KR20180092164A - 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 신호를 처리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은 송신단으로부터 신호를 수신하는 과정과, 수신된 신호에 대하여 정수 강압(integer forcing, IF) 등화를 수행하는 과정과, 등화 행렬에 기반하여 결정된 상기 신호에 대한 각 비트의 사후 확률(a posteriori probability) 및 상기 신호에 대한 우도(likelihood) 값을 이용하여 상기 각 비트의 LLR(log likelihood ratio) 값을 결정하는 과정과, 상기 LLR 값을 이용하여 상기 신호를 복호하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 신호를 처리하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SINGAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 신호를 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
정수 강압(integer forcing, IF) 수신기는 다중 안테나 시스템에서 최대 다이버시티를 달성하는 선형 수신기로서 주목 받고 있다. 수신단에서 선형 부호의 선형성을 이용하여 부호어의 조합을 복호하기 위해서, 송신단의 각 안테나에서 차수가 소수(prime)인 변조 방식이 전제된다. 그러나, 다양한 이동 통신 및 방송 통신 표준에서 2M-QAM 기반의 변조 방식이 사용되고 있기 때문에, 차수가 소수인 변조 방식을 사용하는 수신기는 실제 시스템에 바로 적용되기 어렵다.
이를 해결하기 위하여, MLC(multiple level coding) 기반의 2M-QAM 심볼을 이용하는 방식이 고려될 수 있다. 그러나, MLC 기반의 2M-QAM 심볼을 이용하는 방식은 2M-QAM 심볼을 구성하는 비트 레벨(bit-level) 별로 부호화기 및 복호기를 구현해야 하기 때문에, 변조 차수가 증가함에 따라 계층 별 구성되는 부호의 길이가 감소한다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 단층 부호화(single level coding, SLC) 기반의 정수 강압(integer forcing, IF) 기법을 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 입력되는 비트들에 대응하는 하나의 부호어를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 부호화된 비트들에 네추럴 라벨링(natural labeling)을 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 이진 변조된 심볼의 조합의 1부터 m-1번째까지 비트들에 대한 사후 확률(a posteriori probability, APP)를 이용하여 이진 변조된 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 이진 변조된 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP를 이용하여 이진 변조된 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR(log likelihood ratio)을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은 송신단으로부터 신호를 수신하는 과정과, 수신된 신호에 대하여 정수 강압(integer forcing, IF) 등화를 수행하는 과정과, 등화 행렬에 기반하여 결정된 상기 신호에 대한 각 비트의 사후 확률(a posteriori probability) 및 상기 신호에 대한 우도(likelihood) 값을 이용하여 상기 각 비트의 LLR(log likelihood ratio) 값을 결정하는 과정과, 상기 LLR 값을 이용하여 상기 신호를 복호하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법은 상기 송신단에 입력되는 비트들에 대응하는 부호어를 결정하는 과정과, 상기 부호어의 각 비트들을 이진 변조하는 과정과, 상기 이진 변조된 비트들에 기반하여 생성된 이진 변조된 심볼들을 결합하는 과정과, 수신단에게 상기 결합된 이진 변조된 심볼들을 송신하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신단 장치는 송신단으로부터 신호를 수신하는 송수신부와, 수신된 신호에 대하여 IF 등화를 수행하고, 등화 행렬에 기반하여 결정된 상기 신호에 대한 각 비트의 사후 확률 및 상기 신호에 대한 우도 값을 이용하여 상기 각 비트의 LLR 값을 결정하며, 상기 LLR 값을 이용하여 상기 신호를 복호하는 제어부를 포함한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 송신단 장치는 상기 송신단에 입력되는 비트들에 대응하는 부호어를 결정하고, 상기 부호어의 각 비트들을 이진 변조하고, 상기 이진 변조된 비트들에 기반하여 생성된 이진 변조된 심볼들을 결합하는 제어부와, 수신단에게 상기 결합된 이진 변조된 심볼들을 송신하는 송수신부를 포함한다.
본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 단층 부호화(single level coding, SLC) 기반의 정수 강압(integer forcing, IF) 검출을 수행할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 안테나 당 2개의 부호기 및 복호기로 송수신기를 구현할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 복호 지연을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 실효 잡음을 감소시킬 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 송신단 또는 수신단의 기능적 구성의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단층 부호화(single level coding, SLC)에 기반하여 신호를 송신하기 위한 송신단의 구조의 예를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 심볼 구성의 예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수신된 신호를 처리하기 위한 수신단의 구조의 예를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 신호를 송신하기 위한 동작 방법의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호를 처리하기 위한 동작 방법의 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호를 처리하기 위한 다른 동작 방법의 예를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호의 각 비트에 대한 로그 우도비(log likelihood ratio, LLR)를 결정하기 위한 동작 방법의 예를 도시한다.
도 10a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 이진 변조된 심볼의 조합에 대한 사후확률(a posteriori probability, APP)로부터의 이진 변조된 심볼에 대한 APP의 결정의 예를 도시한다.
도 10b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 이진 변조된 심볼에 대한 APP로부터의 이진 변조된 심볼의 합에 대한 APP의 결정의 예를 도시한다.
도 10c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 이진 변조된 심볼의 합에 대한 APP로부터의 이진 변조된 심볼의 조합의 합에 대한 APP의 결정의 예를 도시한다.
도 10d는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 이진 변조된 심볼의 조합의 합에 대한 APP로부터의 LLR의 결정의 예를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하는 송신단 및 수신단의 예를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 FER(frame error rate) 성능의 예를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 개시에서 이용되는 부호화 방식(예: 단층 부호화(single level coding, SLC))을 지칭하는 용어, 수신 신호에 대한 지표(metric)(예: 사후확률(a posteriori probability, APP), 로그 우도비(log likelihood ratio, LLR))을 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템의 예를 도시한다. 도 1을 참고하면, 무선 통신 시스템은 송신단(transmitting node) 110 및 수신단(receiving node) 120을 포함한다.
