, Denotes a decision error covariance matrix, and I N denotes an identity matrix of size N.
또한, 상기 판정 오류 공분산 행렬은 다음 수학식과 같이 정의될 수 있다.In addition, the determination error covariance matrix may be defined as follows.
여기서, 는 복소 공액(complex conjugate)를 나타내고, 조건부 기대값 은, 오류 em 및 en이 각각 부정확한 판정, 즉 및 로부터 발생됨을 가리키고, 조건부 기대값 은 에 따라 구해지고, 여기서 집합 는 연판정(soft decision) 포인트 및 그것을 둘러싸는 이웃한 성상도 포인트들로 이루어진다.here, Represents a complex conjugate, the conditional expected value Means that errors e m and e n are each incorrect, i.e. And Conditional expected value silver Obtained according to, where the set Is a soft decision point And neighboring constellation points surrounding it.
또한, 상기 판정 오류 공분산 행렬은 비대각 원소들을 무시함으로써 다음 수학식에 따라 표현될 수 있다.In addition, the determination error covariance matrix may be expressed according to the following equation by ignoring non-diagonal elements.
여기서, 는 대각 행렬을 의미한다. here, Means diagonal matrix.
또한, Q err 이 로 정의되고, 상기 등화 행렬은 다음 수학식과 같이 표현될 수 이다.Also, Q err is Where the equalization matrix can be expressed as
상기 직교 주파수 분할 다중 수신 시스템은 채널 정보를 추정하는 채널 추정기를 더 포함하고, 상기 MMSE-SIC 검출기는 상기 채널 정보를 이용하여 계산되는 SINR에 따라 판정 순서를 결정할 수 있다.The orthogonal frequency division multiplexing system further includes a channel estimator for estimating channel information, and the MMSE-SIC detector may determine a determination order according to an SINR calculated using the channel information.
또한, 상기 판정 순서는 다음 수학식에 따라 정해질 수 있다.In addition, the determination order may be determined according to the following equation.
여기서, N은 부반송파의 개수를, 은 전송 신호의 분산을, 은 잡음의 분산을, 은 p번째 채널 행렬의 m번째 열벡터를 나타낸다.Where N is the number of subcarriers, The dispersion of the transmitted signal, Is the dispersion of noise, Denotes the mth column vector of the pth channel matrix.
또한, 상기 MMSE-SIC 검출기의 등화 행렬은 상기 순차적 간섭 제거 기법의 i번째 스텝에서 다음 수학식에 따라 구해질 수 있다.In addition, the equalization matrix of the MMSE-SIC detector may be obtained according to the following equation in the i th step of the sequential interference cancellation technique.
여기서, 은 전송 신호의 분산을, 은 잡음의 분산을, 은 p번째 채널 행렬의 m번째 열벡터를, 는 허미시안(Hermitian) 행렬을, 및 는 각각 본래 채널 행렬 및 판정 오류 공분산 행렬의 일부 원소들로 재구성한 크기 2q+1(≪N)의 채널 행렬 및 판정 오류 공분산 행렬을, I 2q+1은 크기 2q+1의 단위행렬을 나타낸다.here, The dispersion of the transmitted signal, Is the dispersion of noise, Is the mth column vector of the pth channel matrix, Is a Hermitian matrix, And Denotes a channel matrix of size 2q + 1 (<N) and a decision error covariance matrix reconstructed with some elements of the original channel matrix and the decision error covariance matrix, respectively, and I 2q + 1 represents a unit matrix of size 2q + 1.
또한, 상기 판정 오류 공분산 행렬은 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다.In addition, the determination error covariance matrix may be calculated according to the following equation.
여기서, 는 대각 행렬을 의미하고, 조건부 기대값 은 here, Means the diagonal matrix, and the conditional expected value silver
에 따라 구해지며, 여기서 집합 는 연판정(soft decision) 포인트 및 그것을 둘러싸는 이웃한 성상도 포인트들로 이루어진다. Is obtained according to Is a soft decision point And neighboring constellation points surrounding it.
또한, 상기 MMSE 등화기의 등화 행렬은 판정 오류 공분산 행렬을 이용하여 계산될 수 있다. 이때, 상기 판정 오류 공분산 행렬은 상기 SISO 디코더로부터 제공되는 사전 LLR 값을 이용하여 계산될 수 있다.In addition, the equalization matrix of the MMSE equalizer may be calculated using a decision error covariance matrix. In this case, the determination error covariance matrix may be calculated using a pre-LLR value provided from the SISO decoder.
또한, p번째 부반송파에 대한 상기 MMSE 등화기의 출력이 다음 수학식과 같이 표현되고,In addition, the output of the MMSE equalizer for the p-th subcarrier is expressed as
여기서, N은 부반송파의 개수를, 는 상기 ICI 제거기의 출력을, 는 잡음 성분을 나타내며, 이고, 이며, 상기 등화 행렬 는 다음 수학식에 따라 구해질 수 있다.Where N is the number of subcarriers, Is the output of the ICI eliminator, Represents the noise component, ego, Equalization matrix Can be obtained according to the following equation.
여기서, 은 전송 신호의 분산을, 은 잡음의 분산을, 은 p번째 채널 행렬의 m번째 열벡터를 나타내고, 는 본래 채널 행렬의 일부 원소들로 재구성한 크기 2q+1(≪N)의 채널 행렬이며, 는 의 공분산 행렬이고, I 2q+1은 크기 2q+1의 단위행렬을 나타낸다.here, The dispersion of the transmitted signal, Is the dispersion of noise, Represents the mth column vector of the pth channel matrix, Is a channel matrix of size 2q + 1 (≪N), reconstructed from some elements of the original channel matrix, Is Is a covariance matrix of and I 2q + 1 represents a unit matrix of size 2q + 1.
또한, 상기 는 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다.Also, the May be calculated according to the following equation.
여기서, 는 대각 행렬을 의미한다.here, Means diagonal matrix.
