KR20180090956A

KR20180090956A - 데이터 신호를 서브-블록 디코딩하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180090956A
Application number: KR1020170176554A
Authority: KR
Inventors: 아스마 메즈리; 방-오트망 가야 러카야; 모하메드-아크라프 키바
Original assignee: 앵스띠뛰 미네-뗄레콩
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2018-08-14
Also published as: US10560222B2; US20180175972A1; CN108365916B; KR102143679B1; EP3340554A1; CN108365916A

Abstract

본 발명의 실시예들은 통신 시스템에서 전송 채널을 통해 수신된 신호를 디코딩하는 디코더를 제공하며, 상기 신호는 상부 삼각형 행렬에 의해 표현되는 정보 심볼의 벡터를 포함하며, 상기 디코더는,
- 상기 상부 삼각 행렬의 성분으로부터 유도된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터의 세트를 결정하도록 구성된 처리 유닛(309); 및
- 상기 정보 심볼 벡터의 2개 이상의 서브 벡터들로의 나눗셈에 따라 상기 분할 파라미터의 세트를 사용하여 상기 상부 삼각 행렬을 2개 이상의 서브-행렬로 분할하도록, 그리고 심볼 추정 알고리즘을 적용함으로써 정보 심볼의 각 서브-벡터에 대한 적어도 하나의 추정치를 결정하도록 구성된 디코딩 유닛(311)을 포함하되,
상기 디코더는 상기 정보 심볼의 상기 서브-벡터의 추정치로부터 상기 정보 심볼의 상기 벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하도록 구성되는 디코더이다.

Description

데이터 신호를 서브-블록 디코딩하기 위한 방법 및 장치{METHODS AND DEVICES FOR SUB-BLOCK DECODING DATA SIGNALS}

본 발명은 일반적으로 디지털 통신에 관한 것으로, 특히 데이터 신호를 디코딩하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

다중-입력 다중-출력(MIMO) 기술은 몇몇 통신 시스템에서 높은 전송 속도를 제공하기 위해 사용된다. MIMO 기술은 다수의 시간 슬롯에 걸쳐 다수의 송신 및/또는 수신 안테나를 사용하여 더 많은 데이터 심볼을 인코딩 및 다중화하기 위해 공간 및 시간 차원을 이용한다. 그 결과, MIMO 기반 통신 시스템의 용량, 범위 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 예시적인 MIMO 통신 시스템은 유선, 광 및 무선 통신 시스템을 포함한다.

MIMO 시스템은 시공간 코딩 및 디코딩 기술을 기반으로 한다. 송신기 장치에서, 시공간 인코더는 전송 채널을 통해 이후에 전송된 코드 워드로 데이터 스트림을 인코딩하기 위해 구현된다. 수신기 측에서, 송신기 장치(들)에 의해 전달된 의도된 데이터 스트림을 복구하기 위해 시공간 디코더가 구현된다.

시공간 디코더는 전송 채널을 나타내는 채널 출력 및 채널 행렬이 주어지면, 하나 이상의 송신기에 의해 전송된 정보 심볼들의 시퀀스의 추정을 결정하려고 시도한다. 이러한 목적을 위해 디코딩 알고리즘이 구현될 수 있다. 사용될 디코딩 알고리즘의 선택은 목표 성능 및 구현 복잡성 및 비용에 의존할 수 있다.

시공간 디코더의 제1 카테고리는 전송 레이트 및 디코딩 에러 레이트의 관점에서 최적의 성능을 제공하는 디코딩 알고리즘을 포함한다. 똑같이 분산된 정보 심볼이 존재할 때, 최적 시공간 디코더는 ML(Maximum Likelihood) 디코딩 기준을 구현한다. 이 경우에 추정된 정보 심볼 시퀀스는 수신 신호에 대한 최소 유클리드 거리를 갖는다. 예시적인 ML 디코딩 알고리즘은 구(Sphere) 디코더, Schnorr-Euchner 디코더, 스택 디코더 및 SB-Stack 디코더와 같은 철저한 검색 및 순차적 디코딩 알고리즘을 포함한다. ML 디코더는 최적의 성능을 제공하지만, 안테나의 수 및 정보 심볼이 속하는 알파벳의 크기에 따라 증가하는 높은 계산 복잡성을 요구 한다.

제2 카테고리는 정보 심볼들이 개별적으로 또는 벡터들의 서브-블록들(즉, 서브-벡터들)에 의해 디코딩되는지에 따라 2개의 클래스로 분류될 수 있는 차선의 디코딩 알고리즘들을 포함한다.

심볼들을 개별적으로 디코딩하는 것에 기초한 예시적인 알고리즘들("단일 심볼"디코딩 알고리즘들)은 ZF(Zero-Forcing) 및 MMSE 디코더들과 같은 선형 디코더들 및 제로-강제 결정 피드백 이퀄라이저(ZF-DFE). 선형 및 비선형 디코더는 ML 디코더에 비해 계산 복잡도가 낮다. 그러나 제한된 성능을 제공한다.

서브-블록 디코딩을 구현하는 알고리즘은 정보 심볼의 벡터를 2개 이상의 서브 벡터로 나눈 것에 기초한다. 각 서브 벡터는 이전에 추정된 심볼의 서브 벡터가 주어지면 개별적으로 재귀적으로 추정된다. 심볼의 각 서브-벡터의 추정은 심볼 추정 알고리즘을 사용하여 수행된다. 임의의 순차적, 선형 또는 비선형 디코딩 알고리즘은 정보 심볼의 대응하는 서브-벡터의 추정치를 생성하기 위한 심볼 추정 알고리즘으로서 주어진 서브-블록에서 구현될 수 있다.

QR-기반 서브-블록 디코딩 알고리즘('재귀 서브-블록 디코딩'이라 칭함)에 따르면, 정보 심볼 벡터의 분할은 전송 채널을 나타내는 상위 삼각 행렬의 분할에 따라 이루어진다. 상부 삼각 행렬은 전송 채널을 나타내는 채널 행렬에 QR 분해를 적용함으로써 획득될 수 있다.

QR-기반 서브-블록 디코딩 알고리즘은 "W-J Choi, R. Negi, 및 J.M. Cioffi, 에 의한 Combined ML and DFE decoding for the V-BLAST system, IEEE International Conference on Communications, Volume 3, pages 1243-1248, 2000"에 개시되어 있다. 데이터 스트림의 공간 멀티플렉싱을 이용하는 무선 MIMO 시스템에 대해 ML 및 DFE 디코딩의 조합이 제안되어 있다. 길이 n의 정보 심볼들의 벡터는 먼저 길이 p 및 n-p의 2개의 서브-벡터들로 분할된다. ML 디코딩은 p개의 정보 심볼들을 포함하는 서브-벡터의 추정을 결정하는데 사용된다. 그 다음, 결정 피드백 등화를 사용하여, 남은 n-p개의 심볼들은 심볼 간 간섭 제거 후에 추정된다. 분할 파라미터, 즉 서브 벡터의 수 및 각 서브 벡터의 길이의 선택은 결정론적이다.

코딩된 무선 MIMO 시스템에 대한 다른 QR 기반 서브-블록 디코딩 알고리즘이, 예를 들어,

- "K. Pavan Srinath 및 B. Sundar Rajan 에 의한 Low ML-Decoding Complexity, Large Coding Gain, Full-Rate, Full-Diversity STBCs for 2x2 and 4x2 MIMO Systems, IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, Volume 3, Issue 6, pages 916-927, 2009";

- "L. P. Natarajan, K. P. Srinath, 및 B. Sundar Rajan 에 의한 On The Sphere Decoding Complexity of Gigh-Rate Multigroup Decodable STBCs in Asymmetric MIMO Systems, IEEE Transactions on Information Theory, Volume 59, Issue 9, 2013"; 및

- "T. P. Ren, Y. L. Guan, C. Yuen, 및 R. J. Shen 에 의한 Fast-group-decodable space-time block code. In Proceedings of IEEE Information Theory Workshop, pages 1-5, January 2010"에 개시되어 있다.

이러한 작업에서 상부 삼각 행렬의 분할은 사용된 시공간 블록 코드(STBC)와 특히 STBC가 속할 수 있는 클래스에 따라 다르다.

기존의 재귀적 서브-블록 디코딩 알고리즘은 선형 및 비선형 디코더보다 우수한 성능을 제공한다. 그러나, 정보 심볼의 벡터의 분할은 결정론적으로 또는 코딩된 시스템에서 사용된 코드에 따라 수행된다. 따라서, 기존의 서브-블록 분할 기준은 임의의 공간 멀티플렉싱 또는 코딩된 MIMO 시스템에 충분히 적응되지 않으며 차선의 성능/복잡성 트레이드 오프를 초래할 수 있다. 따라서, 임의의 MIMO 구성에 적응되고 서브-블록 디코딩 성능/복잡성 절충의 최적화를 가능하게 하는 서브-블록 분할 기술에 대한 필요성이 존재한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 통신 시스템에서 전송 채널을 통해 수신되는 신호를 디코딩하는 디코딩 장치가 제공된다. 상기 신호는 정보 심볼의 벡터를 포함한다. 전송 채널은 상부 삼각 행렬에 의해 표현된다. 상기 디코더는,

- 상기 상부 삼각 행렬의 성분들로부터 유도된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터들의 세트를 결정하도록 구성된 처리 유닛;

-　상기 정보 심볼들의 벡터를 2이상의 서브 벡터들로 나눔으로써 분할 파라미터 세트를 이용하여 상기 상부 삼각 행렬을 2개 이상의 서브-행렬들로 분할하고, 심볼 추정 알고리즘을 적용함으로써 정보 심볼들의 각 서브-벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하도록 구성된 디코딩 유닛을 포함한다.