도 1을 참고하면, 송신단 110은 수신단 120으로 제어 정보를 송신하고, 데이터를 송신할 수 있다. 또한, 수신단 120은 송신단 110으로 제어 정보를 송신하고, 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 채널 관련 정보, 수신기(receiver) 관련 능력 정보, 송신기(transmitter) 관련 능력 정보, 데이터에 적용될 전송 기법 관련 정보, 희망하는 전송 기법 관련 정보, 자원 할당 관련 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
송신단 110은 다수의 전송 기법들을 지원한다. 여기서, 전송 기법들은 송신 데이터를 무선 신호로 변환하는 동안 적용되는 신호 처리 기술들로서, 채널 코딩 및 변조, 아날로그 변환, 주파수 변환 등의 절차에 관련될 수 있다. 즉, 전송 기법은 송신 데이터를 처리하기 위한 하나의 신호 처리 규칙(rule) 또는 신호 처리 규칙들의 조합을 의미한다. 구체적으로, 전송 기법들은 채널 코딩 및 변조의 결합에 대한 규칙, 비트 및 심볼(bit to symbol) 매핑에 대한 규칙, 심볼 및 안테나 간 매핑에 대한 규칙, 자원 매핑에 대한 규칙, 자원 할당에 대한 규칙, 기준 신호(reference signal, RS) 할당에 대한 규칙 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합으로 정의될 수 있다. 송신단 110은 수신단 120으로부터 수신되는 제어 정보 또는 송신단 110에 의해 측정된 정보에 기초하여 다수의 전송 기법들 중 하나를 선택하고, 송신 데이터에 적용할 수 있다.
수신단 120은 다수의 수신 알고리즘들을 지원한다. 예를 들어, 수신단 120은 ML(maximum likelihood), ZF(zero forcing), MMSE(minimum mean square error), MMSE-SIC(successive interference cancelation), IF(integer-forcing) 디코딩(decoding), IF 검출(detection) 중 적어도 하나를 지원할 수 있다. IF 디코딩 및 IF 검출은 유효(effective) 채널 행렬의 정수화에 기초한 알고리즘들이다. 수신단 120은 수신단 120으로부터 수신되는 제어 정보 또는 송신단 110에 의해 측정된 정보에 기초하여 다수의 수신 알고리즘들 중 하나를 선택하고, 수신 데이터의 처리를 위해 사용할 수 있다.
송신단 110 및 수신단 120은 데이터의 송신 방향에 따른 구분이다. 따라서, 하나의 장치는 경우에 따라 송신단 110으로 동작하거나, 수신단 120으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 하향링크 통신 시, 송신단 110은 기지국, 수신단 120은 단말일 수 있다. 다른 예로, 상향링크 통신 시, 송신단 110은 단말, 수신단120은 기지국일 수 있다. 또한, D2D(device to device) 통신 시, 송신단 110은 단말, 수신단 120은 다른 단말일 수 있다. 여기서, D2D 통신은 사이드링크(sidelink) 통신으로 지칭될 수 있다. 또한, 송신단 110은 기지국, 수신단 120은 다른 기지국일 수 있다. 나열된 예시들 외, 송신단 110 및 수신단 120은 다른 다양한 장치들일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 송신단 110은 NT개의 송신 안테나를 구비하고, 수신단 120은 NR개의 수신 안테나를 구비할 수 있다. 나아가, 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템은 2M-QAM(quadrature amplitude modulation) 기반의 IF-MIMO(integer forcing-multiple input multiple output) 시스템일 수 있다. 이 경우, 수신 신호 모델은 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure pat00001
여기서, yc는 수신 신호 벡터, Hc는 채널 행렬, sc는 송신 신호 벡터, nc는 백색 가우시안 잡음 벡터를 의미한다. 일부 실시 예들에서, 수신단 120은 채널 행렬을 알고 있을 수 있다. 복소수 값을 갖는 상기 <수학식 1>의 IF-MIMO 수신 신호 모델은 하기 <수학식 2>와 같이 실수 값을 갖는 동일한 수신 신호 모델로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Re(yc -)는 수신 신호 벡터의 실수 성분, Im(yc)는 수신 신호 벡터의 허수 성분, Re(H-c)는 채널 행렬의 실수 성분, Im(Hc)는 채널 행렬의 허수 성분, Re(sc)는 송신 신호 벡터의 실수 성분, Im(sc)는 송신 신호 벡터의 허수 성분, Re(nc)는 백색 가우시안 잡음 벡터의 실수 성분, Im(nc)는 백색 가우시안 잡음 벡터의 허수 성분을 의미한다. 이 경우, 실수 값을 갖는 수신 신호 모델에서, 송신단 110의 송신 안테나의 수는 2NT개이고, 수신단 120의 수신 안테나의 수는 2NR개이며, 변조 방식은 2M/2-PAM(pulse amplitude modulation)이 될 수 있다. 이하 설명에서, 무선 통신 시스템은 실수 값을 갖는 수신 신호 모델에서 2M/2-PAM 기반의 IF-MIMO 시스템으로 가정되지만, 다양한 실시 예들은 변조 방식 및 전송 방식에 제한되지 않는다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 송신단 또는 수신단의 기능적 구성의 예를 도시한다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2을 참고하면, 송신단 110 또는 수신단 120은 통신부 210, 저장부 220, 제어부 230를 포함한다.
통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열(bit sequence) 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 변조 심볼들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부 210은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부 210은 인코더(encoder), 디코더(decoder), 변조기(modulator), 복조기(demodulator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor), 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), 등을 포함할 수 있다.
또한, 통신부 210은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 210은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 빔포밍을 위해, 통신부 210은 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절, 즉, 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다. 또는, 통신부 210은 디지털 신호에 대한 빔포밍, 즉, 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 통신부 210은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 210은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE, LTE-A, 5G(5th generation) 망) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5GHz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 30GHz, 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 210은 송신기, 수신기 또는 송수신기로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
저장부 220은 송신단 110 또는 수신단 120의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 220은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 220은 제어부 230의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 230은 송신단 110 또는 수신단 120의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 230은 통신부 210를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 230은 저장부 220에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 제어부 230은 적어도 하나의 프로세서(processor) 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부 210의 일부 및 제어부 230은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 특히, 제어부 230은 후술되는 다양한 실시 예들에 따라 송신단 110 또는 수신단 120이 제어 정보를 교환하고, 전송 기법 또는 수신 알고리즘을 선택하도록 제어한다. 예를 들어, 제어부 230은 송신단 110 또는 수신단 120이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 절차를 수행하도록 제어할 수 있다.