또한, 상기 은 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다.Also, the May be calculated according to the following equation.
여기서, 집합 는 연판정(soft decision) 포인트 및 그것을 둘러싸는 이웃한 성상도 포인트들로 이루어지고, 는 사전(a priori) LLR 값이다.Where set Is a soft decision point And neighboring constellation points surrounding it, Is a priori LLR value.
또한, 상기 소프트 디매퍼는, 초기 반복에서 p번째 심볼 Xp에 대한 LLR 값을 다음 수학식에 따라 구할 수 있다.In addition, the soft demapper may obtain the LLR value for the p th symbol X p in the initial iteration according to the following equation.
여기서, 는 Xp의 i번째 비트이고, up는 상기 MMSE-SIC 검출기의 출력으로서 로 표현되고, 이며, 집합 는 연판정(soft decision) 포인트 및 그것을 둘러싸는 이웃한 성상도 포인트들로 이루어지고, 및 는 의 두 서로 배타적인 부분집합으로서 i번째 비트 위치 에 각각 "0" 및 "1"을 가지는 심볼들로 이루어진다.here, Is the i th bit of X p and u p is the output of the MMSE-SIC detector. Represented by Is, set Is a soft decision point And neighboring constellation points surrounding it, And Is I-bit as two mutually exclusive subsets of location Is composed of symbols having "0" and "1" respectively.
또한, 상기 소프트 디매퍼는, 이후 반복에서 p번째 심볼 Xp에 대한 LLR 값을 다음 수학식에 따라 구할 수 있다.In addition, the soft demapper may obtain the LLR value for the p th symbol X p in the subsequent iteration according to the following equation.
여기서, 는 Xp의 i번째 비트이고, zp는 상기 MMSE 등화기의 출력으로서 로 표현되고, 이며, 집합 는 연판정(soft decision) 포인트 및 그것을 둘러싸는 이웃한 성상도 포인트들로 이루어지고, 및 는 의 두 서로 배타적인 부분집합으로서 i번째 비트 위치 에 각각 "0" 및 "1"을 가지는 심볼들로 이루어진다.here, Is the i th bit of X p , and z p is the output of the MMSE equalizer. Represented by Is, set Is a soft decision point And neighboring constellation points surrounding it, And Is I-bit as two mutually exclusive subsets of location Is composed of symbols having "0" and "1" respectively.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 ICI 제거 및 등화 방법은, 수신 안테나를 통하여 수신된 신호에 대하여 선검출 기준에 따라 순차적 간섭 제거 기법을 이용하되 판정 오류를 고려하여 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하는 MMSE-SIC 검출 과정과, 반복적 ICI 제거 및 등화를 수행하기 위한, 심볼 디매핑 과정, SISO 디코딩 과 정, ICI 제거 과정, MMSE 등화 과정을 포함하고, 상기 심볼 디매핑 과정은 초기 반복에서 상기 MMSE-SIC 검출 과정의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하고, 이후 반복에서 상기 MMSE 등화 과정의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하며, 상기 SISO 디코딩 과정은 상기 심볼 디매핑 결과 얻어지는 소프트 비트 정보를 SISO 디코딩하고, 상기 ICI 제거 과정은 상기 SISO 디코딩된 소프트 비트 정보를 이용하여 ICI를 제거하고, 상기 MMSE 등화 과정은 상기 ICI가 제거된 신호에 판정 오류를 고려하여 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above technical problem, according to the present invention, an ICI cancellation and equalization method in an orthogonal frequency division multiplexing system uses a sequential interference cancellation technique based on a pre-detection criterion for a signal received through a receiving antenna, MMSE-SIC detection process that applies equalization matrix to minimize mean squared error in consideration, and symbol demapping process, SISO decoding process, ICI removal process, MMSE equalization process to perform iterative ICI removal and equalization In the symbol demapping process, symbol demapping is performed on an output of the MMSE-SIC detection process at an initial iteration, and symbol demapping is performed on an output of the MMSE equalization process at an iteration, and the SISO decoding process is performed. SISO decodes soft bit information obtained as a result of the symbol demapping, and the ICI removal process is performed by the SISO decoupling. The soft bits of information by using a removing ICI, and the MMSE equalization process is characterized by applying an equalization matrix to minimize the mean square error, taking into account the error in the determination signal obtained by the ICI is removed.
여기서, 상기 MMSE-SIC 검출 과정에서의 상기 등화 행렬은 판정 오류 공분산 행렬을 이용하여 계산될 수 있다.Here, the equalization matrix in the MMSE-SIC detection process may be calculated using a decision error covariance matrix.
또한, 상기 ICI 제거 및 등화 방법은, 채널 정보를 추정하는 채널 추정 과정을 더 포함하고, 상기 MMSE-SIC 검출 과정에서 상기 채널 정보를 이용하여 계산되는 SINR에 따라 판정 순서를 결정할 수 있다.The ICI removal and equalization method may further include a channel estimating process of estimating channel information, and may determine a determination order according to an SINR calculated using the channel information in the MMSE-SIC detection process.
또한, 상기 MMSE 등화 과정에서의 등화 행렬은 판정 오류 공분산 행렬을 이용하여 계산될 수 있다. 이때, 상기 판정 오류 공분산 행렬은 상기 SISO 디코딩 과정으로부터 제공되는 사전 LLR 값을 이용하여 계산될 수 있다.In addition, the equalization matrix in the MMSE equalization process may be calculated using a decision error covariance matrix. In this case, the determination error covariance matrix may be calculated using a pre-LLR value provided from the SISO decoding process.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 ICI 제거 및 등화 방법은, 수신 안테나를 통하여 수신된 신호에 대하여 선검출 기준에 따라 순차적 간섭 제거 기법을 이용하되 판정 오류를 고려하여 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하는 MMSE-SIC 검출 과정 과, 초기 반복에서 상기 MMSE-SIC 검출 과정의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하고, 이후 반복에서 SISO 디코딩되어 ICI가 제거된 신호에 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하며 그 결과 얻어지는 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하는 반복적 ICI 제거 및 등화 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, according to the present invention, an ICI cancellation and equalization method in an orthogonal frequency division multiplexing system uses a sequential interference cancellation technique based on a pre-detection criterion for a signal received through a receiving antenna, Taking into account the MMSE-SIC detection process applying an equalization matrix to minimize the mean square error, and performing symbol demapping on the output of the MMSE-SIC detection process in the initial iteration, and then performing SISO decoding in the iteration to remove the ICI. The method includes an iterative ICI removal and equalization process that applies an equalization matrix to minimize the mean square error to the obtained signal and performs symbol demapping on the resulting output.
