KR20190012532A - Method and Apparatus for Estimating Incidence Angle of Received Signal based on codebook in Multiple-Input Multiple-Output Communication Systems - Google Patents

Method and Apparatus for Estimating Incidence Angle of Received Signal based on codebook in Multiple-Input Multiple-Output Communication Systems Download PDF

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Abstract

Disclosed are a method and an apparatus for estimating an incidence angle of a received signal based on a codebook in a multiple-input multiple-output (MIMO) communication system. According to an embodiment of the present invention, a method for estimating an incidence angle of a received signal comprises the steps of: quantizing a signal received by a MIMO antenna by using an analog-digital converter (ADC); calculating a correlation value for each of code words of a codebook pre-generated for the quantized received signal and an estimated incidence angle; and estimating an incidence angle of the received signal based on the calculated values, wherein the quantizing step can quantize the received signal in 1-bit by using a 1-bit ADC.

Description

다중 안테나 통신 시스템에서 코드북 기반 수신 신호 입사 각도 추정 방법 및 그 장치 {Method and Apparatus for Estimating Incidence Angle of Received Signal based on codebook in Multiple-Input Multiple-Output Communication Systems}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method and apparatus for estimating the angle of incidence of a codebook-based received signal in a multi-antenna communication system,

본 발명은 다중 안테나 시스템에서의 수신 신호 입사 각도 추정 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 1-비트 양자화를 거친 다중 수신 안테나 시스템에서 코드북 기반으로 수신 신호의 입사 각도에 대한 추정 정확도를 향상시킬 수 있는 수신 신호 입사 각도 추정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for estimating the angle of incidence of a received signal in a multi-antenna system, and more particularly, to a technique for estimating the angle of incidence of a received signal based on a codebook in a multi- A method for estimating a signal incident angle, and a device therefor.

미래의 통신 시스템은 송수신기에 다수의 안테나를 설치하는 거대 다중 안테나(massive MIMO; massive multiple-input multiple-output) 시스템을 기본으로 아주 넓은 광대역을 사용하기 위해 밀리미터 웨이브 대역을 사용할 것이라 예상된다. 현재 MIMO 시스템은 송수신기에 설치된 안테나 숫자가 4~10개 정도로, 모든 안테나에 각각 좋은 성능의 RF 체인(radio frequency chain)을 연결하는데 큰 문제가 없다.Future communication systems are expected to use the millimeter wave band to use very wideband based on a massive multiple-input multiple-output (MIMO) system with multiple antennas installed in the transceiver. Currently, the MIMO system has about 4 ~ 10 antennas installed in the transceiver, so there is no problem to connect each radio frequency chain with good performance to each antenna.

하지만 송수신기에 아주 많은 수의 안테나를 설치하는 거대 MIMO 시스템은 큰 전력소모 및 가격의 문제로 인해 안테나 각각에 좋은 성능의 RF 체인을 연결하기 어려운 문제가 발생한다.However, a large MIMO system that installs a large number of antennas in a transceiver has a problem that it is difficult to connect a good performance RF chain to each antenna due to a large power consumption and a price problem.

이에 최근에 가격이 저렴하고 성능 열화가 있는 RF 체인이 연결된 거대 MIMO 시스템을 가정하고 신호의 수신 방법을 개발하는 연구가 많이 진행 중이며, 특히 1-비트 아날로그 디지털 변환기(1-bit ADC), 또는 저 분해능(low resolution)의 ADC를 사용하는 거대 MIMO 시스템에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.Recently, there have been a lot of studies to develop a signal reception method on the assumption of a large MIMO system in which an RF chain having low cost and deteriorated performance is connected. Especially, a 1-bit analog digital converter (1-bit ADC) Research on large MIMO systems using low resolution ADCs is underway.

즉, 거대 MIMO 시스템에서 수신 안테나마다 실수부와 허수부에 대한 1-비트 ADC를 다는 구조는 복잡도가 작기 때문에 점점 널리 쓰이고 있는 추세다. 하지만, 1-비트 ADC는 선형적으로 동작하지 않기 때문에 1-비트 ADC로 동작하는 다중 수신 안테나 시스템은 기존의 고 분해능(High Resolution) ADC로 동작하는 다중 수신 안테나 시스템에 비해 분석이 쉽지 않다는 단점이 있다.That is, in a large MIMO system, a 1-bit ADC for a real part and an imaginary part for each reception antenna is increasingly used because of its small complexity. However, since a 1-bit ADC does not operate linearly, a multiple-receiving antenna system operating as a 1-bit ADC has a disadvantage that it is not easy to analyze as compared to a multi-receiving antenna system operating with a conventional high resolution ADC have.

마찬가지로, 1-비트 ADC로 동작하는 거대 MIMO 시스템은 기존의 고 분해능 ADC로 동작하는 다중 수신 안테나 시스템에 비해 수신 신호의 입사 각도를 추정하기가 쉽지 않다. 하지만 입사 각도는 무선 채널의 중요한 정보로써 이를 모르고서는 효율적인 통신이 어렵기 때문에 원활한 통신을 위해서는 입사 각도를 추정할 수 있는 알고리즘의 개발이 선행되어야만 한다. 물론 1-비트 ADC로 동작하는 다중 수신 안테나 시스템에서도 평균 제곱 오차(MSE; Mean Square Error)를 최소화하는 기법인 최소 평균 제곱 오차(MMSE; Minimum Mean Square Error) 입사 각도 추정 알고리즘이 알려져 있기는 하지만 이는 복잡도가 크기 때문에 범용성이 낮다는 단점이 있다.Likewise, a large MIMO system operating as a 1-bit ADC is not as easy to estimate the angle of incidence of a received signal as compared to multiple receive antenna systems operating with conventional high resolution ADCs. However, since the angle of incidence is important information of the wireless channel, it is difficult to communicate effectively without knowing it. Therefore, for smooth communication, it is necessary to develop an algorithm that can estimate the angle of incidence. Although a minimum mean square error (MMSE) incidence angle estimation algorithm is known to minimize a mean square error (MSE) in a multi-receiving antenna system operating as a 1-bit ADC, And has a disadvantage in that the versatility is low because of its large complexity.

따라서, 본 발명은 이에 본 발명에서는 수신 안테나마다 실수부와 허수부에 대한 1-비트 ADC가 연결된 LoS(Line-of-Sight) 균일 선형 배열(ULA; Uniform Linear Array) 다중 수신 안테나 시스템에서 입사 각도를 추정하는 저복잡도의 코드북 기반 알고리즘을 제안한다.Therefore, in the present invention, in a line-of-sight (ULA) uniformly linear array (ULA) multiple receive antenna system in which a 1-bit ADC for the real part and the imaginary part is connected for each receive antenna, We propose a low - complexity codebook - based algorithm.

본 발명의 실시예들은, 1-비트 양자화를 거친 다중 수신 안테나 시스템에서 코드북 기반으로 수신 신호의 입사 각도에 대한 추정 정확도를 향상시킬 수 있는 수신 신호 입사 각도 추정 방법 및 그 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a method and apparatus for estimating a received signal incidence angle that can improve estimation accuracy of an incident angle of a received signal based on a codebook in a multiple receive antenna system that has been subjected to 1-bit quantization.

구체적으로 본 발명의 실시예들은, 무선 채널 페이딩(Fading)과 잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 있는 채널에서 1-비트 양자화를 거친 LoS(Line-of-Sight) 균일 선형 배열(ULA; Uniform Linear Array) 다중 수신 안테나 시스템을 사용할 때 양자화된 수신 신호로부터 수신 신호의 입사 각도를 코드북 기반으로 추정할 수 있는 수신 신호 입사 각도 추정 방법 및 그 장치를 제공한다.In particular, embodiments of the present invention are based on a linear-line-of-sight (ULA) uniform array (ULA) with 1-bit quantization in a channel having radio channel fading and AWGN (Additive White Gaussian Noise) A method and apparatus for estimating the angle of incidence of a received signal that can estimate the angle of incidence of a received signal based on a codebook from a quantized received signal when using a multiple receive antenna system.

본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 방법은 다중 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 양자화시키는 단계; 상기 양자화된 수신 신호와 추정 입사 각도에 대해 미리 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 상관 값들에 기초하여 상기 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 단계를 포함한다.A method for estimating a received signal angle of incidence according to an exemplary embodiment of the present invention includes quantizing a received signal received through multiple receive antennas using an analog-to-digital converter; Calculating a correlation value for each of the code words of the codebook generated in advance with respect to the quantized received signal and the estimated incident angle; And estimating an incident angle of the received signal based on the calculated correlation values.

상기 양자화시키는 단계는 상기 수신 신호를 1-비트 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 1-비트 양자화시킬 수 있다.The quantizing step may perform 1-bit quantization of the received signal using a 1-bit analog-to-digital converter.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 방법은 미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 단계; 및 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상기 코드북을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 계산하는 단계는 상기 생성된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산할 수 있다.Further, a method for estimating a received signal angle of incidence according to an embodiment of the present invention includes: dividing a predetermined incident angle range into a first section; And generating the codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angular intervals, wherein the step of calculating comprises: And a correlation value for each of the word and the 1-bit quantized received signal.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 방법은 미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 단계; 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 코드북을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 코드북을 미리 설정된 수신 횟수만큼 확장시켜 확장된 코드북을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 계산하는 단계는 상기 확장된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산할 수 있다.Furthermore, the method for estimating a received signal angle of incidence according to an embodiment of the present invention includes: dividing a predetermined incident angle range into a first section; Generating a codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angular intervals; And generating an extended codebook by expanding the generated codebook by a predetermined number of times, wherein the step of calculating includes calculating a correlation between each of the code words of the extended codebook and the 1-bit quantized received signal, The value can be calculated.