디코더는 정보 심볼들의 서브-벡터들의 추정치들로부터 정보 심볼들의 벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 분할 파라미터 세트는 2개 이상의 서브-행렬의 개수 및 2개 이상의 서브-행렬로부터의 각 서브-행렬에 포함되는 행의 개수로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 분할 파라미터를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 실수인 값보다 크거나 같은 다수의 컴포넌트의 함수일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 값은 0과 동일할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 상부 삼각 행렬의 각 성분은 제1 값 및 제2 값으로 표현될 수 있으며, 제1 값은 행 인덱스를 정의하고 제2 값은 열 인덱스를 정의한다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 제1 정수 값 및/또는 상부 삼각 행렬의 적어도 일부 성분을 나타내는 제2 정수 값의 함수일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 컨디셔닝 수(conditioning number)일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 디코더는 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘들을 저장하도록 구성된 저장 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 디코딩 유닛은 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘으로부터 심볼 추정 알고리즘을 선택하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 처리 유닛은 분할 파라미터의 현재 세트를 반복적으로 결정하도록 구성될 수 있으며, 분할 파라미터의 상기 현재 세트는 다수의 현재 분할 행렬을 제공하고, 상기 처리 유닛은 현재 서브-행렬의 성분으로부터 적어도 하나의 분할 메트릭을 결정하며 그리고 상기 적어도 하나의 분할 메트릭에 관련된 분할 기준에 응답하여 상기 분할 파라미터의 현재 세트를 갱신하도록 구성되고, 상기 분할 파라미터 세트는 분할 파라미터의 적어도 하나의 현재 세트로부터 결정된다.

몇몇 실시예에 따르면, 처리 유닛은 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘에 따라 분할 파라미터의 초기 세트를 결정하고 분할 파라미터의 초기 세트로부터 분할 파라미터의 적어도 하나의 현재 세트를 결정하도록 구성될 수 있다.

특정 실시예에서, 디코더는 또한 신호 대 잡음비 및/또는 전송 채널의 정지 용량의 값 및/또는 전송 속도의 값에 따라 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘을 미리 결정하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 분할 기준은 적어도 하나의 분할 메트릭의 최적화에 기초할 수 있다.

또한 몇몇 실시예에서, 분할 기준은 하나 이상의 분할 메트릭 임계들에 대한 적어도 하나의 분할 메트릭의 값에 의존할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 하나 이상의 분할 메트릭 임계치들은 전송 채널에 영향을 주는 잡음의 표준 편차 및/또는 상위 삼각 행렬의 적어도 일부 컴포넌트들을 정의하는 제1 값에 의존할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 통신 시스템은 암호 통신 시스템일 수 있으며, 신호는 적어도 하나의 암호 보안 값을 사용하여 인코딩된다.

또한, 통신 시스템에서 전송 채널을 통해 수신된 신호를 디코딩하는 방법이 제공된다. 상기 신호는 정보 심볼들의 벡터를 포함한다. 전송 채널은 상부 삼각 행렬에 의해 표현된다. 상기 방법은,

- 상기 상부 삼각 행렬의 성분들로부터 유도된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터 세트를 결정하는 단계;

- 상기 정보 심볼들의 벡터를 2개 이상의 서브-벡터들로 나눔으로써 분할 파라미터 세트를 사용하여 상기 상부 삼각 행렬을 2개 이상의 서브-행렬들로 분할하고, 심볼 추정 알고리즘을 적용하여 상기 정보 심볼의 각 서브-벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 정보 심볼의 서브-벡터의 추정치로부터 정보 심볼의 벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 다양한 실시예들은 디코딩 에러 성능 개선뿐만 아니라 정보 심볼들의 벡터의 분할을 구현된 심볼 추정 알고리즘들에 적응시키고 서브-블록 디코딩 프로세스의 계산 복잡성의 감소도 가능하게 하는 서브-블록 분할 기술들을 제공한다.

본 발명의 또 다른 이점은 도면 및 상세한 설명을 조사한 당업자에게 명백해질 것이다.

첨부된 도면은 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하며, 본 발명의 다양한 실시예를 도시하며,
도 1은 일 실시예에 따른 통신 시스템에 대한 본 발명의 예시적인 애플리케이션의 블록도;
도 2는 일 실시예에 따른 무선 단일 사용자 MIMO 시스템에 대한 본 발명의 예시적인 애플리케이션의 블록도;
도 3은 일 실시예에 따른 시공간 디코더의 구조를 나타내는 블록도;
도 4는 일 실시예에 따른 디코딩 유닛의 구조를 나타내는 블록도;
도 5는 일 실시예에 따른 서브-블록 디코딩 방법을 도시하는 흐름도;
도 6은 일 실시예에 따른 서브-블록 디코딩을 위한 분할 파라미터 세트를 결정하는 방법을 도시하는 흐름도; 및
도 7은 일 실시예에 따른 시공간 디코더의 하드웨어 아키텍처를 도시한다.

본 발명의 실시예들은 통신 시스템에서 전송 채널을 통해 수신된 정보 심볼들의 벡터를 디코딩 성능과 디코딩 연산 복잡도 사이의 최적화된 트레이드 오프(tradeoff)로 서브-블록 디코딩하는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 생성물을 제공한다. 전송 채널은 전송 채널을 나타내는 채널 행렬에 QR 분해를 적용함으로써 얻어진 상부 삼각 행렬 R로 표현된다.

본 발명의 실시예들은 분할 기준에 따라 상기 상부 삼각 행렬의 최적화된 분할을 제공하며, 상기 분할 기준은 정보 심볼의 각각의 서브-벡터의 적어도 하나의 추정을 결정하기 위해 구현되는 심볼 추정 알고리즘의 복잡성을 감소시킨다.

다양한 실시예에 따른 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품은 상이한 유형의 시스템에서 구현될 수 있다. 특히, 다양한 실시예에 따른 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품은 하나 이상의 송신기 장치로부터 수신기 장치로 전달되는 정보 심볼 벡터의 추정치를 결정하기 위해 통신 시스템에서 구현될 수 있다.

일 실시예에 대한 다음의 설명은 설명의 목적으로만 통신 시스템을 참조하여 이루어질 것이다. 그러나, 당업자는 다양한 실시예가 신호 처리 시스템, 암호화 시스템 및 위치 확인 시스템과 같은 다른 유형의 시스템에 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른, 통신 시스템(100)에 대한 예시적인 애플리케이션의 블록도이다. 통신 시스템(100)은 유선, 무선 또는 광섬유 기반일 수 있다. 통신 시스템(100)은 복수의 정보 심볼을 하나 이상의 수신기 장치(15)(이하, "수신기"라 함)로 전송 채널(13)을 통해 전송하도록 구성된 적어도 하나의 송신기 장치(이하, "송신기"라 함)(11)를 포함할 수 있다. 수신기(15)는 하나 이상의 송신기 장치(11)에 의해 전송된 정보 심볼을 디코딩하기 위한 적어도 하나의 디코더(10)를 포함할 수 있다. 전송 채널(13)은 임의의 유선 접속, 임의의 무선 매체 또는 광섬유 기반 링크일 수 있다.

컴퓨터 네트워킹 시스템과 같은 유선 통신 시스템에 본 발명을 적용함에 있어서, 송신기 장치(11) 및/또는 수신기 장치(15)는 유선 네트워크에서 동작하도록 구성된 임의의 장치일 수 있다. 그러한 애플리케이션의 예시적인 장치는 소형 또는 대형 영역 유선 네트워크에 연결된 컴퓨터, 라우터 또는 스위치를 포함한다. 전송 채널(13)은 이 경우 서로 다른 접속된 장치들 간에 데이터의 전송을 보장하기 위해 사용되는 임의의 유형의 물리적 케이블일 수 있다.

무선 통신 시스템에 대한 본 발명의 일 실시예에서, 통신 시스템(100)은 입력 데이터를 나타내는 정보 심볼들의 흐름을 통신하도록 구성된 무선 송신기 장치(11) 및 송신기(11)에 의해 전달된 심볼을 디코딩하도록 구성된 무선 수신기 장치(15)를 포함하는 무선 단일 사용자 MIMO 시스템일 수 있다.

송신기 장치(11)는 하나 이상의 송신 안테나를 구비할 수 있고 수신기 장치(15)는 하나 이상의 수신 안테나를 구비할 수 있다.

무선 통신 시스템에 대한 본 발명의 다른 응용에서, 통신 시스템(100)은 복수의 무선 송신기 장치(11) 및 수신기 장치(15)가 서로 통신하는 무선 다중 사용자 MIMO 시스템일 수 있다. 이러한 실시예에서, 통신 시스템(100)은 TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access) 및 Space- SDMA(Division Multiple Access)를 지원한다.

광통신에 대한 본 발명의 일 응용에서, 통신 시스템(100)은 광섬유 기반 통신 시스템일 수 있다. 따라서, 송신기(11) 및 수신기(15)는 광섬유 기반 송신 시스템에서 동작할 수 있는 임의의 광 송수신기일 수 있다. 전송 채널(13)은 단거리 또는 장거리를 통해 데이터를 전달하도록 설계된 임의의 광섬유 링크일 수 있다. 이러한 실시예에서, 송신기(11)에 의해 전달된 정보 심볼은 광섬유의 상이한 편광 상태에 따라 편광된 광신호에 의해 반송될 수 있다. 광신호는 수신기(15)에 도달할 때까지 하나 이상의 전파 모드에 따라 광섬유 기반 전송 채널(11)을 따라 전파한다.

광 통신에 대응하는 일 실시예에서, 정보 심볼을 운반하는 광신호는 단일 파장 레이저를 사용하여 생성될 수 있다.

다른 실시예에서, 파장 분할 다중화(WDM) 기술은 송신기(11)에서 사용될 수 있어 복수의 독립적인 파장을 사용하여 광신호를 생성할 수 있다.

특히 멀티-모드 광섬유를 사용하는 광통신에 대한 본 발명의 다른 응용에서, 공간 분할 멀티플렉싱 기술은 또한 다양한 전파 모드에 따라 정보 심볼을 멀티플렉싱하는데 사용될 수 있다.

또한, 광통신 시스템에 응용하기 위해 WDMA(Wavelength Division Multiple Access)와 같은 다중 접속 기술이 사용될 수 있다.

전송 채널(13)은 주파수 선택성, 간섭 및 지연을 완화할 수 있는 OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱) 및 FBMC(필터 뱅크 다중 캐리어)와 같은 단일 캐리어 또는 다중 캐리어 변조 포맷을 사용하는 임의의 선형 가산 백색 가우스 잡음(AWGN) 채널 또는 다중 경로 채널일 수 있다.

무선 단일 사용자 MIMO 시스템에 대한 하나의 애플리케이션에서, 수신된 신호의 QR 기반 서브-블록 디코딩의 복잡성/성능 트레이드 오프는 정보 심볼의 벡터의 서브-블록 분할의 최적화를 통해 최적화될 수 있다. 다양한 디코딩 방법들 및 장치들의 예시적인 애플리케이션들은 제한없이 예를 들어 다음과 같이 구현 가능한 구성들에서의 MIMO 디코딩을 포함한다:

- ITU G.hn 및 HomePlug AV2 규격에서 표준화된 전력선 유선 통신;

- Wi-Fi(IEEE 802.11n 및 IEEE 802.11ac), 셀룰러 WiMax(IEEE 802.16e), 협업 WiMax(IEEE 802.16j), LTE(Long Term Evolution), LTE-고급, 및 5G 진행중인 표준화.

