WO2016208834A1 - 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2016208834A1
WO2016208834A1 PCT/KR2016/000355 KR2016000355W WO2016208834A1 WO 2016208834 A1 WO2016208834 A1 WO 2016208834A1 KR 2016000355 W KR2016000355 W KR 2016000355W WO 2016208834 A1 WO2016208834 A1 WO 2016208834A1
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WO
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symbols
group
sensing signal
user
unit
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PCT/KR2016/000355
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English (en)
French (fr)
Inventor
강충구
세가예 아베베아메하
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for detecting a unit-level repetition of a compressed sensing signal, and more particularly, in a multiple access system in which a plurality of users spread and transmit a unique sequence that distinguishes each user when transmitting intermittently.
  • the present invention relates to a group-based repetition detection apparatus and a method for a compressed sensing signal that simultaneously detects whether a specific user is transmitted according to intermittent transmission in a group unit and a corresponding signal.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • the receiving end of the CDMA system may despread using the spreading sequence of each user to detect the transmission symbol of each user through energy detection.
  • orthogonality is generally not maintained between users' spreading sequences.
  • the spreading sequence having orthogonality is not long enough. You have no choice but to assign a diffusion sequence. In this case, if all users simultaneously transmit in a CDMA situation in which orthogonality between spreading sequences cannot be guaranteed, performance cannot be properly secured due to mutual interference between users due to overload. On the other hand, in case of MTC (Machine type communication) application devices that transmit only intermittently when necessary data occurs, all users do not transmit at the same time. Detection can be enabled.
  • the vector x is a vector composed of individual symbols of all MTC terminals, and it is assumed here that K MTC terminals exist.
  • the MTC terminal does not have traffic to transmit, it may be regarded that the vector x is composed of a nonzero value and a zero value. Due to the characteristics of the MTC terminal traffic, the number of non-zero values constituting the vector x may be considered to be very large. In this case, if the number of MTC terminals having a non-zero value is k, it may be assumed that k ⁇ K. Further, if a spreading sequence for distinguishing each user terminal is given, in FIG. 1, matrix A represents a matrix including these spreading matrices.
  • each spreading sequence is assumed to be M, so matrix A has a dimension of M ⁇ K.
  • M ⁇ K is assumed, the spreading sequences assigned to each user are not only able to maintain orthogonality with each other, but also cannot be solved because there are more unknown variables than the number of given equations.
  • the vector x has a value corresponding to one symbol of each MTC terminal and is intended to be solved by an OMP algorithm.
  • the detection performance can be further improved by detecting each frame by a frame unit composed of a plurality of symbols instead of detecting each user.
  • a user since a user is given a chance to transmit in units of frames, it can be regarded as being made in an activated frame unit of the MTC terminal.
  • one frame is composed of N c symbols. That is, when the MTC terminal is activated, all N c symbols belonging to one frame are activated.
  • Korean Registered Patent No. 10-1229690 [Name: Group-based MTC device control method and apparatus in mobile communication system]
  • An object of the present invention is to detect whether a particular user is transmitted and a corresponding signal simultaneously due to intermittent transmission by group in a multiple access system in which a plurality of users intermittently transmits and transmits a unique sequence that distinguishes each user.
  • An apparatus and method for detecting a repetition of a group unit for a compressed sensing signal are provided.
  • the apparatus for detecting a group unit repetition for a compressed sensing signal may include: a communication unit configured to receive the compressed sensing signal; And iteratively updating the weight matrix based on the activation information for all symbols in the frame of the extrusion sensing signal through an iterative structure consisting of an inner loop and an outer loop in an iterative order recursive least square (IRORS) based estimation algorithm.
  • the control unit may include an estimate of all symbols.
  • the controller may divide a symbol in the frame into group units and detect a multi-user symbol for each group based on the divided group weight matrix.
  • control unit in the outer loop, updates the weight matrix through the following equation, remind May represent the detected symbols of user n as a vector.
  • the control unit in the outer loop, updates the weight matrix through the following equation,
  • the r i (l (n) is a residual signal when the n th column is selected as the i th symbol in the l th iteration process ) Can be represented.
  • a method for detecting a group unit repetition of a compressed sensing signal comprising: receiving the compressed sensing signal through a communication unit; And a weighted iteratively based on the activation information for all symbols in the frame of the extrusion sensing signal by an iterative structure consisting of an inner loop and an outer loop in an iterative order recursive least square (IRORS) based estimation algorithm. Updating the matrix to finally yield an estimate of all symbols.
  • IRORS recursive least square
  • an iterative structure consisting of an inner loop and an outer loop may finally calculate an estimate of all symbols in the frame.
  • the present invention in a multiple access system in which a plurality of users intermittently transmits and transmits a unique sequence that distinguishes each user, the present invention simultaneously detects whether a specific user is transmitted and a corresponding signal according to intermittent transmission by group, It has the effect of better performance and lower complexity than the GOMP algorithm, which solves compression sensing equations modeled in groups.
  • 1 is a diagram illustrating a reception signal of an uplink CDMA scheme in consideration of conventional MTC communication in symbol units.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a group unit repetition detection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a received signal of an uplink CDMA scheme considering MTC communication in a group unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 illustrates an IORLS-based estimation algorithm according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram comparing symbol error performance according to sparsity of an MTC terminal.
  • FIG. 6 is a diagram comparing execution calculations based on sparity of MTC terminals.
  • FIG. 7 is a diagram comparing symbol error performance according to SNR of an MTC terminal.