도 2는 송신단 110 또는 수신단 120의 구성을 예시한다. 여기서, 도 2의 구성이 기지국의 구성인 경우, 백홀(backhaul) 망과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 백홀 통신부가 더 포함될 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 신호를 송신하기 위한 송신단의 구조의 예를 도시한다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 도 3에 예시된 구성은 송신단 110의 통신부 210의 구성으로서 이해될 수 있다.
도 3을 참고하면, 송신단 110의 통신부 210는 부호부들 310-1 내지 310-2NT, 직병렬 변환부들 320-1 내지 320-2NT, 및 변조부들 330-1 내지 330-2NT를 포함한다. 실수 값을 갖는 2M/2-PAM 기반의 수신 신호 모델의 예로서, 송신단 110은 2NT 개의 송신 안테나를 포함할 수 있다. 부호부들 310-1 내지 310-2NT, 직병렬 변환부들 320-1 내지 320-2NT, 및 변조부들 330-1 내지 330-2NT은 다수의 안테나 경로들을 구성하며, 안테나 경로들 각각의 동작은 실질적으로 동일하다. 따라서, 이하 설명의 편의를 위해, 안테나 경로들을 대표하여, n번째 안테나 경로를 구성하는 부호부 310-n, 직병렬 변환부 320-n, 변조부 330-n의 동작이 설명된다.
부호부 310-n은 송신단 110에서 생성된 정보어에 대한 부호어(codeword)를 생성한다. 즉, 부호부 310-n은 송신단 110의 채널 인코딩을 수행한다.
직병렬 변환부 320-n은 생성된 부호어를 M/2개의 비트 스트림들로 분리한다. 다시 말해, 직병렬 변환부 320-n은 생성된 부호어를 M/2개의 비트 스트림으로 병렬화하고, 병렬화된 비트 스트림을 변조부 330-n에 전달한다.
변조부 330-n은 직병렬 변환부 320-n으로부터 전달 받은 M/2개의 비트 스트림들로부터 2M/2-PAM 심볼을 생성한다. 이를 위해, 변조부 330-n은 적어도 하나의 이진 변조부(binary modulator), 적어도 하나의 곱셈부, 적어도 하나의 가산부를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 이진 변조부는 입력되는 비트를 이진 변조함으로써, 0 또는 1에 대응하는 크기의 심볼을 생성한다. 예를 들어, 변조부 330-n은 2M/2개의 이진 변조부들을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 4와 같이, 변조부 330-n은 M/2개의 이진 변조된 심볼들 x(m) (m=1, 2, ..., M/2)을 생성할 수 있다.
변조부 330-n은 M/2개의 비트 스트림들로부터 생성된 이진 변조된 심볼들로부터 2M/2-PAM 심볼을 생성한다. 변조부 330-n은 '2M/2-PAM 변조부'로 지칭될 수 있다. 구체적으로, 변조부 330-n의 적어도 하나의 곱셈부는 M/2개의 이진 변조된 심볼들을 서로 다른 2의 거듭 제곱 크기로 각각 스케일링한다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 이진 변조된 심볼 x1은 20으로 스케일링되고, 이진 변조된 심볼 x2는 21로 스케일링되며, 이진 변조된 심볼 xM / 2은 2M/2-1로 스케일링될 수 있다. 그리고, 변조부 330-n의 적어도 하나의 가산부는 스케일링된 이진 변조된 심볼들을 모두 더함으로써 2M/2-PAM 심볼을 생성한다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 2M/2-PAM 심볼 s는 M/2개의 이진 변조된 심볼들 x(m)의 합으로 구성될 수 있다. 이 경우, 변조부 330-n으로 입력된 비트들 및 2M/2-PAM 심볼 s 간 비트 매핑 관계는 네추럴 라벨링(natural labeling)될 수 있다. 네추럴 라벨링은 CM(coded modulation)의 한 방식으로서, 성상도 점의 순서에 따라 비트들이 나타내는 십진수(digit)가 1씩 증가하도록 맵핑하는 방법이다. 네추럴 라벨링은 그 기술적 의미에 따라 "네추럴 맵핑" 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 명칭으로 지칭될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 송신단 110의 2NT개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 2NT개의 2M/2-PAM 심볼들은 하기 <수학식 3>과 같이 벡터 s로 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, s는 2NT개의 2M/2-PAM 심볼들을 포함하는 송신 신호 벡터, x (m)은 2M/2-PAM 심볼에 할당된 m번째 비트에 의해 생성된 이진 변조된 심볼들을 포함하는 벡터를 의미한다.
도 3에서, 하나의 부호부 310-n이 하나의 변조부 330-n과 연결되는 송신단 110의 구조로 인하여, 송신단 110은 실수부와 허수부 각각에 독립적으로 부호화 및 2M/2-PAM 변조를 수행할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수신된 신호를 처리하기 위한 수신단의 구조의 예를 도시한다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 도 5a 내지 5c에 예시된 구성은 수신단 120의 통신부 210의 구성으로서 이해될 수 있다.
도 5a는 IF 디코딩을 지원하는 수신기 120의 구조를 예시한다. 도 5a를 참고하면, 수신단 120은 선형 조합부(linear combining unit) 511, 복호부들 513-1 내지 513-2NR, 조합 해제부(combination solving unit) 515를 포함한다. 선형 조합부 511은 '선형 등화부(linear equalizer)'로, 조합 해제부 515는 '선형 등식 해제부(linear equation solving unit)'로 지칭될 수 있다.
