KR20150069747A - 회전 ｑａｍ 기반의 통신 시스템에서 소프트 디매핑 방법 및 장치 - Google Patents

회전 ｑａｍ 기반의 통신 시스템에서 소프트 디매핑 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

회전 QAM 기반의 통신 시스템에서 소프트 디매핑 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법은 사전 정보를 이용한 심볼의 전처리 및 전처리된 심볼에 대한 1차원 소프트 디매핑을 반복적으로 수행할 수 있다.

Description

회전 ＱＡＭ 기반의 통신 시스템에서 소프트 디매핑 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SOFT DEMAPPING IN ROTATED QAM BASED COMMUNICATION SYSTEM}
아래의 실시 예들은 회전 QAM 기반의 통신 시스템에서 소프트 디매핑 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템 및 방송 시스템은 회전 QAM 전송 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, DVB-T2와 같은 디지털 비디오 방송 표준은 회전 QAM을 사용하는 것을 요구한다.
무선 통신 시스템에서 무선(wireless) 채널은 페이딩을 겪는다. 이것은 신호가 전송되는 동안에 감쇠를 겪는다는 것을 의미한다. 페이딩에 따른 문제를 해결하기 위하여 다이버시티 기법이 사용될 수 있다. 다이버시티 기법은 공간적인 다이버시티, 주파수 다이버시티 등 다양한 기법들을 포함한다. 특히, DVB-T2 표준 등을 포함하여, 여러 기술들은 신호-공간 다이버시티 기법을 제안하고 있다. 신호-공간 다이버시티 기법을 구현하기 위하여 예를 들어, 회전 QAM 성상도가 사용될 수 있다.
다만, 송신기가 회전 QAM을 사용하는 경우, 수신기가 소프트 디매핑을 수행하기 위해서는 많은 복잡도가 요구될 수 있다. 최근에는, 소프트 디매핑을 수행시 요구되는 복잡도를 줄이기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법은 사전(a priori) 정보를 이용하여 상기 심볼을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 전처리하는 단계와 상기 소프트 디매핑하는 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
상기 심볼은, 회전 QAM 심볼일 수 있다.
상기 전처리하는 단계는, 상기 사전 정보를 이용하여 상기 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리하는 단계는, 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 기법 또는 최소 평균 제곱 오차-간섭 제거(Minimum Mean Square Error-Interference Cancellation: MMSE-IC) 기법을 기초로 상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼을 추정할 수 있다.
상기 소프트 디매핑하는 단계는, 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비(Log-Likelihood Ratio: LLR) 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 단계는, 반복 단계마다, 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 한 번씩 계산할 수 있다.
상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 단계는, 상기 사전 정보를 이용하여 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다.
상기 사전 정보는, 이전 반복 단계에서, 채널 디코더(channel decoder)로부터 수신한 상기 심볼에 대한 로그 우도 비에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법은 상기 심볼을 재변조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 심볼을 재변조하는 단계는, 상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전처리하는 단계는, 상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 I 채널 심볼을 추정하는 단계; 및 상기 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 Q 채널 심볼을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 소프트 디매핑 장치는 사전(a priori) 정보를 이용하여 상기 심볼을 전처리하는 전처리부; 및 상기 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑하는 1차원 소프트 디매핑 처리부를 포함할 수 있고, 상기 전처리부 및 상기 1차원 디매핑 처리부를 반복적으로 수행할 수 있다.
