KR20100019104A - 광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식을 이용하여 데이터를 송수신하는 광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 복수의 수신 안테나들을 통해 수신한 신호들을 제1검출 방식으로 검출하여 제1출력 신호 및 제2출력 신호를 출력하고, 상기 제2출력 신호를 이용하여 제2검출 방식의 순서를 설정하고, 상기 수신한 신호들을 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2검출 방식으로 검출하여 제3출력 신호를 출력하며, 상기 제2출력 신호와 상기 제3출력 신호 중 하나의 출력 신호를 선택하여 출력한다.

Description

광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법{Apparatus and method for receiving data in broadband wireless communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식을 이용하여 데이터를 송수신하는 광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 안정적으로 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 차세대 통신 시스템에서는 한정된 자원을 통해 데이터 전송 용량의 증대 및 QoS를 향상시키기 위한 방안들이 제안되고 있다. 또한, 무선 네트워크 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access, 이하 'BWA'라 칭하기로 함) 통신 시스템으로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템이 제안되었다. 상기 IEEE 802.16 통신 시스템은 현재 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 함)가 고정된 상태뿐만 아니라 SS의 이동성을 고려하는 시스템이며, 상기 이동성을 가지는 SS를 이동국(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함)이라고 칭하기로 한다.
그리고, IEEE 802.16 시스템은 복수개의 수신 안테나들과 복수개의 송신 안테나들을 통해 데이터를 송수신하는 MIMO 방식의 적용이 가능하다. 이러한 MIMO 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 복수개의 송신 안테나들 각각에 대해 어떤 데이터를 송신할 것인지는 시공간 부호화에 의해 결정되며, 수신 안테나들 각각은 상기 송신 안테나 각각으로부터 송신된 신호를 수신하여 시공간 복호를 수행한다. 이러한 시공간 부호화는 동일 데이터를 서로 다른 송신 안테나를 통해 송신하기 위해 서로 다른 포맷으로 부호화하는 시공간 송신 다이버시티 기법 또는 서로 다른 데이터를 서로 다른 송신 안테나를 통해 송신하는 공간 다중화 기법으로 구현된다.
일반적으로 공간 다중화 기법에서 시공간 부호화된 데이터는 수신기에서 공동 또는 분리 검출(joint or separate detection) 방식을 통해 복호된다. 공동 검출 방식에서는 하나의 송신 안테나로부터 송신된 신호뿐만 아니라 다른 송신 안테나로부터 송신된 신호들도 고려하여야 한다. 이러한 특성 때문에 공간 다중화 MIMO 방식의 통신 시스템을 이용하기 위한 다중화 방식으로 최대 우도(ML: Maximum Likelihood, 이하 'ML'이라 칭하기로 함), 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error, 이하 'MMSE'라 칭하기로 함), 또는 제로-포싱(ZF: Zero-Forcing, 이하 'ZF'라 칭하기로 함) 등을 기반으로 하여 수신된 신호에서 송신 신호를 검출하여 복호하는 다중화 방식들이 알려져 있다.
이러한 다중화 방식들은 수신 신호의 신호대잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio: 이하 'SNR'이라 칭하기로 함)에 따라 각각 상이한 데이터 수신 성능을 나타낸다. 예컨대, 상기 ML을 이용한 신호 검출을 통해 복호하는 다중화 방식은 현재 제안된 다중화 방식들 중에서 가장 우수한 데이터 수신 성능을 얻을 수 있으나 시스템의 복잡도가 가장 커 데이터 수신 효율이 가장 낮은 문제점이 있다. 상기 MMSE를 이용한 신호 검출 방식은, 상기 ZF를 이용한 신호 검출 방식에서 발생하는 잡음 증폭을 방지하여 신호 검출시의 잡음의 영향을 최소화한다. 그러므로, 상기 MMSE를 이용한 신호 검출 방식은 상기 ZF를 이용한 신호 검출 방식보다 우수한 성능을 얻을 수 있다. 그러나, 일반적으로 무선 통신 시스템은 시변하는 무선 채널 환경에서 SNR이 가변하며, 이러한 가변하는 SNR에 상응하여 적응적으로 높은 데이터 수신 성능을 얻을 수 있는 다중화 방식을 이용한 데이터 수신 방안이 필요하다. 아울러, 가변하는 SNR에서 높은 데이터 수신 성능을 유지하며 복호시 시스템의 복잡도를 감소시킬 수 있는 다중화 방식을 이용한 데이터 수신 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입력 다중 출력 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 다중 입력 다중 출력 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 수신 데이터의 복호시 신호의 검출 오류를 최소화하여 복호 성능을 향상시키는 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은, 다중 입력 다중 출력 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 복수의 송신 안테나들을 통해 송신한 복수의 송신 신호들을 수신할 경우 수신한 신호에서 최적의 검출 방식을 통해 송신 신호들의 검출 오류 및 시스템의 복잡도를 최소화하여 데이터 수신 성능을 향상시키는 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 복수의 수신 안테나들을 통해 수신한 신호들을 제1검출 방식으로 검출하여 제1출력 신호 및 제2출력 신호를 출력하는 단계; 상기 제2출력 신호를 이용하여 제2검출 방식의 순서를 설정하는 단계; 상기 수신한 신호들을 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2검출 방식으로 검출하여 제3출력 신호를 출력하는 단계; 및 상기 제2출력 신호와 상기 제3출력 신호 중 하나의 출력 신호를 선택하여 출력하는 단계를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 복수의 수신 안테나들을 통해 수신한 신호들을 제1검출 방식으로 검출하여 출력하는 제1검출부; 상기 제1검출부의 출력 신호들 중 하나의 출력 신호를 이용하여 제2검출 방식의 수행을 위한 순서를 설정하는 제1설정부; 상기 수신한 신호들을 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2검출 방식으로 검출하여 출력하는 제2검출부; 및 상기 제1검출부의 출력 신호에 대한 심벌 메트릭과 기 설정된 임계값을 이용하여 상기 제1검출부 및 제2 검출부의 출력 신호들 중 어느 하나의 출력 신호를 선택하는 선택부를 포함한다.