상기 코드북을 생성하는 단계는 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드 중 동일한 코드워드들이 존재하는 경우 상기 동일한 코드워드들 중 어느 하나의 코드워드를 제외한 나머지 코드워드를 제외하여 제2 개의 코드워드를 포함하는 코드북을 생성할 수 있다.Wherein the step of generating the codebook comprises the steps of: if there are identical code words among the code words for each of the divided first incident angular intervals, excluding the remaining code words except for one of the same code words, Lt; / RTI > codebook.

상기 입사 각도를 추정하는 단계는 상기 계산된 상관 값들 중 최대 값을 가지는 코드워드에 대한 추정 입사 각도를 상기 수신 신호의 입사 각도로 추정할 수 있다.The step of estimating the angle of incidence may estimate an estimated angle of incidence of a code word having a maximum value among the calculated correlation values as an angle of incidence of the received signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 장치는 다중 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 양자화시키는 양자화부; 상기 양자화된 수신 신호와 추정 입사 각도에 대해 미리 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산하는 계산부; 및 상기 계산된 상관 값들에 기초하여 상기 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 추정부를 포함한다.An apparatus for estimating a received signal angle of incidence according to an exemplary embodiment of the present invention includes a quantizer for quantizing a received signal received through multiple receive antennas using an analog-to-digital converter; A calculation unit for calculating a correlation value for each of the code words of the codebook generated in advance with respect to the quantized received signal and the estimated incident angle; And an estimator estimating an incident angle of the received signal based on the calculated correlation values.

상기 양자화부는 상기 수신 신호를 1-비트 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 1-비트 양자화시킬 수 있다.The quantizer may 1-bit quantize the received signal using a 1-bit analog-to-digital converter.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 장치는 미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 분할부; 및 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상기 코드북을 생성하는 생성부를 더 포함하고, 상기 계산부는 상기 생성된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산할 수 있다.Furthermore, an apparatus for estimating a received signal angle of incidence according to an exemplary embodiment of the present invention includes: a division unit for dividing a predetermined incidence angle range into a first section; And a generator for generating the codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angular intervals, wherein the calculator calculates the code word of each of the generated codebooks And a correlation value for the 1-bit quantized received signal.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 장치는 미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 분할부; 및 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 코드북을 생성하고, 상기 생성된 코드북을 미리 설정된 수신 횟수만큼 확장시켜 확장된 코드북을 생성하는 생성부를 더 포함하고, 상기 계산부는 상기 확장된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산할 수 있다.Furthermore, the apparatus for estimating a received signal angle of incidence according to an embodiment of the present invention includes: a division unit for dividing a predetermined incidence angle range into a first section; And generating a codebook for the 1-bit quantized received signal using the code word for each of the divided first incident angular intervals, and expanding the generated codebook by a predetermined number of times to generate an extended codebook And the calculation unit may calculate a correlation value for each of the code words of the extended codebook and the 1-bit quantized received signal.

상기 생성부는 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드 중 동일한 코드워드들이 존재하는 경우 상기 동일한 코드워드들 중 어느 하나의 코드워드를 제외한 나머지 코드워드를 제외하여 제2 개의 코드워드를 포함하는 코드북을 생성할 수 있다.The generator generates a second code word by excluding the remaining code words except for one of the same code words, if the same code words among the code words for each of the divided first incident angular intervals exist, The codebook can be generated.

상기 추정부는 상기 계산된 상관 값들 중 최대 값을 가지는 코드워드에 대한 추정 입사 각도를 상기 수신 신호의 입사 각도로 추정할 수 있다.The estimator may estimate an incident angle of a code word having a maximum value among the calculated correlation values as an incident angle of the received signal.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 장치는 다중 안테나 시스템에서 수신 신호 입사 각도 추정 장치에 있어서, 다중 수신 안테나; 상기 다중 수신 안테나로 수신되는 수신 신호를 미리 설정된 비트로 양자화시키는 아날로그 디지털 변환부; 및 상기 양자화된 수신 신호와 추정 입사 각도에 대해 미리 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산하고, 상기 계산된 상관 값들에 기초하여 상기 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 베이스밴드 처리부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating a received signal angle of incidence in a multi-antenna system. An analog-to-digital converter for quantizing a reception signal received by the multiple reception antennas into a predetermined bit; And a base band processing unit for calculating a correlation value for each of the code words of the codebook generated in advance with respect to the quantized received signal and the estimated incident angle and estimating an incident angle of the received signal based on the calculated correlation values do.

본 발명의 실시예들에 따르면, 1-비트 양자화를 거친 다중 수신 안테나 시스템에서 코드북 기반으로 수신 신호의 입사 각도에 대한 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to improve estimation accuracy of the angle of incidence of a received signal based on a codebook in a multi-receiving antenna system that has been subjected to 1-bit quantization.

이러한 본 발명은 입사 각도가 가질 수 있는 값들의 범위 안에서 각각의 입사 각도에 대해 코드워드를 만들어 이를 모아 코드북(codebook)을 만들고 수신 신호를 각각의 코드워드와 상관을 계산하여 가장 큰 값에 해당하는 각도를 수신 신호의 입사 각도로 추정함으로써, 입사 각도를 추정하는 알고리즘의 복잡도를 낮출 수 있다.In the present invention, a code word is generated for each incident angle within a range of values that an incident angle can have, a codebook is formed by collecting the code word, and a received signal is correlated with each code word, By estimating the angle as the incidence angle of the received signal, the complexity of the algorithm for estimating the incidence angle can be reduced.

즉, 본 발명은 평균 제곱 오차를 최소화하는 최소 평균 제곱 오차 추정에 비해 복잡도가 낮기 때문에 범용성이 크며, 본 발명에서의 코드북은 입사 각도가 가질 수 있는 값들의 범위에 따라서 미리 결정할 수 있기 때문에 코드북을 만드는 복잡도 또한 매우 낮다.That is, the present invention is versatile because it has a lower complexity than the minimum mean square error estimation that minimizes the mean square error, and since the codebook in the present invention can be predetermined according to the range of values that the incident angle can have, The complexity to make is also very low.

나아가, 본 발명은 평균 절대 오차(MAE; Mean Absolute Error)가 작기 때문에 복잡도가 낮은 동시에 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.Furthermore, since the present invention has a small mean absolute error (MAE), the complexity is low and the accuracy of estimation can be improved.

또한, 본 발명은 고속 페이딩(Fast Fading) 채널에서 수신 횟수를 증가시킴에 따라 입사 각도에 대한 추정 오차를 더 줄일 수 있기 때문에 고속 페이딩 채널에서도 적용이 가능하다.In addition, since the present invention increases the number of times of reception in a fast fading channel, the estimation error of the incident angle can be further reduced, so that the present invention can be applied to a fast fading channel.

또한, 본 발명은 비균일(non-uniform) 및 2차원 평면 배열 (planar array) 안테나 시스템에도 동일한 방식으로 적용 가능하다.The present invention is also applicable to non-uniform and two-dimensional planar array antenna systems in the same manner.

도 1은 다중 수신 안테나 시스템에 대한 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 수신 신호 입사 각도 추정 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3은 동일한 코드워드를 없애기 전의 코드북의 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에서 동일한 코드워드를 없앤 뒤에 얻은 코드북의 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 방법으로 수신 신호의 입사 각도를 추정하여 얻은 평균 절대 오차를 신호 대 잡음비에 따라 도시한 일 실시예 그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 다른 일 실시예에 따른 방법으로 여러 번 수신된 신호로부터 입사 각도를 추정하면서 발생하는 평균 절대 오차를 신호 대 잡음비에 따라 도시한 일 실시예 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 수신 신호 입사 각도 추정 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
1 shows a configuration of an embodiment of a multiple receive antenna system.
2 is a flowchart illustrating a method of estimating a received signal incident angle in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows an example of a codebook before eliminating the same code word.
FIG. 4 shows an example of a codebook obtained after removing the same code word in FIG.
FIG. 5 is a graph illustrating an exemplary embodiment in which an average absolute error obtained by estimating the angle of incidence of a received signal according to an embodiment of the present invention is shown according to a signal-to-noise ratio.
FIG. 6 is a graph illustrating an exemplary embodiment in which an average absolute error occurring while estimating an incident angle from a signal received multiple times according to a signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates a configuration of an apparatus for estimating a received signal incident angle in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

일반적으로 가시선(LoS; line of sight) 균일 선형 배열(ULA) 다중 수신 안테나 시스템에서 입사 각도를 추정하는 알고리즘은 잘 알려져 있다. 하지만, 수신 신호 그대로가 아닌 1-비트 양자화를 거친 수신 신호로부터 입사 각도를 추정하는 방법에 대한 종래 기술은 없다.In general, an algorithm for estimating the angle of incidence in a line-of-sight uniformly linear array (ULA) multiple receive antenna system is well known. However, there is no conventional technique for estimating the angle of incidence from a received signal that has undergone 1-bit quantization instead of being a received signal.