상기 심볼은, 회전 QAM 심볼일 수 있다.
상기 전처리부는, 상기 사전 정보를 이용하여 상기 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리하는 채널 분리부를 포함할 수 있다.
상기 채널 분리부는, 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 기법 또는 최소 평균 제곱 오차-간섭 제거(Minimum Mean Square Error-Interference Cancellation: MMSE-IC) 기법을 기초로 상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼을 추정할 수 있다.
상기 1차원 소프트 디매핑 처리부는, 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비(Log-Likelihood Ratio: LLR) 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 로그 우도 비 계산부를 포함할 수 있다.
상기 로그 우도 비 계산부는, 반복 단계마다, 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 한 번씩 계산할 수 있다
상기 로그 우도 비 계산부는, 상기 사전 정보를 이용하여 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다.
상기 사전 정보는, 이전 반복 단계에서, 채널 디코더(channel decoder)로부터 수신한 상기 심볼에 대한 로그 우도 비에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 소프트 디매핑 장치는 상기 심볼을 재변조하는 소프트 재변조부를 더 포함할 수 있다.
상기 소프트 재변조부는, 상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 추출하는 심볼 정보 추출부를 포함할 수 있다.
상기 전처리부는, 상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 I 채널 심볼을 추정하는 I 채널 심볼 추정부; 및 상기 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 Q 채널 심볼을 추정하는 Q 채널 심볼 추정부를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 회전 QAM 기반의 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 회전 QAM 기반의 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 송신기(110)는 채널 인코더(111), 비트 인터리버(112), QAM 매퍼(113), 회전부(114) 및 지연부(115)를 포함할 수 있다. 수신기(120)는 채널 보상부(121), 지연부(122), 소프트 디매핑 장치(123), 비트 디인터리버(124), 채널 인코더(125) 및 비트 인터리버(126)를 포함할 수 있다. 송신기(110)에서, 입력 심볼은 채널 인코더(111)에서 인코딩된 후, 비트 인터리버(112)를 거쳐 QAM 매퍼(113)에서 QAM 심볼로 매핑될 수 있다. QAM 매퍼(113)는, n 비트의 입력 심볼을 M-QAM 심볼에 매핑할 수 있다. 이하에서, QAM 심볼은 QAM, 16 QAM, 32 QAM, 64 QAM 등과 같이 일반적인 M-QAM 심볼로 이해될 수 있다. M-QAM 심볼은 복소 신호
Figure pat00001
로 나타낼 수 있다. 신호 공간 다이버시티(Signal Space Diversity: SSD)를 얻기 위하여, 회전부(114)는 각 변조별로 M-QAM 심볼을 회전시켜 회전 M-QAM 심볼을 생성할 수 있다. 지연부(115)는 회전 M-QAM 심볼 중 Q 채널만 지연시킴으로써, 추가적인 다이버시티를 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 지연부(115)는 DVB-NGH(Digital Video Broadcasting ― Next Generation Handheld) 시스템에서와 같이 I/Q 인터리버로 구현될 수 있다. 지연부(115)를 거친 회전 M-QAM 심볼은
Figure pat00002
으로 표현될 수 있다. 송신기(110)는 심볼
Figure pat00003
을 수신기(120)에 전송할 수 있다. 심볼
Figure pat00004
은 페이딩을 겪을 수 있으므로, 수신기(120)는 페이딩된 심볼
Figure pat00005
을 수신할 수 있다. 심볼
Figure pat00006
은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00007