여기서, 상기 ICI 제거 및 등화 과정에서, 상기 ICI가 제거된 신호에 판정 오류를 고려하여 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용할 수 있다. Here, in the ICI removal and equalization process, an equalization matrix for minimizing the mean square error may be applied to the signal from which the ICI is removed in consideration of a determination error.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상기된 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 수신 시스템에서의 ICI 제거 및 등화 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다. In order to solve the above technical problem, there is provided a computer-readable recording medium recording a program for executing the ICI removal and equalization method in the orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention described above.
상술한 본 발명에 의하면, ICI 제거 및 등화를 수행함에 있어서 계산적 복잡도를 줄이면서 판정 오류로 인한 오류 전파를 효과적으로 경감시킬 수 있다. 따라서 수신 성능의 향상을 가져오거나 보다 적은 계산량으로도 동일하거나 그 이상의 수신 성능을 얻을 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to effectively reduce error propagation due to decision errors while reducing computational complexity in performing ICI removal and equalization. Therefore, it is possible to obtain an improvement in reception performance or to obtain the same or more reception performance with less computation.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the substantially identical components are represented by the same reference numerals, and thus redundant description will be omitted. In addition, in the following description of the present invention, if 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 전송 시스템의 개략적인 블록도이다. 본 실시예에 따른 OFDM 전송 시스템은, 부호화기(110), 비트 인터리버(120), 심볼 매퍼(130), 직렬/병렬 변환기(140), IFFT부(150), CP 삽입기(160), 병렬/직렬 변환기(170), 송신 안테나(180)를 포함한다.1 is a schematic block diagram of an OFDM transmission system according to an embodiment of the present invention. In the OFDM transmission system according to the present embodiment, the
부호화기(110)는 정보 비트 스트림을 부호화하는데, 부호화 방식으로는 컨벌루션 부호(convolution code), 터보 부호(turbo code), LDPC(low density parity code) 등이 이용될 수 있다. 비트 인터리버(120)는 부호화기에 의해 부호화된 데이터 스트림에 대해 비트 단위로 인터리빙을 수행하고, 심볼 매퍼(130)는 이를 심볼 단위로 변조한다. 이때 변조 방식으로는 64QAM, 16QAM, QPSK 등이 이용될 수 있다. 변조된 심볼은 직렬/병렬 변환기(140)에 의해 병렬 심볼로 변환되고, IFFT부(150)에 의해 IFFT 연산이 수행된다. CP 삽입기(160)는 변조된 심볼에 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference, ISI)를 제거하기 위해 순환 전치(cyclic prefix)를 삽입한다. 병렬/직렬 변환기(170)는 병렬 심볼을 직렬 심볼로 변환하고, OFDM 심볼이 송신 안테나(180)를 통해 무선 채널로 전송된다. The
본 발명에서, 무선 채널로서 시간 및 주파수 선택적 채널(time and frequency selective channel, or doubly selective channel)을 고려하는데, 최대 지연 Td, RMS(root mean square) 지연 확산(delay spread) τrms, 최대 도플러 주파수(maximum Doppler frequency) fd가 고려된다. In the present invention, a time and frequency selective channel (or doubly selective channel) is considered as a wireless channel, with a maximum delay T d , a root mean square delay spread τ rms , a maximum Doppler The maximum Doppler frequency f d is considered.
시간 및 주파수 선택적 채널에서 채널 주파수 응답(channel frequency response, CFR)은 다음 수학식과 같이 표현된다. The channel frequency response (CFR) in the time and frequency selective channel is expressed by the following equation.
여기서, hn,l은 시간 영역 채널 임펄스 응답으로서, 시간 n(0≤n<N)에서 l(0≤n<L)번째 경로에 대한 복소 랜덤 변수(complex random variable)를 나타내며, (k)N은 k 모듈로 N의 나머지를, k는 부반송파 인덱스를, N은 부반송파의 개수를 나타내며 이것은 FFT 또는 IFFT의 크기를 의미한다. Here, h n, l is a time domain channel impulse response, and represents a complex random variable for the l (0≤n <L) th path at time n (0≤n <N), and (k) N denotes the remainder of N modulo k, k denotes the subcarrier index, N denotes the number of subcarriers, which means the size of the FFT or IFFT.
IFFT 이후에, n번째 시간에서 전송되는 신호는 다음 수학식과 같다. After the IFFT, the signal transmitted at the nth time is given by the following equation.
여기서, Xk는 주차수 영역에서 k번째 부반송파에서의 데이터 심볼을 나타낸 다. Here, X k represents a data symbol of the k th subcarrier in the parking area.
다중 경로 페이딩 채널(multipath fading channel)이 L개의 개별 경로로 이루어진다고 가정하면, 후술할 OFDM 수신 시스템에서 수신되는 신호는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.Assuming that a multipath fading channel is composed of L separate paths, a signal received in an OFDM receiving system to be described later may be represented by the following equation.