본 발명은, 다중 입력 다중 출력 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기가 제1검출 및 제2검출을 이용하여 복수의 송신 안테나가 송신한 송신 신호를 검출함으로써 송신 신호의 검출 오류를 최소화하여 데이터 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은, 제1검출에 의해 검출된 신호를 이용하여 제2검출을 위한 순서를 설정함으로써 시스템의 복잡도를 감소시키며, 에러 전파를 감소시키기 위해 제1검출에 의해 검출된 신호와 제2검출에 의해 검출된 신호를 선택적으로 복호함으로써 데이터 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 광대역 무선 통신 시스템, 일예로 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access, 이하 'BWA'라 칭하기로 함) 통신 시스템인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의상 상기 통신 시스템을 IEEE 802.16 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용 가능한 광대역 무선 통신 시스템을 일예로 하여 설명한다.
또한, 본 발명은, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식의 광대역 무선 통신 시스템(이하 'MIMO 광대역 무선 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 소정의 셀을 관장하는 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)과 상기 소정의 셀 내에 존재하며 상기 BS로부터 통신 서비스를 제공받는 이동국(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함) 간의 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다. 본 발명의 실시예에서는 하향링크(DL: DownLink, 이하 'DL'이라 칭하기로 함)에서 BS의 송신기가 복수의 송신 안테나들을 통해 복수의 송신 신호들을 상기 DL의 무선 채널로 송신하면, 복수의 수신 안테나들을 통해 MS의 수신기가 신호들을 수신하고, 상기 수신한 신호들에서 제1검출 방식과 제2검출 방식을 이용하여 BS의 송신 신호들을 검출한다. 또한, 상향링크(UL: UpLink, 이하 'UL'이라 칭하기로 함)에서 복수의 MS들 각 송신기가 하나의 송신 안테나를 통해 신호를 UL의 무선 채널로 송신하거나, 또는 하나의 MS 송신 기가 복수의 송신 안테나들을 통해 신호를 상기 UL의 무선 채널로 송신하면, BS의 수신기가 복수의 수신 안테나들을 통해 신호들을 수신하고, 전술한 바와 같이 상기 수신한 신호들에서 제1검출 방식과 제2검출 방식을 이용하여 MS의 송신 신호들을 검출한다.