여기서,
Figure pat00008
은 레일리 채널 계수를 의미하고,
Figure pat00009
은 송신기(110)에서 전송된 심볼을 의미하며,
Figure pat00010
은 가산 백색 가우시안 잡음을 의미한다. 또한, 0dB 에코(echo) 채널 또는 소실(erasure) 채널에서, 심볼
Figure pat00011
은 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00012

여기서,
Figure pat00013
은 랜덤 소실 채널을 나타낸다.
Figure pat00014
은 무작위로 0 또는 1의 값을 가질 수 있다.
Figure pat00015
이 0의 값을 가질 확률은
Figure pat00016
로 정의될 수 있다. 채널 보상부(121)는 심볼
Figure pat00017
에 대하여 채널 위상을 보상할 수 있고, 지연부(122)는 채널 위상이 보상된 심볼 중 I 채널만 지연시킬 수 있다. 소프트 디매핑 장치(123)가 수신하는 심볼은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00018

여기서,
Figure pat00019
는 소프트 디매핑 장치(123)가 수신하는 심볼 중 I 채널 성분을 나타내고,
Figure pat00020
는 Q 채널 성분을 나타낸다.
Figure pat00021
는 I 채널에서의 채널 이득을 나타내고,
Figure pat00022
는 Q 채널에서의 채널 이득을 나타낸다.
Figure pat00023
는 송신기(110)에서 QAM 매퍼(113)을 통과한 M-QAM 심볼 중 I 채널 성분을 나타내고,
Figure pat00024
는 송신기(110)에서 QAM 매퍼(113)을 통과한 M-QAM 심볼 중 Q 채널 성분을 나타낸다.
Figure pat00025
및
Figure pat00026
는 각각 I 채널 및 Q 채널에서의 잡음을 나타낸다. 일 실시예에서,
Figure pat00027
가
Figure pat00028
일 때,
Figure pat00029
는
Figure pat00030
로 정의될 수 있다
소프트 디매핑 장치(123)는 사전(a priori) 정보를 이용하여 소프트 디매핑 장치(123)가 수신한 심볼을 전처리하고, 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑할 수 있다. 소프트 디매핑 장치(123)는 전처리된 신호에 대하여 로그 우도 비(Log Likelihood Ratio: LLR)를 계산할 수 있다. 소프트 디매핑 장치(123)에 대해서는 도 2 및 도 3에서 상세하게 설명한다. 비트 디인터리버(124)는 소프트 디매핑 장치(123)에서 생성된 로그 우도 비를 디인터리빙하고, 채널 디코더(125)는 비트 디인터리버(114)에서 수신한 로그 우도 비를 기초로 디코딩을 수행하여 송신기(110)에서 수신한 심볼을 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 채널 디코더(125)는 반복 디코딩을 수행할 수 있다. 비트 인터리버(126)은 채널 디코더(125)로부터 수신한 채널 디코더(125)의 출력값을 인터리빙할 수 있다. 일 실시예에서, 채널 디코더(125)의 출력값은 소프트 디매핑 장치(123)가 수신한 심볼의 로그 우도 비에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 소프트 디매핑 장치(123)는 비트 인터리버(126)로부터 수신한 정보를 사전 정보로 설정할 수 있고, 이전 반복 단계와 마찬가지로, 사전 정보를 이용하여 소프트 디매핑 장치(123)가 수신한 심볼을 전처리하고, 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑할 수 있다. 소프트 디매핑 장치(123), 비트 디인터리버(124), 채널 디코더(125) 및 비트 인터리버(126)가 반복적으로 수행됨으로써, 수신기(120)의 성능은 향상될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 소프트 디매핑 장치(210)는 전처리부(220) 및 1차원 소프트 디매핑 처리부(230) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 전처리부(220)는 수신부(미도시)로부터 송신기에서 전송한 심볼을 수신할 수 있다. 여기서, 심볼은 회전 QAM 심볼을 의미할 수 있다. 수신부(미도시)는 송신기로부터 수신한 심볼에 대하여 채널 위상을 보상할 수 있고, 채널 위상이 보상된 심볼 중 I 채널만 지연(delay)시킬 수 있다. 송신기에서 I/Q 인터리빙된 경우, 수신부(미도시)는 채널 보상 후 디인터리빙을 수행할 수 있다. 전처리부(220)는 사전(a priori) 정보를 이용하여 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리할 수 있다. 여기서, 사전 정보는 이전 반복 단계에서 채널 디코더로부터 수신한 심볼에 대한 로그 우도 비((Log Likelihood Ratio: LLR)에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사전 정보는 채널 디코더의 출력값을 포함할 수 있다. 사전 정보는 반복 단계에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 전처리부(220)는 첫 번째 반복 단계에서 사전 정보 없이 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리할 수 있고, 이후 반복 단계부터 사전 정보를 이용하여 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리할 수 있다.
전처리부(220)는 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 기법 또는 최소 평균 제곱 오차-간섭 제거(Minimum Mean Square Error-Interference Cancellation: MMSE-IC) 기법을 기초로 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼을 추정할 수 있다. 최소 평균 제곱 오차 기법에 기초한 전처리에 대해서는 도 3에 대한 설명에서 상세하게 설명한다.
1차원 소프트 디매핑 처리부(230)는 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다. 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)는 각각의 반복 단계마다, I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 각각 한 번씩 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)는 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 이용하여 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있고, Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 이용하여 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다. 전처리부(220)에서 사전 정보를 이용하여 심볼을 I 채널 및 Q 채널로 분리함에 따라, 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)는 각 채널별로 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다. 이에 따라, 수신기에서의 전체적인 연산량은 감소될 수 있다. I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비는 채널 디코더(미도시)의 입력값이 될 수 있다. 채널 디코더(미도시)는 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)에서 수신한 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 기초로 디코딩을 수행하여 송신기(미도시)에서 수신한 심볼을 추정한다. 일 실시예에서, 채널 디코더(미도시)는 반복 디코딩을 수행할 수 있다.