여기서, wn은 n번째 시간에서 부가 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, AWGN)을 나타낸다. 또한 전체 채널 임펄스 응답이 가드 인터벌 (guard interval) (0≤(L-1)Ts≤NgTs) 내에 존재한다고 가정할 수 있고, 여기서 Ts와 Ng는 각각 샘플링 인터벌과, 가드 인터벌(guard interval)의 최대 인덱스이다.Here, w n represents additive white Gaussian noise (AWGN) at the nth time. It can also be assumed that the overall channel impulse response is within the guard interval (0 ≦ (L−1) T s ≦ N g T s ), where T s and N g are the sampling interval and the guard interval, respectively. Maximum index of (guard interval).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 수신 시스템의 개략적인 블록도로서, 도시된 OFDM 수신 시스템은 ICI의 제거 및 등화를 수행하며 전송 신호를 복원한다. 본 실시예에 따른 OFDM 수신 시스템은, 수신 안테나(200), 수신된 신호열을 병렬 신호열로 변환하는 직렬/병렬 변환기(211), 순환 전치(cyclic prefix)를 제거하는 CP 제거기(212), FFT 연산을 수행하는 FFT부(213), 수신된 신호에 대하여 순차적 간섭 제거 기법(succesive interference cancellation)을 적용하여 평균 자승 오차를 최소화히기 위한 등화 행렬을 적용하는 MMSE-SIC 검출기(214), 반복적 ICI 제거(iterative ICI cancellation)를 수행하기 위한, 소프트 디매퍼(215), SISO 디 코더(218), ICI 제거기(221), MMSE 등화기(222) 등을 포함하여 이루어진다. 2 is a schematic block diagram of an OFDM reception system according to an embodiment of the present invention, in which the illustrated OFDM reception system performs ICI removal and equalization and recovers a transmission signal. The OFDM reception system according to the present embodiment includes a reception antenna 200, a serial /
소프트 디매퍼(215)는 반복적 ICI 제거 과정의 초기 반복에서 MMSE-SIC 검출기(214)의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행하고, 이후의 반복에서 MMSE 등화기(222)의 출력에 대하여 심볼 디매핑을 수행한다. 소프트 디매퍼(215)로부터의 소프트 비트 정보는 병렬/직렬 변환기(216)에 의해 병렬 데이터로 변환되고, 디인터리버(217)에 의해 비트 단위로 디인터리빙이 수행된다. SISO 디코더(218)는 소프트 비트 정보를 SISO(soft-input soft-output) 디코딩하여 출력한다. SISO 디코딩된 소프트 비트 정보는 인터리버(219)에 의해 인터리빙이 수행되고 직렬/병렬 변환기(220)에 의해 병렬 데이터로 변환된다. ICI 제거기(221)는 SISO 디코딩된 소프트 비트 정보를 이용하여 수신 신호로부터 ICI를 제거하고, MMSE 등화기(222)는 ICI가 제거된 신호에 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 적용하여 소프트 디매퍼(215)로 출력한다. 채널 추정기(223)는 파일럿 신호 등을 이용하여 채널 주파수 응답과 같은 채널 정보를 추정하고, 추정된 채널 정보는 MMSE-SIC 검출기(214), MMSE 등화기(222), ICI 제거기(221)의 동작에 활용된다. The
이하에서, 상기된 OFDM 수신 시스템의 동작을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation of the above-described OFDM reception system will be described in more detail.
CP 제거기(212)에서 순환 전치가 제거된 후에, 주파수 영역 신호는 FFT부(213)에서 다음 수학식과 같이 상기 수학식 3의 yn의 FFT를 수행함으로써 얻어진다.After the cyclic prefix is removed in the
여기서, Nk는 주파수 영역에서 k번째 부반송파에서의 잡음 성분을 나타낸다. 상기 수학식에서, αk와 βk는 각각 승산 왜곡(multiplicative distortion)과, k번째 요망 부반송파에서의 ICI를 나타낸다. 이들은 각각 다음 수학식들과 같이 표현될 수 있다.Here, N k represents a noise component of the k th subcarrier in the frequency domain. In the above equation, α k and β k represent multiplicative distortion and ICI in the kth desired subcarrier, respectively. These may each be expressed as the following equations.
결국, 주파수 영역에서 k번째 부반송파에서 수신되는 신호는 다음 수학식과 같이 표현된다.As a result, the signal received in the k-th subcarrier in the frequency domain is represented by the following equation.
여기서, 이다.here, to be.
다중 경로 채널(multipath channel)이 블록 구간 동안에 시변(time-variant)일 때, 상기 수학식 4는 다음 수학식과 같은 벡터 형태로 표현될 수 있다.When the multipath channel is time-variant during the block period, Equation 4 may be expressed in a vector form as in the following equation.
여기서, 이고, 이며, H는 다음 수학식과 같다.here, ego, H is represented by the following equation.
여기서, 이고, 는 전치(transpose)를 나타낸다. 상기 수학식들에서, ICI는 채널 주파수 응답들(CFRs) 및 k번째 부반송파에서 요망되지 않는 데이터 심볼들 으로 이루어짐을 알 수 있다. 상기 수학식 8에서 전송 데이터 벡터 X를 복원하기 위해서는 채널 추정이 수행되어야 한다. 본 실시예에서는 OFDM 수신 시스템 측에서 채널 추정기(223)을 통하여 채널 행렬 H를 알고 있는 것으로 가정하기로 한다.here, ego, Represents a transpose. In the above equations, ICI is the channel frequency responses (CFRs). And undesired data symbols on the kth subcarrier It can be seen that. In Equation 8, channel estimation must be performed to reconstruct the transmission data vector X. In the present embodiment, it is assumed that the channel matrix H is known through the
k번째 부반송파에서 검출되는 심볼을 라 하고, 단순화를 위해, 후술할 선검출 기준(pre-detection criterion)에 따라 판정 순서(decision ordering)가 과 같이 형성된 것으로 가정하자. 그리고 , , 로 정의하자. 논문 [H. Wang, X. Chen, S. Zhou, and M. Zhoa, and Y. Yao, ""Low-Complexity ICI cancellation in frequency domain for OFDM systems in time-varying multipath channels,"" IEICE Trans. Commun., vol. E89-B, no. 3, pp. 1020??-1023, Mar. 2006.]에 의하면, 순차적 간섭 제거의 (i-1)번째 스텝에서 선검출된 심볼 벡터 이, i번째 스텝에서의 수신 벡터 신호로부터 제거된다면, 수정되는 수신 벡터 는 다음 수학식과 같이 주어진다.symbols detected at the kth subcarrier For the sake of simplicity, decision ordering is based on a pre-detection criterion described below. Assume that it is formed as follows. And , , Let's define Thesis [H. Wang, X. Chen, S. Zhou, and M. Zhoa, and Y. Yao, "" Low-Complexity ICI cancellation in frequency domain for OFDM systems in time-varying multipath channels, "IEICE Trans. Commun., Vol. E89-B, no. 3, pp. 1020 ??-1023, Mar. 2006.], symbol vector pre-detected in step (i-1) of sequential interference cancellation. Is removed from the received vector signal at the i th step, Is given by the following equation.