여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는 DL에서 BS의 송신기가 복수의 송신 안테나들을 통해 복수의 신호들을 송신할 경우 MS의 수신기가 복수의 수신 안테나들을 통해 신호를 수신하는 장치 및 방법을 중심으로 설명하지만 UL에서도 동일하게 적용 가능하다. 그리고, 본 발명의 실시예에서 상기 제1검출 방식은, 상기 수신한 신호들의 평균자승오류를 최소화하는 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error, 이하 'MMSE'라 칭하기로 함) 기반의 검출 방식(이하 'MMSE 검출'이라 칭하기로 함)이고, 상기 제2검출 방식은, 상기 수신한 신호들에서 순차적으로 연속적인 간섭 제거를 수행하여 상기 송신 안테나들을 통해 송신된 신호들을 연속적으로 출력하는 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation, 이하 'SIC'라 칭하기로 함) 기반의 검출 방식(이하 'SIC 검출'이라 칭하기로 함)이다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 상기 BS 및 MS의 수신기는, 송신기가 복수의 송신 안테나들을 통해 송신한 복수의 송신 신호들을 복수의 수신 안테나들을 통해 수신하고, 상기 수신 안테나들을 통해 수신한 신호들에서 MMSE 검출을 수행하고, 상기 MMSE 검출의 출력 신호에 의해 설정된 순서(ordering)에 따라 상기 수신한 신호들에서 SIC 검출을 수행한다. 여기서, 상기 수신기는, 상기 수신한 신호들에서 잡음 및 간섭에 따른 비선형 간섭 제거(nonlinear interference cancellation)를 이용하여 MMSE 검출과 SIC 검출을 수행한다. 그리고, 상기 수신기는, 상기 MMSE 검출에 따른 출력 신호와 상기 SIC 검출에 따른 출력 신호에서 상기 순서와 임계값을 고려하여 하나의 출력 신호를 선택하여 복호한다. 그에 따라, 본 발명은, 수신기의 검출 오류 및 시스템의 복잡도를 최소화하고, 상기 검출 오류가 최소화된 신호를 복호함으로써 데이터의 수신 성능을 향상시킨다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선 통신 시스템을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 광대역 무선 통신 시스템은, 소정의 셀(100)을 관장하는 BS(102)와, 상기 셀(100) 내에 존재하여 상기 BS(102)로부터 통신 서비스를 제공받는 MS1(112), MS2(114), 및 MS3(116)을 포함한다. 여기서, 상기 MS들(112,114,116)은 이동성 및 고정성을 모두 가지며, 상기 BS(102)와 MS들(112,114,116) 간의 신호 송수신은 상기 OFDM/OFDMA 방식을 이용하여 이루어진다.
또한, 상기 BS(102)와 MS들(112,114,116)은 복수의 송수신 안테나들을 통해 신호를 송수신하며, 상기 BS(102)와 MS들(112,114,116)의 수신기는, 복수의 수신 안테나들을 통해 복수의 신호들을 수신하고, 상기 수신한 신호들에서 MMSE 검출과 SIC 검출을 수행한다. 이러한 수신기의 검출에 의해 수신기의 검출 오류 및 시스템의 복잡도가 최소화되고 데이터 수신 성능이 향상된다. 그러면 여기서, 도 2를 참 조하여 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 송수신기를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 송수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는, 송수신기가 2개의 송신 안테나들과 2개의 수신 안테나들을 이용하여 신호를 송수신하는 2×2 MIMO 시스템을 일예로 도시한 도면이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 2×2 MIMO 시스템을 중심으로 설명하지만 본 발명은, N×M(N 및 M은 양의 정수) MIMO 시스템에 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 송신기(200)는 제1송신 안테나(202)와 제2송신 안테나(204)를 통해 송신 신호들을 송신하고, 수신기(250)는 제1수신 안테나(252)와 제2수신 안테나(254)를 통해 상기 송신기(200)가 송신한 신호들을 수신한다. 그리고, 상기 송신기(200)의 제1 및 제2송신 안테나(202,204)와 수신기(250)의 제1 및 제2수신 안테나(252,254) 간에는 제1채널(H00), 제2채널(H01), 제3채널(H10) 및 제4채널(H11)이 형성되며, 상기 형성된 채널들(H00, H01, H10, H11)을 통해 신호가 송수신된다.
상기 채널들(H00, H01, H10, H11)을 통해 상기 수신기(250)의 제1 및 제2수신 안테나(252,254)가 수신한 신호들에는 상기 송신기(200)의 제1 및 제2송신 안테나(202,204)가 송신한 송신 신호들뿐만 아니라 잡음 및 간섭 신호들이 포함된다. 그에 따라, 상기 수신기(250)는 제1 및 제2수신 안테나(252,254)를 통해 수신한 신호들에서 상기 송신기(200)의 제1 및 제2송신 안테나(202,204)가 송신한 송신 신호 들을 검출하고, 상기 검출한 신호들을 복호하여 상기 송신기(200)가 송신한 데이터를 수신한다. 이때, 상기 수신기(250)는 상기 송신 신호들의 검출 오류를 최소화하여 데이터의 수신 성능을 향상시키기 위해 서로 다른 검출 방식을 이용하여 송신 신호들을 검출한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은 전술한 도 2의 수신기(250) 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 수신기(250)는, 상기 제1 및 제2수신 안테나(252,254)가 수신한 수신 신호들을 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 함)하는 제1 및 제2FFT기(305,310), 상기 제1 및 제2FFT기(305,310)가 FFT한 스트림에서 송신기(200)의 제1 및 제2송신 안테나(202,204)가 송신한 송신 신호들을 검출하는 검출기(320), 및 상기 검출기(320)가 검출한 송신 신호들을 복호하여 상기 송신기(200)가 송신한 데이터를 출력하는 제1 및 제2복호기(335,340)를 포함한다. 여기서, 상기 수신기(250)는 수신 안테나들에 각각 대응하도록 FFT기들과 복호기들을 포함하며, 상기 FFT기들과 복호기들은 대응하는 수신 안테나가 수신한 수신 신호들을 FFT 및 복호한다.