또한, 통신 시스템(100)은 송신기(11)가 적어도 하나의 도청자의 존재 시에 적어도 하나의 정당한 수신기(15)에 데이터를 통신하도록 구성될 수 있는 암호 통신 시스템일 수 있다. 도청자는 통신 시스템(100)을 통해 전송된 데이터를 인터셉트할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 통신 채널(13)은 이러한 실시예 및 예를 들어 도청 채널일 수 있다.

암호화 시스템에 대한 본 발명의 일 실시예에서, 송신기(11)는 적어도 하나의 정당한 수신기(15)에 송신될 데이터를 암호화하도록 구성될 수 있다. 격자 기반 기술을 사용하는 인코딩은 격자 포인트의 형태로 인코딩된 데이터 또는 신호를 제공할 수 있다. 합법적인 수신기(15)는 그에 따라 다양한 실시예에 따른 디코딩 기술을 적용함으로써 전송 채널(13)을 통해 인코딩된 데이터 수신기를 해독하도록 구성될 수 있다. 단지 설명의 목적으로, 이하의 설명은 n_t≥1 송신 안테나를 구비한 송신기(11) 및 송신기(11)에 의해 송신된 정보 심벌들을 디코딩하기 위한 n_r≥1 수신 안테나들을 구비한 수신기 장치(15)를 수용하는 무선 단일 사용자 MIMO 시스템을 참조하여 설명될 것이다 그러나, 당업자는 본 발명의 다양한 실시예가 무선 다중 사용자 MIMO 시스템 및 광학 MIMO 시스템과 같은 다른 통신 시스템에 적용된다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 일반적으로, 본 발명은 수신기 장치에서의 채널 출력의 선형 표현(등가적으로 격자 표현)을 특징으로 하는 임의의 통신 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 송신 및 수신 안테나들의 수가 1보다 크지만, 어떤 실시예들은 2보다 크거나 같은 송신 안테나의 개수(n_t≥2) 및 2보다 크거나 같은 수신 안테나 다수(n_r≥2)의 존재 시에 특별한 장점을 가질 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 무선 단일 사용자 MIMO 통신 시스템(200)이 도시되어있다. 무선 단일 사용자 MIMO 통신 시스템(200)은 시간 및 공간 차원에 걸쳐 정보 심볼을 다중화하기 위해 시공간 블록 코드(STBC)를 구현하는 송신기(20)를 포함할 수 있다. 스테이션의 각 송신기(20)는 무선 통신 시스템(200)에 따라 다른 스테이션의 수신기(21)와 데이터를 교환할 수 있다.

무선 단일 사용자 MIMO 통신 시스템(200)은 대칭 구성을 나타낼 수 있다. 여기에서, 대칭 구성은 송신기(20)와 수신기(21)가 동일한 수의 안테나 n_t=n_r을 구비하는 구성을 지칭한다. 대안적으로, MIMO 구성은 비대칭일 수 있으며, 이 경우 수신 안테나의 수 n_r은 송신 안테나의 수 n_t와 다르다. 특히, 일 실시예에서, 순위 부족 문제를 피하기 위해, 수신 안테나들의 수 n_r은 송신기에서의 안테나들의 수 n_t보다 클 수 있다.

송신기(20)는 채널 행렬(H_c)로 표현되는 잡음이 많은 무선 MIMO 채널을 통해 수신기(21)에 신호를 전달할 수 있다. 송신기(20)는 무선 환경에서 동작할 수 있는 상이한 장치 또는 시스템으로 구현될 수 있다. 이러한 애플리케이션에 적합한 예시적인 장치는 이동 전화, 랩탑, 태블릿, 로봇, IoT(Internet of Things) 장치, 기지국 등을 포함한다. 송신기(20)는 고정식 또는 이동형일 수 있다. 예를 들면 다음과 같은 것들을 포함할 수 있다:

- 선형 블록 코드 또는 컨벌루셔널 코드와 같은 순방향 오류 정정(FEC) 코드를 구현하는 채널 인코더(201);

- 변조된 심볼 벡터(sc)를 전달하는 직교 진폭 변조(QAM)와 같은 변조 방식을 구현하는 변조기(203);

- 코드 워드 행렬 X를 전달하는 시공간 인코더(205);

- OFDM 또는 FBMC 변조기와 같은 단일-캐리어 또는 다중-캐리어 변조기와 관련되는 n_t개의 송신 안테나.

송신기(20)는 예를 들어 선형 블록 코드 또는 컨볼루션 코드를 구현하는 FEC 인코더(201)를 사용하여 수신된 정보 비트의 흐름을 데이터 입력으로서 인코딩하도록 구성될 수 있다. 인코딩된 이진 신호는 변조기(203)를 사용하여 심볼 벡터 s_c로 변조될 수 있다. 2^q심볼 또는 상태를 갖는2^q-QAM 또는 2^q-PSK와 같은 상이한 변조 방식이 구현될 수 있다. 변조된 벡터 s_c는 심볼 당 q 비트를 갖는 복소-값 심볼 s₁, s₂, ..., s_k를 포함하는 복소-값 벡터일 수 있다.

정보 심볼 s_j는 평균 전력 E_s를 가지며, 다음과 같은 형태로 기재될 수 있다:

s_j = Re(s_j)+iIm(s_j) (1)

식(1)에서:

- i는 i²=-1 인 복소수를 나타내고,

- Re(.) 및 Im(.) 연산자는 각각 입력 값의 실수 및 허수부를 나타낸다.

2^q-QAM과 같은 변조 포맷이 사용되는 경우, 2^q개의 심볼 또는 상태는 정수 필드 Z[i]의 서브 세트를 나타낸다. 해당 컨스텔레이션은 다른 상태 또는 심볼을 나타내는 2^q 점을 포함한다. 또한, 제곱 변조의 경우, 정보 심볼의 실수부 및 허수부는 동일한 유한 알파벳 A=[-(q-1),(q-1)]에 속한다. 변조 방식의 최소 거리 d_min은 컨스텔레이션의 두개의 인접한 점 사이의 유클리드 거리를 나타내며, 그러한 예에서는 2와 같다.

시공간 인코더(205)는 인코딩된 심볼로부터 코드 워드 행렬 X를 생성하는데 사용될 수 있다. 시공간 인코더(205)는 길이 T의 선형 STBC를 사용할 수 있다. 시공간 인코더(205)는 코드북 C에 속하고 T개의 타임 슬롯을 통해 전송되는 차원 n_t×T의 코드 워드 행렬 X를 전달할 수 있다. 이러한 코드의 코딩 속도는 채널 사용당 к/T 복소 심볼과 동일하며, 여기서 к는 이 경우에 차원k의 S_c=[s₁, s₂, ..., s_k]^t의 벡터를 구성하는 인코딩된 복소수 심볼의 수이다. 풀 레이트 코드가 사용될 때, 시공간 인코더(205)는 k=n_tT 복소수 심볼을 인코딩한다. STBC의 예는 완벽한 코드이다. 퍼펙트 코드는 복소 정보 심볼의 수 K=n² _t(T=n_t)를 인코딩하여 완전한 코딩 속도를 제공하며 비소멸 결정 특성을 만족시킨다.

일 실시예에서, 시공간 인코더(205)는 시간 차원에서 코딩을 수행하지 않고 상이한 송신 안테나를 통해 수신된 복소값 정보 심볼들을 다중화함으로써 V-BLAST 방식으로 알려진 공간 멀티플렉싱 방식을 사용할 수 있다.

이와 같이 구성된 코드 워드는, 예를 들어 OFDM 또는 FBMC 변조기를 사용하는 다중 반송파 변조 기술을 사용하여 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환될 수 있고, 송신 안테나(207)를 통해 확산될 수 있다. 신호는 필터링, 주파수 전이 및 증폭 후에 송신 안테나(207)로부터 선택적으로 전송될 수 있다.

수신기(21)는 페이딩 및 간섭을 겪고 송신 채널("통신 채널"이라고도 함)을 통해 무선 네트워크에서 송신기(20)에 의해 통신되고 복소값 채널 행렬(Hc)로 표현되는 신호를 수신 및 디코딩하도록 구성될 수 있다. 또한, 통신 채널은 예를 들어 가우스 잡음에 의해 영향을 받아 잡음이 있을 수 있다.

수신기(21)는 셀룰러 네트워크의 노드 B, 근거리 통신망의 액세스 포인트 또는 애드혹 네트워크 또는 무선 환경에서 동작하는 임의의 다른 인터페이싱 장치와 같은 기지국에 통합될 수 있다. 수신기(21)는 고정식 또는 이동형일 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 수신기(21)는:

- 상기 채널 행렬 H_C 및 상기 채널 출력 신호 Y_C로부터 상기 변조 심볼 벡터S_C의 추정치

를 출력하는 시공간 디코더(211);

- 상기 추정된 심볼 벡터

의 복조를 수행하여 2진 시퀀스를 생성하도록 구성된 복조기(213);

- 예를 들어 비터비 알고리즘을 사용하여 전송된 비트의 추정치인 이진 신호를 출력으로서 전달하도록 구성된 채널 디코더(215); 를 포함한다.

수신기(21)는 송신기(20)에서 수행되는 처리의 역 처리를 구현한다. 따라서, 멀티 캐리어 변조보다는 단일 반송파 변조가 송신기에서 사용되는 경우, FBMC 복조기의 n_r OFDM은 대응하는 단일 캐리어 복조기에 의해 대체될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 시공간 디코더(211)의 블록도이다. 따라서, 시공간 디코더(211)는 복소값 채널 행렬을 실수값 등가 채널 행렬 H_C로 변환하고, 복소값 채널 출력 Y_C를 차원 n의 실수값 벡터 y로 변환시키는 복소-실수 변환기(301)를 포함할 수 있다.

시공간 디코더(211)는 QR 분해를 H=QR이 되도록 실수값 채널 행렬에 적용함으로써 직교 행렬 Q 및 상부 삼각 행렬 R을 생성하도록 구성된 QR 분해기(303)를 포함할 수 있다. 상부 삼각 행렬의 성분은 R_ij로 표시될 수 있으며, 행 인덱스를 정의하는 i로 표시되는 제1 값 및 j로 표시되는 열 인덱스를 지정하는 제2 값으로 표현될 수 있다. 따라서, 주어진 성분 R_ij는 i 번째 행과 j 번째 열에 위치한다.