그러나, 이러한 전개는 오직 이전 스텝의 판정들이 정확한 경우, 즉 인 경우에만 달성된다. 일반적으로 이전 스텝의 판정들이 반드시 정확하지는 않으므로 오류 전파(error propagation)로 인한 성능 저하가 발생할 수 있다. However, this development is only possible if the judgments of the previous step are correct, i.e. Is achieved only if In general, since the determinations of the previous step are not necessarily accurate, performance degradation due to error propagation may occur.
따라서 본 실시예에서 MMSE-SIC 검출기(214)는 순차적 간섭 제거 기법을 이용하되 판정 오류를 고려하여, 평균 자승 오차를 최소화하기 위한 등화 행렬을 수신 신호에 적용한다. 이러한 MMSE-SIC 검출기(214)의 동작을 이하에서 보다 상세히 설명한다. Therefore, in the present embodiment, the MMSE-
p번째 요망 부반송파에서 Xp를 검출함에 있어서, 나머지 검출되지 않은 심볼들 은 i번째 스텝에서 간섭들로 간주된다. 이러한 상황에서 오류 전파가 불가피해지고, 판정 오류의 존재로 인해 심볼 검출을 신뢰할 수가 없게 된다. Remaining undetected symbols in detecting X p in the p-th desired subcarrier Is considered interference in the i th step. In such a situation, error propagation becomes inevitable, and the presence of a decision error makes symbol detection unreliable.
따라서 본 실시예에서 상기 수학식 10은 다음 수학식과 같이 수정된다.Therefore, in the present embodiment,
여기서, 판정 오류 이고, 로 정의된다. 순차적 간섭 제거 과정의 진행에서 일어나는 오류 전파를 피하기 위해서, 본 실시예에 따른 MMSE-SIC 검출기(214)는, 상기 수학식 11에 기초한 판정 오류를 고려한다.Where a determination error ego, Is defined as In order to avoid error propagation occurring in the sequential interference cancellation process, the MMSE-
다음 수학식과 같이 정의되는 평균 자승 오차(mean square error, MSE)를 최소화하기 위한 등화 행렬(equalizer matrix)를 G라 하면, G equalizer matrix to minimize the mean square error (MSE) defined by the following equation,
G는 문헌 [J. Proakis, Digital communications, Prentice-Hall, 3rd Edition, 1995.]에 제시된 직교 원리(orthogonality principle)로부터 다음 수학식에 의해 얻을 수 있다. G is described in J. Proakis, Digital communications, Prentice-Hall, 3rd Edition, 1995.] can be obtained by the following equation from the orthogonality principle.
따라서 G는 다음 수학식과 같이 구해진다. Therefore, G is obtained as follows.
여기서, 는 허미시안(Hermitian) 행렬을 의미하고, 공분산(covariance) 행렬이 및 로 정의된다. here, Is a Hermitian matrix, and the covariance matrix is And Is defined as
모든 전송 신호들은 평균 0을 가지는 독립적이고 동일한 분포(independent and identically distributed, i.i.d)이고, 전송 신호와 잡음 성분은 비상관(uncorrelated)이므로, 상기 G는 다음 수학식과 같이 구해진다.Since all transmission signals are independent and identically distributed (iid) with an average of 0, and the transmission signal and noise component are uncorrelated, G is obtained as follows.
여기서, 는 크기 의 직사각행렬이고, 은 전송 신호의 분산을, 은 잡음의 분산을, ρ는 을, I N은 크기 N의 단위 행렬을 나타내며, 이고 라는 사실이 이용된다.here, The size Is a rectangular matrix of, The dispersion of the transmitted signal, Is the variance of the noise, Where I N represents an identity matrix of size N, ego Is used.
그리고, 크기 i의 판정 오류 공분산 행렬 이 다음과 같이 정의될 수 있다.And a decision error covariance matrix of size i This can be defined as:
여기서, 는 복소 공액(complex conjugate)를 나타내고, 조건부 기대값 이, 오류 em 및 en이 각각 부정확한 판정, 즉 및 로부터 발생됨을 가리키기 위해 사용된다. 대각 원소(diagonal element)들 를 구하는 방법은 후술하기로 한다. m≠n인 비대각 원소들 는, 가우시안 프로세스처럼 판정 오류를 근사화함으로써 성상도(constellations)의 대칭성으로 인해 무시될 수 있다. 따라서 이하에서는 계산의 복잡도를 줄이고자 의 비대각 원소들은 무시하기로 한다. 그러면, 는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.here, Represents a complex conjugate, the conditional expected value This implies that the errors em and en are each incorrect, i.e. And Used to indicate that it originates from. Diagonal elements How to obtain will be described later. non-diagonal elements with m ≠ n Can be ignored due to the symmetry of constellations by approximating the decision error, like a Gaussian process. Therefore, to reduce the complexity of the calculation below The non-diagonal elements of are ignored. then, Can be expressed as the following equation.