선형 조합부 511은 무선 채널을 거쳐 수신된 안테나 별 수신 신호들에 등화 행렬(equalization matrix)을 곱한다. 등화 행렬은 유효(effective) 채널 행렬을 정수 행렬로 변환하기 위해 사용된다. 또한, 등화 행렬은 유효 잡음을 감소시키고, 유효 채널 행렬을 풀-랭크(full rank) 행렬로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 등화 행렬 및 채널 행렬의 곱은 '정수화된(integerized) 유효 채널 행렬', '정수 값 행렬(integer-valued matrix)'이라 지칭될 수 있다. 이를 위해, 선형 조합부 511은 채널 행렬, 채널 품질 등에 기초하여 등화 행렬을 결정하거나, 수신단 120 내의 다른 블록으로부터 등화 행렬을 제공받는다. 선형 조합부 511의 연산에 따라, 선형 합산된 코드워드를 나타내는 신호들 및 유효 잡음이 합산된 신호들이 출력된다. 선형 조합부 511의 연산은 ZF, MMSE와 같은 선형 수신 알고리즘에서 수행되는 채널 인버전(channel inversion)과 달리, 조합된 부호어들을 생성한다. 다시 말해, 송신단 110에서 송신된 부호어들의 조합을 통해 생성된 다른 부호어들이 출력된다. 이때, 다른 부호어들 역시 유효한 부호어들을 구성할 수 있다.
복호부들 513-1 내지 513-2NR은 선형 조합부 511로부터 출력된 조합된 부호어들에 대한 복호를 수행한다. 이때, 복호부들 513-1 내지 513-2NR 각각은 SISO(single input single output) 복호부와 같이 동작할 수 있다. 다시 말해, 복호부들 513-1 내지 513-2NR 각각은 다른 안테나로부터의 간섭은 고려하지 아니하고 복호를 수행한다.
조합 해제부 515는 복호부들 513-1 내지 513-2NR로부터 출력된 디코딩 결과를 선형 조합부 511에서 수행된 조합에 대응하는 역변환을 수행한다. 즉, 조합 해제부 513는 선형 조합부 511에 의한 비트들의 조합을 해제한다. 이에 따라, 송신단 110에서 생성된 부호어들의 부호화를 수행하기 전 비트들이 추정될 수 있다. 즉, 조합 해제부 511은 송신단 110에서 생성된 부호어들의 부호화를 수행하기 전 비트들의 추정된 비트들(estimated bits)을 출력한다.
도 5a는 IF 수신 알고리즘의 한 종류인 IF 디코딩 알고리즘을 위한 구조이다. IF 수신 알고리즘의 다른 종류로, IF 검출이 있다. 도 5b는 IF 검출을 지원하는 수신기 120의 구조를 예시한다. 도 5b를 참고하면, 수신단 120은 선형 조합부 521, LLR 계산부 523, LLR 변환부 525, 복호부들 527-1 내지 527-2NR, 조합 해제부 529를 포함한다. 선형 조합부 521은 '선형 등화부'로, 조합 해제부 529는 '선형 등식 해제부'로 지칭될 수 있다.
선형 조합부 521은 무선 채널을 거쳐 수신된 안테나 별 수신 신호들에 등화 행렬을 곱한다. 선형 조합부 521의 연산에 따라, 선형 합산된 부호어를 나타내는 신호들 및 유효 잡음이 합산된 신호들이 출력된다. 이에 따라, 송신단 110에서 송신된 부호어들의 조합을 통해 생성된 다른 부호어들이 출력된다. 이때, 도 4a의 선형 조합부 521과 달리, 선형 조합부 521은 시점 t마다 서로 다른 정수화된 유효 채널 행렬을 생성할 수 있다. 즉, IF 디코딩 알고리즘은 하나의 정수화된 유효 채널 행렬을 이용하나, IF 검출 알고리즘은 다수의 정수화된 유효 채널 행렬들을 이용한다. 예를 들어, t번째 수신 신호에 대한 채널 행렬을 Ht라 할 때, 선형 등화에 의해 Ht에 Bt가 곱해진다(t=1, 2, ..., T). 이에 따라, 정수화된 유효 채널 행렬들 A1, A2, ..., AT가 생성된다. 즉, 정수화된 유효 채널 행렬이 시점 t에 따라 변화할 수 있다.
LLR 계산부 523은 주어진 정수화된 유효 채널 행렬을 이용하여 LLR 값들을 산출한다. 즉, 선형 조합부 521에 의해 At가 결정되면, LLR 계산부 523은 At를 이용하여 t번째 수신 신호에서 각 수신 안테나별로 심볼 합에 대한 LLR 값들을 산출한다.
LLR 변환부 525는 LLR 값들을 새로운 유효 채널 행렬에 부합하도록 변환한다. 새로운 유효 채널 행렬은 새로운 정수 값 행렬(integer-valued matrix)
Figure pat00004
이다. 여기서, 새로운 정수 값 행렬
Figure pat00005
은 미리 정의될 수 있다. 예를 들어, 새로운 정수 값 행렬
Figure pat00006
는 단위 행렬(identity matrix)로 정의될 수 있다. 즉, LLR 변환부 525는 At에 대응하는 에 대한 LLR 값들을 새로운 정수 값 행렬
Figure pat00007
에 의한 심볼 합의 LLR 값들로 변환한다. 이후, 변환된 LLR 값들에 대하여, 상술한 IF 디코딩 알고리즘의 동작이 적용된다.
복호부들 527-1 내지 527-2NR는 LLR 변환부 525로부터 출력된 LLR 값들을 이용하여 부호어들에 대한 복호를 수행한다. 이때, 복호부들 527-1 내지 527-2NR 각각은 SISO 디코더와 같이 동작할 수 있다. 그리고, 조합 해제부 529는 복호부들 527-1 내지 527-2NR로부터 출력된 복호 결과를 새로운 정수 값 행렬
Figure pat00008
에 의한 조합에 대응하는 역변환을 수행한다. 만일, 새로운 정수 값 행렬
Figure pat00009
는 단위 행렬이면, 부호어 조합에 대한 고려 없이, 개별 부호어 복호가 수행될 수 있다. 이 경우, 조합 해제부 529는 생략될 수 있다.
도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호를 처리하기 위한 수신단 120의 구조의 예를 도시한다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 5c를 참고하면, 수신단 120은 등화부 531, 복조부들 532-1 내지 532-M/2, 제1 확률계산부들 533-1 내지 533-M/2-1, 확률합성부들 534-1 내지 534-M/2-2, 제2 확률계산부들 535-1 내지 535-M/2-1, 복호부 536, 및 복원부 537을 포함한다.