시공간 디코더(211)는

가 되도록 실수값 채널 행렬의 QR 분해로부터 얻어진 직교 행렬 Q의 전치에 의해 실수값 신호 y를 스케일링하여 보조 신호

를 결정하도록 구성된 곱셈 유닛(305)을 포함할 수 있다.

재귀적 서브-블록 디코딩에 대한 본 발명의 한 응용에서, 보조 신호

및 상부 삼각 행렬 R은 디코딩 프로세스에서 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 시공간 디코더(211)는 상부 삼각 행렬 R의 적어도 몇몇 성분들로부터 도출된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터의 세트를 결정하도록 구성된 처리 유닛(309)을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 하나의 값보다 크거나 같은 상부 삼각 행렬의 성분 수에 대응할 수 있으며, 그 값은 실수값이다.

제로(0)와 동일한 값이 고려되는 하나의 특정 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 "경성 희박" 분할 메트릭으로 지칭된다.

0이 아닌 실수값과 동일한 값이 고려되는 다른 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 "연성 희박" 분할 메트릭으로 지칭된다. 0이 아닌 실수값은 실수의 필드에서 양수 또는 음수가 될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 상부 삼각 행렬(R)의 적어도 일부 컴포넌트를 나타내는 제1 값 및 제2 값의 임의의 함수일 수 있다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 "가중된 희박”분할 메트릭으로 지칭된다.

다른 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 컨디셔닝 수에 대응할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 2개 이상의 상이한 분할 메트릭이 동시 최적화를 위해 동시에 고려될 수 있다는 것을 알아야 한다.

몇몇 실시예에서, 분할 파라미터 세트는 N으로 표시된 다수의 서브-블록 및 서브-블록의 길이로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. N개의 서브-블록의 길이는 k=1,...,N에 대해 l^(k)로 표시된다. 서브-블록의 상이한 길이가 방정식

을 만족시킨다.

시공간 디코더(211)는 정보 심볼들의 벡터를 2개 이상의 서브-벡터로 나눔으로써 결정된 분할 파라미터의 세트를 사용하여 상부 삼각 행렬을 2개 이상의 서브-행렬들로 분할하도록 구성된 디코딩 유닛(311)을 더 포함할 수 있다. 각 서브-행렬은 1보다 크거나 같은 다수의 행을 포함할 수 있다. 각각의 서브-벡터는 1보다 크거나 같은 다수의 심볼을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 2개 이상의 서브-행렬들의 수는 서브-블록의 수 N으로부터 결정될 수 있고, 각각의 서브-행렬에 포함되는 행의 수는 서브-블록의 길이로부터 결정될 수 있다. 특히, 서브-행렬의 개수는 서브-블록의 개수 N과 같을 수 있고, 인덱스 k의 서브-행렬에 포함되는 행의 개수는 l^(k)일 수 있다. 따라서, 디코딩 유닛(311)은 상부 삼각 행렬 R을 A^(k)로 표기되는 N개의 직사각형 행렬로 분할하고,

(2)

k=1,...,N에 대한 서브-행렬 A^(k)는 차원 l^(k)×n의 직사각형 행렬이다. 각각의 서브-행렬 A^(k)는 l^(k)와 같은 다수의 행을 포함한다. 행렬 A^(k)는 j=k+1,...,N에 대한 상부 삼각 행렬 R^(k)와 하나 이상의 직사각형 행렬 B^(jk)로 분할될 수 있다.

상부 삼각 행렬의 분할은 다음과 같이 정보 심볼의 벡터를 길이 l^(k)의 k=1,...,N에 대한 N개의 서브-벡터 s^(k)로 나눈 것에 대응한다:

, 및

보조 신호

를 N개의 서브-벡터

로 나눔으로써,

이 된다.

디코딩 유닛(311)은 k번째 서브-블록에 대응하는 심볼 추정 알고리즘 D^(k)을 적용함으로써 정보 심볼 s^(k)의 각 서브-벡터의 적어도 하나의 추정치

를 결정하도록 또한 구성될 수 있다. 심볼 s의 실수값 벡터의 추정치

는 다음과 같이 정보 심볼들의 서브-벡터의 k=1, ...,N 에 대한 다양한 추정치

들로부터 결정되어:

이 된다.

시공간 디코더(211)는 복소값 심볼 S_C의 원래 벡터의 추정치로서 복소값 벡터

를 전송하도록 구성된 실수-복소수 변환기(313)를 더 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 시공간 디코더(211)는 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘을 저장하도록 구성된 저장 유닛(307)을 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 디코딩 유닛(311)은 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘으로부터 k=1,...,N에 대한 유사하거나 상이한 심볼 추정 알고리즘 D^(k)을 선택하도록 구성될 수 있다.

상기 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘들 중 하나의 심볼 추정 알고리즘은 ZF 디코더 또는 MMSE 디코더, 또는 비선형 ZF-DFE 디코더와 같은 선형 디코딩 알고리즘, 임의의 순차 알고리즘일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 시공간 디코더(211)는 충족될 필요가 있는 목표 서비스 품질 메트릭에 관하여 및/또는 디코딩 알고리즘을 구현하는 수신기 장치(15)에 의해 지원받을 수 있는 디코딩 계산 복잡도의 주어진 값 및/또는 신호대 잡음비에 따라 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘을 미리 결정하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 목표 서비스 품질 메트릭은 전송 채널의 정지 용량 및/또는 달성 가능한 전송 속도와 관련될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 처리 유닛(309)은 반복 프로세싱을 수행함으로써 결정되는 분할 파라미터의 적어도 하나의 현재 세트로부터 분할 파라미터 세트를 결정하도록 구성될 수 있다.

이러한 실시예에서, 처리 유닛(309)은 상부 삼각 행렬(R)을 다수의 현재 서브-행렬로의 분할을 제공하는 분할 파라미터의 현재 세트를 반복적으로 결정하고, 상기 다수의 현재 서브-행렬의 성분들로부터 유도된 적어도 하나의 분할 메트릭에 관련된 기준에 응답하여 분할 파라미터의 현재 세트를 업데이트하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 처리 유닛(309)은 분할 메트릭이 만족될 때까지 분할 파라미터들의 현재 세트의 결정의 하나 이상의 반복을 수행하도록 구성될 수 있다

몇몇 실시예에 따르면, 분할 기준은 서브-행렬 당 적어도 하나의 분할 메트릭의 값의 최적화에 대응할 수 있다. 최적화는 서브-행렬 당 적어도 하나의 분할 메트릭의 값의 최대화 또는 최소화에 대응할 수 있다.

예를 들어, 연성, 경성 또는 가중 분할 메트릭을 사용하는 실시예에서, 분할 기준은 서브-행렬 당 분할 메트릭의 최대화에 대응할 수 있다.

컨디셔닝 수가 분할 메트릭으로 고려되는 실시예와 관련된 또 다른 예에서, 최적화는 컨디셔닝 수의 최소화에 대응할 수 있다.

2개 이상의 상이한 분할 메트릭을 포함하는 실시예에서, 2개 이상의 상이한 분할 메트릭의 공동 최적화가 고려될 수 있다. 예를 들어, 경성, 연성 또는 가중된 희박 분할 메트릭 중 컨디셔닝 수의 최소화 및 희박 분할 메트릭의 최대화를 가능하게 하는 공동 최적화가 고려될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 저장 유닛(307)은 하나 이상의 분할 메트릭 임계치를 저장하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 분할 기준은 하나 이상의 분할 메트릭 임계치에 관한 적어도 하나의 분할 메트릭의 값에 의존할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 하나 이상의 분할 메트릭 임계치는 전송 채널에 영향을 미치는 잡음의 표준 편차에 따라 시공간 디코더(211)에 의해 미리 결정될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 분할 메트릭과 관련된 분할 메트릭 임계치는 다양한 현재의 서브-행렬에 대해 동일할 수 있다.

다른 실시예에서, 분할 메트릭과 관련된 분할 메트릭 임계치는 다양한 현재의 서브-행렬에 대해 다를 수 있다. 따라서, 복수의 상이한 분할 메트릭 임계치들이 각각의 분할 메트릭과 관련될 수 있으며, 각각의 분할 메트릭 임계치는 현재의 서브-행렬 중의 각 현재의 서브-행렬과 관련된다. 또한, 복수의 상이한 분할 메트릭 임계치는 상부 삼각 행렬상의 현재 서브-행렬의 깊이에 의존할 수도 있다. 현재의 서브-행렬의 깊이는 현재의 서브-행렬의 적어도 몇몇 성분을 정의하는 행 인덱스(즉, 제1 값)에 의해 결정될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 처리 유닛(309)은 서브-블록의 수 및/또는 서브-블록의 길이를 증가 또는 감소시킴으로써 분할 파라미터의 현재 세트를 업데이트하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 처리 유닛(309)은 적어도 하나의 현재 분할 파라미터 세트가 결정될 수 있는 분할 파라미터의 초기 세트를 제1 반복에서 결정하도록 구성될 수 있다.

저장 유닛(307)이 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘을 저장하도록 구성된 몇몇 실시예에서, 처리 유닛(309)은 심볼 추정 알고리즘에 따라 분할 파라미터의 초기 세트를 결정하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 심볼 추정 알고리즘이 선형 또는 비선형 디코딩 알고리즘을 포함하는 실시예에서, 분할 파라미터의 초기 세트는 각 서브-블록의 길이가 l^(k)=1과 같도록 n과 동일한 다수의 서브-블록을 포함할 수 있다. 이러한 초기 분할 파라미터는 상부 삼각 행렬을 n개의 서브-행렬로 나누고, 각 서브-행렬은 하나의 행 벡터를 포함한다. 처리 유닛(309)은 서브-블록의 수를 감소시키고 각 서브-블록의 길이를 증가시킴으로써 분할 파라미터의 초기 세트로부터 분할 파라미터의 현재 세트를 반복적으로 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 분할 파라미터의 초기 세트는 유리하게도 계산적 디코딩 복잡성을 감소시킬 수 있다. 또한, 계산 디코딩 복잡도의 이점은 높은 디코딩 복잡성을 희생시켜 높은 데이터 레이트를 제공할 수 있는 송신기 장치(예를 들어, 에러 정정 코딩 및 시공간 코딩)에서 코딩 기술의 구현을 가능하게 함으로써 더 높은 데이터 처리량을 제공할 수 있다.