상기 제1FFT기(305)는 제1수신 안테나(252)가 수신한 수신 신호를 FFT한 후, 상기 FFT한 수신 신호의 스트림을 검출기(320)로 전송하고, 상기 제2FFT기(310)는 제2수신 안테나(254)가 수신한 수신 신호를 FFT한 후, 상기 FFT한 수신 신호의 스 트림을 검출기(320)로 전송한다. 그리고, 검출기(320)는, 상기 FFT한 수신 신호들의 스트림에서 서로 다른 검출 방식인 제1검출 방식과 제2검출 방식을 이용하여 송신기(200)의 제1 및 제2송신 안테나(202,204)가 송신한 송신 신호들을 각각 검출한다. 여기서, 상기 검출기(320)는 전술한 바와 같이 제1검출 방식으로 MMSE 검출을 수행하고, 상기 MMSE 검출의 출력 신호에 의해 설정된 순서에 따라 제2검출 방식으로 SIC 검출을 수행한 후, 상기 설정된 순서와 임계값을 고려하여 선택적으로 복호기들(335,340)로 전송한다.
그리고, 제1복호기(335)는 상기 검출기(320)의 출력 신호 중 상기 제1송신 안테나(202)가 송신한 신호를 복호하여 상기 제1송신 안테나(202)가 송신한 데이터를 출력하고, 제2복호기(340)는 상기 검출기(320)의 출력 신호 중 상기 제2송신 안테나(204)가 송신한 신호를 복호하여 상기 제2송신 안테나(204)가 송신한 데이터를 출력한다. 여기서, 상기 검출기(320)의 검출 신호는, 컨벌루션 터보 코드(CTC: Convolutional Turbo Code, 이하 'CTC'라 칭하기로 함)를 이용한 연판정(soft decision) 이터래티브(iterative) 복호에 의해 복호화되고, 상기 이터래티브 복호는, 신호의 각 비트들에 대한 정보를 다음 신호의 복호시 반복적으로 이용하는 복호 방식을 의미한다. 그러면 여기서, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기의 검출기를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 전술한 도 3의 검출기(320) 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 검출기(320)는, 상기 제1 및 제2FFT기(305,310)가 출력한 스트림에서 MMSE 검출을 수행하는 제1검출부(410), 상기 제1검출부(410)에서 출력되는 제1출력 신호(S1)의 스트림을 선택하는 제1선택부(420), 상기 제1선택부(420)가 선택한 스트림을 이용하여 상기 제1 및 제2FFT기(305,310)가 출력한 스트림에서 SIC 검출을 수행하는 제2검출부(430), 상기 제1검출부(410)에서 출력되는 제2출력 신호(S2)를 이용하여 상기 제2검출부(430)의 SIC 검출 수행을 위한 순서를 설정하는 제1설정부(440), 상기 제1검출부(410)가 출력한 제2출력 신호(S1)와 상기 제2검출부(430)가 출력한 제3출력 신호(S3) 중 하나의 출력 신호를 선택하는 제2선택부(460), 및 상기 제2선택부(460)의 출력 신호 선택시 고려되는 임계값을 설정하는 제2설정부(450)를 포함한다.
상기 제1검출부(410)는, 제1 및 제2FFT기(305,310)가 출력한 스트림을 수신하고, 상기 수신한 스트림에서 MMSE 검출을 수행한 후, 비선형 간섭 제거를 위해 상기 MMSE 검출에 따른 검출값을 성상도(constellation) 상에 매핑하여 획득한 심벌 출력(이하 '하드 출력'이라 칭하기로 함)을 제1출력 신호(S1)로 출력한다. 그리고, 상기 제1검출부(410)는, CTC를 이용한 연판정 이터래티브 복호를 위해 상기 수신한 스트림에서 MMSE 검출에 따른 검출값의 로그 우도비(LLR: Log-Likelihood Ratio, 이하 'LLR'이라 칭하기로 함)를 계산하여 획득한 LLR 출력(이하 '소프트 출력'이라 칭하기로 함)을 제2출력 신호(S2)로 출력한다. 여기서, 상기 제1출력 신호(S1)는, 상기 MMSE 검출에 따른 검출값의 성상도 상에서 매핑에 의해 결정되고, 상기 제2출력 신호(S2)는, 상기 MMSE 검출에 따른 검출값의 LLR에 의해 결정되며, 상기 제1출력 신호(S1)는 제1선택부(420)로 전송되고, 상기 제2출력 신호(S2)는 제 2설정부(440)와 제2선택부(460)로 전송된다.