본 발명의 실시예들은, 1-비트 양자화를 거친 수신 신호로부터 입사 각도를 저복잡도의 코드북 기반으로 추정함으로써, 복잡도를 낮추면서 추정 정확도를 향상시키는 것을 그 요지로 한다.Embodiments of the present invention are intended to improve the estimation accuracy while lowering the complexity by estimating the angle of incidence from a received signal that has been subjected to 1-bit quantization based on a codebook of low complexity.

이 때, 본 발명은 입사 각도가 가질 수 있는 값들의 범위를 일정 개수로 분할하여 각각의 입사 각도에 대해 코드워드를 만들고 이를 모아 코드북을 만들 수 있으며, 수신 신호와 가장 닮은 코드워드에 대응하는 입사 각도를 코드북에서 찾고 이를 수신 신호의 입사 각도로 추정할 수 있다.In this case, the present invention can divide a range of values that the incident angle can have into a certain number of numbers, generate a code word for each incident angle, form a codebook by collecting the code word, and generate a codebook corresponding to a code word most similar to the received signal The angle can be found in the codebook and it can be estimated as the angle of incidence of the received signal.

본 발명에서는 수신 신호와 코드워드의 닮은 정도를 상관(Correlation)으로 계산한 값의 크기로 판단한다. 여기서, 수신 신호와 가장 닮은 코드워드는 수신 신호와 각각의 코드워드에 대해 상관을 계산한 후 계산된 값들 중 가장 큰 값을 갖는 코드워드를 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 수신 신호를 임의의 코드워드와 상관을 취했을 때 그 값이 최대가 되는 경우 그 코드워드에 해당하는 입사 각도가 실제 입사 각도로 추정할 수 있다.In the present invention, the degree of resemblance between a received signal and a code word is determined as a value calculated by correlation. Here, the code word most resembling the received signal may mean a code word having the largest value among the calculated values after calculating the correlation with respect to each code word. That is, in the present invention, when the received signal is correlated with an arbitrary code word, when the value is maximized, the incident angle corresponding to the code word can be estimated as the actual incident angle.

이하, 본 발명의 실시예들을 이용하여 수신 신호 입사 각도를 추정하는 방법 및 그 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a method and an apparatus for estimating a received signal incident angle using embodiments of the present invention will be described.

도 1은 다중 수신 안테나 시스템에 대한 일 실시예의 구성을 나타낸 것으로, N 개의 수신 안테나가 존재하며 수신 안테나의 신호(수신 신호)가 RF 체인 및 1-bit ADCs를 거쳐 수신되는 시스템에 대한 구성을 나타낸 것이다.1 shows a configuration of an embodiment of a multiple receive antenna system, which shows a configuration for a system in which N receive antennas are present and a receive antenna signal (received signal) is received via an RF chain and 1-bit ADCs will be.

도1에 도시된 바와 같이, 수신부는 다중 수신 안테나(110), RF 체인(120), 1-비트 ADCs(130), 및 베이스밴드 처리부(baseband processing)(140)를 포함한다.1, the receiving unit includes a plurality of receiving antennas 110, an RF chain 120, a 1-bit ADCs 130, and a baseband processing unit 140.

수신 안테나(110)는 대기 중으로부터 신호를 수신하여 RF 체인(120)으로 제공하며, RF 체인(120)의 출력 신호는 1-비트 ADCs(130)를 통해 양자화된다.The receive antenna 110 receives signals from the air and provides them to the RF chain 120 and the output signal of the RF chain 120 is quantized through the 1-bit ADCs 130.

여기서, RF 체인(120)은 다양한 소자들로 구성될 수 있으며, 이러한 RF 체인(120)은 이 기술 분야에 종사하는 당업자라면 알 수 있는 기술적 구성이기에, 그 상세한 설명은 생략한다.Here, the RF chain 120 may be composed of various elements, and the RF chain 120 is a technical structure that is known to those skilled in the art, and a detailed description thereof will be omitted.

1-비트 ADC(130)는 RF 체인(120)을 통해 출력되는 신호 즉, 수신 신호의 크기에 대해 미리 설정된 역치 값과 비교하여 양자화 값 예를 들어, +1 또는 -1의 값을 출력한다.The 1-bit ADC 130 compares a signal output through the RF chain 120 with a preset threshold value for a magnitude of a received signal, and outputs a quantized value, for example, a value of +1 or -1.

여기서, 1-비트 ADC(130)는 RF 체인(120)의 출력 신호에서 실수부를 1-비트 양자화하는 1-비트 ADC와 허수부를 1-비트 양자화하는 1-비트 ADC를 포함할 수 있다.Here, the 1-bit ADC 130 may include a 1-bit ADC for 1-bit quantizing the real part and an 1-bit ADC for 1-bit quantizing the imaginary part in the output signal of the RF chain 120.

베이스밴드 처리부(140)는 1-비트 ADCs(130)를 통해 출력되는 1-비트 양자화된 수신 신호를 이용하여 코드북 기반으로 수신 안테나(110)로 수신되는 수신 신호의 입사 각도를 추정한다.The baseband processing unit 140 estimates the angle of incidence of the reception signal received by the reception antenna 110 based on the codebook using the 1-bit quantized reception signal output through the 1-bit ADCs 130.

여기서, 베이스밴드 처리부(140)는 본 발명의 코드북 기반 알고리즘을 통해 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 구성 수단으로, 이에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 7을 통해 설명한다.Here, the baseband processing unit 140 is a means for estimating the incident angle of the received signal through the codebook-based algorithm of the present invention, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 2 to FIG.

이러한 다중 수신 안테나 시스템에서의 본 발명에 따른 방법과 그 장치에 대해 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.The method and apparatus according to the present invention in such a multiple receive antenna system will be described in detail with reference to Figs. 2 to 7.

채널 모델Channel model

도 1을 참조하여 본 발명에서 가정하는 채널 모델에 대해 설명하면, 페이딩(fading)과 잡음이 있는 채널에서 가시선(LoS) 균일 선형 배열(ULA) 다중 수신 안테나를 사용하고, 반송파의 주파수는

Figure pat00001
Figure pat00002
, 파장은
Figure pat00003
Figure pat00004
, 수신 신호는 입사 각도
Figure pat00005
Figure pat00006
로 수신되며,
Figure pat00007
N개의 다중 수신 안테나 사이의 거리는
Figure pat00008
d라고 가정하고 설명한다.A channel model assumed in the present invention will be described with reference to FIG. 1. In a channel having fading and noise, a line-of-sight (LoS) uniform linear array (ULA)
Figure pat00001
Figure pat00002
, The wavelength is
Figure pat00003
Figure pat00004
, The received signal is an incident angle
Figure pat00005
Figure pat00006
Lt; / RTI >
Figure pat00007
The distance between the N multiple receive antennas is
Figure pat00008
d.

수신 신호

Figure pat00009
는 페이딩
Figure pat00010
와 송신 신호x, 그리고 잡음
Figure pat00011
과 빛의 속도 c에 대해 아래 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.Received signal
Figure pat00009
Fading
Figure pat00010
The transmitted signal x, and the noise
Figure pat00011
And the speed of light c can be expressed by Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, T는 전치 행렬(Transpose Matrix)를 의미할 수 있다.Here, T may mean a transpose matrix.

수신단은

Figure pat00013
에 대한 정보가 없다고 가정하면, 1비트 양자화를 거친 수신 신호
Figure pat00014
는 1-비트 ADC Q(·)에 대해 아래 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.The receiving end
Figure pat00013
Assuming that there is no information on the 1-bit quantized received signal,
Figure pat00014
Can be represented by Equation (2) below with respect to 1-bit ADC Q (·).

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서, Q(·)는 실수부와 허수부를 각각 1비트로 양자화하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 의미할 수 있다.Here, Q (·) may mean an analog-to-digital converter (ADC) that quantizes the real part and the imaginary part with 1 bit, respectively.

본 발명에서 고려하는 Q(·)는 아래 <수학식 3>과 같을 수 있다.The Q (·) considered in the present invention can be expressed by Equation (3) below.

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서, r과

Figure pat00017
는 복소수의 크기(Magnitude)와 위상(Phase)을 의미하고, mod는 나머지 연산자(Modulo Operator)를 의미할 수 있다.Here, r and
Figure pat00017
Denotes a magnitude and a phase of a complex number, and mod can denote a modulo operator.

본 발명은 이러한 채널 모델에서 수신 신호 입사 각도를 저복잡도의 코드북 기반으로 추정하고자 하는 것이다. 물론, 상술한 양자화 방법은 하나의 예를 설명한 것으로, 본 발명은 상술한 양자화 방법으로 한정되지 않으며 본 발명에서 사용할 수 있는 다른 방식의 양자화 방법에도 동일하게 적용할 수 있다.The present invention intends to estimate the angle of incidence of the received signal in this channel model on the basis of a low-complexity codebook. Of course, the quantization method described above is one example, and the present invention is not limited to the quantization method described above, and can be applied to other quantization methods that can be used in the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 수신 신호 입사 각도 추정 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.2 is a flowchart illustrating a method of estimating a received signal incident angle in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 입사 각도 추정 방법은 수신 신호에 대해 미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개 예를 들어,

Figure pat00018
개의 구간으로 분할하고, 분할된
Figure pat00019
개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 1-비트 양자화된 수신 신호의 코드북을 생성한다(S210, S220).Referring to FIG. 2, a method for estimating a received signal angle of incidence according to an embodiment of the present invention includes:
Figure pat00018
Divided into &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pat00019
The codebook of the 1-bit quantized received signal is generated using the code word for each of the incident angle sections (S210, S220).