  • first and second used in the present invention may be used to describe components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a group-based repetition detection apparatus 10 for a compressed sensing signal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the apparatus for detecting a group unit repetition 10 for a compressed sensing signal includes a communication unit 100, a storage unit 200, and a control unit 300. Not all components of the repeating unit 10 for detecting the compressed sensing signal 10 shown in FIG. 2 are essential components, and a group unit for the compressed sensing signal is provided by more components than those shown in FIG. 2.
  • the repetition detection apparatus 10 may be implemented, or the group-based repetition detection apparatus 10 for the compressed sensing signal may be implemented by fewer components.
  • the communication unit 100 communicates with any component inside or any at least one terminal outside through a wired / wireless communication network.
  • the external arbitrary terminal may include a terminal, a server, and the like.
  • the wireless Internet technologies include Wireless LAN (WLAN), Wireless Broadband (Wibro), WiMAX (World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), IEEE 802.16, Long Term Evolution. Long Term Evolution (LTE), a Wireless Mobile Broadband Service (WMBS), and the like.
  • short-range communication technologies include Bluetooth, Wi-Fi, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, Adjacent.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB Ultra Wideband
  • ZigBee Adjacent.
  • NFC Near Field Communication
  • USB Ultrasonic Communication
  • VLC Visible Light Communication
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the wired communication technology may include power line communication (PLC), USB communication, Ethernet, serial communication, optical / coaxial cable, and the like.
  • the communication unit 100 may mutually transmit information with the terminal through a universal serial bus (USB).
  • USB universal serial bus
  • the communication unit 100 transmits / receives data (including a compressed sensing signal, etc.) with the external server (not shown) or another terminal (not shown).
  • the storage unit 200 stores various user interfaces (UIs), graphical user interfaces (GUIs), and the like.
  • UIs user interfaces
  • GUIs graphical user interfaces
  • the storage unit 200 stores data and programs required for the group unit repeat detection apparatus 10 to operate.
  • the storage unit 200 may be a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD). Memory, etc.), magnetic memory, magnetic disks, optical disks, random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), It may include at least one storage medium of the PROM (Programmable Read-Only Memory).
  • the group-based repetition detection apparatus 10 may operate a web storage that performs a storage function of the storage unit 200 on the Internet, or may operate in connection with the web storage.
  • the storage unit 200 stores data transmitted and received through the communication unit 100.
  • the controller (or processor) 300 executes an overall control function of the group unit repetition detection apparatus 10.
  • the controller 300 executes an overall control function of the group unit repetition detection apparatus 10 by using a program and data stored in the storage 200.
  • the controller 300 may include a RAM, a ROM, a CPU, a GPU, a bus, and the RAM, a ROM, a CPU, a GPU, and the like may be connected to each other through a bus.
  • the CPU may access the storage unit 200 to boot using the O / S stored in the storage unit 200, and use various programs, contents, data, etc. stored in the storage unit 200. Various operations can be performed.
  • control unit 300 models a received signal (or a compressed sensing signal / frame) when each MTC terminal transmits in a frame unit composed of N c symbols.
  • each symbol activated in the model of FIG. 3 is spread by applying a spreading sequence assigned to each user.
  • control unit 300 equations the received signal of FIG. It can be represented by.
  • the dimension of each vector and matrix is determined by the length N c value of the frame.
  • the equation 1 may be interpreted as a compression sensing problem as shown in FIG. 1, and there are various algorithms for solving the problem.
  • a representative example is GOMP (Group-wise Orthogonal Matching Pursuit).
  • control unit 300 of the N c value is greater 3
  • process one frame is divided into a plurality of groups.
  • control unit 300 may represent the transmission symbols of all users for each group by a vector as shown in Equation 1 below.
  • d j (n) represents the j th symbol of the n th terminal.
  • Equation 2 the received signal of the i-th group is expressed by Equation 2 below.
  • Equation 1 is a matrix including a spreading sequence allocated to each user in a column as shown in FIG. 3. to be. Also, the Denotes an additive noise vector corresponding to group i.
  • controller 300 may apply a GOMP algorithm to solve the equation [2] for each group.
  • the matrix The dimension of is so large that it is impossible to realistically implement the GOMP algorithm.
  • the controller 300 applies an algorithm that utilizes all of the user's activation information for each symbol over the entire frame. (Or provide).
  • the controller 300 applies an orthogonal matching pursuit (OMP) algorithm to all symbols, and repeats a process of improving performance based on the symbol decision information determined accordingly.
  • OMP orthogonal matching pursuit
  • controller 300 applies an Iterative Order Recursive Least Square (IORS) based estimation algorithm.
  • IORS Iterative Order Recursive Least Square
  • the controller 300 first detects a multi-user symbol by applying an OMP algorithm on a symbol basis for v symbols for each group. At this time, the control unit 300 proceeds the detection procedure in parallel for all groups simultaneously.
  • controller 300 calculates a weight matrix using all the results after each symbol is detected for all groups.
  • control unit 300 sequentially searches for and detects the most correlated spreading sequence by applying the calculated weight matrix for each group.
  • control unit 300 calculates the weighting matrix again using the symbols detected for all groups, and again applies the calculated weighting matrix for each group. The process of sequentially searching for and detecting the most correlated spreading sequence is repeated.
  • the controller 300 performs (or operates) an iterative process for detecting individual multi-user symbols for each group by using a given weight, and based on the individual multi-user symbols detected in the inner loop.
  • the loop is updated in the outer loop by updating the weight matrix.
  • the inner loop is repeated until a preset number of times (eg Ka) or a preset threshold of the residual signal is reached, and the outer loop is repeatedly performed up to a preset maximum number of iterations (eg Imax). do.