등화부 531은 송신단 110으로부터 수신된 신호에 IF 등화를 수행한다. 즉, 등화부 531은 수신된 안테나 별 수신 신호들에 등화 행렬을 곱함으로써, 유효 채널 행렬을 정수 행렬로 변환한다. 이에 따라, 등화부 531은 선형 합산된 코드워드들을 나타내는 합(summed) 심볼들, 즉, 합 심볼 벡터를 출력한다. 여기서, 합 심볼들 각각은 심볼들이 선형 조합된 결과로서, '심볼 조합들'로 지칭될 수 있다. 등화부 531은 선형 조합부 511 또는 선형 조합부 521에 상응하는 구성요소일 수 있다.
복조부 532-1은 등화부 531로부터 출력된 심볼 조합 벡터 내의 각 심볼 조합의 1번째 비트의 APP를 결정한다. 제1 확률계산부 533-1은 심볼 조합의 1번째 비트에 대한 APP를 이용하여 심볼의 1번째 비트에 대한 APP를 결정한다. 제2 확률 계산부 535-1은 심볼의 1번째 비트에 대한 APP를 이용하여 심볼의 2번째 비트에 대한 APP를 결정하기 위한 1번째 비트에 대한 APP를 결정한다.
복조부 532-2는 제2 확률계산부 535-1로부터 출력된 심볼의 2번째 비트에 대한 APP를 결정하기 위한 1번째 비트에 대한 APP를 이용하여 심볼 조합의 2번째 비트의 APP를 결정한다. 제1 확률계산부 533-2는 심볼 조합의 2번째 비트에 대한 APP를 이용하여 심볼의 2번째 비트에 대한 APP를 결정한다. 확률합성부 534-2는 제1 확률계산부 533-2로부터 출력된 심볼의 2번째 비트에 대한 APP 및 제1 확률계산부 533-1로부터 출력된 심볼의 1번째 비트에 대한 APP를 이용하여 심볼의 1번째 및 2번째 비트들의 합에 대한 APP를 결정한다. 제2 확률계산부 535-2는 확률합성부 534-2로부터 출력된 심볼의 1번째 및 2번째 비트들의 합에 대한 APP를 이용하여 심볼 조합의 1번째 및 2번째 비트들의 합에 대한 APP를 결정한다.
상술한 복조부 532-2, 제1 확률계산부 533-2, 확률합성부 354-2, 제2 확률계산부 353-2의 동작과 유사한 동작들이 복조부 532-3 내지 532-M/2-1, 제1 확률계산부 533-2 내지 533-M/2-1, 확률합성부 354-2 내지 534-M/2-1, 제2 확률계산부 535-2 내지 535-M/2-1에 의해 반복된다. 이에 따라, 복조부 532-M/2는 제2 확률계산부 535-M/2-1로부터 출력된 심볼 조합의 1번째 내지 M/2-1번째 비트들에 대한 APP를 이용하여 심볼 조합의 M/2번째 비트의 APP를 결정한다. 복호부 536은 복조부들 532-1 내지 532-M/2로부터 출력된 각 APP를 이용하여 심볼 조합에 대한 각 LLR을 생성하고, LLR을 이용하여 복호를 수행한다. 복원부 537은 복호부 536로부터 출력된 조합 심볼에 대한 복호 결과를 이용하여 정보어를 복원한다. 복원부 537은 조합 해제부 515 또는 조합 해제부 529와 상응하는 구성요소일 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 신호를 송신하기 위한 동작 방법의 예를 도시한다. 도 6은 송신단 110의 동작 방법을 예시한다.
도 6을 참고하면, 601 단계에서, 송신단은 각 송신 경로에 입력되는 비트들에 대응하는 부호어를 결정한다. 즉, 송신단은 부호화를 수행한다. 이는, 송신단이 SLC에 기반하여 신호를 송신하기 위하여, 비트 레벨 별로 부호어를 맵핑하지 않고, 입력되는 비트들 전체에 대해 하나의 부호어를 맵핑하기 때문이다. 여기서, 입력되는 비트들은 정보어로 지칭될 수 있다.
603 단계에서, 송신단은 부호어의 각 비트들을 이진 변조한다. 즉, 송신단은 부호어를 다수의 비트 스트림들로 분할하고, 각 비트 스트림에 대하여 이진 변조를 수행한다. 이에 따라, 각 비트에 대응하는 이진 변조된 심볼들이 생성된다.
605 단계에서, 송신단은 이진 변조된 심볼들을 결합한다. 예를 들어, 송신단은 이진 변조된 심볼들을 이용하여 부호어의 적어도 일부에 대응하는 PAM 심볼을 생성한다. 구체적으로, 송신단은 이진 변조된 심볼들 각각을 20, 21, 22, ..., 2M /2-1 크기로 스케일링한 후, 합산함으로써, 2M/2-PAM 심볼을 생성할 수 있다. 이로 인해, 성상도 점의 순서에 따라 상기 비트들이 나타내는 값이 1씩 증가하도록 비트 값과 성상도 점을 맵핑하는 네추럴 라벨링이 적용될 수 있다.
607 단계에서, 송신단은 수신단 120에게 생성된 심볼을 송신한다. PAM 심볼들은 각 송신 안테나에 대하여 생성되며, 송신단은 다수의 송신 안테나들을 통해 PAM 심볼들을 송신할 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호를 처리하기 위한 동작 방법의 예를 도시한다. 도 7은 수신단 120의 동작 방법을 예시한다.
도 7을 참고하면, 701 단계에서, 수신단은 신호를 수신한다. 즉, 수신단은 다수의 수신 안테나들을 통해 송신단(예: 송신단 110)에서 다수의 송신 안테나들을 통해 송신된 신호들을 수신한다. 예를 들어, 수신된 신호는 하기 <수학식 4>와 같을 수 있다.
Figure pat00010
여기서, y는 수신 신호 벡터, H는 채널 행렬, s는 송신 신호 벡터, n은 백색 가우시안 잡음 벡터, x(m)은 2M/2-PAM 심볼에 할당된 m번째 비트에 의해 생성된 이진 변조된 심볼들을 포함하는 벡터를 의미한다.