여기서, 단계 S220은 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드 중 동일한 코드워드가 존재하는 경우 동일한 코드워드를 제외한 나머지 코드워드를 이용하여 코드북을 생성할 수 있다.Here, in step S220, if the same code word among the code words for each incident angle section exists, the code book may be generated using the remaining code words except for the same code word.

단계 S210과 S220에 대한 상세한 설명을 아래 코드북 항목을 이용하여 설명한다.The detailed description of steps S210 and S220 will be described using the code book items below.

코드북Codebook

본 발명에서 코드북을 만드는 방법은 다음과 같다. 수신 신호의 가능한 입사 각도의 범위를

Figure pat00020
로 가정하면 입사 각도 범위 [l, u]를 미리 설정된 일정 개수 예를 들어,
Figure pat00021
개의 구간으로 나누거나 분할한다.A method of creating a codebook in the present invention is as follows. The range of possible incidence angles of the received signal is
Figure pat00020
, The incidence angle range [l, u] is set to a predetermined number, for example,
Figure pat00021
Divide or divide into two sections.

i번째 구간의 대표 값을

Figure pat00022
라고 정의하면 i번째 코드워드
Figure pat00023
는 아래 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.The representative value of the i-th section
Figure pat00022
, The i < th > codeword
Figure pat00023
Can be expressed as Equation (4) below.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure pat00024
Figure pat00024

즉,

Figure pat00025
Figure pat00026
일 때의 배열 응답 벡터(Array Response Vector)가 1-비트 양자화를 거친 결과와 같다.In other words,
Figure pat00025
The
Figure pat00026
The array response vector is the same as the one-bit quantized result.

이하, 본 발명의 상세한 설명에서 코드북을 만들 때 입사 각도 범위 [l, u]를 균일하게

Figure pat00027
개의 구간으로 분할한다 가정하고 설명한다. 즉, i번째 구간은
Figure pat00028
이고,
Figure pat00029
는 구간의 중간 값인
Figure pat00030
로 정의할 수 있다.Hereinafter, in the detailed description of the present invention, it is assumed that the incident angle range [l, u]
Figure pat00027
Let us assume that we divide into two sections. That is, the i-th period
Figure pat00028
ego,
Figure pat00029
Is the median value of the interval
Figure pat00030
.

이 때,

Figure pat00031
개의 코드워드가 만들어지고 동일한 코드워드가 존재한다면 동일한 코드워드 중 하나만 선택하여 코드북 C에 넣을 수 있다. 예를 들어, 만들어진 코드워드 중
Figure pat00032
은 동일한 코드워드가 없고,
Figure pat00033
가 동일한 코드워드 이며,
Figure pat00034
가 동일한 코드워드인 경우 코드북 C는
Figure pat00035
와 같이 만들 수 있다.At this time,
Figure pat00031
Code words are created and if the same code word exists, only one of the same code words can be selected and put in the codebook C. For example, of the codewords created
Figure pat00032
&Lt; / RTI &gt; does not have the same codeword,
Figure pat00033
Is the same codeword,
Figure pat00034
Is the same codeword, the codebook C
Figure pat00035
.

즉, 코드북의 i번째 코드워드 ci에 대해

Figure pat00036
가 되며, ci에 대응하는 값을
Figure pat00037
로 정의하면
Figure pat00038
에 대해
Figure pat00039
로 나타낼 수 있다.That is, for the i-th code word c i of the codebook
Figure pat00036
And the value corresponding to c i is
Figure pat00037
If you define
Figure pat00038
About
Figure pat00039
.

물론, 코드북 C를

Figure pat00040
과 같은 방법으로도 만들 수 있지만 본 발명의 상세한 설명에서는 동일한 코드워드 중 중간에 있는 코드워드를 선택하여 코드북 C에 넣는 것으로 설명한다. 즉,
Figure pat00041
부터
Figure pat00042
까지 코드워드가 동일한 경우 코드북 C에 들어가는 코드워드는
Figure pat00043
가 될 수 있다. 여기서, floor(·)는 내림 함수(floor function)를 의미할 수 있다.Of course, the codebook C
Figure pat00040
However, in the detailed description of the present invention, it is described that a codeword in the middle of the same codeword is selected and put in the codeword C. In other words,
Figure pat00041
from
Figure pat00042
If the code words are the same, the code words entering the codebook C are
Figure pat00043
. Here, floor (·) may mean a floor function.

상술한 방법으로

Figure pat00044
개의 코드워드 중 M(<
Figure pat00045
)개의 코드워드가 선택되면 코드북 C는 아래 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.By the method described above
Figure pat00044
Of the codewords M (<
Figure pat00045
) Code words are selected, the codebook C can be expressed as Equation (5) below.

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Figure pat00046
Figure pat00046

예를 들어, 도 3은 동일한 코드워드를 없애기 전의 코드북에 대한 일 예를 나타낸 것으로,

Figure pat00047
인 경우에 대한 코드북의 예를 나타낸 것이다. 도 3에서 동일한 색의 구간은 동일한 코드워드를 나타낸 것이며, 코드북을 생성하기 위한 조건인 l과 u는 실제 통신 시스템의 셀 세분화(Cell Sectorization)를 고려하여 결정될 수 있다.For example, FIG. 3 shows an example of a codebook before eliminating the same code word,
Figure pat00047
And the codebook for the case of FIG. In FIG. 3, a section of the same color represents the same codeword, and l and u, which are conditions for generating a codebook, can be determined in consideration of cell segmentation of an actual communication system.

도 3에 도시된

Figure pat00048
개의 코드워드에서 동일한 코드워드들 중 하나의 코드워드만을 선택하여 만들어진 코드북 C는 도 4와 같이 나타나낼 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 256개의 코드워드에서 동일한 코드워드들 중 하나의 코드워드만으로 만들어진 코드북 C는 64(M)개의 코드워드를 가질 수 있다.3
Figure pat00048
The codebook C generated by selecting only one code word among the same code words in the two code words can be represented as shown in FIG. That is, the codebook C made of only one of the same codewords in the 256 codewords shown in FIG. 3 can have 64 (M) codewords.

도 4을 통해 알 수 있듯이, 도 3에 도시된 바와 같이, 256개의 코드워드가 있지만 동일한 코드워드가 많아 이를 없애면서 코드북 C의 코드워드 개수가 64개로 줄어든 것을 알 수 있다. 이는 다중 수신 안테나의 수 N이

Figure pat00049
에 비해 작기 때문이다. 즉, 다중 수신 안테나의 수 N이 증가하면 수신단에서 수신 신호 입사 각도의 분해 능력이 증가하기 때문에 코드북 C의 코드워드 개수인 M이 줄어드는 것을 막을 수 있다.As can be seen from FIG. 4, as shown in FIG. 3, although there are 256 code words, the number of code words of the codebook C is reduced to 64, while the same code words are abundant. This is because the number N of multiple receive antennas
Figure pat00049
. That is, if the number N of the multiple receiving antennas increases, the resolving power of the angle of incidence of the received signal at the receiving end increases, thereby preventing the number M of codewords of the codebook C from decreasing.

다시 도 2를 참조하면, 상술한 과정을 통해 단계 S220의 코드북 C가 생성된 후 다중 수신 안테나로 신호가 수신되면 수신된 수신 신호를 1-비트 ADCs를 이용하여 양자화하고, 1-비트 양자화된 수신 신호와 단계 S220에 의해 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산한다(S230, S240).Referring again to FIG. 2, if a codebook C of step S220 is generated through the above-described procedure and a signal is received through multiple receive antennas, the received signal is quantized using 1-bit ADCs, and 1-bit quantized And a correlation value for each of the code words of the codebook generated in step S220 are calculated (S230, S240).

단계 S240에서 1-비트 양자화된 수신 신호와 코드워드 각각의 상관 값이 계산되면 계산된 상관 값에 기초하여 수신 신호의 입사 각도를 추정한다(S250).When the correlation value of the 1-bit quantized received signal and the code word is calculated in step S240, the incident angle of the received signal is estimated based on the calculated correlation value (S250).

여기서, 단계 S250은 계산된 상관 값들 중 가장 큰 값을 가지는 코드워드에 대응하는 입사 각도를 수신 신호의 입사 각도로 추정할 수 있다.Here, the step S250 may estimate the incident angle corresponding to the code word having the largest value among the calculated correlation values as the incident angle of the received signal.

단계 S230내지 S250에 대한 상세한 설명을 아래 알고리즘 항목을 이용하여 설명한다.A detailed description of steps S230 to S250 will be described using the following algorithm items.

알고리즘algorithm

잡음의 영향을 무시하고 수신 신호 y를 보면 입사 각도

Figure pat00050
Figure pat00051
에 대한 정보는 수신 신호 y 그 자체가 아닌 i번째 원소
Figure pat00052
에서 그 다음 원소
Figure pat00053
로 넘어갈 때 위상이 변하는 정도에 담겨 있다는 것을 알 수 있다. Ignoring the influence of noise and looking at the received signal y,
Figure pat00050
Figure pat00051
Is not the received signal y itself but the i-th element
Figure pat00052
The next element
Figure pat00053
It can be seen that the phase is shifted to the extent that it is shifted to.