  • G ⁇ ⁇ 1,2, ..., n ⁇ represents a set of indices.
  • ⁇ ( ⁇ ) denotes an operation for determining an index
  • a ⁇ (G) denotes a sub-matrix composed of columns selected by the index of the set G in matrix A, wherein X ⁇ (G) represents a subvector composed of elements selected by the indices of the set G with respect to the vector x.
  • the controller 300 estimates a solution as shown in Equation 3 below.
  • Equation 3 D 1 is updated as shown in Equation 4 below.
  • control unit 300 calculates (or calculates) a weight matrix by using the estimated values for all symbols in the frame each time the iteration of the inner loop ends, and in the I-th outer loop of the algorithm, the weight matrix Is represented by the following [Equation 6].
  • controller 300 may be replaced by Equation 7 below instead of Equation 6.
  • the r i (l (n)) is a residual signal when the n th column is selected as the i th symbol in the l th iteration process. Indicates.
  • control unit 300 presets K a (or threshold ⁇ r th ⁇ 2 ) as the maximum number at which the inner loop can be repeated and I max as the maximum number at which the outer loop can be repeated.
  • K a and I max may be variously set according to a designer's design.
  • controller 300 reflects the influence of the channel on the matrix A for each symbol, which is confirmed through a channel estimation process. At this time, it is assumed that the spreading sequence of all users is synchronized so that they can be simultaneously received.
  • the controller 300 uses Equation 3 below. Estimate of all symbols Detect.
  • controller 300 estimates values of all the detected symbols.
  • a weight matrix is calculated (or calculated) using Equation 6 or Equation 7 on the basis of.
  • the controller 300 may calculate the weight matrix W kk (l) based on Equation 6 or Equation 7.
  • controller 300 may use Equation 3 for a new set including the determined diffusion sequence.
  • controller 300 estimates all symbols for the new set. Based on About W kk (1) A k H r i (1)
  • controller 300 uses Equation 3 for a new set including the re-determined diffusion sequence.
  • control unit 300 repeats such a process by a predetermined reference (or number of times) and finally determines an estimated value. Check.
  • control unit 300 is the last estimated value Calculate a new weighting matrix W kk (2) by applying Equation 6 or Equation 7 with respect to About W kk (2)
  • a k H r i (1) Determine the diffusion sequence that maximizes the value.
  • controller 300 is based on Equation 3 for a new set including the determined diffusion sequence.
  • control unit 300 is the same as the iterative process performed in the inner loop, which is previously determined based on W kk (2) . To calculate.
  • control unit 300 is the last estimated value For a new weighting matrix W kk (3) is calculated based on Equation 6 or 7 above.
  • W kk (l) is updated in the outer loop.
  • controller 300 repeats the outer loop up to a preset number of repetitions I max .
  • controller 300 verifies the performance of the IORLS algorithm according to the embodiment of the present invention through performance analysis applying the parameters of the following [Table 1], and presents the effect through performance comparison with the conventional method.
  • the IORLS-based estimation algorithm according to the embodiment of the present invention may obtain better performance with lower complexity than the conventional scheme.
  • the performance of the IORLS according to an embodiment of the present invention is close to the performance (or oracle performance) at the time of detecting and detecting which user transmits in advance.
  • an embodiment of the present invention transmits a specific user according to an intermittent transmission in a group unit in a multiple access system in which a plurality of users intermittently transmits and transmits a unique sequence that distinguishes each user. It can be implemented with higher complexity and lower complexity than the GOMP algorithm, which detects whether or not and the corresponding signal at the same time and solves the compression sensing equations modeled in groups.
  • the present invention in a multiple access system in which a plurality of users intermittently transmits and transmits a unique sequence that distinguishes each user, the present invention simultaneously detects whether a specific user is transmitted and a corresponding signal according to intermittent transmission by group, It can be implemented with better performance and lower complexity than the GOMP algorithm that solves compression sensing equations modeled in group units, and can be widely used in compression sensing-based MCT field and CDMA field.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법을 개시한다. 즉, 본 발명은 다수의 사용자들이 간헐적으로 전송할 때 각 사용자들을 구분하는 고유의 수열로 확산하여 전송하는 다중 접속 시스템에서, 그룹 단위의 간헐적인 전송에 따른 특정 사용자의 전송 여부와 해당 신호를 동시에 검출함으로써, 그룹 단위로 모델링된 압축 센싱 방정식의 해를 구하는 GOMP 알고리즘보다 성능이 좋고 더 낮은 복잡도로 구현할 수 있다.