전처리부(220)는 채널 디코더(미도시)로부터 사전 정보를 수신할 수 있고, 사전 정보를 이용하여 수신부(미도시)로부터 수신한 심볼을 전처리할 수 있다. 일 실시예에서, 소프트 디매핑 장치(210)는 소프트 재변조부(미도시)를 포함할 수 있다. 소프트 재변조부(미도시)는 수신부(미도시)로부터 수신한 심볼을 재변조할 수 있다. 소프트 재변조부(미도시)는 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼 각각의 평균값 및 분산값을 추출할 수 있다. 전처리부(220)는 소프트 재변조부(미도시)로부터 수신한 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 I 채널 심볼을 추정하는 I 채널 심볼 추정할 수 있다. 또한, 전처리부(220)는 소프트 재변조부(미도시)로부터 수신한 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 Q 채널 심볼을 추정할 수 있다. 전처리부(220)와 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)을 반복하여 수행함으로써, 수신기가 수신하는 심볼의 간섭은 감소될 수 있으므로, 수신기의 성능이 향상될 수 있다.
제어부(미도시)는 전처리부(220)와 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)에서 전처리 및 소프트 디매핑을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 미리 정해진 반복 횟수에 따라 전처리부(220)와 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)를 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 EXIT(Extrinsic information transfer) 차트를 이용하여 전처리부(220)와 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)의 반복 횟수를 설정할 수 있다. EXIT 차트는 LDPC(Low-Density Parity-check Code)나 터보 디코더(turbo decoder)와 같이 반복 디코딩을 필요로 하는 채널 디코딩의 성능 분석 및 코드 설계에 사용되는 방법 중 하나로, 시스템의 입력 정보 및 출력 정보를 기초한 시스템의 성능에 대한 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제어부(미도시)는 EXIT 차트에서, 소프트 디매핑 장치(210)에서 수행되는 MAP 검출(detection)에 관한 정보를 나타내는 검출 라인과 채널 디코더(미도시)에서 수행되는 디코딩(decoding)에 관한 정보를 나타내는 디코딩 라인이 교차할 때의 반복 횟수를 전처리부(220)와 1차원 소프트 디매핑 처리부(230)의 반복 횟수로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(미도시)는 주어진 연산량이나 비트오차 확률을 고려하여 반복 회수를 결정할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 수신기(310)는 소프트 디매핑 장치(320), 비트 디인터리버(330), 채널 디코더(340), 비트 인터리버(350)를 포함할 수 있다. 소프트 디매핑 장치(320)는 전처리부(321), 1차원 소프트 디매핑 처리부(322) 및 소프트 재변조부(323)를 포함할 수 있다. 전처리부(321)는 수신부(미도시)로부터 회전 QAM 심볼을 수신할 수 있다.
첫 번째 반복 단계에서, 전처리부(321)는 수신된 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리할 수 있다. 이 때, 전처리부(321)는 최소 평균 제곱 오차 기법 또는 최소 평균 제곱 오차-간섭 제거 기법을 기초로, I 채널 심볼 및 Q 채널을 추정할 수 있다. 1차원 소프트 디매핑 처리부(322)는 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다. 1차원 소프트 디매핑 처리부(322)는 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 이용하여 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있고, Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 이용하여 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있다.
비트 디인터리버(330)는 1차원 소프트 디매핑 처리부(322)에서 계산한 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 디인터리빙하고, 채널 디코더(340)는 비트 디인터리버(330)에서 수신한 로그 우도 비들을 기초로 디코딩을 수행하여 송신기(미도시)에서 수신한 심볼을 추정할 수 있다. 비트 인터리버(350)은 채널 디코더(340)로부터 수신한 출력값을 인터리빙할 수 있다. 여기서, 출력값은 소프트 디매핑 장치(123)가 수신한 심볼의 로그 우도 비에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 소프트 재변조부(323)는 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼 각각의 평균값 및 분산값을 추출할 수 있다.
이후 반복 단계에서, 전처리부(321)는 사전 정보 및 소프트 재변조부(323)로부터 추출한 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼 각각의 평균값 및 분산값을 기초로 수신된 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리할 수 있다. 분리된 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼은 이전 단계에서 분리된 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼보다 간섭 성분이 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 전처리부(321)는 아래의 수학식 4을 이용하여 수신된 심볼에 최소 평균 제곱 오차 기법을 적용함으로써 수신된 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00031