다른 예로, 저장된 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘이 순차적 디코딩 알고리즘을 포함하는 실시예에서, 분할 파라미터의 초기 세트는 길이 l₁=n의 단일 서브-블록만 존재하도록 1과 같은 다수의 서브-블록을 포함할 수 있다. 이러한 초기 분할 파라미터는 상부 삼각 행렬과 동일한 단일 서브-행렬을 제공한다. 처리 유닛(309)은 서브-블록의 수를 증가시키고 각 서브-블록의 길이를 감소시킴으로써 분할 파라미터의 초기 세트로부터 분할 파라미터의 현재 세트를 반복적으로 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 분할 파라미터의 초기 세트는 유리하게 디코딩 에러 성능을 향상시킬 수 있다.

처리 유닛(309)은 제1 행으로부터 시작하여 최종 행에 도달할 때까지 또는 그 역으로 진행할 때까지의 상부 삼각 행렬의 행들을 처리함으로써 반복적 업데이트를 수행하도록 구성될 수 있다.

도 4는 QR 기반의 재귀적 서브-블록 디코딩에 적용되는 일 실시예에 따른 디코딩 유닛(311)의 구조를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 디코딩 유닛(311)은,

- k=1,...,N에 대해 각각 벡터 s와 y를 N개의 서브 벡터 s^(k)와 y^(k)로 분할하고, 여기서 인덱스 k의 서브 벡터는 길이 l_k를 가지며, 그리고

- 상부 삼각 행렬 R을 A^(k)로 표시된 N개의 직사각형 서브-행렬로 분할하도록 구성되며, 여기서, k=1,...,N, j=k+1, ..., N일 때, 인덱스 k의 각각의 서브-행렬 A^(k)은 상부 삼각 서브-행렬 R^(k)와 하나 이상의 직사각형 서브-행렬 B⁽ ^kj ⁾로 분기될 수 있다.

서브 벡터 s^(k) 및 y^(k) 및 분할된 서브-행렬 R^(k) 및 B⁽ ^kj ⁾를 사용하여, 서브-블록(SB)_k가 정의될 수 있다. 각 인덱스 k=1,...,N-1에 대해, 서브-블록 (SB)_k는 다음으로 정의될 수 있다

k=N에 대해, 대응 서브-블록은(SB)_N은

로 주어진다.

디코딩 유닛(311)은 N개의 심볼 추정 유닛(403) 및 N-1개의 연속적인 간섭 제거(SIC) 유닛(405)을 더 포함할 수 있다. SIC 유닛(405)은 서브-블록 (SB)_k와 연관될 수 있고, 벡터

를 계산하도록 구성될 수 있다. 심볼 추정 유닛(403)은 심볼 추정 알고리즘 D^(k)을 사용하여 추정치

를 결정하기 위해 각각의 서브-블록SB_(k)과 연관될 수 있다. 디코딩 유닛(311)은 N개의 심볼 추정 유닛의 출력을 집합시킴으로써 실수 벡터

를 결정하도록 구성된 직렬 변환기(407)를 더 포함할 수 있다.

공간 다중화 방식 및 2^q-QAM 변조 방식을 사용하는 n_t개의 송신 안테나를 구비한 송신기로부터 n_r개의 수신된 수신기로 송신되는 신호를 디코딩하는 무선 레일리 페이딩 다중 안테나 시스템(단일 사용자 MIMO)에 관한 응용에서, n_r≥n_t≥2 인 n_r개의 안테나가 장착된 수신기에 대해, 수신된 복소값 신호는 다음과 같은 형태로 기록될 수 있다:

y_c = H_cs_c + w_c (3)

식(3)에서, y_c는 n_r차원 벡터이고, s_c는 차원 n_t의 송신된 정보 심볼의 복소값 벡터를 나타낸다. 복소값 n_r×n_t 행렬 H_c는 페이딩 이득을 포함하는 채널 행렬을 나타낸다. 레일리 페이딩 채널에서, 채널 행렬 H_c의 엔트리들은 독립적으로 동일하게 분포된(i.i.d) 복소 가우스 형이다. 채널 행렬은 최소 제곱 추정기와 같은 추정 기술을 사용하여 수신기에서의 코히어런트 전송에서 추정될 수 있다. 다중 경로 페이딩 효과 외에도, 전송 채널은 잡음이 있을 수 있다. 소음은 시스템 성분의 열 잡음, 사용자 간 간섭 및 안테나에 의한 방해 간섭 방사에 의한 결과일 수 있다. 총 잡음은 n_r 차원 복소값 벡터 w_c에 의해 식(3)에서 모델화된 실수값 차원당 제로 평균 가산 백색 가우스 잡음 분산 값 σ²에 의해 모델링될 수 있다.

채널 출력이 주어지면, 수신기는 정보 심볼의 원래 벡터의 추정치를 생성하려고 시도할 수 있다.

도 5는 QR 기반 재귀 서브-블록 디코딩이 고려되는 일 실시예에 따른 디코딩 방법을 도시하는 흐름도이다. 서브-블록 디코딩 방법은 시공간 디코더(211)에서 구현될 수 있다.

단계(501)에서, 수신 신호의 실수값 형태를 결정하기 위해 복소-실수 변환이 수행될 수 있다.

예를 들어, 공간 멀티플렉싱 방식을 사용하는 일 실시예에서, 식(3)의 시스템은 다음과 같이 변형될 수 있다:

(4)

식(4)의 Re(.) 및 Im(.) 연산자는 기본 벡터 또는 행렬을 구성하는 각 요소의 실수 및 허수부를 지정한다.

식(4)은 다음과 같은 형식으로 작성할 수 있다.

y = Hs + w (5)

다음의 실시예들의 이해를 돕기 위해, 이하의 설명은 공간 멀티플렉싱 방식 및 송신기 및 수신기가 동일한 수의 안테나들을 구비하는 n_t=n_r 인 대칭 MIMO 구성을 포함하여 이루어질 것이다. 따라서, 식(5)의 실수값 벡터 y, s 및 w는 n=2n_t=2n_r 인 n차원 벡터로 표현될 것이고 등가의 실수값 채널 행렬 H는 정사각형 n×n 행렬에 의해 표현된다. 벡터 s는 벡터 s_c를 구성하는 원래의 복소 정보 심볼의 실수부와 허수부를 포함한다.

단계(503)에서, 실수값 채널 행렬의 전처리가 수행될 수 있다. 실수값 채널 행렬의 열 및/또는 행의 순서화, MMSE-GDFE 필터링 및 격자 축소와 같은 하나 이상의 전처리 기술이 단독으로 또는 조합되어 적용될 수 있다.

단계(505)에서, 차원 n×n의 상부 삼각 행렬 R 및 차원 n×n의 직교 행렬 Q는 H=QR이 되도록 실수값 채널 행렬에 QR 분해를 적용함으로써 획득될 수 있다. 전처리 기술을 사용하는 실시예에서, QR 분해가 전처리된 채널 행렬에 적용될 수 있다. 따라서 식(5)의 시스템은 다음과 같이 쓸 수 있다:

y = QRs + w (6)

재귀적 서브-블록 디코딩에 대한 하나의 응용에서, 서브-블록 디코딩은 적어도 최초 정보 심볼의 추정을 복원하기 위해 수행될 수 있다. 서브-블록 디코딩은 상부 삼각 행렬의 서브-행렬로의 분할 및 실수 벡터의 부분 벡터로의 분할을 요구 한다. 정보 심볼의 각 서브-벡터는 대응하는 분할된 서브-행렬, 이전에 디코딩된 심볼의 서브-벡터 및 대응하는 심볼 추정 알고리즘이 주어지면 개별적으로 디코딩될 것이다.

본 발명의 실시예는 서브-블록 디코딩 연산 복잡도와 디코딩 에러 성능 사이의 최적화된 트레이드오프가 얻어질 수 있는 상부 삼각 행렬의 분할을 가능하게 하는 분할 파라미터 세트를 결정하기 위한 효율적인 서브-블록 분할 기술을 제공한다.

단계(507)는 상부 삼각 행렬 R의 적어도 몇몇 성분들로부터 도출된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터들의 세트를 결정하도록 수행될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 분할 파라미터 세트는

이 되도록 N으로 표기된 다수의 서브-블록 및 k=1에 대한 각 서브-블록 l^(k)의 길이로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. 다음 설명은 서브-블록의 수 및 각 서브-블록(N,l^{(k,k=1,...,N)})의 길이를 포함하는 분할 파라미터의 세트를 참조하여 이루어진다.

몇몇 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 분할 메트릭은 하나의 값보다 크거나 같은 상부 삼각 행렬의 컴포넌트 수에 대응할 수 있으며, 상기 값은 실수값이다.

0이 아닌 성분 수보다 많은 수의 0 성분을 가지는 행렬을 희박 행렬이라고 한다. 대조적으로, 조밀 행렬은 0 성분의 수보다 많은 0이 아닌 항목이 있는 행렬이다.

서브-블록 재귀적 디코딩 프로세스에서 사용되는 상부 삼각 행렬의 0 값 성분은 정보 심볼의 벡터에 포함된 2개의 정보 심볼 사이의 독립성을 나타낸다. 따라서, QR 기반 서브-블록 디코딩에 적용된 본 발명의 특정 실시예에서, 디코딩 프로세스에서 희박 상부 삼각 행렬 R을 고려하는 것은, 디코딩 프로세스에 수반되는 필요한 연산 작업의 수를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

따라서, 경성 희박 분할 메트릭을 사용하는 특정 실시예에서, 상기 값은 0 값 성분의 수를 고려한 상부 삼각의 최적화된 분할을 가능하게 하는 0과 유리하게 같을 수 있다. 이러한 분할은 독립적인 정보 심볼들의 병렬화된 디코딩을 가능하게 할 수 있으며, 그에 따라 디코딩 계산의 복잡성을 감소시킨다.

연성 희박 분할 메트릭을 사용하는 다른 실시예에 따르면, 값은 임의의 비제로 실수일 수 있다.

다른 실시예에서, 파라미터 세트의 결정은 상부 삼각 행렬의 적어도 몇몇 성분의 위치를 더 고려할 수 있다. 특히, 가중된 희박 분할 메트릭이 고려될 수 있다. 가중된 희박 메트릭은 상부 삼각 행렬 R의 적어도 몇몇 성분 R_ij의 행 인덱스 i 및/또는 열 인덱스 j의 임의의 함수일 수 있다. 성분의 위치를 고려한 상부 삼각 행렬의 분할은 특히 값이 0인 성분에서 서브-블록 디코딩 프로세스의 수렴을 가속화하고 심볼의 상이한 서브 벡터 간의 디코딩 에러의 전파를 감소시킬 수 있다.