Description

압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법
본 발명은 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 다수의 사용자들이 간헐적으로 전송할 때 각 사용자들을 구분하는 고유의 수열로 확산하여 전송하는 다중 접속(multiple access) 시스템에서, 그룹 단위의 간헐적인 전송에 따른 특정 사용자의 전송 여부와 해당 신호를 동시에 검출하는 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이동 통신에서는 다양한 형태의 다중 사용자 방식이 사용되며, 이 방식은 사용자들에게 서로 직교적으로 자원을 분할하여 할당하는 직교 다중접속 방식과 동일한 자원을 다수 사용자에게 동시에 할당하는 비직교 다중접속 방식으로 구분된다. 비직교 다중접속 방식 중의 하나는 각 사용자들에게 고유의 확산 수열(spreading sequence)를 할당하고, 각 사용자는 심볼을 전송할 때 자신의 수열로 확산하여 전송하며, 이러한 방식은 기존의 코드분할다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA)에 해당한다. CDMA 시스템의 수신단에서는 각 사용자의 확산 수열을 이용하여 역확산을 하여 에너지 검출을 통해 각 사용자의 전송 심볼을 검출할 수 있다. 특히, 상향 링크의 경우에는 이때 사용자들의 확산 수열 간에 직교성이 유지되지 않는 것이 일반적이며, 한편으로 확산 수열의 길이가 충분히 길지 않을 경우에는 직교성을 갖는 확산 수열의 길이는 충분히 길지 않기 때문에 비직교성을 갖는 확산 수열을 할당할 수 밖에 없다. 이와 같이 확산 수열 간의 직교성을 보장할 수 없는 CDMA 상황에서 모든 사용자가 동시에 전송한다면 과부하로 인한 사용자들 간의 상호 간섭으로 성능을 제대로 확보할 수가 없게 된다. 한편, 필요한 데이터가 발생할 때만 간헐적으로 전송하게 되는 MTC(Machine type communication) 응용 장치들의 경우에는 모든 사용자가 동시에 전송하는 상황이 발생하지 않기 때문에 사용자들 간의 상호 간섭이 크지 않으므로 과부하 상황에서도 다중 사용자 신호의 검출이 가능해질 수 있다. 그러나, 이때에는 어느 사용자가 전송했는지를 알 수가 없는 상황이므로, 모든 확산 수열에 대해서 모두 검출을 시도해야 하는 복잡도 문제가 있고, 또한 모든 사용자를 동시에 고려해서 한꺼번에 검출할 수 있는 최적의 수신 방식(다중 사용자 검출 방식: multi-user detection scheme)을 적용할 수가 없기 때문에 수신 성능이 제한적이다.
상향 링크 CDMA 방식을 MTC 통신에 적용하기 위한 시도가 있었으며, 이때 수신 신호를 모델링하면 도 1의 행렬식으로 나타낼 수 있다.
도 1 에서 벡터 x는 모든 MTC 단말들의 개별 심볼로 구성되는 벡터이며, 여기서는 K개의 MTC 단말이 존재하는 것을 가정한다. 이때 전송할 트래픽이 없는 MTC 단말의 경우에는 0의 값을 갖도록 하면, 벡터 x는 0이 아닌 값과 0인 값으로 구성된다고 볼 수 있다. MTC 단말 트래픽의 특성에 의해 벡터 x를 구성하는 0이 아닌 값의 숫자는 전체적으로 매우 많다고 볼 수 있다. 이때 0이 아닌 값을 갖는 MTC 단말의 수를 k라고 한다면, k << K을 가정할 수 있다. 그리고, 각 사용자 단말들을 구분하기 위한 확산 수열이 주어져 있다고 하면, 도 1에서 행렬 A는 이들 확산 행렬을 열로 구성된 행렬을 나타낸다. 각 확산 수열의 길이는 M이라고 가정하며, 따라서 행렬 A는 M x K의 차원을 갖는다. 또한, 도 1의 수신 모델에서는 모든 사용자 간에 수신 동기가 일치한다고 가정하며, 따라서 수신 신호를 벡터 y로 나타내며, 이는 y=Ax로 주어진다. 수신기에서는 행렬 A를 알고 있다고 할 때, 벡터 y를 수신한 후에 벡터 x를 검출해야 한다. 이때 M < K을 가정하기 때문에, 각 사용자에 할당되는 확산 수열들은 모두 상호간에 직교성을 유지할 수 없을 뿐만 아니라, 주어진 방정식의 숫자보다 모르는 변수의 수가 더 많기 때문에 해를 구할 수 없다. 물론 이때 어떤 사용자가 전송했는지를 안다면 해당 사용자의 확산 수열을 적용해서 역확산하여 검출할 수는 있지만, MTC 단말은 간헐적으로 전송을 수행하기 때문에 어떤 사용자가 활성화되었는지를 알 수가 없다. 이러한 상황에서는 검출이 불가능하나, 도 1의 방정식 y=Ax을 압축 센싱 문제로 해석하면 그 해를 구할 수 있는 알고리즘이 존재한다. 이에 해당하는 것인 Orthogonal Matching Pursuit (OMP) 알고리즘으로서, 매우 보편적인 해법으로 알려져 있다. 단, 특정한 조건을 만족해야만 OMP 알고리즘에 의해 해를 구할 수 있으며, 이는 일반적으로 k << K의 조건을 요구한다. 또한, OMP 알고리즘의 성능을 향상하기 위한 다른 형태의 알고리즘도 다수 제안된 바가 있다.
도 1의 방정식 y=Ax에서 벡터 x는 각 MTC 단말의 1개 심볼에 해당하는 값을 갖고 있으며, OMP 알고리즘에 의해 해를 구하고자 한다. 이때 각 사용자의 1개 심볼 단위로 검출하지 않고, 다수 개의 심볼로 구성된 프레임 단위로 검출한다면 보다 검출 성능을 향상할 수 있게 된다. 실제로 대부분의 시스템에서는 프레임 단위로 사용자들에게 전송할 기회가 주어지므로, MTC 단말의 활성화된 프레임 단위로 이루어진다고 볼 수 있다. 여기서, 한 프레임은 Nc개의 심볼로 구성된다고 가정한다. 즉, MTC 단말이 활성화되면, 한 개 프레임에 속한 Nc개 심볼이 모두 활성화된다.