여기서, 는 대각 행렬을 의미한다. Q err 를 다음과 같이 정의하면,here, Means diagonal matrix. If you define Q err as
상기 수학식 15는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.Equation 15 may be expressed as the following equation.
상기된 바와 같이, MMSE-SIC 검출기(214)에서 판정 오류를 고려한 등화 행렬을 사용함으로써 순차적 간섭 제거의 반복 작업 동안에 일어나는 판정 오류를 보상할 수 있다.As described above, the use of the equalization matrix in consideration of the decision error in the MMSE-
시간 및 주파수 선택적 채널에서, 상기 수학식 8에 따른 행렬식은 단순화될 수 있다. 대부분의 ICI 성분들의 대부분의 에너지는 요망 데이터 심볼의 몇 개의 이웃하는 부반송파에 집중되어 있기 때문에, 상기 수학식 9에서 Yk에 두드러지게 영향을 주지 않는 원소들은 무시될 수 있다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.In the time and frequency selective channel, the determinant according to Equation 8 can be simplified. Since most of the energy of most ICI components is concentrated in several neighboring subcarriers of the desired data symbol, elements that do not significantly affect Y k in Equation 9 can be ignored. This can be expressed as follows.
여기서, 2q는 주요한 ICI 항들의 개수를 나타낸다. 다시 말하면, ICI 성분들은 전체 중에서 몇 개의 근처에 있는 부반송파들로부터 나오게 되는 것이다. 이러한 관점에서, 상기 수학식 9에 대하여 주요한 영역을 제외하고 그 크기를 줄이는 것이 가능하다. 상기 수학식 20에 따른 근사를 상기 수학식 9에 적용하면, 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.Where 2q represents the number of major ICI terms. In other words, the ICI components come from several nearby subcarriers. In this respect, it is possible to reduce the size except for the main region with respect to Equation (9). If an approximation according to Equation 20 is applied to Equation 9, it may be expressed as the following Equation.
도 3은 이러한 채널 행렬의 구조를 도식화하여 보여준다.3 shows the structure of such a channel matrix.
이와 마찬가지 방식으로, 큰 행렬 역변환을 피할 수 있도록 2q+1(≪N) 개의 탭만을 사용하여 와 같이 MMSE 등화 벡터의 크기를 줄일 수 있다. 이 경우 상기 수학식 8에 따른 수신 벡터는 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.Similarly, use only 2q + 1 (<N) taps to avoid large matrix inverse transformations. As can be seen, the size of the MMSE equalization vector can be reduced. In this case, the reception vector according to Equation 8 may be represented as follows.
여기서, 는 다음과 같고,here, Is
이며, 은 p번째 채널 행렬 의 m번째 열벡터이다. 이와 같이, 본래 채널 행렬 H의 일부 원소들로 재구성한 크기 2q+1(≪N)의 채널 행렬을 사용함으로써 행렬 연산의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 판정 오류 공분산 행렬 Q err 역시 크기 2q+1(≪N)의 행렬로 재구성되어야 할 것이다. , Is the p-th channel matrix M-th column vector of. As such, the complexity of the matrix operation can be reduced by using a channel matrix of size 2q + 1 (" N) reconstructed with some elements of the original channel matrix H. Similarly, the decision error covariance matrix Q err will also have to be reconstructed into a matrix of size 2q + 1 (" N).
도 4는 상기 언급된 바에 기초한 MMSE-SIC 검출기(214)의 동작의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 4 is a flow diagram illustrating one embodiment of the operation of the MMSE-
우선, 410단계에서, N 포인트의 모든 심볼들의 선검출(pre-detection) SINR을 계산한다. 선검출 기준(pre-detection criterion)은 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.First, in
420단계에서, 검출되지 않은 심볼들 중 상기 수학식에 따라서 가장 큰 SINR을 가지는 심볼을 선택한다. 단순화를 위해, i번째 스텝에서 요망 심볼이 Xp라고 가정한다.In
430단계에서, 판정 오류 공분산 행렬을 이용하여 등화 행렬을 구한다. i번째 스텝이라면, MMSE 계수는 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다.In
여기서, 은 전송 신호의 분산을, 은 잡음의 분산을, I 2q+1은 크기 2q+1의 단위행렬을 나타내며, 크기 2q+1의 판정 오류 공분산 행렬(decision error covariance matrix)은 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다.here, The dispersion of the transmitted signal, Denotes a variance of noise, I 2q + 1 denotes a unit matrix of
440단계에서, 후술할 소프트 디매퍼로의 출력 를 구하고, 경판정(hard decision)을 이용하여 를 구한다. 이때, 는 다음 수학식과 같이 표현된다.In
여기서, 이고, 이다.here, ego, to be.
450단계에서, 다음 스텝를 위해, 간섭을 제거하여 수신 벡터를 다음 수학식과 같이 재생성한다.In
그리고 상기된 420단계 내지 450단계를 모든 데이터가 검출될 때까지(460단계) 반복한다.The
소프트 디코딩을 적용함으로써 시스템 성능에 있어서 상당한 향상이 얻어진다는 것이 알려져 있다. MMSE-SIC 검출기(214)의 출력에 대하여 몇 가지 가정을 하고, 소프트 디매퍼(215)에 관하여 검출 오류(detection errors)를 고려한 최적의 소프트 비트 메트릭을 유도할 것이다.It is known that by applying soft decoding a significant improvement in system performance is obtained. Some assumptions will be made about the output of the MMSE-
를 정의하자. 여기서 을 모든 성분이 0인 (2q+1)ㅧ1 열벡터이다. 그리고 를 다음과 같이 정의한다. Let's define it. here Is a (2q + 1) ㅧ 1 column vector with all components equal to zero. And Define as
여기서, 이다. 그리고 상기 수학식 27에 관하여 및 로 대신하면, MMSE-SIC 검출기(214)의 출력은 다음과 같이 수정될 수 있다.here, to be. And with respect to Equation 27 And Instead, the output of MMSE-
여기서, 및 이다. here, And to be.