상기 제1설정부(440)는 제1검출부(410)가 출력한 제2출력 신호(S2)를 이용하여 제2검출부(430)의 SIC 검출 수행을 위한 순서를 설정한다. 여기서, 상기 제1설정부(440)가 물리적 캐리어대 간섭 및 잡음비(PCINR: Physical Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'PCINR'이라 칭하기로 함)를 이용하여 상기 제2검출부(430)의 SIC 검출 순서를 설정할 수도 있으나, 제2검출부(430)의 SIC 검출 수행 시 검출 오류 및 상기 PCINR의 산출에 따른 시스템의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 제1검출부(410)의 제2출력 신호(S2)를 이용하여 상기 제2검출부(430)의 SIC 검출 순서를 설정한다. 상기 PCINR은, 수신기가 제1 및 제2송신 안테나(202,204)와 제1 및 제2수신 안테나(252,254) 간에 형성된 채널들(H00, H01, H10, H11)을 통해 송수신되는 신호의 프리앰블 또는 파일럿을 이용하여 측정한 PCINR이다. 즉, 본 발명의 실시예에서는, 수신기의 검출 오류 및 시스템의 복잡도를 최소화하기 위해 상기 제1설정부(440)가 제1검출부(410)의 제2출력 신호(S2)를 이용하여 상기 제2검출부(430)의 SIC 검출 순서를 설정하며, 상기 제1설정부(440)의 순서 설정은 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그리고, 상기 제1설정부(440)는, 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2출력 신호(S2)에 대한 심벌 메트릭(symbol metric)을 제2선택부(460)로 전송한다.
상기 제1선택부(420)는, 제1설정부(440)가 설정한 순서에 따라 상기 제1검출부(410)의 제1출력 신호(S1)에서 스트림을 선택하여 제2검출부(430)로 전송한다. 여기서, 제1선택부(420)는 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2검출부(430)가 SIC 검 출을 수행하도록 상기 제1출력 신호(S1)의 스트림을 상기 설정한 순서에 따라 선택하여 상기 제2검출부(430)로 전송한다.
상기 제2검출부(430)는, 제1 및 제2FFT기(305,310)가 출력한 스트림을 수신하고, 상기 수신한 스트림에서 연속적인 하드 간섭 제거(hard interference cancellation)를 이용한 SIC 검출을 수행한 후, 상기 SIC 검출에 따른 소프트 출력을 제3출력 신호(S3)로 출력한다. 여기서, 상기 제2검출부(430)는, 상기 설정한 순서에 따라 선택된 제1출력 신호(S1)의 스트림을 이용하여 상기 수신한 스트림에서 연속적인 하드 간섭 제거를 수행함으로, 상기 설정한 순서에 따라 상기 수신한 스트림에서 SIC 검출을 수행한다. 상기 하드 간섭 제거는, 상기 수신한 스트림에서 잡음 및 간섭에 따른 비선형의 간섭 제거 방식을 의미한다. 그리고, 상기 제3출력 신호(S3)는, 상기 SIC 검출에 따른 검출값의 LLR에 의해 결정되며 상기 제2선택부(460)로 전송된다. 여기서, 상기 제2출력 신호(S2)와 상기 제3출력 신호(S3)는, 해당 검출에 따라 송신 신호의 스트림들에 대한 LLR이며 상기 제1 및 제2복호기(335,340)의 CTC를 이용한 연판정 이터래티브 복호를 위한 입력 LLR이 된다.
상기 제2설정부(450)는, 제1 및 제2송신 안테나(202,204)와 제1 및 제2수신 안테나(252,254) 간 신호 송수신시의 에러 전파(error propagation)를 감소시키기 위한 임계값을 설정하고, 상기 설정한 임계값을 제2선택부(460)로 전송한다. 여기서, 상기 제2설정부(450)는, 제1 및 제2송신 안테나(202,204)와 제1 및 제2수신 안테나(252,254) 간의 송수신 신호에 적용된 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 함) 레벨에 상응하여 상기 임계값을 설정한 다.
상기 제2선택부(460)는 상기 제2출력 신호(S2)에 대한 심벌 메트릭과 상기 설정한 임계값을 이용하여 상기 제1검출부(410)의 제2출력 신호(S2)와 상기 제2검출부(430)의 제3출력 신호(S3) 중 하나의 출력 신호를 선택한다. 그리고, 상기 제2선택부(460)가 선택한 출력 신호는 제1및 제2복호기(335,340)로 전송된다. 여기서, 상기 제2선택부(460)는 제2출력 신호(S2)와 제3출력 신호(S3) 중, 상기 심벌 메트릭이 상기 임계값보다 클 경우 상기 제3출력 신호(S3)를 선택하고, 상기 심벌 메트릭이 상기 임계값보다 작거나 같을 경우 상기 제2출력 신호(S2)를 선택한다. 그리고, 상기 제2선택부(460)는, 제1 및 제2복호기(335,340)가 CTC를 이용한 연판정 이터래티브 복호를 수행하도록 선택한 출력 신호를 상기 제1 및 제2복호기(335,340)로 전송한다. 상기 제2선택부(460)가 선택한 출력 신호는, 검출 오류가 최소화된 검출기(320)의 검출 신호이며, 상기 제1 및 제2복호기(335,340)의 LLR 입력이 된다.