여기서,
Figure pat00032
는 추정된 I 채널 심볼을 나타내고,
Figure pat00033
는 추정된 Q 채널 심볼을 나타낸다.
Figure pat00034
는 각각 소프트 재변조부(323)에서 추출한 I 채널의 평균값 및 분산값을 나타내고,
Figure pat00035
는 각각 소프트 재변조부(323)에서 추출한 Q 채널의 평균값 및 분산값을 나타낸다.
Figure pat00036
는 수학식 3에서의
Figure pat00037
를 의미할 수 있다. 최소 평균 제곱 오차 기법을 이용하여 I 채널 심볼을 추정할 때 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값이 고려되고, Q 채널 심볼을 추정할 때, I 채널 심볼의 평균값 및 분산값이 고려됨으로써, 전처리부(321)에서의 연산량은 감소될 수 있다.
최소 평균 제곱 오차 기법을 적용할 경우, 전처리된 심볼은 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00038

여기서,
Figure pat00039
와
Figure pat00040
는 각각 채널 디코더(340)로부터의 사전 정보를 이용하여 계산한 분산 행렬과 평균 벡터를 의미할 수 있고
Figure pat00041
는 I/Q각 채널에 존재하는 가산 잡음의 공분산 행렬을 나타낼 수 있고
Figure pat00042
는 아이덴터티 행렬을 나타낼 수 있다. QAM 신호의 송신전력이 1일 경우, 복소 가우시안 잡음의 분산은
Figure pat00043
이며 이는 I/Q각 채널에 독립적으로 고려되어
Figure pat00044
이 될 수 있다.
Figure pat00045
는
Figure pat00046
를 대각 성분으로 갖는 대각 행렬이고,
Figure pat00047
는
Figure pat00048
로 구성된 벡터이다.
Figure pat00049
는 가산 백색 가우시안 잡음을 의미한다. 최소 평균 제곱 오차 기법을 이용하여 I 채널 심볼을 추정할 때,
Figure pat00050
는 1/2일 수 있고,
Figure pat00051
는 0일 수 있다. 최소 평균 제곱 오차 기법을 이용하여 Q 채널 심볼을 추정할 때,
Figure pat00052
는 1/2일 수 있고,
Figure pat00053
는 0일 수 있다. MMSE 필터를 구성하는 공분산 행렬은 아래의 수학식 6과 같이 정의될수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00054

여기서
Figure pat00055
,
Figure pat00056
는 채널에 의한 I/Q채널 각각의 신호 이득을 나타낼 수 있다. 수학식 6에 따라,
Figure pat00057
는
Figure pat00058
로 정의될 수 있으므로, 역행렬의 계산은 불요하게 되어, 수신기(310)에서의 연산량이 감소될 수 있다.
일 실시예에서, I 채널의 MMSE 반복수신기의 수신 신호는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00059
Figure pat00060

소프트 디매핑 장치(320)는 채널 디코더(340)로부터 a priori 정보를 받아
Figure pat00061
및
Figure pat00062
를 구성하며, 신호 검출과 디코딩을 반복하면서
Figure pat00063
가 실제 값에 가까워짐에 따라 간섭이 줄어들어 수신기(310) 전체의 성능은 향상될 수 있다. 또한, 반복 수신기에서 첫번째 MMSE필터는
Figure pat00064
와
Figure pat00065
가 모두 1/2이며 신호 검출과 디코딩이 반복되면서, I채널 처리에서는
Figure pat00066
가, Q채널 처리에서는
Figure pat00067
가 0에 근접한 값을 가질 수 있다. 여기서, a priori정보는 디코더로부터의 extrinsic LLR또는 LLR 전체 등을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 수신기(310)는 multi-dimensional rotated QAM에 확장 적용될 수 있다. 이때, 채널 행렬은 대각 행렬인 전력 행렬과 유니터리 행렬로 이루어질 수 있다. 예를 들어 DVB-NGH의 경우, 4D(4 dimensional) rotated QAM이 사용될 수 있고, 이 경우 rotated QAM신호는 다음의 수학식 8과 같이 생성될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00068