703 단계에서, 수신단은 수신된 신호에 대하여 IF 등화를 수행할 수 있다. 다시 말해, 수신단은 수신된 안테나 별 수신 신호들에 등화 행렬을 곱함으로써, 유효 채널 행렬을 정수 행렬로 변환한다. 이에 따라, 선형 합산된 부호어들을 나타내는 심볼 조합 벡터가 생성된다. 예를 들어, IF 등화가 수행된 신호는 하기 <수학식 5>와 같을 수 있다.
Figure pat00011
여기서,
Figure pat00012
는 등화된 수신 신호 벡터, B는 BH가 정수 행렬이 되도록 하는 실수 행렬, y는 수신 신호 벡터, H는 채널 행렬, s는 송신 신호 벡터, n은 백색 가우시안 잡음 벡터, A는 정수 행렬인 BH, x(m)은 2M/2-PAM 심볼에 할당된 m번째 비트에 의해 생성된 이진 변조된 심볼들을 포함하는 벡터, z(m)=Ax(m)은 m번째로 작은 신호 크기의 이진 변조된 심볼 벡터의 조합, w는 실효 잡음 벡터를 의미한다. 이 경우,
Figure pat00013
의 n번째 성분
Figure pat00014
은 하기 <수학식 6>과 같을 수 있다.
Figure pat00015
여기서,
Figure pat00016
은
Figure pat00017
의 n번째 성분, zn (m)은 m번째로 작은 신호 크기의 이진 변조된 심볼 벡터의 조합의 n번째 성분, wn은 실효 잡음 벡터의 n번째 성분을 의미한다.
705 단계에서, 수신단은 등화 행렬에 기반하여 결정된 각 비트의 APP들 및 수신된 신호에 대한 우도(likelihood) 값을 이용하여 각 비트의 LLR 값들을 결정한다. 구체적으로, 수신단은 등화 행렬에 기반하여 심볼 조합을 구성하는 각 비트의 APP들을 결정하고, APP들을 이용하여 LLR 값들을 결정한다. 이때, 하나의 비트(예: m번째 비트)의 APP를 결정하기 위해, 수신단은 하위 비트들(예: 1번째 내지 m-1 번째 비트들)의 APP를 이용할 수 있다. 그리고, 하위 비트들의 APP를 결정하기 위해, 수신단은 심볼 조합의 하위 비트들의 개별 APP들을 등화 행렬에 기반하여 조합 전 심볼에 대한 개별 APP들로 변환한 후, 개별 APP들을 합산함으로써 비트들의 APP를 생성하고, 등화 행렬에 기반하여 심볼 조합을 구성하는 비트들의 APP를 결정할 수 있다.
707 단계에서, 수신단은 LLR 값들을 이용하여 신호를 복호한다. 이후, IF 기법에 따라, 수신단은 등화 행렬의 역행렬을 이용하여 복호 결과로부터 정보어들을 복원할 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호를 처리하기 위한 다른 동작 방법의 예를 도시한다. 도 8은 수신단 120의 동작 방법을 예시한다.
도 8을 참고하면, 801 단계에서, 수신단 120은 IF 등화가 수행된 신호로부터 결정된 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP를 결정한다. 구체적으로, 수신단 120은 심볼의 조합의 1부터 m-1번째까지 비트들에 대한 APP로부터 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP를 결정한다.
803 단계에서, 수신단 120은 결정된 APP에 대한 심볼의 조합의 비트가 M/2번째 비트인지 여부를 결정한다. 즉, 수신단 120은 심볼의 조합의 M/2번째 비트의 APP를 결정하였는지 여부를 확인할 수 있다.
만약, 결정된 APP에 대한 심볼의 조합의 비트가 M/2번째 비트가 아닌 경우, 805 단계에서, 수신단 120은 심볼의 조합의 1부터 m번째까지의 비트들의 합에 대한 APP를 결정한다. 이 후, 수신단 120은 705 단계로 진행하여, 심볼의 조합의 1부터 m번째까지 비트들의 합에 대한 APP로부터 심볼의 조합의 m+1번째 비트에 대한 APP를 결정한다.
반면, 결정된 APP에 대한 심볼의 조합의 비트가 M/2번째 비트인 경우, 807 단계에서, 수신단 120은 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR을 결정한다. 구체적으로, 수신단 120은 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP로부터 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR을 결정한다.
809 단계에서, 수신단 120은 심볼의 조합을 복호한다. 구체적으로, 수신단 120은 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR을 이용하여 m번째 비트에 해당하는 심볼의 조합을 복호한다.
811 단계에서, 수신단 120은 복호된 m번째 비트에 해당하는 심볼의 조합을 이용하여 정보어를 복원한다. 예를 들어, 정보어는 복호된 m번째 비트에 해당하는 심볼의 조합에 상기 <수학식 5>의 정수 행렬 A의 역행렬인 A- 1를 적용하여 복원될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 정보어는 복호된 m번째 비트에 해당하는 심볼의 조합에 새로운 정수 값 행렬
Figure pat00018
의 역행렬을 적용하여 복원될 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하여 수신된 신호의 각 비트에 대한 LLR을 결정하기 위한 동작 방법의 예를 도시한다. 도 9는 수신단 120의 동작 방법을 예시한다.
도 9를 참고하면, 901 단계에서, 수신단 120은 심볼의 조합의 m-1번째 비트에 대한 APP로부터 심볼의 m-1번째 비트에 대한 APP를 결정한다. 예를 들어, 도 10a를 참고하면, 심볼 x의 m-1번째 비트 x(m-1) 1003에 대한 APP는 심볼의 조합 z의 m-1번째 비트 z(m-1) 1001에 대한 APP에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 심볼 x의 m-1번째 비트 x(m-1) 1003에 대한 APP는 하기 <수학식 7>과 같을 수 있다.
Figure pat00019
여기서,
Figure pat00020
및
Figure pat00021
는 심볼 x의 m-1번째 비트 x(m-1)에 대한 APP를 의미한다. 이 때,
Figure pat00022
는 심볼 x의 m-1번째 비트 x(m-1)가 0일 확률,
Figure pat00023
는 심볼 x의 m-1번째 비트 x(m-1)가 1일 확률을 의미한다.
Figure pat00024
는 심볼의 조합 z의 m-1번째 비트에 대한 APP, A- 1는 상기 <수학식 5>의 정수 행렬 A의 역행렬을 의미한다.
