KR20120038987A - Ｍｉｍｏ 통신 시스템을 위한 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

MIMO 통신 시스템 상에서 신호의 디코딩을 제공하기 위한 방법 및 장치가 본 명세서에서 기술된다. 기타 실시예는 가능한 데이터 벡터 및 소정의 수신된 신호 벡터에 대응하는 메트릭의 리스트를 파생하는 방법을 포함하며, 그 리스트를 소프트 비트 계산기에 제공한다. 다른 실시예는 시프트 및 스케일 모듈, 선형 수신기 모듈, 리스트 생성기 모듈 및 격자축소 모듈을 포함하는 디코딩 장치를 포함한다. 또 다른 예에 있어서, 디코딩 장치는 소프트 비트 계산기를 추가로 포함할 수 있다. 기타 실시예가 기술되고 주장된다.

Description

ＭＩＭＯ 통신 시스템을 위한 디코딩 방법 및 장치{DECODING METHODS AND APPARATUS FOR MIMO COMMUNICATION SYSTEMS}
본 명세서에서 기술되는 다양한 실시예는 일반적으로 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 MIMO 통신 시스템을 위한 디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 장치는 모든 사용자의 일상 생활의 유비쿼터스(Ubiquitous) 부분이 되고 있다. 유무선 관계없이, 이러한 장치가 사용자의 일상 생산성을 증가시키고 있다. 무선 분야에 있어서, 휴대폰, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 가능 랩톱, 가정용 무선 광대역 연결 또는 무선 가능 PDA는 사용자가 무선 네트워크에 연속적으로 연결될 수 있도록 한다. 과거 수십 년간, 전송 및 수신이 복수의 안테나를 통해 실행되는 MIMO 아키텍처를 사용하는 통신 시스템은 신뢰성, 처리량 및 전력 소비량의 관점에서 뛰어난 시스템으로 확인되었다.
도면에 있어서(이는 필연적으로 축척대로일 필요는 없다), 유사한 숫자는 여러 도면에 걸쳐 실질적으로 유사한 구성요소를 도시한다. 다른 접미 문자를 가지는 유사한 숫자는 실질적으로 유사한 구성요소의 다른 실시예를 나타낸다. 도면은 한정하지 않는 예시의 방법으로 본 발명에서 논의된 다양한 실시예를 일반적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 하이 레벨 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 하이 레벨 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 순서도.
본 발명의 실시예의 다음 상세한 설명에 있어서, 참조번호는 본 명세서의 부분을 형성하는 첨부된 도면에 대해 이루어지며, 청구 대상이 실시될 수 있는 구체적인 바람직한 실시예가 예시적으로 도시된다. 이러한 실시예는 당업자가 이를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되며, 기타 실시예가 사용될 수 있고, 논리적, 메커니즘적 및 전기적 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다. 본 발명 청구 대상의 이러한 실시예는, 단지 편리함을 위해 본 명세서에서 개별적으로 및/또는 총괄적으로 "발명"이라는 용어로 지칭되며, 하나 이상이 실질적으로 개시된 경우라도, 임의의 단일 발명 또는 본 발명의 개념에 대한 이러한 출원서의 범위를 자발적으로 제한하려는 의도가 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 하이 레벨 블록도이다. 하나의 실시예에 있어서, 무선 통신 시스템(100)은 디코딩 모듈(102), 복수의 송신 안테나(104) 및 호스트 장치(106)를 포함한다. 비록 본 명세서에 개시된 장치 및 방법이 MIMO 시스템의 임의의 인자에 대해 동일하게 응용가능할 수 있을지라도, 본 논의에 있어서는 예시적인 목적을 위해 2x2(두 개의 송신 안테나 및 두 개의 수신 안테나) MIMO 시스템이 사용될 것이다. 안테나가 공간적으로 떨어져 있기 때문에 복수의 수신 안테나에 의해서 수신된 무선 신호가 다를 수 있으며, 이는 임시적인 차이가 될 수도 있다. 하나의 실시예에 있어서, 디코딩 모듈(102)은 복수의 수신 안테나로부터 신호 벡터의 집합으로 다양한 무선 신호(108)를 수신하고, 호스트 장치(106)로 가능한 소프트 데이터 비트(110)의 스트림을 출력하도록 구성된다.