rotation에 의한 전력 증가를 없애기 위해, rotation행렬의 각 row norm은 1이 될 수 있다.(예를 들어,
Figure pat00069
). 이때 4D의 경우
Figure pat00070
일 수 있다. 입력 벡터 심볼 X는 인접 두개의 셀(부반송파에 해당)에서 획득한 실수부와 허수부로 이루어질수 있다. QAM신호 회전 후 벡터 y의 인터리빙이 필요할 수 있고, DVB-NGH의 경우 I/Q 인터리빙과 셀 인터리빙이 있어 회전후 신호벡터의 인터리빙이 이루어질 수 있다.
또한, 무한대의 잡음레벨을 갖는 기존 반복수신기에 비하여, 수신기(310)는
Figure pat00071
인 소실 채널 (erasure channel)에서도 일정 수준의 잡음 레벨을 가질 수 있다. 첫번째 반복 루프에서 소실 채널(
Figure pat00072
)일 경우, 전처리된 심볼은 아래의 수학식 9과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00073

여기서,
Figure pat00074
및
Figure pat00075
은 잡음 성분을 나타낸다.
Figure pat00076
및
Figure pat00077
는
Figure pat00078
에 종속적이며, 유한한 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 전처리된 심볼은 에러 플로링(error flooring)이 발생되지 않을 수 있다.
1차원 소프트 디매핑 처리부(322)는 전처리후 신호 벡터를 벡터 가우시안 가정 또는 I,Q각각을 독립적인 스칼라 가우시안 가정을 하여 계산할 수 있다. 예를 들어, 독립적인 스칼라 가우시안 가정을 할 때 전처리 후 백터 신호는 아래의 수학식 10 및 수학식 11로 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00079

전처리 후 I채널과 Q채널의 신호가 서로 독립적이라면, 1차원 소프트 디매핑 처리부(322)는 수학식 10와 같이 i번째 신호에 대해 각각 따로 로그 우도비를 구할 수 있다. 여기서 i는 I채널 또는 Q채널을 의미한다.
Figure pat00080
는 i번째 MMSE 수신 신호이다. 디텍터 측면에서
Figure pat00081
와
Figure pat00082
는 각각 extrinsic 로그우도비와 a priori 로그우도비를 나타낸 것이다. 여기서
Figure pat00083
는 디코더의 출력으로부터 얻을수 있는 값으로써 이전 반복 루프에서의 디코더 출력을 인터리빙하여 획득될 수 있다.
Figure pat00084
와
Figure pat00085
는 각각
Figure pat00086
비트가 1 또는 0이 되는 PAM 변조 신호의 집합을 의미하고, i번째 PAM변조 신호는
Figure pat00087
는 K/2개의 비트들로 이루어질 수 있고, 이 경우의 비트들은
Figure pat00088
로 정의될 수 있다.
Figure pat00089
은
Figure pat00090
가 주어졌을 때
Figure pat00091
의 확률을 나타낸다. 수학식 10에서 간섭과 잡음 성분에 대하여 가우시안 가정을 할 경우 로그 우도비는 다음과 같이 나타날 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00092

여기서
Figure pat00093
와
Figure pat00094
는 각각 MMSE전처리 후 수신 채널 이득과 수신 신호대 잡음간섭 비(signal to interference plus noise ratio: SINR)를 나타낼 수 있다. 수학식 11은 근사화 방법에 따라 다양하게 나타낼 수 있고, 최대 로그합의 근사화를 하게 되면 수학식 11은 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00095