또한, 그룹 단위의 검출 방식을 통해 다중 사용자 검출 성능이 향상되지만, Nc 값이 증가하면서 지수적으로 복잡도가 증가하는 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국등록특허 제10-1229690호 [명칭: 이동통신 시스템에서의 그룹 기반 ＭＴＣ 디바이스 제어 방법 및 장치]
본 발명의 목적은 다수의 사용자들이 간헐적으로 전송할 때 각 사용자들을 구분하는 고유의 수열로 확산하여 전송하는 다중 접속 시스템에서, 그룹 단위의 간헐적인 전송에 따른 특정 사용자의 전송 여부와 해당 신호를 동시에 검출하는 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치는 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치에 있어서, 상기 압축 센싱 신호를 수신하는 통신부; 및 IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘에서 내부 루프와 외부 루프로 구성되는 반복 구조를 통해, 상기 압출 센싱 신호의 프레임 내의 모든 심볼들에 대한 활성화 정보를 근거로 반복적으로 가중치 행렬을 업데이트하여 최종적으로 모든 심볼의 추정치를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 내부 루프에서, 상기 프레임 내의 심볼을 그룹 단위로 분할하고, 상기 분할된 그룹별 가중치 행렬을 근거로 각 그룹별로 다중 사용자 심볼을 검출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 외부 루프에서, 상기 가중치 행렬을 다음의 수학식을 통해 업데이트하며,
Figure PCTKR2016000355-appb-I000001
상기
Figure PCTKR2016000355-appb-I000002
은 사용자 n의 검출된 심볼들을 벡터로 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 외부 루프에서, 상기 가중치 행렬을 다음의 수학식을 통해 업데이트하며,
Figure PCTKR2016000355-appb-I000003
상기 ri (l(n)은 l번째 반복 과정에서 n번째 열이 i번째 심볼로 선택되었을 때 잔여 신호
Figure PCTKR2016000355-appb-I000004
를 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 방법은 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 방법에 있어서, 통신부를 통해, 상기 압축 센싱 신호를 수신하는 단계; 및 제어부를 통해, IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘에서 내부 루프와 외부 루프로 구성되는 반복 구조에 의해, 상기 압출 센싱 신호의 프레임 내의 모든 심볼들에 대한 활성화 정보를 근거로 반복적으로 가중치 행렬을 업데이트하여 최종적으로 모든 심볼의 추정치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘에서 내부 루프와 외부 루프로 구성되는 반복 구조에 의해, 최종적으로 모든 심볼의 추정치를 산출하는 단계는, 상기 프레임 내의 심볼을 그룹 단위로 분할하는 과정; 상기 분할된 그룹별 가중치 행렬을 산출하는 과정; 상기 그룹별로 상기 산출된 가중치 행렬을 적용하여 가장 상관도가 높은 확산 수열을 순차적으로 탐색하여 검출하는 과정; 및 미리 설정된 횟수 내에서 가중치 행렬 산출 및 확산 수열 검출 과정을 반복하여 다중 사용자 검출을 수행하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은 다수의 사용자들이 간헐적으로 전송할 때 각 사용자들을 구분하는 고유의 수열로 확산하여 전송하는 다중 접속 시스템에서, 그룹 단위의 간헐적인 전송에 따른 특정 사용자의 전송 여부와 해당 신호를 동시에 검출함으로써, 그룹 단위로 모델링된 압축 센싱 방정식의 해를 구하는 GOMP 알고리즘보다 성능이 좋고 더 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 심볼 단위의 MTC 통신을 고려한 상향 링크 CDMA 방식의 수신 신호를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 단위 반복 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그룹 단위의 MTC 통신을 고려한 상향 링크 CDMA 방식의 수신 신호를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IORLS 기반 추정 알고리즘을 나타낸 도이다.
도 5는 MTC 단말의 스파시티(sparsity)에 따른 심볼 오류 성능을 비교한 도이다.
도 6은 MTC 단말의 스파시티에 따른 실행 기산을 비교한 도이다.
도 7은 MTC 단말의 SNR에 따른 심볼 오류 성능을 비교한 도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치(10)는 통신부(100), 저장부(200) 및 제어부(300)로 구성된다. 도 2에 도시된 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 2에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치(10)가 구현될 수도 있다.
상기 통신부(100)는 유/무선 통신망을 통해 내부의 임의의 구성 요소 또는 외부의 임의의 적어도 하나의 단말기와 통신 연결한다. 이때, 상기 외부의 임의의 단말기는 단말, 서버 등을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 무선랜(Wireless LAN: WLAN), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 등이 포함될 수 있다. 또한, 근거리 통신 기술로는, 블루투스(Bluetooth), 와이 파이(Wi-Fi), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association: IrDA), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), 인접 자장 통신(Near Field Communication: NFC), 초음파 통신(Ultra Sound Communication: USC), 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC), BLE(Bluetooth Low Energy) 등이 포함될 수 있다. 또한, 유선 통신 기술로는, 전력선 통신(Power Line Communication: PLC), USB 통신, 이더넷(Ethernet), 시리얼 통신(serial communication), 광/동축 케이블 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 통신부(100)는 유니버설 시리얼 버스(Universal Serial Bus: USB)를 통해 상기 단말기와 정보를 상호 전송할 수 있다.
또한, 상기 통신부(100)는 상기 임의의 외부 서버(미도시) 또는 다른 단말(미도시) 등과 데이터(예를 들어 압축 센싱 신호 등 포함)를 송/수신한다.
상기 저장부(200)는 다양한 사용자 인터페이스(User Interface: UI), 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface: GUI) 등을 저장한다.
또한, 상기 저장부(200)는 상기 그룹 단위 반복 검출 장치(10)가 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장한다.
또한, 상기 저장부(200)는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 그룹 단위 반복 검출 장치(10)는 인터넷(internet)상에서 저장부(200)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)를 운영하거나, 또는 상기 웹 스토리지와 관련되어 동작할 수도 있다.