즉,

Figure pat00054
와 x는 y의 각 원소들의 위상만 동일하게 회전시킬 뿐 y의 i번째 원소에서 그 다음 원소로 넘어갈 때 위상이 변하는 정도에 영향을 주지는 못하기 때문에 y로부터 입사 각도
Figure pat00055
를 추정하기 위해서는
Figure pat00056
와 x의 영향을 제거하고 y의 위상이 변하는 정도를 알아야 한다.In other words,
Figure pat00054
And x do not only affect the degree of phase change when they move from the i-th element to the next element of y, but rotate the phase of each element of y equally. Therefore,
Figure pat00055
To estimate
Figure pat00056
And remove the influence of x and know how much the phase of y changes.

본 발명에서는 잡음이 있는 채널과 1-비트 ADC를 가정하고 있기 때문에 수신 신호 y가 아닌 1-비트 양자화된 수신 신호 Q(y)를 고려한다. 즉,

Figure pat00057
에 잡음이 더해진 뒤 양자화를 거친
Figure pat00058
를 고려해야 하기 때문에 위의 결과를 이용하여 수신 신호의 입사 각도
Figure pat00059
를 추정할 때 발생하는 오차는 감안해야 한다.In the present invention, a 1-bit quantized received signal Q (y) rather than a received signal y is considered because it assumes a noisy channel and a 1-bit ADC. In other words,
Figure pat00057
After the noise is added,
Figure pat00058
It is necessary to take into consideration the angle of incidence of the received signal
Figure pat00059
The error that occurs when estimating the error rate should be considered.

본 발명의 실시예에 따른 방법은 1-비트 양장화를 거친 수신 신호 Q(y)에서

Figure pat00060
와 x의 영향을 제거한 뒤 이를 이미 생성된 코드북의 코드워드 각각과 상관을 취해 코드워드 각각과의 상관 값을 계산하고, 계산된 상관 값들 중 가장 큰 값이 나오는 코드워드를 찾아 이에 해당하는
Figure pat00061
를 수신 신호의 입사 각도로 추정한다.The method according to the embodiment of the present invention is characterized in that the received signal Q (y)
Figure pat00060
And the correlation value of each code word is calculated by correlating each of the code words of the already generated codebook with the influence of x, and a code word having the largest value of the calculated correlation values is found,
Figure pat00061
Is estimated as the incident angle of the received signal.

즉, Q(y)의 첫 번째 원소인 Q(y1)을 모든 ci의 첫 번째 원소인

Figure pat00062
와 같게 하기 위하여, Q(y)에
Figure pat00063
를 곱한 뒤 상관을 취하여 상관 값을 계산한다. 여기서, *는 공액 복소수(Complex Conjugate)를 의미한다.In other words, this is the first element of the first element of Q (y 1) of Q (y) all c i
Figure pat00062
Q (y) &lt; / RTI &gt;
Figure pat00063
And then the correlation value is calculated. Here, * denotes a complex conjugate.

수신 신호의 추정 입사 각도를

Figure pat00064
이라 하면 추정 입사 각도
Figure pat00065
는 아래 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.The estimated incident angle of the received signal is
Figure pat00064
The estimated incidence angle
Figure pat00065
Can be expressed as Equation (6) below.

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure pat00066
Figure pat00066

여기서, H는 공액 전치 행렬(Hermitian Matrix)을 의미한다.Here, H denotes a conjugate transpose matrix.

다시 말해, 본원 발명에 따른 방법은 미리 설정된 입사 각도 범위 [l, u]를 미리 설정된 일정 개수 예를 들어,

Figure pat00067
개의 구간으로 나누거나 분할하여
Figure pat00068
개의 코드워드를 생성하고, 생성된
Figure pat00069
개의 코드워드로부터 M개의 코드워드를 가지는 코드북
Figure pat00070
를 생성한다.In other words, the method according to the present invention sets the predetermined incidence angle range [l, u] to a preset predetermined number, for example,
Figure pat00067
Divide or divide by
Figure pat00068
Code words are generated, and the generated
Figure pat00069
Codebooks having M code words from &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pat00070
.

여기서, 코드북 C는

Figure pat00071
개의 코드워드로부터 중복된 코드워드를 제거한 M개의 코드워드를 선택함으로써, 생성될 수 있다.Here, the codebook C
Figure pat00071
Lt; / RTI &gt; code words from which the redundant code words have been removed from the code words.

M개의 코드워드를 가지는 코드북 C가 생성되면, 1-비트 ADC로 양자화된 수신 신호 Q(y)와 코드북 C의 코드워드 각각에 대한 상관을 통해 상관 값을 계산하고, 계산된 상관 값들 중 가장 큰 값을 가지는 코드워드를 찾아 이에 해당하는

Figure pat00072
를 수신 신호의 입사 각도로 추정한다.When a codebook C having M codewords is generated, a correlation value is calculated through correlation for each of the code words of the codebook C and the received signal Q (y) quantized by the 1-bit ADC, and the largest correlation value among the calculated correlation values Find the codeword with the value
Figure pat00072
Is estimated as the incident angle of the received signal.

도 5는 본 발명에 따른 방법으로 수신 신호의 입사 각도를 추정하여 얻은 평균 절대 오차(MAE)

Figure pat00073
를 신호 대 잡음비(SNR; Signal-to-Noise Ratio)에 따라 도시한 일 실시예 그래프를 나타낸 것으로, 입사 각도는
Figure pat00074
인 분포를 따르고, 다중 수신 안테나의 수 N=128, 코드북의 크기 M을 결정하는
Figure pat00075
=256, 다중 수신 안테나 사이의 거리
Figure pat00076
인 경우에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 5 is a graph showing an average absolute error (MAE) obtained by estimating the angle of incidence of a received signal according to the method of the present invention.
Figure pat00073
(SNR) according to an embodiment of the present invention. The angle of incidence is represented by
Figure pat00074
, The number of multiple receive antennas N = 128, the size M of the codebook is determined
Figure pat00075
= 256, the distance between multiple receive antennas
Figure pat00076
In the case of FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 방법은 입사 각도를 추정하는 성능에 있어서 복잡도가 크지 않음에도 불구하고 신호 대 잡음비가 증가할수록 입사 각도 추정 오차가 작아지는 것을 알 수 있는데, 이에 비추어 보았을 때 본 발명의 알고리즘은 복잡도 면에서 매우 효율적이라는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the method proposed by the present invention shows that although the complexity is not high in the performance of estimating the incident angle, the incident angle estimation error becomes smaller as the signal-to-noise ratio increases. It can be seen that the algorithm of the present invention is very efficient in terms of complexity.

만일 입사 각도

Figure pat00077
를 추정할 때 베이지안 추정(Bayesian Estimation), 즉 최대 우도 추정(Maximum Likelihood Estimation)이나 최소 평균 제곱 오차 추정을 사용했다면 복잡도는 기하급수적으로 커졌을 것이다. 왜냐하면 베이지안 추정은 복잡한 꼴의 피적분 함수를 최소 이중적분 내지는 삼중적분해야 하는 형태이기 때문이다. 이에 반해 본 발명에서 제안하는 방법은 수신된 신호를 코드북의 각 코드워드들과 상관을 취해 그 값들만 비교하면 되기 때문에 복잡도는 크지 않으면서 도 5를 통해, 성능 열화는 그리 크지 않다는 것을 알 수 있다.If the incidence angle
Figure pat00077
The complexity would have grown exponentially if Bayesian Estimation, ie Maximum Likelihood Estimation or Minimum Mean Square Error Estimation, was used. This is because Bayesian estimation is a form in which the integral function of a complex shape must be triple integrally or at least double. On the other hand, in the method proposed in the present invention, since the received signal is correlated with each codeword in the codebook and only the values are compared, the complexity is not large, but the performance deterioration is not significant .

그리고, 페이딩

Figure pat00078
와 잡음 n은 각각
Figure pat00079
Figure pat00080
인 분포를 따르고 송신 신호 x는
Figure pat00081
라고 가정한 것이며, ρ는 송신 신호의 전력을 의미한다. 송신 신호의 전력과 신호 대 잡음비는 대응적인 관계이기에, 도 5가 송신 신호 전력에 따른 그래프이지만, 신호 대 잡음비에 따른 그래프로 볼 수 있다.Then,
Figure pat00078
And noise n are
Figure pat00079
and
Figure pat00080
And the transmitted signal x is
Figure pat00081
, And p denotes the power of the transmission signal. Since the power of the transmission signal and the signal-to-noise ratio have a corresponding relationship, FIG. 5 is a graph according to the transmission signal power, but it can be seen as a graph according to the signal-to-noise ratio.

이 때, 코드북의 크기 M=256으로 M을 결정하는

Figure pat00082
과 동일한데, 이는 수신 안테나의 수 N이
Figure pat00083
에 비해 작지 않기 때문에 발생한 결과일 수 있다.At this time, the size M of the codebook M = 256,
Figure pat00082
, Which means that the number N of receiving antennas is
Figure pat00083
Which is not so small as compared with the case of the first embodiment.

도 5를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 방법은 신호 대 잡음비에 따른 평균 절대 오차가 낮은 것을 알 수 있으며, 따라서 입사 각도의 추정 정확도를 향상시킬 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 방법은 복잡도를 낮춤과 동시에 수신 신호의 입사 각도에 대한 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.As can be seen from FIG. 5, the method according to the present invention finds that the average absolute error according to the signal-to-noise ratio is low, and thus the estimation accuracy of the incident angle can be improved. Of course, the method according to the present invention can improve the estimation accuracy of the incident angle of the received signal while reducing the complexity.