903 단계에서, 수신단 120은 심볼의 m-1번째 비트에 대한 APP로부터 심볼의 1부터 m-1번째까지 비트들의 합에 대한 APP를 결정한다. 예를 들어, 도 10b를 참고하면, 심볼 x의 1부터 m-1번째까지 비트들 x(1), x(2), ..., x(m-1) 의 합 1005에 대한 APP는 심볼 x의 m-1번째 비트 x(m-1) 1003에 대한 APP에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 심볼 x의 1부터 m-1번째까지 비트들 x(1), x(2), ..., x(m-1)의 합 1005에 대한 APP는 하기 <수학식 8>과 같을 수 있다.
Figure pat00025
여기서,
Figure pat00026
는 심볼 x의 1부터 m-1번째까지 비트들 x(1), x(2), ..., x(m-1)의 합에 대한 APP,
Figure pat00027
는 심볼 x의 p번째 비트 x(p)에 대한 APP를 의미한다.
905 단계에서, 수신단 120은 심볼의 1부터 m-1번째까지 비트들의 합에 대한 APP로부터 심볼의 조합의 1부터 m-1번째까지 비트들의 합에 대한 APP를 결정한다. 예를 들어, 도 10c를 참고하면, 심볼의 조합 z의 1부터 m-1번째까지 비트들 z(1), z(2), ..., z(m-1) 의 합 1007에 대한 APP는 심볼 x의 1부터 m-1번째까지 비트들 x(1), x(2), ..., x(m-1) 의 합 1005에 대한 APP에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 심볼의 조합 z의 1부터 m-1번째까지 비트들 z(1), z(2), ..., z(m-1)의 합 1007에 대한 APP는 하기 <수학식 9>와 같을 수 있다.
Figure pat00028
여기서,
Figure pat00029
는 심볼의 조합 z의 1부터 m-1번째까지 비트들 z(1), z(2), ..., z(m-1)에 대한 APP,
Figure pat00030
는 심볼 x의 1부터 m-1번째까지 비트들 x(1), x(2), ..., x(m-1)에 대한 APP, A는 상기 <수학식 5>의 정수 행렬인 BH를 의미한다.
907 단계에서, 수신단 120은 심볼의 조합의 1부터 m-1번째까지 비트들에 대한 APP로부터 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP를 결정한다. 예를 들어, 도 10d를 참고하면, 심볼의 조합의 m번째 비트 z(m) 1009에 대한 APP는 심볼의 조합 z의 1부터 m-1번째까지 비트들 z(1), z(2), ..., z(m-1) 1007에 대한 APP에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 심볼의 조합의 m번째 비트 z(m) 1009에 대한 APP는 하기 <수학식 10>과 같을 수 있다.
Figure pat00031
여기서,
Figure pat00032
및
Figure pat00033
는 심볼의 조합 z의 m번째 비트 z(m)에 대한 APP를 의미한다. 이 때,
Figure pat00034
는 심볼의 조합 z의 m번째 비트 z(m)가 0일 확률을 의미한다.
Figure pat00035
는 심볼의 조합 z의 m번째 비트 z(m)가 1일 확률을 의미한다.
Figure pat00036
는 심볼의 조합의 1부터 m-1번째까지 비트들에 대한 APP,
Figure pat00037
는 IF 등화가 수행된 신호에 대한 우도 함수를 의미한다. 예를 들어,
Figure pat00038
는 하기 <수학식 11>과 같을 수 있다.
Figure pat00039
여기서,
Figure pat00040
는 모듈로(modulo)-2m (1≤m≤M/2)를 수행하였을 때, k(0≤k≤2m-1)가 되는 정수 중
Figure pat00041
와 가장 가까운 수,
Figure pat00042
는
Figure pat00043
와 가장 가까운 정수를 의미한다.
909 단계에서, 수신단 120은 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 APP 로부터 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR을 결정한다. 여기서, LLR은 심볼의 조합의 m번째 비트가 0일 확률과 심볼의 조합의 m번째 비트가 1일 확률의 비율에 로그(log)를 취한 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR은 하기 <수학식 12>와 같을 수 있다.
Figure pat00044
여기서,
Figure pat00045
는 심볼의 조합의 m번째 비트에 대한 LLR,
Figure pat00046
및
Figure pat00047
는 심볼의 조합 z의 m번째 비트 z(m)에 대한 APP를 의미한다. 이 때,
Figure pat00048
는 심볼의 조합 z의 m번째 비트 z(m)이 0일 확률을 의미한다.
Figure pat00049
는 심볼의 조합 z의 m번째 비트 z(m)이 1일 확률을 의미한다.
Figure pat00050
는 심볼의 조합의 1부터 m-1번째까지 비트들에 대한 APP,
Figure pat00051
는 IF 등화가 수행된 신호에 대한 우도 함수를 의미한다.
다른 예를 들어, 심볼의 조합의 첫번째 비트에 대한 LLR은 하기 <수학식 13>과 같을 수 있다.
Figure pat00052
여기서,
Figure pat00053
는 심볼의 조합의 첫번째 비트에 대한 LLR,
Figure pat00054
및
Figure pat00055
는 심볼의 조합 z의 첫번째 비트 z(1)에 대한 APP를 의미한다. 이 때,
Figure pat00056
는 심볼의 조합 z의 첫번째 비트 z(1)이 0일 확률을 의미한다.
Figure pat00057
는 심볼의 조합 z의 첫번째 비트 z(1)이 1일 확률을 의미한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 SLC에 기반하는 송신단 110 및 수신단 120의 예를 도시한다.
도 11을 참고하면, 24-QAM 기반의 IF-MIMO 시스템에서 송신단 110은 8개의 송신 안테나들을 포함한다. 예를 들어, 송신단 110은 송신 안테나들 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 및 1107을 포함할 수 있다. 24-QAM 기반의 IF-MIMO 시스템에서 수신단 120은 8개의 수신 안테나들을 포함한다. 예를 들어, 수신단 120은 수신 안테나들 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116, 및 1117을 포함할 수 있다.