이렇게 검출기(320)가 PCINR이 아닌 MMSE 검출에 따른 소프트 출력의 제2출력 신호(S2)를 이용하여 SIC 검출을 위한 순서를 설정함에 따라, 본 발명은, 제1 및 제2송신 안테나(202,204)가 송신한 송신 신호의 검출 오류를 최소화하여 데이터 수신 성능을 향상시키며, 상기 순서 설정을 위한 PCINR의 산출이 불필요함으로 시스템의 복잡도를 감소시킨다. 또한, 상기 검출기(320)가 임계값을 설정하여 MMSE 검출과 SIC 검출을 선택적으로 출력하고, 그에 따라 복호기(335,340)가 상기 MMSE 검출과 SIC 검출을 선택적으로 복호함으로, 본 발명은 송신 신호의 검출 오류를 최 소화하여 데이터 수신 성능을 향상시킨다. 그러면 여기서, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 검출기의 소프트 SIC 검출을 위한 순서 설정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 전술한 도 4의 제1설정부(440) 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1설정부(440)는, 제2출력 신호(S2)의 제1송신 안테나(202)에 해당하는 스트림에서 최소 LLR을 갖는 비트를 산출하는 제1계산부(510), 상기 제2출력 신호(S2)의 제2송신 안테나(204)에 해당하는 스트림에서 최소 LLR을 갖는 비트를 산출하는 제2계산부(520), 및 상기 제1 및 제2계산부(510,520)가 각 스트림별로 계산한 비트들의 최소 LLR중에서 최대값을 갖는 비트의 스트림을 산출하는 제3계산부(530)를 포함한다.
상기 제1 및 제2계산부(510,520)는 제1검출부(410)의 제2출력 신호(S2)를 수신하고, 상기 제2출력 신호(S2)에서 해당 송신 안테나의 스트림에 대한 심벌 메트릭을 계산하여 상기 스트림에서 최소 LLR을 갖는 비트들을 산출한다. 다시 말해, 상기 제1 및 제2계산부(510,520)는, 제1검출부(410)로부터 MMSE 검출에 따른 송신 신호의 스트림들에 대한 LLR을 수신하고, 상기 수신한 LLR에서 스트림별로 심벌 메트릭을 계산하여 최소 LLR 비트를 산출한다. 여기서, 상기 제1 및 제2계산부(510,520)가 계산한 심벌 메트릭은, 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 수학식 1에서 MRi는 i번째 스트림에 대한 심벌 메트릭을 의미하고,
Figure 112008057041773-PAT00001
은 상기 i번째 스트림에서 l번째 비트의 소프트 출력, 즉 LLR을 의미하며, 상기 i와 l은
Figure 112008057041773-PAT00002
,
Figure 112008057041773-PAT00003
값이며, 상기 Nt는 송신 안테나의 개수를 의미하고, L은 송신기가 송신 신호에 적용한 변조 방식에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 송신기가 송신 신호에 QPSK(QPSK: Quadrature Phase Shift Key, 이하 'QPSK'라 칭하기로 함) 방식을 적용할 경우 L=2이고, 16QAM(QAM: Quadrature Amplitude Modulation, 이하 'QAM'이라 칭하기로 함) 방식을 적용할 경우 L=4이며, 64QAM 방식을 적용할 경우 L=6이다.
Figure 112008057041773-PAT00004
상기 제3계산부(530)는 제1 및 제2계산부(510,520)가 산출한 각 스트림별로 최소 LLR을 갖는 비트들 중 최대값을 갖는 비트의 스트림을 산출하여 제2검출부(430)의 SIC 검출을 위한 순서를 결정한다. 여기서, 상기 제3계산부(530)가 결정한 제2검출부(430)의 SIC 검출을 위한 순서는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있으며, 수학식 2에서 ki는 i번째 스트림의 순서를 의미한다.