상술한 본 발명에 따른 방법은 페이딩이 있는 채널에서 신호를 1번 수신한 경우를 가정한 것이며, 본 발명에 따른 방법에 대해 고속 페이딩 채널에서 수신 횟수를 늘려 L번 수신한 경우로 확장시키면 다음과 같다.The method according to the present invention is based on the assumption that a signal is received once in a channel in which fading occurs. If the number of times of reception is increased in the fast fading channel and the signal is received L times in the fast fading channel, same.

확장된 코드북 기반 알고리즘: 채널 모델An Extended Codebook-Based Algorithm: Channel Model

고속 페이딩과 잡음이 있는 채널에서 LoS 균일 선형 배열 다중 수신 안테나를 사용하고, 반송파의 주파수는

Figure pat00084
, 파장은
Figure pat00085
, 수신 신호는 입사 각도
Figure pat00086
로 수신되며, N개의 다중 수신 안테나 사이의 거리는d, 신호는 L번 수신된다 가정하고 설명한다.In a fast fading and noisy channel, LoS uniform linear array using multiple receive antennas, the frequency of the carrier is
Figure pat00084
, The wavelength is
Figure pat00085
, The received signal is an incident angle
Figure pat00086
, The distance between the N multiple reception antennas is d, and the signal is received L times.

이 때 i번째로 수신된 신호 yi는 페이딩

Figure pat00087
와 기저 대역 송신 신호 x, 그리고 잡음
Figure pat00088
와 빛의 속도 c에 대해 아래 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.At this time, the i-th received signal y i is fading
Figure pat00087
And the baseband transmission signal x, and noise
Figure pat00088
And the speed of light c can be expressed by Equation (7) below.

[수학식 7]&Quot; (7) &quot;

Figure pat00089
Figure pat00089

여기서, L번 수신된 수신 신호 y는 아래 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다.Here, the received signal y received at L times can be expressed as Equation (8) below.

[수학식 8]&Quot; (8) &quot;

Figure pat00090
Figure pat00090

여기서

Figure pat00091
는 시간 변수 i에 대해 서로 독립적이라 가정하고
Figure pat00092
도 서로 독립적이라 가정하며, 수신 신호의 입사 각도
Figure pat00093
는 긴 시간 단위로 변화하기 때문에 시간 변수에 상관없이 고정되어 있다고 가정할 수 있다.here
Figure pat00091
Are independent of each other for the time variable i
Figure pat00092
Are assumed to be independent from each other, and the incident angle
Figure pat00093
Can be assumed to be fixed regardless of the time variable since it changes in a long time unit.

나아가, 1-비트 양자화를 거친 i번째로 수신된 신호 yi는 1-비트 ADC Q(·)에 대해 아래 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.Further, the i-th received signal y i through the 1-bit quantization can be expressed as Equation (9) with respect to the 1-bit ADC Q (·).

[수학식 9]&Quot; (9) &quot;

Figure pat00094
Figure pat00094

상기 수학식 9를 이용하여 1-비트 양장화를 거친 수신 신호 y는 1-비트 ADC Q(·)에 대해 아래 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.Using the above Equation (9), the received signal y which has been subjected to 1-bit patterning can be expressed as Equation (10) with respect to 1-bit ADC Q (·).

[수학식 10]&Quot; (10) &quot;

Figure pat00095
Figure pat00095

여기서, Q(·)는 실수부와 허수부를 각각 1비트로 양자화하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)일 수 있다.Here, Q (·) may be an analog-to-digital converter (ADC) that quantizes the real part and the imaginary part respectively into 1 bit.

확장된 코드북 기반 알고리즘: 코드북Extended Codebook-based Algorithm: Codebook

본 발명에서 확장된 코드북을 만드는 방법은 다음과 같다. 수신 신호의 가능한 입사 각도의 범위를

Figure pat00096
로 가정하면 입사 각도 범위 [l, u]를 미리 설정된 일정 개수 예를 들어,
Figure pat00097
개의 구간으로 나누거나 분할한다. 그리고, 상술한 코드북을 생성하는 과정에서 설명한 바와 같은 방법으로 동일한 코드워드를 없애는 과정을 통해 M개의 코드워드를 가지는 코드북
Figure pat00098
를 생성한다.A method of creating an extended codebook according to the present invention is as follows. The range of possible incidence angles of the received signal is
Figure pat00096
, The incidence angle range [l, u] is set to a predetermined number, for example,
Figure pat00097
Divide or divide into two sections. Then, through the process of eliminating the same codeword as described in the above-described process of generating the codebook, a codebook having M codewords
Figure pat00098
.

이 때, 확장된 코드북에서의 M은 상술한 1번의 신호에 의해 생성된 코드북에서의 M과 상이한 값일 수 있으며, 코드북에서의 M 값은 동일한 코드워드의 개수에 따라 그 값은 달라질 수 있다.At this time, M in the extended codebook may be a value different from M in the codebook generated by the above-described one signal, and the value of M in the codebook may vary depending on the number of the same code word.

여기서, C를 L번 이어 만든 확장된 코드북인 CL은 아래 <수학식 11>과 같이 정의되거나 나타낼 수 있다.Here, the extended codebook C L C L made after the time can be represented or defined as <Equation 11> below.

[수학식 11]&Quot; (11) &quot;

Figure pat00099
Figure pat00099

여기서, CL이 가지고 있는 M개의 코드워드 중 i번째 코드워드 CLi는 Ci를 L번 이어 만든 구조와 같으며, 이는 아래 <아래 수학식 12>와 같이 나타낼 수 있다.Here, among the M codewords of C L , the i-th codeword C Li is the same as the structure in which C i is made L times, which can be expressed by Equation (12) below.

[수학식 12]&Quot; (12) &quot;

Figure pat00100
Figure pat00100

이 때, C는 N×M 행렬이고, CL은 LN×M 행렬일 수 있다.In this case, C may be an N x M matrix, and C L may be an LN x M matrix.

확장된 코드북 기반 알고리즘: 알고리즘Extended Codebook-Based Algorithm: Algorithm

본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은 1-비트 양장화를 거친 수신 신호 Q(y) 즉, 상기 수학식 10의 Q(y)에서

Figure pat00101
와 x의 영향을 제거한 뒤 이를 이미 생성된 코드북 CL의 코드워드 각각과 상관을 취해 코드워드 각각과의 상관 값을 계산하고, 계산된 상관 값들 중 가장 큰 값이 나오는 코드워드를 찾아 이에 해당하는
Figure pat00102
를 수신 신호의 입사 각도로 추정한다.A method according to another embodiment of the present invention is a method of receiving a 1-bit patterned reception signal Q (y), that is, Q (y) of Equation 10
Figure pat00101
And a correlation value between each of the code words by correlating each of the code words of the already generated codebook C L with each other. Then, a code word having the largest value of the calculated correlation values is found,
Figure pat00102
Is estimated as the incident angle of the received signal.

즉, 확장된 코드북 기반 알고리즘 또한 1번의 수신 신호에 대한 코드북 기반 알고리즘에서 설명한 방법으로 수신 신호의 입시 각도를 추정할 수 있으며, 실제 입사 각도를

Figure pat00103
, 추정 입사 각도를
Figure pat00104
이라 하면 추정 입사 각도
Figure pat00105
는 아래 <수학식 13>과 같이 나타낼 수 있다.That is, the extended codebook-based algorithm can also estimate the angle of incidence of the received signal by the method described in the codebook-based algorithm for one received signal,
Figure pat00103
, The estimated incidence angle
Figure pat00104
The estimated incidence angle
Figure pat00105
Can be expressed by Equation (13) below.

[수학식 13]&Quot; (13) &quot;

Figure pat00106
Figure pat00106

다시 말해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은 미리 설정된 입사 각도 범위 [l, u]를 미리 설정된 일정 개수 예를 들어,

Figure pat00107
개의 구간으로 나누거나 분할하여
Figure pat00108
개의 코드워드를 생성하고, 생성된
Figure pat00109
개의 코드워드로부터 M개의 코드워드를 가지는 코드북
Figure pat00110
를 생성한 후 코드북 C를 L번 이어 만든 확장된 코드북
Figure pat00111
을 생성한다.In other words, the method according to another embodiment of the present invention may set the predetermined incidence angle range [l, u] to a preset predetermined number, for example,
Figure pat00107
Divide or divide by
Figure pat00108
Code words are generated, and the generated
Figure pat00109
Codebooks having M code words from &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pat00110
And then generates an extended codebook C
Figure pat00111
.

M개의 코드워드를 가지는 코드북 CL이 생성되면, 1-비트 ADC로 양자화된 수신 신호 Q(y)와 코드북 CL의 코드워드 각각에 대한 상관을 통해 상관 값을 계산하고, 계산된 상관 값들 중 가장 큰 값을 가지는 코드워드를 찾아 이에 해당하는

Figure pat00112
를 수신 신호의 입사 각도로 추정한다.When a codebook C L having M codewords is generated, a correlation value is calculated through correlation with each of the code words of the codebook C L and the received signal Q (y) quantized by the 1-bit ADC, Find the codeword with the largest value
Figure pat00112
Is estimated as the incident angle of the received signal.