또한, 상기 저장부(200)는 상기 통신부(100)를 통해 송수신되는 데이터를 저장한다.
상기 제어부(또는 프로세서)(300)는 상기 그룹 단위 반복 검출 장치(10)의 전반적인 제어 기능을 실행한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 저장부(200)에 저장된 프로그램 및 데이터를 이용하여 상기 그룹 단위 반복 검출 장치(10)의 전반적인 제어 기능을 실행한다. 상기 제어부(300)는 RAM, ROM, CPU, GPU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다. CPU는 상기 저장부(200)에 액세스하여, 상기 저장부(200)에 저장된 O/S를 이용하여 부팅을 수행할 수 있으며, 상기 저장부(200)에 저장된 각종 프로그램, 콘텐츠, 데이터 등을 이용하여 다양한 동작을 수행할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(300)는 각 MTC 단말이 Nc개 심볼로 구성된 프레임 단위로 전송한다고 할 때 수신 신호(또는 압축 센싱 신호/프레임)를 모델링한다.
여기서, 상기 도 3의 모델에서 활성화된 각 심볼들은 각 사용자에 할당된 확산 수열을 적용하여 확산된다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 도 3의 수신 신호를 방정식
Figure PCTKR2016000355-appb-I000005
로 나타낼 수 있다. 여기서, 각 벡터와 행렬의 차원은 프레임의 길이 Nc 값에 의해서 정해진다. 이때, 상기 방정식
Figure PCTKR2016000355-appb-I000006
는 상기 도 1에서와 같이 이를 압축 센싱 문제로 해석할 수 있으며, 이에 대한 해를 구할 수 있는 여러 가지 알고리즘이 존재한다. 그 대표적인 예로서 GOMP(Group-wise Orthogonal Matching Pursuit)가 있다. 이와 같은 그룹 단위의 검출 방식을 통해 다중 사용자 검출 성능이 매우 향상되지만, Nc 값이 증가하면서 지수적으로 복잡도가 증가하게 된다.
본 발명의 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 상기 제어부(300)는 Nc 값이 큰 상기 도 3의
Figure PCTKR2016000355-appb-I000007
에 대해서, 한 개 프레임을 다수개의 그룹으로 구분해서 처리한다.
또한, 각 그룹의 크기를 v개 심볼이라고 하면, 한 프레임은 Ng개의 그룹으로 분할되며, 이때 Ng=Nc/v이다(여기서, Ncmod v=0이라 가정함).
따라서, 상기 제어부(300)는 각 그룹별로 모든 사용자의 전송 심볼을 다음의 [수학식 1]과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000001
여기서, dj (n)은 n번째 단말의 j번째 심볼을 나타낸다.
또한, 상기 제어부(300)는 v개 심볼 단위의 그룹에 대해서 압축 센싱 방정식을 만들면, i번째 그룹의 수신 신호는 다음의 [수학식 2]와 같다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000002
상기 [수학식 1]에서
Figure PCTKR2016000355-appb-I000008
는 도 3에서와 같이 각 사용자별로 할당된 확산 수열을 열에 포함하는 행렬로서,
Figure PCTKR2016000355-appb-I000009
이다. 또한, 상기
Figure PCTKR2016000355-appb-I000010
는 그룹 i에 해당하는 가산성 잡음 벡터를 나타낸다.
또한, 상기 제어부(300)는 각 그룹별로 상기 [수학식 2]의 해를 구하기 위해서 GOMP 알고리즘을 적용할 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는 하나의 프레임 전체를 한 개 그룹으로 처리하면(즉, v=Nc), GOMP 알고리즘에 따른 성능을 향상시킬 수 있다. 다만, K값이 커지기 때문에 이때 행렬
Figure PCTKR2016000355-appb-I000011
의 차원이 너무 커져서 현실적으로 GOMP 알고리즘을 구현하는 것이 불가능하다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 이러한 GOMP 알고리즘보다도 훨씬 낮은 복잡도를 가지고 성능을 향상시킬 수 있는 방법으로서, 상기 제어부(300)는 전체 프레임에 걸친 심볼별로 사용자의 활성화 정보를 모두 활용하는 알고리즘을 적용(또는 제공)한다.
즉, 상기 제어부(300)는 모든 심볼에 대해서 OMP(orthogonal matching pursuit) 알고리즘을 적용하고, 이에 따라 결정된 심볼 결정 정보를 근거로 성능을 향상시키는 과정을 반복한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(300)는 IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘을 적용한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 도 4에 도시된 바와 같이 우선 각 그룹별로 v개의 심볼에 대해서 심볼 단위로 OMP 알고리즘을 적용해서 다중 사용자 심볼을 검출한다. 이때, 상기 제어부(300)는 모든 그룹에 대해서 검출 절차를 동시에 병렬로 진행한다.
또한, 상기 제어부(300)는 모든 그룹에 대해서 각 심볼이 검출된 후에, 전체 결과를 이용하여 가중치 행렬을 산출한다.
또한, 상기 제어부(300)는 다시 각 그룹별로 상기 산출된 가중치 행렬을 적용하여 가장 상관도가 높은 확산 수열을 순차적으로 탐색하여 검출한다.
또한, 미리 정해진 횟수 내에서 반복하여 다중 사용자 검출이 이루어지면, 상기 제어부(300)는 모든 그룹에 걸쳐 검출된 심볼을 이용하여 다시 가중치 행렬을 산출하고, 다시 각 그룹별로 상기 산출된 가중치 행렬을 적용하여 가장 상관도가 높은 확산 수열을 순차적으로 탐색하여 검출하는 과정을 반복 수행한다.