하나의 실시예에 있어서, 디코딩 모듈(102)은 인코딩된 무선 신호(108)를 디코딩하고, 디코딩된 무선 신호(108) 내에 포함된 소프트 데이터 비트(110)를 파생하도록 구성된다. 하나의 실시예에 있어서, 인코딩된 무선 신호는 복수의 수신 안테나를 통해 네트워크로부터 수신될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 인코딩은 호스트 시스템(106)에 의해서 직접적으로 구동될 수 없는 신호를 나타내는 것을 의미하며, 호스트 시스템(106)에 의해서 직접적으로 구동될 수 있는 데이터 비트로 파생하기 위해 중간 동작을 요구한다. 본 논의의 상황에서, 중간 동작은 디코딩 모듈(102)에 의해 수행되고, 총괄적으로 디코딩 동작이라 불린다. 인코딩된 무선 신호(108)는 복수의 안테나에 의해 수신된 원래의 데이터 및 노이즈의 합이다. 노이즈는 전송하려던 데이터의 일부가 아닌, 안테나에 의해서 수신된 어떤 것이며, 간섭(interference)이라고도 불린다. 원래의 데이터가 채널 매트릭스에 의해 영향을 받기 때문에, MIMO 시스템을 위한 인코딩된 무선 신호는 채널 매트릭스에 의해서 변환된 원래의 데이터와 노이즈의 합으로서 표현될 수도 있다. 디코딩 모듈의 목적 중 하나는 합리적인 확률로, 전송된 원래의 데이터를 결정하기 위해 노이즈를 제거하는 것이다. 일부 실시예에 있어서, 디코딩 모듈은 전송된 원래의 데이터 비트의 소프트 근사치를 호스트 장치에 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 하이 레벨 블록도이다. 하나의 실시예에 있어서, 디코딩 모듈(120)은 시프트 및 스케일 모듈(210), 선형 수신기 모듈(212), 리스트 생성기 모듈(214) 및 격자축소(Lattice Reduction) 모듈(216)을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 디코딩 모듈(120)은 소프트 비트 계산기(218)를 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 격자축소 모듈(216)은 선형 수신기 모듈(212) 및 리스트 생성기 모듈(214)에 연결되고, 선형 수신기 모듈(212) 및 리스트 생성기 모듈(214) 양자 모두에 채널 매트릭스 H로부터 파생되는 매트릭스 P를 제공하도록 구성된다. 복소수값(complex-valued) 매트릭스를 설명하기 위해(account for) 수정되는, 잘 알려진 LLL(Lenstra-Lenstra-Lavosz) 알고리즘을 통해 P는 H로부터 파생된다.
하나의 실시예에 있어서, 시프트 및 스케일 모듈(210)은 수신 안테나에 연결되고, 입력 신호 벡터(y)를 수신하며 그 수신 벡터를 복소 벡터 공간으로 변환하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 시프트 및 스케일 모듈(210)은 y를 리스트 생성기 모듈(214)에 의해서 구동가능한 복소 벡터 공간으로 선형 변환을 수행한다. 출력 벡터 y s 는 QAM 벡터 공간으로부터 연속적인 정수 복소 벡터 공간으로의, 입력 벡터의 선형 변환이며 다음 방정식에 의해서 제공될 수 있다.
Figure pat00001
하나의 실시예에 있어서, 선형 수신기 모듈(212)은 시프트 및 스케일 모듈(210) 및 리스트 생성기 모듈(214)에 연결되고, 시프트 및 스케일 모듈(210)로부터 출력 벡터의 성분 중 상관관계(correlation)를 제거하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 선형 수신기(212)는 y s 에 의한 벡터를 임의의 매트릭스 A와 곱하도록 구성되며, 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
제로포싱(zero-forcing) 선형 수신기에 대한 구체적인 예는,
Figure pat00003
여기서
Figure pat00004
이다. 다른 실시예에 있어서, 선행 수신된 모듈은 매트릭스 P를 사용하는 두 개 이상의 안테나를 통해 수신된 신호 y 상에 선형 동작을 수행하고, z값을 생성하며, 여기서 매트릭스 P는 MIMO 채널을 위한 채널 매트릭스 상에 수행되는 격자축소 알고리즘을 사용하여 생성된다.