도 6은 이렇게 확장된 코드워드 기반 알고리즘으로 여러 번 수신된 신호로부터 입사 각도를 추정하면서 발생하는 평균 절대 오차

Figure pat00113
를 신호 대 잡음비에 따라 도시한 일 실시예 그래프를 나타낸 것으로, 고속 페이딩 채널에서 수신 신호를 L번 수신하고, 입사 각도
Figure pat00114
Figure pat00115
인 분포를 따르며, 다중 수신 안테나의 수 N=128, 코드북의 크기 M을 결정하는
Figure pat00116
=256, 다중 수신 안테나 사이의 거리
Figure pat00117
인 경우에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows an example of an average absolute error generated by estimating the angle of incidence from a signal received many times with the thus-
Figure pat00113
To-noise ratio, in which a received signal is received L times in a fast fading channel, and an incident angle &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pat00114
The
Figure pat00115
, The number of multiple receive antennas N = 128, the size M of the codebook is determined
Figure pat00116
= 256, the distance between multiple receive antennas
Figure pat00117
In the case of FIG.

여기서, 코드북의 크기는 M=256이며, 페이딩

Figure pat00118
와 잡음
Figure pat00119
Figure pat00120
Figure pat00121
인 분포를 따르고, 송신 신호 x는
Figure pat00122
라고 가정한 것일 수 있다.Here, the size of the codebook is M = 256,
Figure pat00118
And noise
Figure pat00119
silver
Figure pat00120
and
Figure pat00121
, And the transmission signal x follows
Figure pat00122
.

도 6을 통해 알 수 있듯이, 고속 페이딩 채널에서 수신 신호의 수신 횟수 L이 증가할수록 수신 신호의 입사 각도에 대한 추정 오차가 줄어드는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 방법은 고속 페이딩 채널에서 수신 횟수를 증가시킴에 따라 입사 각도에 대한 추정 오차를 더 줄일 수 있기 때문에 고속 페이딩 채널에서도 적용할 수 있다.As can be seen from FIG. 6, as the number L of received signals increases in the fast fading channel, the estimation error for the incident angle of the received signal decreases. That is, the method according to the present invention can be applied to a fast fading channel because the estimation error of the incident angle can be further reduced by increasing the number of times of reception in the fast fading channel.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 1-비트 양자화를 거친 다중 수신 안테나 시스템에서 코드북 기반으로 수신 신호의 입사 각도에 대한 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, the method according to embodiments of the present invention can improve estimation accuracy of the angle of incidence of a received signal based on a codebook in a multiple-receiving antenna system that has been subjected to 1-bit quantization.

이러한 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 입사 각도가 가질 수 있는 값들의 범위 안에서 각각의 입사 각도에 대해 코드워드를 만들어 이를 모아 코드북(codebook)을 만들고 수신 신호를 각각의 코드워드와 상관을 계산하여 가장 큰 값에 해당하는 각도를 수신 신호의 입사 각도로 추정함으로써, 입사 각도를 추정하는 알고리즘의 복잡도를 낮출 수 있다.The method according to the embodiments of the present invention creates a code word for each incident angle within a range of values that an incident angle can have, collects the code word to create a codebook, calculates a correlation between the received signal and each code word By estimating the angle corresponding to the largest value as the angle of incidence of the received signal, the complexity of the algorithm for estimating the angle of incidence can be reduced.

즉, 본 발명은 평균 제곱 오차를 최소화하는 최소 평균 제곱 오차 추정에 비해 복잡도가 낮기 때문에 범용성이 크며, 본 발명에서의 코드북은 입사 각도가 가질 수 있는 값들의 범위에 따라서 미리 결정할 수 있기 때문에 코드북을 만드는 복잡도 또한 매우 낮다.That is, the present invention is versatile because it has a lower complexity than the minimum mean square error estimation that minimizes the mean square error, and since the codebook in the present invention can be predetermined according to the range of values that the incident angle can have, The complexity to make is also very low.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 평균 절대 오차(MAE; Mean Absolute Error)가 작기 때문에 복잡도가 낮은 동시에 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.Also, since the method according to the embodiments of the present invention has a small average absolute error (MAE), the complexity is low and the accuracy of estimation can be improved.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 고속 페이딩 채널에서 수신 횟수를 증가시킴에 따라 입사 각도에 대한 추정 오차를 더 줄일 수 있기 때문에 고속 페이딩 채널에서도 적용이 가능하다.Also, the method according to embodiments of the present invention can be applied to a fast fading channel because it can further reduce the estimation error of the incident angle by increasing the number of reception in the fast fading channel.

상술한 본 발명에 따른 방법에서 ADC를 1-비트 ADC로 한정하여 설명하였지만, 이에 한정하지 않으며, 저 해상도 ADC를 이용하여 수신 신호의 크기에 대한 양자화를 통해 코드북을 생성하고 이렇게 생성된 코드북의 코드워드와 저 해상도 ADC로 양자화된 수신 신호 간의 상관을 통한 상관 값에 기초하여 수신 신호의 입사 각도를 추정할 수도 있다.However, the present invention is not limited to this. The codebook may be generated by quantizing the size of the received signal using a low-resolution ADC, It is also possible to estimate the incident angle of the received signal based on the correlation value between the word and the received signal quantized by the low resolution ADC.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 수신 신호 입사 각도 추정 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 상술한 도 2 내지 도 6의 방법과 관련된 내용을 수행하는 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates a configuration of an apparatus for estimating a received signal incident angle in a MIMO system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, there is shown a configuration of an apparatus for performing the method described with reference to FIGS.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(700)는 분할부(710), 생성부(720), 양자화부(730), 계산부(740) 및 추정부(750)를 포함한다. 여기서, 양자화부(730)는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환부(ADC)의 구성에 대응될 수 있으며, 분할부(710), 생성부(720), 계산부(740) 및 추정부(750)는 도 1에 도시된 베이스밴드 처리부에 대응될 수 있다.7, an apparatus 700 according to the present invention includes a division unit 710, a generation unit 720, a quantization unit 730, a calculation unit 740, and an estimation unit 750. The quantization unit 730 may correspond to the configuration of the analog-to-digital conversion unit (ADC) shown in FIG. 1 and may include a division unit 710, a generation unit 720, a calculation unit 740, May correspond to the baseband processing unit shown in Fig.

분할부(710)는 수신 신호에 대해 미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개 예를 들어,

Figure pat00123
개의 구간으로 분할한다.The division unit 710 divides the incident angle range previously set for the received signal into a first range,
Figure pat00123
.

여기서, 분할부(710)는 다중 수신 안테나 시스템에서 수신 신호가 수신 가능한 입사 각도 범위를 일정 개수의 구간으로 분할할 수 있으며, 분할 구간을 균등하게 분할할 수 있다.Herein, the division unit 710 can divide the incident angle range at which the reception signal can be received in the multiple reception antenna system into a predetermined number of intervals, and can divide the division interval evenly.

생성부(720)는 분할된

Figure pat00124
개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 1-비트 양자화된 수신 신호의 코드북을 생성한다.The generating unit 720 generates the divided
Figure pat00124
And generates a codebook of a 1-bit quantized received signal using code words for each of the incident angle sections.

이 때, 생성부(720)는 분할된

Figure pat00125
개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드 중 동일한 코드워드를 제거한 일정 개수 예를 들어, M개의 코드워드를 포함하는 코드북을 생성할 수 있다.At this time, the generation unit 720 generates
Figure pat00125
For example, a codebook including M code words can be generated from the code words for each of the incident angular intervals, from which the same code word is removed.

생성부(720)는 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 M개의 코드워드를 포함하는 코드북을 생성할 수 있으며, 나아가 고속 페이딩 채널에서 수신 횟수를 늘려 수신 횟수에 따른 확장된 코드북을 생성할 수도 있다. 물론, 생성부는 확장된 코드북을 생성하는 경우에도 동일한 코드워드를 제거함으로써, 동일한 코드워드가 제거된 코드북을 생성할 수 있다.The generator 720 may generate a codebook including M codewords for a 1-bit quantized received signal, and may further generate an extended codebook according to the number of receiving times by increasing the number of receiving times in a fast fading channel . Of course, the generator can generate the codebook from which the same code word is removed by removing the same code word even when generating the extended codebook.

양자화부(730)는 다중 수신 안테나로 수신되는 신호 즉, 수신 신호를 1-비트 ADC를 이용하여 1-비트 양자화된 수신 신호를 출력한다.The quantization unit 730 outputs a 1-bit quantized reception signal using a 1-bit ADC, that is, a signal received through multiple reception antennas.

이 때, 양자화부(730)는 RF 체인을 통과한 수신 신호에 대한 실수부와 허수부 각각을 1-비트 양자화하여 출력할 수 있다.At this time, the quantization unit 730 can quantize 1-bit quantized real and imaginary parts of the reception signal passed through the RF chain and output the 1-bit quantized signals.

계산부(740)는 양자화부(730)에 의해 1-비트 양자화된 수신 신호와 생성부에 의해 이미 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관을 통해 상관 값을 계산한다.The calculation unit 740 calculates the correlation value by correlating the 1-bit quantized received signal by the quantization unit 730 and the code word of the codebook already generated by the generation unit.

추정부(750)는 1-비트 양자화된 수신 신호와 코드워드 각각의 상관 값에 기초하여 수신 신호의 입사 각도를 추정한다.The estimator 750 estimates the angle of incidence of the received signal based on the correlation value of the 1-bit quantized received signal and the code word, respectively.