또 다른 실시예에서, 파라미터 세트의 결정은 서브-블록 디코딩에 사용된 서브-블록에 포함된 서브-행렬의 직교성을 고려할 수 있다. 이러한 분할은 정보 심볼들의 서브-벡터의 추정을 결정하기 위해 다양한 서브-블록에서 구현되는 심볼 추정 알고리즘들의 성능을 향상시키는 것을 개선시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 적어도 하나의 분할 메트릭은 컨디셔닝 수일 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 파라미터 세트를 결정하기 위해 2개 이상의 상이한 분할 메트릭이 고려될 수 있다.

단계(509)는 k=1, ...,N에 대한 심볼 추정 알고리즘 D^(k)를 결정하기 위해 수행될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 심볼 추정 알고리즘 D^(k)는 저장 수단으로부터 미리 결정되거나 로드된 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘으로부터 선택될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘은 신호 대 잡음비 및/또는 서브-블록 디코딩 방법을 구현하는 장치 또는 시스템의 계산 능력에 따라 미리 결정될 수 있다. 또한, 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘은 전송 채널의 정지 용량 및/또는 목표 달성 가능 전송 속도와 같이 요구되는 목표 서비스 품질 메트릭에 따라 미리 결정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 심볼 추정 알고리즘들 D^(k)는 유사할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 심볼 추정 알고리즘들 D^(k)는 다를 수 있다.

몇몇 실시예에서, 심볼 추정 알고리즘은 임의의 순차 알고리즘, ZF 또는 MMSE 디코더와 같은 선형 디코딩 알고리즘, 또는 비선형 ZF-DFE 디코더일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.

QR-기반 서브-블록 디코딩에 대한 적용에서, 식(6)의 시스템은 먼저 단계(511)에서 다음과 같이 변환될 수 있다:

(7)

식(7)에서,

는 스케일된 잡음 벡터를 나타낸다. 행렬 Q의 직교성이 주어지면, 식(9)의 시스템은 식(6)에 주어진 것과 동일하다.

식(7)의 실수값 등가 시스템은 원래 송신된 정보 심볼의 추정을 위해 고려될 수 있다.

정보 심볼의 ML 디코딩은 다음과 같은 최적화 문제에 의해 공식화될 수 있다:

(8)

식(8)에서 A는 실수 벡터 s를 구성하는 복소값 벡터 s_c의 실수부와 허수부에 속하는 알파벳을 나타낸다. ML 메트릭은 ML 디코딩 문제와 관련하여 다음과 같이 정의될 수 있다:

(9)

서브-블록 디코딩에 대한 응용에서, 상부 삼각 행렬의 2 이상의 서브-행렬로의 분할 및 정보 심볼의 실수값 벡터의 2 이상의 서브 벡터로의 분할은 분할 파라미터의 결정된 세트를 사용하여 수행될 수 있다. 각 서브-행렬은 1보다 크거나 같은 다수의 행을 포함할 수 있다. 각각의 서브-벡터는 1보다 크거나 같은 다수의 심볼을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 2개 이상의 서브-행렬의 수는 서브-블록의 수 N으로부터 결정될 수 있고, 각각의 서브-행렬에 포함되는 행의 수는 서브-블록의 길이로부터 결정될 수 있다. 특히, 서브-행렬의 개수는 부분 블록의 개수 N과 같을 수 있고, 인덱스 k의 서브-행렬에 포함되는 행의 개수는 l^(k)일 수 있다.

이하에서는 설명의 목적으로만 서브-블록의 수 N과 인덱스 k의 서브 행렬에 포함되는 행의 수를 l^(k)와 동일한 다수의 서브-행렬을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 당업자라면, 서브-행렬의 수는 서브-블록 내에 구현된 디코딩 프로세스의 병렬화를 수반하는 실시예에서 예를 들어 서브-블록의 수보다 작거나 같을 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

따라서, 단계(513)는

가 되도록 벡터

를 N개의 서브-벡터들로 분할하기 위해 먼저 수행될 수 있다. k=1,...,N에 대한 인덱스 k의 서브 벡터

는 길이 l^(k)를 갖는다. 유사하게, 서브-벡터 분할이 N개의 서브-벡터 및 N개의 서브-벡터를 결정하기 위해

및

이 되도록 정보 심볼 s 및 잡음 벡터 w의 실수값 벡터에 적용될 수 있다. 벡터

, s 및

의 분할은 식(2)에 따라 상부 삼각 행렬 R을 서브-행렬 A^(k)로 나눔으로써 수행된다. k=1,...,N에 대한 인덱스 k의 각 서브-행렬 A^(k)는 다음과 같이 분할될 수 있다.

- 차원 l^(k)×n의 상부 삼각 서브 행렬 R^(k)의 제곱; 및

- j=k+1, ...,N에 대한 하나 이상의 직사각형 서브-행렬 B^(kj).

따라서, 상부 삼각 행렬 R의 서브-행렬 분할은 다음과 같이 등가적으로 표현될 수 있다.

(10)

결정된 세트의 분할 파라미터, 심볼 추정 알고리즘, 상부 삼각 행렬 R의 분할된 서브-행렬R_(k)및 B_(k) 및 분할된 서브 벡터

는 서브-블록 SB_(k)로 그룹핑될 수 있다. k=1,...,N-1에 대한 서브-블록 (SB)_k는

과 같은 파라미터의 세트에 의해 정의될 수 있다. 여기서:

　 (11)

k=N인 경우, 인덱스 N의 서브-블록은

에 의해 다음과 같이 정의될 수 있다.

(12)

식(11) 및 (12)의 시스템은 정보 심볼의 다양한 서브 벡터의 디코딩을 위해 사용될 수 있다.

이러한 서브-블록 그룹에 따르면, 식(8)의 ML 디코딩 메트릭은 다음과 같이 나타낼 수 있다:

(13)

따라서, k=N,N-1,...,1에 대한 심볼 s^(k)의 원래 서브-벡터들의 서브-블록 추정은 단계(517) 내지 (525)에서 재귀적으로 수행될 수 있다. 단계(515)에서 수행되는 초기화는 k=N에 대응한다.

단계(517)는 k=N-1,...1에 대해 실수값 벡터s의 심볼 s^(k)의 서브-벡터의 추정치를 결정하기 위해 각 서브-블록 SB_(k)에 대해 반복될 수 있다. k=N-1,...1에 대해 서브-벡터

는 이전에 추정된 서브 벡터

및 j=k+1,...,N일때 직사각형 서브-행렬 B₍ _kj ₎로부터 단계(523)에서 계산될 수 있다. 인덱스 k의 서브-벡터의 추정치는 심볼 추정 알고리즘 D^(k), 상부 삼각 행렬 R^(k) 및 계산된 서브-벡터

로부터 계산될 수 있다. k=N에 대해, 추정치

은 상응하는 심볼 추정 알고리즘 D^(N), 상응하는 상부 삼각 서브-행렬 R^(N) 및 벡터

을 사용하여 결정되고 단계(515)에서 초기화될 수 있다.

단계(521)에서 모든 심볼의 서브-벡터가 추정된 것으로 판단되면, 단계(525)는 k=1,...,N인 서브-벡터

로부터 출력을 정보 심볼 s_c의 복소값 벡터의 추정치

로서 구성하기 위해 수행될 수 있다. 구성 단계는 두 단계로 구성될 수 있다. 첫째, 실수값 벡터

는 서로 다른 서브 벡터 추정치를 합산함으로써 구성될 수 있다. 그리고 획득된 벡터

는 j=1,...,n/2 에 대해 성분

가 다음과 같이 주어지도록 복소값 벡터

로 변환될 수 있다.

(14)

식(14)에서, (u)_j는 벡터 u의 j 번째 요소를 나타낸다.

순차적인 디코더가 주어진 서브 블록 SB_(k)에 사용되는 일 실시예에서, 대응하는 심볼 추정 알고리즘 D^(k)는 다음에 따라 서브 블록 메트릭

을 최소화함으로써 추정치를 전달할 수 있다:

(15)

구 디코더(SD), 스택 디코더 및 SB-Stack 디코더(SB-Stack)와 같은 순차 트리 검색 알고리즘을 사용하여 식(15)를 풀 수 있다.

또한, 특정 실시예에서, 디코딩 전에 상부 삼각 서브-행렬 R^(k)상의 전처리는 예를 들어 격자 감소 및/또는 MMSE-GDFE 필터링을 사용하여 수행될 수 있다. 전처리 방법은 또한 서브 블록 분할 및 디코딩 전에 채널 행렬에 적용될 수 있다.

도 6은 분할 파라미터 세트의 반복적인 결정 및 분할 기준에 응답하는 분할 파라미터의 현재 세트의 업데이트에 기초하는 실시예에 따른, 분할 파라미터 세트를 결정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.

로 표시되며, 서브 블록 N_it의 현재 수와 K=1,...,N인 서브 블록 l_it ^(k)의 현재 길이를 포함하는 분할 파라미터의 현재 세트는 k=1, ..., N_it인 A_it ^(k)로 표시되는 현재 서브-행렬의 수로 상부 삼각 행렬을 분할하는 것을 제공할 수 있으며, k 인덱스의 현재 서브-행렬 A_it ^(k)는 l_it ^(k)개의 행과 n개의 열을 포함한다. 따라서, 분할 기준은 현재의 부분-행렬의 개수의 적어도 일부 성분으로부터 도출된 적어도 하나의 분할 메트릭에 관련될 수 있다.

분할 파라미터 세트는 분할 파라미터의 적어도 하나의 현재 세트로부터 결정될 수 있다. 특히, 분할 파라미터의 세트는 정지 조건의 만족에 응답하여 분할 파라미터의 최종 업데이트된 현재 세트로부터 결정될 수 있다.

단계(601)는 실수값의 상부 삼각 행렬(R) 및 하나 이상의 분할 메트릭 임계치를 수신하도록 수행될 수 있다.

단계(603)은 현재 반복의 인덱스를 it=1로 초기화하도록 수행될 수 있다. 현재 반복의 인덱스는 처리된 반복의 수를 나타낸다.

단계(605)는 반복 방법의 제1 반복에 대응하는 분할 파라미터의 초기 세트 (N-1,l₁ ^(k), k=1,...,N1)를 결정하기 위해 수행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 초기 분할 파라미터 세트는 심볼 추정 알고리즘 D^(k)가 선택될 수 있는 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘에 따라 결정될 수 있다.