하나의 실시예에 있어서, 리스트 생성기 모듈(214)은 선형 수신기 모듈(212)에 연결되어, 선형 수신기 모듈(212)로부터 벡터를 수신하고, 수신된 벡터의 복소 성분이 복소 평면에서 복소 정수에 의해 근사되는 동작을 통해 가능한 데이터 벡터의 리스트를 파생하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 리스트 생성기 모듈(214)은, 가능한 데이터 벡터가 금지된 QAM 심볼을 포함하는 경우, 데이터 벡터를 버린다. 리스트 생성기 모듈(214)의 구체적인 동작은 도 3을 참조하여 이하에서 보다 자세하게 설명될 것이다.
하나의 실시예에 있어서, 소프트 비트 계산기 모듈(218)은 리스트 생성기 모듈(214)에 연결되어, 가능한 데이터 벡터의 리스트 및 각각의 가능한 데이터 벡터에 대응하는 메트릭을 수신한다. 소프트 비트 계산기 모듈(218)은 표준 동작을 통해 원래의 데이터 비트의 소프트 근사치를 제공한다. 다른 실시예에 있어서, 소프트 비트 계산기(220)는 다음 동작을 위해 원래의 데이터 비트의 소프트 근사치를 호스트 시스템(106)에 제공한다. 하나의 실시예에 있어서, 소프트 비트 계산기 모듈(218)은 다음에 따라 원래의 데이터를 계산한다.
Figure pat00005
여기서 D0 i ,j 및 D1 i ,j는 리스트 생성기 모듈(214)의 출력 내에 포함된 대응하는 메트릭이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 순서도이다. 하나의 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 동작이 상기 기술되고 도시된 바와 같이 디코딩 모듈(102)에서 실행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 동작은 도 2에 대해 상기 기술된 바와 같이 리스트 생성기 모듈(214)에서 수행된다.
블록(305)에서, 선형 수신기 모듈(212)로부터 수신되는 벡터 z 및 격자축소 모듈(216)로부터 수신되는, 축소된 채널 매트릭스 H인 매트릭스 P가 입력이다. 하나의 실시예에 있어서, 벡터 z는 다음의 방정식에 의해 정의된다.
Figure pat00006
여기서 A는 임의의 매트릭스이다.
블록(310)에서, 벡터 z로부터 정수 근사치가 구해진다. 하나의 실시예에 있어서, 정수 근사치는 벡터 z의 성분에 기초하여 성분별로 실행된다. 각각의 성분의 복소 정수 근사치 수는 적응가능하게 변한다. 이러한 동작의 적응가능 속성은, 선택되고 프로세스되는 적은 수의 후보 벡터를 산출한다(yield). 이는, 송신 안테나의 수 및 콘스텔레이션(constellation) 크기에 따라 동작의 복잡도가 지수로 빠르게 증가하는 최대 우도(Maximum Likelihood; ML) 디코딩 동작에 반대된다. 다른 실시예에 있어서, 벡터 z의 복소 성분으로부터 복소 정수 근사치를 구하는 것은 다음의 동작에 의해서 행하여진다. 다음을 만족하도록 양의 정수 M을 설정한다.
Figure pat00007
여기서 S는 디코더의 복잡도를 만드는 사전정의된 파라미터이다. 또한, 복소수 A1, A2,...,AM의 집합 M을 정의하며, 여기서 |Ai|=Si, i=1,...,M 및 |Ai|는 집합 Ai의 크기를 나타낸다. 각각의 집합 Ai는 복소 정수 반올림(zi) 및 zi에 가장 가까운 추가의 Si-1을 포함한다. S1, S2,...,SM은 적응형 방법 또는 비적응형 방법으로 결정될 수 있다. 비적응형 프로세스에 대해, S1은
Figure pat00008
에 의해서 설정된다. 적응형 프로세스에 대해, 양자화 오류는
Figure pat00009
에 의해서 계산되고, 작은 집합 크기가 오름차순으로 작은 양자화 오류에 대해 할당된다.