여기서, 추정부(750)는 계산된 상관 값들 중 가장 큰 값을 가지는 코드워드에 대응하는 입사 각도를 다중 수신 안테나로 수신되는 수신 신호의 입사 각도로 추정할 수 있다.Here, the estimation unit 750 may estimate the incident angle corresponding to the code word having the largest value among the calculated correlation values as the incident angle of the received signal received by the multiple receive antennas.

비록, 도 7의 수신 신호 입사 각도 추정 장치에서 그 설명을 생략하였더라도, 도 2 내지 도 6 에서 설명한 모든 내용을 포함할 수 있다는 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.It should be apparent to those skilled in the art that although the description of the received signal incident angle estimation apparatus of FIG. 7 is omitted, it may include all the contents described in FIGS. 2 to 6.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The system or apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the systems, devices, and components described in the embodiments may be implemented in various forms such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array ), A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예들에 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.The method according to embodiments may be implemented in the form of a program instruction that may be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (17)

다중 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 양자화시키는 단계;
상기 양자화된 수신 신호와 추정 입사 각도에 대해 미리 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 상관 값들에 기초하여 상기 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 단계
를 포함하는 수신 신호 입사 각도 추정 방법.
Quantizing a received signal received through multiple receive antennas using an analog-to-digital converter;
Calculating a correlation value for each of the code words of the codebook generated in advance with respect to the quantized received signal and the estimated incident angle; And
Estimating an incident angle of the received signal based on the calculated correlation values
And estimating the angle of incidence of the received signal.
제1항에 있어서,
상기 양자화시키는 단계는
상기 수신 신호를 1-비트 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 1-비트 양자화시키는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 방법.
The method according to claim 1,
The quantizing step
Wherein the received signal is 1-bit quantized using a 1-bit analog-to-digital converter.
제2항에 있어서,
미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 단계; 및
상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상기 코드북을 생성하는 단계
를 더 포함하고,
상기 계산하는 단계는
상기 생성된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 방법.
3. The method of claim 2,
Dividing a predetermined incidence angle range into a first section; And
Generating the codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angular intervals;
Further comprising:
The step of calculating
And calculating a correlation value for each of the code words of the generated codebook and the 1-bit quantized received signal.
제2항에 있어서,
미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 단계;
상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 코드북을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 코드북을 미리 설정된 수신 횟수만큼 확장시켜 확장된 코드북을 생성하는 단계
를 더 포함하고,
상기 계산하는 단계는
상기 확장된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 방법.
3. The method of claim 2,
Dividing a predetermined incidence angle range into a first section;
Generating a codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angular intervals; And
Expanding the generated codebook by a predetermined number of times to generate an extended codebook
Further comprising:
The step of calculating
And calculating a correlation value for each of the code words of the extended codebook and the 1-bit quantized received signal.
제3항에 있어서,
상기 코드북을 생성하는 단계는
상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드 중 동일한 코드워드들이 존재하는 경우 상기 동일한 코드워드들 중 어느 하나의 코드워드를 제외한 나머지 코드워드를 제외하여 제2 개의 코드워드를 포함하는 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 방법.
The method of claim 3,
The step of generating the codebook
If there are the same code words among the code words for each of the divided first incident angular intervals, excluding the remaining code words except for one of the same code words, the code book including the second code word And generating the received signal.
제1항에 있어서,
상기 입사 각도를 추정하는 단계는
상기 계산된 상관 값들 중 최대 값을 가지는 코드워드에 대한 추정 입사 각도를 상기 수신 신호의 입사 각도로 추정하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 방법.
The method according to claim 1,
The step of estimating the angle of incidence
And estimating an estimated angle of incidence for a code word having a maximum value among the calculated correlation values as an angle of incidence of the received signal.
다중 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 양자화시키는 양자화부;
상기 양자화된 수신 신호와 추정 입사 각도에 대해 미리 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산하는 계산부; 및
상기 계산된 상관 값들에 기초하여 상기 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 추정부
를 포함하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
A quantizer for quantizing a received signal received through multiple receive antennas using an analog-to-digital converter;
A calculation unit for calculating a correlation value for each of the code words of the codebook generated in advance with respect to the quantized received signal and the estimated incident angle; And
Estimating an incident angle of the received signal based on the calculated correlation values;
And a reception signal estimating unit for estimating a reception signal.
제7항에 있어서,
상기 양자화부는
상기 수신 신호를 1-비트 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 1-비트 양자화시키는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
8. The method of claim 7,
The quantization unit
And the received signal is subjected to 1-bit quantization using a 1-bit analog-to-digital converter.
제8항에 있어서,
미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 분할부; 및
상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상기 코드북을 생성하는 생성부
를 더 포함하고,
상기 계산부는
상기 생성된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
9. The method of claim 8,
A dividing unit dividing a predetermined incident angle range into a first section; And
And a generator for generating the codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angular intervals,
Further comprising:
The calculation unit
And calculates a correlation value for each of the code words of the generated codebook and the 1-bit quantized received signal.
제8항에 있어서,
미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하는 분할부; 및
상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 코드북을 생성하고, 상기 생성된 코드북을 미리 설정된 수신 횟수만큼 확장시켜 확장된 코드북을 생성하는 생성부
를 더 포함하고,
상기 계산부는
상기 확장된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
9. The method of claim 8,
A dividing unit dividing a predetermined incident angle range into a first section; And
Generates a codebook for the 1-bit quantized received signal using the code word for each of the divided first incident angular intervals, and generates the extended codebook by expanding the generated codebook by a predetermined number of times Generating unit
Further comprising:
The calculation unit
And calculating a correlation value for each of the code words of the extended codebook and the 1-bit quantized received signal.
제9항에 있어서,
상기 생성부는
상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드 중 동일한 코드워드들이 존재하는 경우 상기 동일한 코드워드들 중 어느 하나의 코드워드를 제외한 나머지 코드워드를 제외하여 제2 개의 코드워드를 포함하는 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
10. The method of claim 9,
The generating unit
If there are the same code words among the code words for each of the divided first incident angular intervals, excluding the remaining code words except for one of the same code words, the code book including the second code word Wherein the reception signal angle estimator generates the reception signal incidence angle estimator.
제7항에 있어서,
상기 추정부는
상기 계산된 상관 값들 중 최대 값을 가지는 코드워드에 대한 추정 입사 각도를 상기 수신 신호의 입사 각도로 추정하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
8. The method of claim 7,
The estimation unit
And estimates an estimated incident angle for a code word having a maximum value among the calculated correlation values as an incident angle of the received signal.
다중 안테나 시스템에서 수신 신호 입사 각도 추정 장치에 있어서,
다중 수신 안테나;
상기 다중 수신 안테나로 수신되는 수신 신호를 미리 설정된 비트로 양자화시키는 아날로그 디지털 변환부; 및
상기 양자화된 수신 신호와 추정 입사 각도에 대해 미리 생성된 코드북의 코드워드 각각에 대한 상관 값을 계산하고, 상기 계산된 상관 값들에 기초하여 상기 수신 신호의 입사 각도를 추정하는 베이스밴드 처리부
를 포함하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
An apparatus for estimating a received signal incident angle in a multi-antenna system,
Multiple receive antennas;
An analog-to-digital converter for quantizing a reception signal received by the multiple reception antennas into a predetermined bit; And
Calculating a correlation value for each of the code words of the codebook generated in advance with respect to the quantized received signal and the estimated incident angle, and estimating an incident angle of the received signal based on the calculated correlation values,
And a reception signal estimating unit for estimating a reception signal.
제13항에 있어서,
상기 아날로그 디지털 변환부는
1-비트 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 이용하여 상기 수신 신호의 크기에 대한 1-비트 양자화 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
14. The method of claim 13,
The analog-to-
Wherein a 1-bit quantized value of the magnitude of the received signal is output using a 1-bit analog-to-digital converter (ADC).
제14항에 있어서,
상기 베이스밴드 처리부는
미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하고, 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상기 코드북을 생성하며, 상기 생성된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
15. The method of claim 14,
The baseband processor
Dividing a predetermined incidence angle range into a first section and generating the codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angle sections, And calculating a correlation value for each of the code words of the codebook and the 1-bit quantized received signal.
제14항에 있어서,
상기 베이스밴드 처리부는
미리 설정된 입사 각도 범위를 제1 개의 구간으로 분할하고, 상기 분할된 제1 개의 입사 각도 구간 각각에 대한 코드워드를 이용하여 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 코드북을 생성하며, 상기 생성된 코드북을 미리 설정된 수신 횟수만큼 확장시켜 확장된 코드북을 생성하고, 상기 확장된 코드북의 코드워드 각각과 상기 1-비트 양자화된 수신 신호에 대한 상관 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
15. The method of claim 14,
The baseband processor
Dividing a predetermined incidence angle range into a first section, generating a codebook for the 1-bit quantized received signal using a code word for each of the divided first incident angle sections, Is expanded by a preset number of reception times to generate an extended codebook, and a correlation value for each of the code words of the extended codebook and the 1-bit quantized received signal is calculated.
제13항에 있어서,
상기 베이스밴드 처리부는
상기 계산된 상관 값들 중 최대 값을 가지는 코드워드에 대한 추정 입사 각도를 상기 수신 신호의 입사 각도로 추정하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 입사 각도 추정 장치.
14. The method of claim 13,
The baseband processor
And estimates an estimated incident angle for a code word having a maximum value among the calculated correlation values as an incident angle of the received signal.
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