Figure 112008057041773-PAT00005
이렇게 상기 제1설정부(440)는, 제2출력 신호(S2)의 각 스트림별로 최소 LLR 을 갖는 비트들을 산출하고, 상기 산출한 각 스트림 별로 최소 LLR을 갖는 비트들 중 최대값을 갖는 스트림을 산출하며, 상기 산출한 최대값을 갖는 스트림을 우선 순위로 하여 상기 제2검출부(430)가 SIC 검출을 수행하도록 순서를 설정한다. 즉, 상기 제1설정부(440)는 상기 제2출력 신호(S2)의 각 스트림별로 최소 LLR을 갖는 비트들 중 최대값을 갖는 스트림이 우선 순위를 갖도록 순서를 설정한다. 그러면 여기서, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 송신 신호의 검출 동작을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 검출기의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, S610단계에서 제1 및 제2FFT기(305,310)로부터 FFT된 송신 신호를 수신한다. 그런 다음, S620단계에서 상기 FFT된 송신 신호의 스트림에서 MMSE 검출을 수행하여 소프트 출력의 제2출력 신호와 하드 출력의 제1출력 신호를 출력한다. 다음으로, S630단계에서 상기 FFT된 송신 신호의 스트림에서 SIC 검출을 위한 순서를 상기 제2출력 신호를 이용하여 설정한다. 다시 말해, 상기 MMSE 검출에 따른 제2출력 신호의 각 스트림별로 최소 LLR을 갖는 비트들 중 최대값을 갖는 스트림이 우선 순위를 갖도록 상기 SIC 검출을 위한 순서를 설정한다.
그리고, S640단계에서 상기 설정한 순서를 고려하여 상기 제1출력 신호의 스트림을 선택하고, 상기 선택한 제1출력 신호의 스트림을 이용하여 상기 FFT된 송신 신호의 스트림에서 SIC 검출을 수행하고 제3출력 신호를 출력한다. 그런 다음, S650단계에서 에러 전파를 감소시키기 위해 송신 신호에 적용된 MCS 레벨에 상응하 여 임계값을 설정한다. 다음으로, S660단계에서 상기 설정한 순서에 따른 제2출력 신호의 심벌 메트릭과 상기 임계값을 고려하여 상기 MMSE 검출에 따른 제2출력 신호와 상기 SIC 검출에 따른 제3출력 신호 중 하나의 출력 신호를 선택하고, 상기 선택한 출력 신호를 복호하도록 한다. 그러면 여기서, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기의 데이터 수신 성능을 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 MCS 레벨별 수신기의 데이터 수신 성능을 도시한 그래프이다. 여기서, 도 7은 MCS 레벨이 QPSK 1/2일 경우 수신기의 데이터 수신 성능을 나타낸 그래프이고, 도 8은 MCS 레벨이 16QAM 3/4일 경우 수신기의 데이터 수신 성능을 나타낸 그래프이며, 도 9는 MCS 레벨이 64QAM 3/4일 경우 수신기의 데이터 수신 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 수신기가 본 발명의 실시예에 따라 제1검출 방식과 제2검출 방식을 이용하여 송신 신호를 검출할 경우의 데이터 수신 성능(730,830,930)이 최대 우도(ML: Maximum Likelihood, 이하 'ML'이라 칭하기로 함) 방식을 이용하여 송신 신호를 검출할 경우의 데이터 수신 성능(740,840,940)과 가장 근접함으로 상기 제1검출 방식을 이용하여 송신 신호를 검출할 경우의 데이터 수신 성능(710,810,910)과 제2검출 방식을 이용하여 송신 신호를 검출할 경우의 데이터 수신 성능(720,820,920) 보다 우수한 데이터 수신 성능을 나타낸다.
특히, PCINR을 통해 제2검출 방식의 검출을 위한 순서를 설정하고, 상기 설 정한 순서에 따라 제2검출 방식을 이용하여 송신 신호를 검출하면, 검출 오류가 증가하고, 상기 검출 오류가 증가한 신호를 이용하여 CTC를 이용한 연판정 이터래티브 복호를 수행함에 따라, 상기 이터래티브 복호를 수행할 수록 상기 검출 오류의 성분이 증가한다. 그러므로, QPSK 1/2 일 경우 상기 제2검출 방식을 이용한 데이터 수신 성능(720)은 제1검출 방식을 이용한 데이터 수신 성능(710) 보다 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예에서는 수신기가 제1검출 방식의 검출을 이용하여 제2검출 방식의 검출을 위한 순서를 설정하고, 상기 설정한 순서에 따라 제2검출 방식의 검출을 수행한 후, 상기 제1검출 방식의 검출과 상기 제2검출 방식의 검출 중 하나의 검출에 따른 신호를 이용하여 CTC를 이용한 연판정 이터래티브 복호를 수행한다. 그에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 성능(730,830,930)은 제1검출 방식을 이용한 데이터 수신 성능(710,810,910) 및 제2검출 방식을 이용한 데이터 수신 성능(720,820,920) 보다 우수하며, 상기 순서 설정을 위한 PCINR을 계산할 필요가 없으므로 시스템의 복잡도가 저하된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 송수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 검출기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 순서 설정부의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 검출기의 동작 과정을 도시한 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 광대역 무선 통신 시스템에서 수신기의 데이터 수신 성능을 도시한 그래프.