블록(315)에서, 가능한 데이터 벡터의 집합 X가 구성된다. 벡터 z에 대한 근사치인, 벡터 S로 구성되는 집합 U를 우선 정의함으로써 집합 X가 구성된다. 가능한 데이터 벡터의 집합 X는 매트릭스 P를 사용하여 동작을 스케일링한 후에 U로부터 구해질 수 있다. (크기 M의 벡터 S와 함께) 집합 U는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00010
블록(320)에서, 집합 X의 요소가 금지된 QAM 심볼을 포함할 수 있는 벡터인지를 검사한다(scaned). 이는 가능한 데이터 벡터의 집합을 한정하므로, 아마도 원래의 데이터 신호를 구하는 프로세스의 속도를 높인다. 축소된 집합 X는 Xp로 정의될 수 있다.
블록(325)에서, Xp의 각각의 요소에 대한 메트릭이 계산된다. 하나의 실시예에 있어서, 메트릭은 축소된 집합에서의 각각의 가능한 데이터 벡터 및 원래의 벡터 z 사이의 거리로 정의될 수 있다. 메트릭은 다음의 방정식에 의해서 계산될 수 있다.
Figure pat00011
블록(330)에서, 가능한 데이터 벡터의 리스트 및 그 대응하는 메트릭은 단일 집합으로 결합되어 다음 동작을 위해 소프트 비트 계산기에 제공된다. 소프트 비트 계산기는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 신호 내에 포함되는 원래의 데이터를 합리적으로 결정하기 위한 임의의 방법을 사용할 수 있으며, 본 기술 분야에 잘 알려진 임의의 소프트 비트 계산기가 사용될 수 있다.
달리 특별히 언급되지 않는 한, 프로세싱, 컴퓨팅, 계산, 결정, 디스플레이 등과 같은 용어는 하나 이상의 프로세싱 또는 컴퓨팅 시스템 또는 유사한 장치 등의 동작 및/또는 프로세스를 지칭할 수 있으며, 이러한 시스템 또는 장치는 프로세싱 시스템의 레지스터 및 메모리 내의 물리량(예를 들어 전자량)으로 표시되는 데이터를 프로세싱 시스템의 레지스터 또는 메모리 정보 저장소, 전송 또는 디스플레이 장치 등에서 물리량으로 유사하게 표시되는 다른 데이터로 조작하거나 변환할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 컴퓨팅 장치는, 휘발성 또는 비휘발성 메모리 또는 그들의 조합일 수 있는 컴퓨터 판독가능 메모리에 연결되는 하나 이상의 프로세싱 요소를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 또는 그들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는, 적어도 하나의 프로세서에 의해서 판독되고 실행되어 프로세서가 본 명세서에 기술된 동작들을 수행할 수 있는, 머신 판독가능 매체 상에 저장된 명령어로서 구현될 수도 있다. 머신 판독가능 매체는 머신(예를 들어, 컴퓨터)에 의해서 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하는 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 머신 판독가능 매체는 ROM, RAM, 자기 디스크 저장 미디어, 광학 저장 미디어, 플래시 메모리 장치 등을 포함할 수 있다.
독자가 본 기술적 기재의 특성 및 요점을 확인하도록 할 수 있도록 요약을 요구하는 37 C.F.R.Section 1.72(b)에 따라 요약이 제공된다. 이는 이해를 제공하나, 청구범위의 범위 또는 의미를 한정하거나 해석하는데 사용되지는 않는다. 다음의 청구범위는 상세한 설명으로 통합되며, 각각의 청구범위는 개별적인 실시예로 그 고유의 것을 의미한다.
102: 디코딩 모듈
106: 호스트 시스템
210: 시프트 및 스케일 모듈
214: 리스트 생성기 모듈
218: 소프트 비트 계산기

Claims (1)

  1. MIMO 통신 시스템을 위한 수신기로서,
    벡터 z를 생성하기 위해 매트릭스 P를 사용하여 두 개 이상의 안테나를 통해 수신된 신호 y 상에 선형 동작을 수행하기 위한 선형 수신기 모듈; 및
    상기 선형 수신기 모듈로부터의 벡터 z 및 상기 매트릭스 P를 수신하고, 상기 벡터 z의 복수의 복소 성분의 복소 정수 근사치들의 매트릭스를 스케일링함으로써 상기 수신된 신호로부터 가능한 데이터 벡터들 및 메트릭들의 리스트를 생성하기 위한 리스트 생성기 모듈
    을 포함하는 수신기.
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