논문 [H.V. Poor and S. Verdㅄu, ""Probability of error in MMSE multiuser detection,"" IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 43, no. 3, pp. 858??-871, May 1997.]에 의하면, MMSE 검출기의 오류 확률(error probability)은, 잔여 간섭 및 잡음(residual interference-plus-noise)의 분포가 가우시안이라는 가정 하에 쉽게 근사될 수 있음이 알려져 있다. 유사하게, 가 복소 가우시안 분포를 가진다고 말할 수 있다. 내의 각 항들은 서로 독립적이기 때문에, 의 분산은 다음 수학식과 같이 간단히 계산될 수 있다.[HV Poor and S. Verdüu, "" Probability of error in MMSE multiuser detection, "IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 43, no. 3, pp. 858 ??-871, May 1997.], it is known that the error probability of the MMSE detector can be easily approximated under the assumption that the distribution of residual interference-plus-noise is Gaussian. have. Similarly, Can be said to have a complex Gaussian distribution. Since each term within is independent of each other, The variance of can be simply calculated as
이제, 상기 수학식 30 및 31의 및 를 사용하여 어떻게 상기 수학식 17의 을 구하는지 살펴본다. MMSE-SIC 검출기(214)의 다음 스텝 (i+1)을 위하여, 조건부 기대값 이 다음 수학식에 따라 구해질 수 있다.Now, the equations 30 and 31 And How to use equation 17 above See if you get. Conditional expected value for the next step (i + 1) of the MMSE-
여기서, 집합 는 연판정(soft decision) 포인트 및 그것을 둘러싸는 이웃한 성상도 포인트들로 이루어진다. 조건부 확률 는 가우시안 근사(Gaussian approximation)를 이용하여 계산될 수 있다. Where set Is a soft decision point And neighboring constellation points surrounding it. Conditional probability Can be calculated using a Gaussian approximation.
소프트 디매퍼(215)에서, 소프트 비트 정보에 대하여 로그 우도 비(log likehood ratio, LLR)는 를 가우시안 랜덤 변수로 가정함으로써 계산될 수 있다. 의 조건부 확률 분포 함수(conditional probability density function)는 다음과 같이 주어진다.In the
를 성상도 집합 의 하나의 성분이라 하자. 는 Xp의 i번째 비트이고, 의 두 서로 배타적인 부분집합 및 가 i번째 비트 위치 에 각각 "0" 및 "1"을 가지는 심볼들로 이루어진다고 정의하자. 또한 일반적으로, 전송되는 심볼들은 동일한 발생 확률을 가진다고 가정하자. 그러면, 소프트 디매퍼(215)에서 MMSE-SIC 검출기(214)의 출력으로부터 구해지는 소프트 정보인 의 사후(a posteriori) LLR은 다음과 같이 정의될 수 있다. 여기서, 는 의 p번째 비트를 나타낸다. Constellation set Let's call it one component. Is the i th bit of X p , Two mutually exclusive subsets of And Is the i bit location Let's define that it consists of symbols with "0" and "1" respectively. Also, in general, assume that transmitted symbols have the same probability of occurrence. Then, the
논문 [F. Tosato and P. Bisaglia, ""Simplified soft-output demapper for binary interleaved COFDM with application to HIPERLAN/2,"" in Proc. IEEE Int. Conf. Commun., pp. 664??-668, Sep. 2002.]에서 제시된 max-log rule를 적용하고 약간의 근사를 가하면, 상기 수학식 34는 다음 수학식과 같이 구해질 수 있다.Thesis [F. Tosato and P. Bisaglia, "" Simplified soft-output demapper for binary interleaved COFDM with application to HIPERLAN / 2, "" in Proc. IEEE Int. Conf. Commun., Pp. 664 ??-668, Sep. Applying the max-log rule presented in 2002. and applying a little approximation, Equation 34 can be obtained as the following equation.
이제, 도 2에 도시된 OFDM 수신 시스템에서 수행되는 반복적 ICI 제거와 MMSE 등화에 관하여 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 채널 추정기(223)에서 구해지는 채널 정보가 반복적 ICI 제거에 의한 수신 성능을 더욱 향상시키기 위해서 활용될 수 있다. SISO 디코더(218)의 출력은 초기 스테이지에서는 아직 신뢰할 수 없기 때문에 본 실시예에서 MMSE 등화기(222)는 오류 전파를 경감시킬 수 있도록 판정 오류를 고려한다. 결과적으로, SISO 디코더(218)로부터 제공되는 사전(a priori) LLR이 ICI를 정확히 재생하기 위해 사용된다. Now, iterative ICI cancellation and MMSE equalization performed in the OFDM receiving system shown in FIG. 2 will be described. As shown in FIG. 2, channel information obtained from the
p번째 요망 부반송파에서 요망 심볼 Xp를 효과적으로 검출하기 위해서, 주변 심볼들 에 대한 사전(a priori) LLR이 상기 수학식 22의 로부터 ICI를 제거하기 위해 사용된다. 를 사전 LLR 로부터 변환되어 ICI 제거기(221)로 입력되는 소프트 정보라 하자.In order to effectively detect the desired symbol X p in the p th desired subcarrier, the surrounding symbols A priori LLR for Used to remove ICI from Advance LLR It is assumed that the soft information is converted from and inputted into the
ICI 제거기(221)에서, 수신 신호 는 ICI를 제거함으로써 다음과 같이 수정된다.In the
여기서, , 및 이다.here, , And to be.
MMSE 등화기(222)의 등화 행렬 는 전송 심볼 Xp의 추정치를 얻고 잔여 간섭 및 잡음을 줄이기 위해 상기 수학식 36의 수정된 수신 벡터에 적용되기 위해 크기 1ㅧ(2q+1)로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 MMSE 등화기(222)의 출력은 다음과 같이 표현된다. Equalization Matrix of
여기서, 다음과 같이 정의되는 추정 에러의 분산을 최소화할 필요가 있다.Here, it is necessary to minimize the variance of the estimation error defined as follows.