도 11은 24-QAM 기반의 IF-MIMO 시스템에서 송신단 110 및 수신단 120의 예를 도시되었으나, 송신단 110 및 수신단 120의 구조는 제한되지 않는다. 이하, 도 12에서는 24-QAM 기반의 IF-MIMO 시스템에서 수신단 120의 FER(frame error rate) 성능이 도시된다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 FER 성능의 예를 도시한다.
도 12를 참고하면, IF-MIMO 시스템에서 SLC에 기반하여 신호를 수신하는 수신단 120의 FER(frame error rate) 성능은 무선 통신 시스템에서 MMSE(minimum mean square error)에 기반하여 신호를 수신하는 수신단 130의 FER 성능보다 뛰어나다. 예를 들어, FER이 10-2인 경우, 수신단 120이 SLC에 기반하여 수신한 신호의 SNR(signal to noise ratio)은 22인 반면, 수신단 130이 MMSE에 기반하여 수신한 신호의 SNR은 30일 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법에 있어서,
    송신단으로부터 신호를 수신하는 과정과,
    수신된 신호에 대하여 정수 강압(integer forcing, IF) 등화를 수행하는 과정과,
    등화 행렬에 기반하여 결정된 상기 신호에 대한 각 비트의 사후 확률(a posteriori probability) 및 상기 신호에 대한 우도(likelihood) 값을 이용하여 상기 각 비트의 LLR(log likelihood ratio) 값을 결정하는 과정과,
    상기 LLR 값을 이용하여 상기 신호를 복호하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 비트의 LLR 값을 결정하는 과정은,
    상기 수신된 신호의 심볼의 조합의 제1 비트에 대한 사후 확률로부터 상기 심볼의 상기 제1 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 비트의 LLR 값을 결정하는 과정은,
    상기 심볼의 상기 제1 비트에 대한 상기 사후 확률에 기반하여, 상기 심볼의 상기 제1 비트 및 제2 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 각 비트의 LLR 값을 결정하는 과정은,
    상기 심볼의 상기 제1 비트 및 상기 제2 비트에 대한 상기 사후 확률에 기반하여 상기 심볼의 조합의 상기 제1 비트 및 상기 제2 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 비트의 LLR 값을 결정하는 과정은,
    상기 심볼의 상기 조합의 상기 제1 비트 및 상기 제2 비트에 대한 상기 사후 확률에 기반하여 상기 심볼의 상기 조합의 제3 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 각 비트의 LLR 값을 결정하는 과정은,
    상기 심볼의 상기 조합의 상기 제3 비트에 대한 사후 확률에 기반하여 상기 심볼의 상기 조합의 상기 제3 비트에 대한 LLR 값을 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신된 신호는, 비트들에 기반하여 생성된 심볼들을 포함하고,
    상기 비트들에 대한 부호어는, 상기 송신단에 입력되는 비트들에 대응하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호에 대한 상기 각 비트는, 동일 도메인에서 성상도 점의 순서에 따라 상기 비트들이 나타내는 값이 1씩 증가하도록 비트 값과 성상도 점을 맵핑하는 네추럴 라벨링(natural labeling)이 적용된 방법.
  9. 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,
    상기 송신단에 입력되는 비트들에 대응하는 부호어를 결정하는 과정과,
    상기 부호어의 각 비트들을 이진 변조하는 과정과,
    상기 이진 변조된 비트들에 기반하여 생성된 이진 변조된 심볼들을 결합하는 과정과,
    수신단에게 상기 결합된 이진 변조된 심볼들을 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 부호어의 상기 각 비트들은, 동일 도메인에서 성상도 점의 순서에 따라 상기 각 비트들이 나타내는 값이 1씩 증가하도록 비트 값과 성상도 점을 맵핑하는 네추럴 라벨링(natural labeling)이 적용된 방법.
  11. 무선 통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,
    송신단으로부터 신호를 수신하는 송수신부와,
    수신된 신호에 대하여 정수 강압(integer forcing, IF) 등화를 수행하고, 등화 행렬에 기반하여 결정된 상기 신호에 대한 각 비트의 사후 확률(a posteriori probability) 및 상기 신호에 대한 우도(likelihood) 값을 이용하여 상기 각 비트의 LLR(log likelihood ratio) 값을 결정하며, 상기 LLR 값을 이용하여 상기 신호를 복호하는 제어부를 포함하는 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 수신된 신호의 심볼의 조합의 제1 비트에 대한 사후 확률로부터 상기 심볼의 상기 제1 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 심볼의 상기 제1 비트에 대한 상기 사후 확률에 기반하여, 상기 심볼의 상기 제1 비트 및 제2 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 심볼의 상기 제1 비트 및 상기 제2 비트에 대한 상기 사후 확률에 기반하여 상기 심볼의 조합의 상기 제1 비트 및 상기 제2 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 심볼의 상기 조합의 상기 제1 비트 및 상기 제2 비트에 대한 상기 사후 확률에 기반하여 상기 심볼의 상기 조합의 제3 비트에 대한 사후 확률을 결정하는 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 심볼의 상기 조합의 상기 제3 비트에 대한 사후 확률에 기반하여 상기 심볼의 상기 조합의 상기 제3 비트에 대한 LLR 값을 결정하는 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 수신된 신호는, 비트들에 기반하여 생성된 심볼들을 포함하고,
    상기 비트들에 대한 부호어는, 상기 송신단에 입력되는 비트들에 대응하는 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 신호에 대한 상기 각 비트는, 동일 도메인에서 성상도 점의 순서에 따라 상기 비트들이 나타내는 값이 1씩 증가하도록 비트 값과 성상도 점을 맵핑하는 네추럴 라벨링(natural labeling)이 적용된 장치.
  19. 무선 통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,
    상기 송신단에 입력되는 비트들에 대응하는 부호어를 결정하고, 상기 부호어의 각 비트들을 이진 변조하고, 상기 이진 변조된 비트들에 기반하여 생성된 이진 변조된 심볼들을 결합하는 제어부와,
    수신단에게 상기 결합된 이진 변조된 심볼들을 송신하는 송수신부를 포함하는 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 부호어의 상기 각 비트들은, 동일 도메인에서 성상도 점의 순서에 따라 상기 비트들이 나타내는 값이 1씩 증가하도록 비트 값과 성상도 점을 맵핑하는 네추럴 라벨링(natural labeling)이 적용된 장치.
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