일 실시예에서, 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘이 선형 또는 비선형 디코딩 알고리즘을 포함하는 경우, 분할 파라미터의 초기 세트는 다수의 서브-블록(N₁=n)을 포함할 수 있어서 각 서브-블록의 길이는 k=1,...,N1에 대해 l₁ ^(k)=1이다.

다른 실시예에서, 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘이 순차적인 디코딩 알고리즘을 포함하는 경우, 분할 파라미터의 초기 세트는 길이 l₁ ^(k)=n의 단일 서브-블록 만이 존재하도록 다수의 서브-블록 N₁=1을 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 서브-블록의 초기 길이는 동일하거나 상이할 수 있다.

분할 파라미터 (N_it,l_it ^(k),k=1,...,N_it)의 현재 세트가 주어지면, 단계(607)는 다음과 같이 되도록 상부 삼각 행렬의 N_it개의현재 서브-행렬 A_it ^(k)로의 분할을 결정하도록 수행될 수 있다:

(16)

본 방법의 제1 반복에서, 상부 삼각 행렬의 분할은 분할 파라미터의 초기 세트를 사용하여 수행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 분할 파라미터의 현재 세트 (N_it,l_it ^(k),k=1,...,N_it) 의 업데이트는 현재의 서브-행렬 A_it ^(k)의 성분으로부터 유도된 적어도 하나의 분할 메트릭에 관련되는 분할 기준에 응답하여 수행될 수 있다.

따라서, 단계(609)는 적어도 하나의 현재 서브-행렬 A_it ^(k)과 관련하여 적어도 하나의 분할 메트릭을 결정하기 위해 수행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 동일한 분할 메트릭은 현재의 서브-행렬의 적어도 일부와 관련하여 결정될 수 있다.

다른 실시예에서, 2개 이상의 상이한 분할 메트릭은 적어도 2개의 상이한 현재의 서브-행렬에 대해 평가될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 분할 메트릭은 경성 희박 분할 메트릭 또는 하드 스피어시티(hard sparsity) 분할 메트릭 또는 가중된 희박 메트릭 또는 현재 서브-행렬 A_it ^(k)의 컨디셔닝 수일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

주어진 행렬의 컨디셔닝 수는 열 벡터의 직교성을 나타내는 직각도를 지정한다. 컨디셔닝 수가 작을수록 열 벡터의 직교성이 좋다. 행렬 U에 대해 τ(U) ∈ [0,1]로 표시된 컨디셔닝 수는 다음과 같이 주어진다.

(17)

식(17)에서, σ_min과 σ_max는 각각 행렬 U의 최소 및 최대 단일값에 대응한다.

단계(611)는 분할 기준이 만족되는지 여부를 결정하기 위해 수행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 분할 기준은 적어도 하나의 분할 메트릭의 최적화에 대응할 수 있으며, 분할 기준은 적어도 하나의 분할 메트릭이 적어도 하나의 현재 서브-행렬과 관련하여 최적화되는 경우 충족된다.

최적화는 적어도 하나의 분할 메트릭의 최대화 또는 최소화에 대응할 수 있다. 따라서, 분할 파라미터의 현재 세트의 업데이트는 분할된 서브-행렬 A_it ^(k)당 적어도 하나의 분할 메트릭의 값을 최대화 또는 최소화하는 방식으로 수행될 수 있다. 최대화 기준은 예를 들어 연성, 경성 또는 가중된 희박 분할 메트릭을 포함하는 실시예에 대응할 수 있다. 최소화 기준은 예를 들어 조건 숫자를 포함하는 실시예에 대응할 수 있다.

하나 이상의 분할 메트릭 임계치가 고려되는 다른 실시 형태에 따르면, 분할 기준은 하나 이상의 분할 메트릭 임계치에 대한 적어도 하나의 분할 메트릭의 값에 의존할 수 있다. 분할 메트릭 임계치는 서브-블록 디코딩 프로세스에서 사용될 때 요구되는 또는 타겟 품질의 서비스 규격에 도달할 수 있게 하는 현재의 서브-행렬의 최소 또는 충분한 '품질'을 나타낼 수 있다.

그러한 실시예에서, 단계(611)는 결정된 적어도 하나의 분할 메트릭을 하나 이상의 분할 메트릭 임계치들로부터 분할 메트릭 임계치와 비교하고, 분할 기준이 만족되는지를 결정하도록 가능하게 한다.

예를 들어, 분할 기준은 분할 메트릭 임계치보다 크거나 같은 값의 적어도 하나의 현재 서브-행렬과 연관된 적어도 하나의 분할 메트릭을 갖는 것에 대응할 수 있다. 이러한 실시예에서, 단계(611)는 적어도 하나의 현재 서브-행렬과 연관된 적어도 하나의 분할 메트릭이 분할 메트릭 임계치보다 높거나 동일한지를 결정하기 위해 수행될 수 있다.

일 실시예에서, 분할 메트릭과 관련된 동일한 분할 메트릭 임계치가 모든 현재의 서브-행렬들에 대해 사용될 수 있다. 대안적으로, 분할 메트릭 임계치들은 예를 들어 상부 삼각 행렬 내의 현재 서브-행렬의 깊이에 의존하여 현재의 서브-행렬들의 적어도 일부에 대해 상이할 수 있다. 현재 서브-행렬의 깊이는 현재 서브-행렬의 적어도 일부 성분을 정의하는 행 인덱스에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 정보 심볼의 실수 벡터의 하부에 위치한 정보 심볼의 서브-벡터에 대응하는 현재의 서브-행렬에 대해, 더 높은 분할 메트릭 임계치가 고려될 수 있다. 분할 메트릭 임계치를 현재의 서브-행렬의 깊이에 적용하면 정보 심볼을 디커플링하고 서브-블록 디코딩 프로세스의 수렴을 가속화할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 일 실시예에서, 하나 이상의 분할 메트릭 임계치는 전송 채널에 영향을 미치는 잡음 w의 표준 편차 σ에 따라 미리 결정될 수 있다.

단계(611)에서 분할 기준이 만족되지 않는다고 결정되면, 단계(613)는 분할 파라미터의 현재 세트 (N_it,l_it ^(k),k=1,...,N_it)를 업데이트하도록 수행되고, 분할 파라미터의 가능한 세트에 대응하는 분할 파라미터의 현재 세트는 상기 상부 삼각 행렬을 적어도 두개의 서브-행렬로 분할할 수 있으며, 상기 적어도 두개의 서브-행렬 중 각 서브-행렬은 1보다 크거나 같고 n-1보다 작거나 같은 행의 수에 의해 표현되며 즉, 1≤l_it ^(k)≤n-1이다.

일 실시예에 따르면, 현재의 파라미터 세트 (N_it,l_it ^(k),k=1,...,N_it)의 업데이트는 현재의 서브-블록 수 N_it를 증가 또는 감소시키고 및/또는 k=1,...,N_it에 대한 서브-블록 l_it ^(k)의 최소 하나의 현재 길이를 감소시키는 단계로 이루어진다.

업데이트된 현재 분할 파라미터 세트가 주어지면, 단계(615)는 반복 조건의 종료를 선언하는 정지 조건에 도달했는지 여부를 결정하기 위해 수행될 수 있다. 상기 정지 조건은 상기 상부 삼각 행렬의 모든 성분으로부터의 적어도 하나의 분할 메트릭의 결정에 대응할 수 있으며, 이는 상기 상부 삼각 행렬의 적어도 2개의 서브-행렬로의 분할을 가능하게 하는 분할 파라미터의 가능한 모든 세트가 탐색된다.

단계(615)에서 정지 조건에 도달하지 않았다고 결정되면, 단계(617)는 it=it+1이 되도록 현재 반복의 인덱스를 증가시키도록 수행될 수 있다.

단계(611)에서 분할 기준이 만족되거나 단계(615)에서 정지 조건에 도달했다고 판단되면, 단계(619)는 최종 업데이트된 현재 분할 파라미터 세트를 그 방법으로 결정된 분할 파라미터 세트로서 출력하도록 수행될 수 있다.

특정 실시예가 정보 심볼의 공간 멀티플렉싱을 사용하는 MIMO 시스템과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 선형 시공간 블록 코드를 사용하는 구성에도 적용 가능하다는 점에 유의해야 한다. 길이 T의 시공간 블록 코드 및 κ 심볼의 인코딩에서, 채널 출력의 실수값 표현은 식(4)의 선형 표현 형태로 기록될 수 있으며 여기서 등가 채널 행렬이 실수값 2n_r T×2k 행렬 H_eq로 다음과 같이 주어진다:

H_eq=(I_T ⓧH)G (18)

2n_tT×2k 행렬 G는 선형 시공간 블록 코드의 생성기 행렬 또는 코딩 행렬로 알려진 실수값 행렬을 나타낸다. I_T는 차원 T의 항등 행렬을 나타내고 연산자 ⓧ는 크로네커 행렬 곱을 나타낸다.

또한, 본 발명의 특정 실시예가 동일한 수의 송신 및 수신 안테나로 특징지어지는 대칭 MIMO 구성과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 또한 n_t<n_r인 비대칭 MIMO 구성에도 적용될 수 있음을 알아야 한다. 식(5) 형태의 선형 표현은 단계(701)의 복소-실수 변환을 다음과 같은 등가 시스템으로 수행함으로써 획득될 수도 있다:

(19)

식(19)에서, 행렬 U와 V는 행렬 H_c=UDV^t의 단일값 분해로부터 행렬 D와 함께 얻은 단위행렬이다. D는 행렬 H_c의 단일값을 나타내는 양의 대각 엔트리를 갖는 대각 행렬이다. 위 첨자

는 허미시안 전치 연산자를 나타낸다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들은 특정 유형의 반복적인 서브-블록 디코딩에 제한되지 않으며, 특허 출원 EP 제15306808.5호에 기술된 반-철저 순환 서브-블록 디코딩과 같은 임의의 다른 타입의 서브-블록 디코딩에 적용된다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들은 하드 및 소프트 디코딩 모두에 적용될 수 있다.

소프트-출력 디코딩에 대한 응용에서, 디코딩 방법 및 장치는 정보 심볼의 원래 벡터의 추정치 리스트를 생성하는데 사용될 수 있다. 이와 같이 얻어진 리스트는 원래 정보 심볼에 의해 운반된 상이한 정보 비트의 외적 정보를 근사화하기 위한 로그 우도 비 값을 계산하는데 사용될 수 있다. 추정치 리스트를 채우기 위해 단계(515) 내지 (525)의 여러 번의 반복이 수행될 수 있다.