이와 같이, 상기 제어부(300)는 주어진 가중치를 이용하여 각 그룹별로 개별 다중 사용자 심볼을 검출하기 위한 반복 과정을 내부 루프에서 수행(또는 동작)하고, 상기 내부 루프에서 검출된 개별 다중 사용자 심볼을 근거로 가중치 행렬을 업데이트하면서 반복하는 과정을 외부 루프에서 수행한다. 이때, 상기 내부 루프는 미리 설정된 횟수(예를 들어 Ka) 또는 잔여 신호의 미리 설정된 임계값에 도달할 때까지 반복 수행되며, 상기 외부 루프는 미리 설정된 최대 반복 횟수(예를 들어 Imax)까지 반복 수행된다.
또한, 상기 도 4에 도시된 변 수 중, 상기 G⊆{1,2,...,n}는 인덱스의 집합을 나타내고, 상기
Figure PCTKR2016000355-appb-I000012
는 상기 집합 G의 여집합을 나타내고, 상기 Γ(·)는 인덱스를 정하기 위한 연산을 나타내고, 상기 AΓ(G)는 행렬 A에서 집합 G의 인덱스에 의해 선택되는 열로 구성된 부행렬을 나타내고, 상기 XΓ(G)는 벡터 x에 대해서 집합 G의 인덱스에 의해 선택된 요소로 구성된 부벡터를 나타낸다.
또한, l번째 내부 루프에서 상관도가 높은 확산 수열의 집합이 G(l)로 업데이트된 상태일 때, 상기 제어부(300)는 다음의 [수학식 3]과 같이 해를 추정한다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000003
또한, 상기 [수학식 3]에서 Dl은 다음의 [수학식 4]와 같이 업데이트된다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000004
또한, 상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 통해
Figure PCTKR2016000355-appb-I000013
는 다음의 [수학식 5]와 같이 나타낸다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000005
또한, 상기 [수학식 3], [수학식 4] 및 [수학식 5]에서
Figure PCTKR2016000355-appb-I000014
과
Figure PCTKR2016000355-appb-I000015
로 나타낼 수 있으며, 이는 표준을 간결하게 하기 위한 것이다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 내부 루프의 반복이 끝날 때마다 프레임 내의 모든 심볼에 대해 추정된 값을 이용하여, 가중치 행렬을 산출(또는 계산)하며, 알고리즘의 I번째 외부 루프에서는 상기 가중치 행렬은 다음의 [수학식 6]과 같이 나타낸다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000006
여기서, 상기
Figure PCTKR2016000355-appb-I000016
은 사용자 n의 검출된 심볼들을 벡터로 나타낸 것이며, 이는
Figure PCTKR2016000355-appb-I000017
이다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 [수학식 6] 대신에 다음의 [수학식 7]로 대체할 수도 있다.
Figure PCTKR2016000355-appb-M000007
여기서, 상기 ri (l(n))은 l번째 반복 과정에서 n번째 열이 i번째 심볼로 선택되었을 때 잔여 신호
Figure PCTKR2016000355-appb-I000018
를 나타낸다.
또한, 상기 제어부(300)는 내부 루프가 반복될 수 있는 최대 숫자로 Ka(또는 임계값 ∥rth∥2) 및 외부 루프가 반복될 수 있는 최대 숫자로 Imax를 미리 설정한다. 여기서, 상기 Ka 및 Imax는 설계자의 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는 각 심볼별로 행렬 A에 대해 채널의 영향을 반영하며, 이는 채널 추정 과정을 통해 확인한다. 이때, 모든 사용자들의 확산 수열은 동시에 수신될 수 있도록 동기화가 이루어진 것으로 가정한다.
또한, 각 그룹별로 모든 심볼에 대해서 수신 심볼 {yi}i= 1 Ng가 주어지며, 이때 ri (0)=yi을 가정한 후, 상기 제어부(300)는 상기 [수학식 3]을 적용해서 모든 심볼의 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000019
를 검출한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 검출된 모든 심볼의 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000020
를 근거로 상기 [수학식 6] 또는 [수학식 7]을 이용하여 가중치 행렬을 산출(또는 계산)한다.
또한, I번째 반복 과정(예를 들어 외부 루프)에서 결정된 가중치 행렬을 Wkk (I)라고 하면, 상기 제어부(300)는
Figure PCTKR2016000355-appb-I000021
에 대해서 |Wkk (1)Ak Hri (1)| 값을 최대로 하는 확산 수열을 결정한다. 이때, 상기 제어부(300)는 상기 [수학식 6] 또는 [수학식 7]을 근거로 가중치 행렬 Wkk (l)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 결정된 확산 수열을 포함하는 새로운 집합에 대해서 상기 [수학식 3]을 이용하여
Figure PCTKR2016000355-appb-I000022
을 추정한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 새로운 집합에 대한 모든 심볼의 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000023
를 근거로
Figure PCTKR2016000355-appb-I000024
에 대해서 |Wkk (1)Ak Hri (1)| 값을 최대호 하는 확산 수열을 다시 결정한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 다시 결정된 확산 수열을 포함하는 새로운 집합에 대해서 상기 [수학식 3]을 이용하여
Figure PCTKR2016000355-appb-I000025
을 추정한다.
또한, 상기 제어부(300)는 이와 같은 과정을 미리 설정된 기준(또는 횟수)만큼 반복한 후에 최종적으로 정해진 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000026
를 확인한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 마지막 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000027
에 대해서 상기 [수학식 6] 또는 상기 [수학식 7]을 적용하여 새로운 가중치 행렬 Wkk (2)를 산출한 후,
Figure PCTKR2016000355-appb-I000028
에 대해서 |Wkk (2)Ak Hri (1)| 값을 최대로 하는 확산 수열을 결정한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 결정된 확산 수열을 포함하는 새로운 집합에 대해서 상기 [수학식 3]을 근거로
Figure PCTKR2016000355-appb-I000029
을 추정한다.