Claims (21)

  1. 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서,
    복수의 수신 안테나들을 통해 수신한 신호들을 제1검출 방식으로 검출하여 제1출력 신호 및 제2출력 신호를 출력하는 단계;
    상기 제2출력 신호를 이용하여 제2검출 방식의 순서를 설정하는 단계;
    상기 수신한 신호들을 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2검출 방식으로 검출하여 제3출력 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제2출력 신호와 상기 제3출력 신호 중 하나의 출력 신호를 선택하여 출력하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1검출 방식은 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error) 기반의 검출 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2검출 방식은 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation) 기반의 검출 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1출력 신호는, 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error) 기반의 검출 방식으로 검출한 검출값의 성상도(constellation) 상에서 매핑에 의해 결정되고, 상기 제2출력 신호는, 상기 검출값의 로그 우도비(LLR: Log-Likelihood Ratio)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3출력 신호는, 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation) 기반의 검출 방식으로 검출한 검출값의 로그 우도비(LLR: Log-Likelihood Ratio)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 순서를 설정하는 단계는, 상기 제2출력 신호의 스트림에서 최소 로그 우도비(LLR: Log-Likelihood Ratio)를 갖는 비트들을 산출하고, 상기 산출한 비트들 중 최대값을 갖는 스트림을 산출하며, 상기 산출한 스트림이 우선 순위를 갖도록 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3출력 신호를 출력하는 단계는, 상기 설정한 순서에 따라 상기 제1출력 신호의 스트림을 선택하고, 상기 수신한 신호들을 상기 선택한 스트림에 대하여 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation) 기반의 검출을 수행하며, 상기 검출 수행의 결과값을 출력하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수신한 신호들에 적용된 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨에 상응한 임계값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나의 출력 신호를 선택하여 출력하는 단계는, 상기 설정한 순서에 상응하는 상기 제2출력 신호의 심벌 메트릭(symbol metric)과 상기 설정한 임계값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제2출력 신호와 상기 제3출력 신호 중 하나의 출력 신호를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2출력 신호는, 상기 수신한 신호들을 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하고, 상기 고속 퓨리에 변환한 신호의 스트림에 대한 상기 제1검출 방식의 검출을 수행하여 출력되고, 상기 제3출력 신호는 상기 스트림에 대한 상기 제2검출 방식의 검출을 수행하여 출력되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  11. 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식의 광대역 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,
    복수의 수신 안테나들을 통해 수신한 신호들을 제1검출 방식으로 검출하여 출력하는 제1검출부;
    상기 제1검출부의 출력 신호들 중 하나의 출력 신호를 이용하여 제2검출 방식의 수행을 위한 순서를 설정하는 제1설정부;
    상기 수신한 신호들을 상기 설정한 순서에 따라 상기 제2검출 방식으로 검출하여 출력하는 제2검출부; 및
    상기 제1검출부의 출력 신호에 대한 심벌 메트릭(symbol metric)과 기 설정된 임계값을 이용하여 상기 제1검출부 및 제2 검출부의 출력 신호들 중 어느 하나의 출력 신호를 선택하는 선택부를 포함하는 데이터 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1검출 방식은, 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error) 기반의 검출 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2검출 방식은, 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation) 기반의 검출 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1검출부의 출력 신호들은, 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error) 기반의 검출 방식으로 검출한 검출값의 성상도(constellation) 상에서 매핑에 의해 결정되거나, 상기 검출값의 로그 우도비(LLR: Log-Likelihood Ratio)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2검출부의 출력 신호는, 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation) 기반의 검출 방식으로 검출한 검출값의 로그 우도비(LLR: Log-Likelihood Ratio)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1설정부는, 상기 제1검출부의 출력 신호의 스트림에서 최소 로그 우도비를 갖는 비트들을 산출하고, 상기 산출한 비트들 중 최대값을 갖는 스트림을 산출하며, 상기 산출한 스트림이 우선 순위를 갖도록 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 설정한 순서에 따라 상기 제1검출부의 출력 신호의 스트림을 선택하는 스트림 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2검출부는, 상기 스트림 선택부가 선택한 스트림에 대하여 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation) 기반의 검출을 수행하고, 상기 검출 수행의 결과값을 출력하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    복수의 송수신 안테나들간의 신호 송수신시 발생하는 에러 전파를 감소시키기 위하여 상기 임계값을 설정하고, 상기 임계값을 상기 선택부로 제공하는 제2설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 임계값은, 상기 수신한 신호들에 적용된 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨에 상응하게 설정되는 값인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 선택부는, 상기 설정한 순서에 따라 출력되는 상기 제1검출부의 출력 신호의 심벌 메트릭이 상기 임계값보다 클 경우 상기 제2검출부의 출력 신호를 선택하고, 상기 심벌 메트릭이 상기 임계값보다 작거나 같을 경우 상기 제1검출부의 출력 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
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