여기에 설명된 방법 및 장치는 다양한 수단에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 기술은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에서, 시공간 디코더(211)의 처리 요소는 예를 들어 하드웨어 전용 구성(예를 들어, 대응하는 메모리를 갖는 하나 이상의 FPGA, ASIC 또는 VLSI 집적 회로에서) 또는 VLSI와 DSP를 모두 사용하는 구성에 따라 실행될 수 있다.

도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른 시공간 디코더(211)의 예시적인 하드웨어 아키텍처를 나타낸다. 하드웨어 아키텍처는 기계 또는 컴퓨터 실행 장치에서 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 시공간 디코더(211)는 데이터 및 어드레스 포트(79)를 통해 서로 상호 작용할 수 있는 다양한 컴퓨팅, 저장 및 통신 유닛을 포함할 수 있으며, 그리고 하기 주변 장치들을 포함한다:

- 수신 안테나(209)로부터의 입력 데이터를 수신하기 위한 입력 주변 장치(71);

- 본 발명의 다양한 실시예에 따라 방법 및 알고리즘을 실행하기 위해 대응하는 명령을 실행하도록 구성된 FPGA 또는 ASIC과 같은 하나 이상의 마이크로 프로세서(CPU)를 포함하는 처리 주변 장치(73);

- 예를 들어 서브-블록 디코딩 파라미터 및 디코딩 전에 계산된 변환 행렬 및 보조 채널 행렬의 세트를 저장하기 위해 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 판독 전용 메모리를 아마도 포함하는 저장 주변 장치(75);

- 구성 및 유지 보수 목적을 위해 수신기 장치(21)와 MIMO 시스템 관리자 사이의 예를 들어 사람-기계 상호 작용을 가능하게 하는 디스플레이와 같은 통신 수단을 포함하는 출력 주변 장치(77).

또한, 본 발명의 일 실시예가 무선 단일 사용자 MIMO 시스템과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 이러한 응용에 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 본 발명은 채널 출력의 선형 표현을 특징으로 하는 임의의 선형 통신 시스템에서 동작하는 임의의 수신기 장치에 통합될 수 있다. 통신 시스템은 단일 또는 다중 안테나를 사용하는 단일 또는 다중 사용자를 수용하는 유선, 무선 또는 광섬유 기반, 단일 또는 다중-캐리어 통신 기술일 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 무선 분산 MIMO 시스템에 구현된 수신기 장치에 통합될 수 있다. 분산형 MIMO는 예를 들어 3G, 4G, LTE 및 미래 5G 표준에 적용되는 셀룰러 통신에 사용될 수 있다. 애드혹 네트워크(예: 무선 센서 네트워크, 기계 간 통신, 사물의 인터넷 등)에 적용되는 협업 통신도 분산 MIMO 시스템의 예이다. 무선 네트워크에 대한 애플리케이션에서, 본 발명은 편광 분할 멀티플렉싱 OFDM(PDM-OFDM) 시스템과 같은 광섬유 기반 통신 시스템에서 구현되는 광 수신기 장치에 통합될 수 있다.

또한, 본 발명은 통신 장치에 제한되지 않으며 오디오 크로스 오버 및 오디오 마스터 링과 같은 오디오 애플리케이션에 사용되는 유한 임펄스 응답(FIR)의 전자 필터와 같은 신호 처리 장치에 통합될 수 있다. 따라서, 일 실시예는 M차의 FIR 필터의 출력 시퀀스가 주어질 때 입력 시퀀스의 추정을 결정하는데 사용될 수 있다.

다른 애플리케이션에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품은 IRNSS, Beidou, GLONASS, Galileo와 같은 GNSS(Global Navigation Satellite System); GPS는 예를 들어 적어도 반송파 위상 측정을 사용하여 위치 결정 파라미터를 추정하기 위한 GPS 수신기를 적어도 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품은 그들의 저장, 처리 또는 통신 중에 데이터 또는 메시지를 암호화/해독하기 위한 암호 알고리즘에 사용되는 개인 비밀 값에 대한 추정을 결정하기 위한 암호화 시스템에서 구현될 수 있다. 격자 기반 암호화 응용 프로그램에서 데이터/메시지는 격자점 형식으로 암호화된다. 이러한 암호화된 데이터의 디코딩은 본 발명의 일 실시예에 따라 유리하게 수행될 수 있으며, 복잡성이 감소된 비밀 값의 성공적인 성공 확률을 가능하게 한다.

또한, 여기에 설명된 방법은 본 명세서에서 특정된 기능/동작을 구현하기 위한 명령을 실행하는 프로세서를 갖는 기계를 생성하기 위해 임의의 유형의 컴퓨터의 프로세서에 공급되는 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어는 또한 컴퓨터가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 이를 위해, 컴퓨터 프로그램 명령은 일련의 동작 단계의 수행을 야기하여 컴퓨터로 구현되어, 실행된 명령이 여기에 기술된 기능을 구현하기 위한 프로세스를 제공하도록 컴퓨터 구현 프로세스를 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예가 다양한 예에 대한 설명에 의해 예시되었고, 이들 실시예가 상당한 세부 사항으로 설명되었지만, 첨부된 청구 범위의 범위를 제한하거나 한정하는 것은 본 출원인의 의도는 아니다. 추가적인 장점들 및 수정들은 당업자에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 도시되고 설명된 특정 세부 사항, 대표적인 방법 및 예시적인 실시예에 제한되지 않는다.

Claims

통신 시스템에서 전송 채널을 통해 수신된 신호를 디코딩하는 디코더로서, 상기 신호는 정보 심볼의 벡터를 포함하고. 상기 전송 채널은 상부 삼각 행렬에 의해 표현되며, 상기 디코더는,
- 상기 상부 삼각 행렬의 성분으로부터 유도된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터의 세트를 결정하도록 구성된 처리 유닛(309); 및
- 상기 정보 심볼 벡터가 2개 이상의 서브 벡터로의 분할됨에 따라 상기 분할 파라미터의 세트를 사용하여 상기 상부 삼각 행렬을 2개 이상의 서브-행렬로 분할하도록, 그리고 심볼 추정 알고리즘을 적용함으로써 정보 심볼의 각 서브-벡터에 대한 적어도 하나의 추정치를 결정하도록 구성된 디코딩 유닛(311)을 포함하되,
상기 디코더는 상기 정보 심볼의 상기 서브-벡터의 추정치로부터 상기 정보 심볼의 상기 벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하도록 구성되는, 디코더.
제1항에 있어서, 상기 분할 파라미터 세트는 상기 2개 이상의 서브-행렬의 수 및 상기 2개의 서브-행렬로부터 각각의 서브-행렬에 포함된 행 수로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 분할 파라미터를 포함하는, 디코더.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분할 메트릭은 하나의 값과 같거나 더 큰 성분의 수의 함수이며, 상기 값은 실수인, 디코더.
제3항에 있어서, 상기 값은 0과 동일한, 디코더.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 삼각 행렬의 각 컴포넌트는 제1 값 및 제2 값으로 표현되고, 상기 제1 값은 행 인덱스를 정의하고 상기 제2 값은 열 인덱스를 정의하며, 상기 적어도 하나의 분할 메트릭 상기 상부 삼각 행렬의 상기 적어도 일부 성분을 나타내는 제1 정수값 및/또는 제2 정수값의 함수인, 디코더.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분할 메트릭은 컨디셔닝 수(conditioning number)인, 디코더.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘을 저장하도록 구성된 저장 유닛(307)을 더 포함하며, 상기 디코딩 유닛(311)은 상기 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘으로부터 상기 심볼 추정 알고리즘을 선택하도록 구성되는, 디코더.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛(309)은 분할 파라미터의 현재 세트를 반복적으로 결정하도록 구성되며, 상기 분할 파라미터의 현재 세트는 다수의 현재의 서브-행렬을 제공하고, 상기 처리 유닛(309)은 상기 현재의 서브-행렬들의 성분으로부터 상기 적어도 하나의 분할 메트릭을 결정하고 상기 적어도 하나의 분할 메트릭에 관련된 분할 기준에 응답하여 상기 현재의 부분 파라미터의 현재 세트를 갱신하도록 구성되며, 상기 분할 파라미터 세트는 적어도 하나의 현재 분할 파라미터로부터 결정되는, 디코더.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 처리 유닛(309)은 상기 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘에 따라 분할 파라미터의 초기 세트를 결정하고, 상기 분할 파라미터의 초기 세트로부터 적어도 하나의 분할 파라미터의 현재 세트를 결정하도록 구성되는, 디코더.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 신호-대-잡음비 및/또는 상기 전송 채널의 정지 용량의 값 및/또는 전송 속도의 값에 따라 상기 하나 이상의 심볼 추정 알고리즘을 미리 결정하도록 추가로 구성되는, 디코더.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 기준은 상기 적어도 하나의 분할 메트릭의 최적화에 기초하는, 디코더.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 기준은 하나 이상의 분할 메트릭 임계치에 관한 상기 적어도 하나의 분할 메트릭의 값에 의존하는, 디코더.
제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 분할 메트릭 임계치는 상기 전송 채널에 영향을 주는 잡음의 표준 편차 및/또는 상기 상부 삼각 행렬의 적어도 일부 성분을 정의하는 상기 제1 값에 의존하는, 디코더.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신 시스템은 암호 통신 시스템이고, 상기 신호는 적어도 하나의 암호 비밀 값을 사용하여 코딩되는, 디코더.
통신 시스템에서 전송 채널을 통해 수신된 신호를 디코딩하는 방법으로서, 상기 신호는 정보 심볼의 벡터를 포함하고, 상기 전송 채널은 상부 삼각 행렬에 의해 표현되며, 상기 방법은,
- 상기 상부 삼각 행렬의 적어도 일부 성분으로부터 도출된 적어도 하나의 분할 메트릭에 따라 분할 파라미터의 세트를 결정하는 단계; 및
- 정보 심볼의 상기 벡터를 2개 이상의 서브-벡터로 분할하는 것에 따라 분할 파라미터의 상기 세트를 사용하여 상기 상부 삼각 행렬을 2개 이상의 서브-행렬로 분할하며, 심볼 추정 알고리즘을 적용하여 정보 심볼의 각 서브-벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하는 단계를 포함하되,
상기 방법은 정보 심볼의 상기 서브 상기 서브-벡터의 추정치로부터 정보 심볼의 상기 벡터의 적어도 하나의 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 신호를 디코딩하는 방법.