즉, 상기 제어부(300)는 앞에서 수행된 내부 루프에서의 반복 과정과 동일하며, 이를 통해서 Wkk (2)를 기준으로 최종적으로 정해진 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000030
를 산출한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 마지막 추정치
Figure PCTKR2016000355-appb-I000031
에 대해서 상기 [수학식 6] 또는 [수학식 7]을 근거로 새로운 가중치 행렬Wkk (3)을 산출한다.
이와 같이, Wkk (l)는 외부 루프에서 업데이트된다.
또한, 상기 제어부(300)는 미리 설정된 반복 횟수 Imax까지 외부 루프를 반복 수행한다.
또한, 상기 제어부(300)는 다음의 [표 1]의 파라미터를 적용한 성능 분석을 통해, 본 발명의 실시예에 따른 IORLS 알고리즘 성능을 검증하고, 기존 방식과의 성능 비교를 통해 효과를 제시한다.
파라미터 값 파라미터 값
K 128 Nc 80
M 64 k 1:40
I 3 SNR(dB) 15
v 8 반복횟수(repetitions) 5000
도 5 내지 도 7의 성능 비교 그래프에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 IORLS 기반 추정 알고리즘은 기존 방식보다 낮은 복잡도로 더 좋은 성능을 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 IORLS의 성능은 어떤 사용자가 전송하는지를 미리 알고 검출할 때의 성능(또는 oracle 성능)에 근접하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, 다수의 사용자들이 간헐적으로 전송할 때 각 사용자들을 구분하는 고유의 수열로 확산하여 전송하는 다중 접속 시스템에서, 그룹 단위의 간헐적인 전송에 따른 특정 사용자의 전송 여부와 해당 신호를 동시에 검출하여, 그룹 단위로 모델링된 압축 센싱 방정식의 해를 구하는 GOMP 알고리즘보다 성능이 좋고 더 낮은 복잡도로 구현할 수 있다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 다수의 사용자들이 간헐적으로 전송할 때 각 사용자들을 구분하는 고유의 수열로 확산하여 전송하는 다중 접속 시스템에서, 그룹 단위의 간헐적인 전송에 따른 특정 사용자의 전송 여부와 해당 신호를 동시에 검출함으로써, 그룹 단위로 모델링된 압축 센싱 방정식의 해를 구하는 GOMP 알고리즘보다 성능이 좋고 더 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 것으로, 압축 센싱 기반 MCT 분야, CDMA 분야 등에서 광범위하게 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 장치에 있어서,
    상기 압축 센싱 신호를 수신하는 통신부; 및
    IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘에서 내부 루프와 외부 루프로 구성되는 반복 구조를 통해, 상기 압출 센싱 신호의 프레임 내의 모든 심볼들에 대한 활성화 정보를 근거로 반복적으로 가중치 행렬을 업데이트하여 최종적으로 모든 심볼의 추정치를 산출하는 제어부를 포함하는 그룹 단위 반복 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 내부 루프에서, 상기 프레임 내의 심볼을 그룹 단위로 분할하고, 상기 분할된 그룹별 가중치 행렬을 근거로 각 그룹별로 다중 사용자 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 그룹 단위 반복 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 외부 루프에서, 상기 가중치 행렬을 다음의 수학식을 통해 업데이트하며,
    Figure PCTKR2016000355-appb-I000032
    상기
    Figure PCTKR2016000355-appb-I000033
    은 사용자 n의 검출된 심볼들을 벡터로 나타내는 것을 특징으로 하는 그룹 단위 반복 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 외부 루프에서, 상기 가중치 행렬을 다음의 수학식을 통해 업데이트하며,
    Figure PCTKR2016000355-appb-I000034
    상기 ri (l(n))은 l번째 반복 과정에서 n번째 열이 i번째 심볼로 선택되었을 때 잔여 신호
    Figure PCTKR2016000355-appb-I000035
    를 나타내는 것을 특징으로 하는 그룹 단위 반복 검출 장치.
  5. 압축 센싱 신호에 대한 그룹 단위 반복 검출 방법에 있어서,
    통신부를 통해, 상기 압축 센싱 신호를 수신하는 단계; 및
    제어부를 통해, IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘에서 내부 루프와 외부 루프로 구성되는 반복 구조에 의해, 상기 압출 센싱 신호의 프레임 내의 모든 심볼들에 대한 활성화 정보를 근거로 반복적으로 가중치 행렬을 업데이트하여 최종적으로 모든 심볼의 추정치를 산출하는 단계를 포함하는 그룹 단위 반복 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 IORLS(Iterative Order Recursive Least Square) 기반 추정 알고리즘에서 내부 루프와 외부 루프로 구성되는 반복 구조에 의해, 최종적으로 모든 심볼의 추정치를 산출하는 단계는,
    상기 프레임 내의 심볼을 그룹 단위로 분할하는 과정;
    상기 분할된 그룹별 가중치 행렬을 산출하는 과정;
    상기 그룹별로 상기 산출된 가중치 행렬을 적용하여 가장 상관도가 높은 확산 수열을 순차적으로 탐색하여 검출하는 과정; 및
    미리 설정된 횟수 내에서 가중치 행렬 산출 및 확산 수열 검출 과정을 반복하여 다중 사용자 검출을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 단위 반복 검출 방법.
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