유사하게 상기 수학식 14로부터, MMSE 등화기(222)의 등화 행렬은 다음과 같이 얻어질 수 있다.Similarly, from Equation 14, the equalization matrix of the
여기서, 는 의 공분산 행렬로서 다음과 같다.here, Is The covariance matrix of is given by
SISO 디코더(218)가 적용되면, 이 다음과 같이 계산될 수 있다.If
여기서, 이고, 는 SISO 디코더(218)로부터 제공되는, i번째 부반송파에 대한 사전 LLR이다. 인터리버(219)로 인해, 모든 비트들이 독립적임이 명백하다. 따라서 판정 오류 확률은 다음 수학식에 따라 구해질 수 있다.here, ego, Is the prior LLR for the i th subcarrier, provided from the
여기서, 는 의 i번째 비트를 나타낸다. 상기 수학식 34에 따른 LLR의 정 의로부터, 는 다음과 같이 주어진다. here, Is Represents the i-th bit of. From the definition of LLR according to Equation 34, Is given by
상기된 바와 같이, 사전 LLR로부터 판정 오류 확률이 구해지고, 이 판정 오류 확률을 이용하여 기대값 을 구함으로써 판정 오류 공분산 행렬을 효과적으로 구할 수 있다.As described above, the determination error probability is obtained from the prior LLR, and the expected value is used using this determination error probability. By determining, the decision error covariance matrix can be effectively obtained.
상기 수학식 41로부터 을 계산한 후, 상기 수학식 39에서 가 와 함께 얻어질 수 있다. MMSE 등화기(222) 를 상기 수학식 36의 에 적용하면, Xp의 편향 추정(biased estimate)을 다음과 같이 얻을 수 있다. From Equation 41 After calculating the following equation (39) end Can be obtained with MMSE Equalizer (222) Of Equation 36 When applied to, the biased estimate of X p can be obtained as
여기서, 이고, 이다.here, ego, to be.
반복적 ICI 제거 과정의 초기 이후의 반복들에서, MMSE 등화기의(222)의 출력 로부터, 소프트 비트 정보로서 Xp에 대한 사후 LLR 값이 소프트 디매퍼(215)에서 다음 수학식과 같이 계산될 수 있다. In iterations after the beginning of the iterative ICI removal process, the output of 222 of the MMSE equalizer From, the post LLR value for X p as soft bit information can be calculated in the
상술한 본 발명에 의하면, 순차적 간섭 제거 기법을 이용한 MMSE 검출을 사용함으로써 초기 스테이지에서의 수신 성능 향상을 꾀할 수 있으며, 이때 판정 오류를 고려하여 등화 행렬을 적용함으로써 오류 전파를 최소화할 수 있다. 또한, 그 이후 스테이지에서의 반복적 ICI 제거 및 등화 과정에서 역시 판정 오류를 고려하여 등화 행렬을 적용함으로써 오류 전파를 더욱 경감할 수 있다. 또한, 반복적 ICI 제거 및 등화 과정에서 판정 오류 공분산 행렬을 구하고자 할 때 사전 LLR 값을 이용하여 효과적으로 구할 수 있다.According to the present invention described above, by using MMSE detection using a sequential interference cancellation technique, it is possible to improve reception performance at an initial stage. In this case, error propagation can be minimized by applying an equalization matrix in consideration of a decision error. In addition, error propagation can be further reduced by applying an equalization matrix in consideration of decision errors in repetitive ICI elimination and equalization processes in subsequent stages. In addition, when the determination error covariance matrix is obtained during iterative ICI removal and equalization, it can be effectively obtained by using a prior LLR value.
이미 알려진 바와 같이, 전체 N개의 탭을 사용하는 MMSE 검출기는 복잡도 의 동작이 요구된다. 보통, 후검출 기준(post-detection criterion)에 기초하여 순차적 간섭 제거 기법이 적용된 MMSE 검출기의 경우 복잡도 의 동작이 필요하다. 상술한 본 발명에 의하면, 초기 반복 또는 그 이후의 반복에서 상기 수학식 25 또는 상기 수학식 39에 따른 등화 행렬을 계산하는 데에는 복잡도 의 동작이 요구되므로, 복잡도가 상당히 경감된다. 또한 크기 2q+1(≪N)의 채널 행렬 및 공분산 행렬을 사용함으로써 모든 반복 과정에서 의 행렬 역변환이 요구되므로, 연산량이 감소된다. As is already known, an MMSE detector using a total of N taps has a complexity Operation is required. Usually, the complexity of MMSE detectors with sequential interference cancellation based on post-detection criterion Operation is required. According to the present invention described above, the complexity of calculating the equalization matrix according to Equation (25) or (39) in the initial or subsequent iterations is complicated. Operation is required, so the complexity is considerably reduced. In addition, by using a channel matrix and covariance matrix of size 2q + 1 ( Since the matrix inverse of is required, the amount of computation is reduced.
결과적으로, 본 발명에 의하면 계산적 복잡도가 상당히 줄어들면서도 판정 오류로 인한 오류 전파를 효과적으로 경감시킬 수 있고, 따라서 수신 성능의 향상을 가져온다.As a result, according to the present invention, it is possible to effectively reduce error propagation due to determination errors while significantly reducing computational complexity, thus leading to an improvement in reception performance.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (for example, a CD-ROM, DVD, etc.) and a carrier wave (for example, the Internet). Storage medium).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 전송 시스템의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of an OFDM transmission system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 수신 시스템의 개략적인 블록도이다.2 is a schematic block diagram of an OFDM reception system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 근사된 채널 행렬의 구조를 도식화하여 보여준다.3 is a schematic diagram showing the structure of an approximated channel matrix according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MMSE-SIC 검출기의 동작을 나타내는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating an operation of an MMSE-SIC detector according to an embodiment of the present invention.
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