수학식 12를 이용하는 경우, 첫번째 반복단계에서는 이용할 수 있는 a priori정보가 없으므로 전처리 후 부분 선형화 정보를 가진 테이블을 이용하여 1차원 소프트 디매핑 처리부(322)가 구성될 수 있다. 이후 반복 단계에서, 첫 번째 반복 단계와 마찬가지로, 1차원 소프트 디매핑 처리부(322)는 전처리된 심볼을 기초로 수학식 11 또는 수학식 12을 이용하여 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산할 수 있고, 채널 디코더(340)는 비트 디인터리빙된 로그 우도 비들을 기초로 디코딩을 수행하여 송신기에서 수신한 심볼을 추정할 수 있으며, 소프트 재변조부(323)는 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼 각각의 평균값 및 분산값을 추출할 수 있다.
소프트 디매핑 장치(320)는 제어부(미도시)가 설정한 반복 횟수에 따라, 전처리부(321), 1차원 소프트 디매핑 처리부(322) 및 소프트 재변조부(323)를 반복하여 수행할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법은 사전(a priori) 정보를 이용하여 심볼을 전처리할 수 있다(410).
또한, 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법은 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑할 수 있다(420). 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법은 전처리하는 단계와 소프트 디매핑하는 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
도 4에 도시된 일 실시예에 따른 소프트 디매핑 방법에는 도 1 내지 도 3을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 사전(a priori) 정보를 이용하여 상기 심볼을 전처리하는 단계; 및
    상기 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전처리하는 단계와 상기 소프트 디매핑하는 단계를 반복적으로 수행하는 소프트 디매핑 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심볼은,
    회전 QAM 심볼인 소프트 디매핑 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전처리하는 단계는,
    상기 사전 정보를 이용하여 상기 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리하는 단계
    를 포함하는 소프트 디매핑 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리하는 단계는,
    최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 기법 또는 최소 평균 제곱 오차-간섭 제거(Minimum Mean Square Error-Interference Cancellation: MMSE-IC) 기법을 기초로 상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼을 추정하는 소프트 디매핑 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 소프트 디매핑하는 단계는,
    상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비(Log-Likelihood Ratio: LLR) 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 단계
    를 포함하는 소프트 디매핑 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 단계는,
    반복 단계마다, 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 한 번씩 계산하는 소프트 디매핑 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 단계는,
    상기 사전 정보를 이용하여 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 소프트 디매핑 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사전 정보는,
    이전 반복 단계에서, 채널 디코더(channel decoder)로부터 수신한 상기 심볼에 대한 로그 우도 비에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보 중 어느 하나인 소프트 디매핑 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 심볼을 재변조하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 심볼을 재변조하는 단계는,
    상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 추출하는 단계
    를 포함하는 소프트 디매핑 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전처리하는 단계는,
    상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 I 채널 심볼을 추정하는 단계; 및
    상기 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 Q 채널 심볼을 추정하는 단계
    를 포함하는 소프트 디매핑 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  12. 사전(a priori) 정보를 이용하여 상기 심볼을 전처리하는 전처리부; 및
    상기 전처리된 심볼을 1차원으로 소프트 디매핑하는 1차원 소프트 디매핑 처리부
    를 포함하고,
    상기 전처리부 및 상기 1차원 소프트 디매핑 처리부를 반복적으로 수행하는 소프트 디매핑 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 심볼은,
    회전 QAM 심볼인 소프트 디매핑 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전처리부는,
    상기 사전 정보를 이용하여 상기 심볼을 I 채널 심볼 및 Q 채널 심볼로 분리하는 채널 분리부
    를 포함하는 소프트 디매핑 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 채널 분리부는,
    최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 기법 또는 최소 평균 제곱 오차-간섭 제거(Minimum Mean Square Error-Interference Cancellation: MMSE-IC) 기법을 기초로 상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼을 추정하는 소프트 디매핑 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 1차원 소프트 디매핑 처리부는,
    상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비(Log-Likelihood Ratio: LLR) 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 로그 우도 비 계산부
    를 포함하는 소프트 디매핑 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 로그 우도 비 계산부는,
    반복 단계마다, 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 한 번씩 계산하는 소프트 디매핑 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 로그 우도 비 계산부는,
    상기 사전 정보를 이용하여 상기 I 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비 및 상기 Q 채널 심볼에 대한 1차원의 로그 우도 비를 계산하는 소프트 디매핑 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 사전 정보는,
    이전 반복 단계에서, 채널 디코더(channel decoder)로부터 수신한 상기 심볼에 대한 로그 우도 비에 관한 정보 또는 부가 로그 우도 비(extrinsic LLR)에 관한 정보 중 어느 하나인 소프트 디매핑 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 심볼을 재변조하는 소프트 재변조부
    를 더 포함하고,
    상기 소프트 재변조부는,
    상기 I 채널 심볼 및 상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 추출하는 심볼 정보 추출부
    를 포함하는 소프트 디매핑 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전처리부는,
    상기 Q 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 I 채널 심볼을 추정하는 I 채널 심볼 추정부; 및
    상기 I 채널 심볼의 평균값 및 분산값을 고려하여 상기 Q 채널 심볼을 추정하는 Q 채널 심볼 추정부
    를 포함하는 소프트 디매핑 장치.
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