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KR100989888B1 - Signal Detection Method for Multiple Input Multiple Output Systems - Google Patents

Signal Detection Method for Multiple Input Multiple Output Systems Download PDF

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KR100989888B1
KR100989888B1 KR1020080057033A KR20080057033A KR100989888B1 KR 100989888 B1 KR100989888 B1 KR 100989888B1 KR 1020080057033 A KR1020080057033 A KR 1020080057033A KR 20080057033 A KR20080057033 A KR 20080057033A KR 100989888 B1 KR100989888 B1 KR 100989888B1
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Abstract

본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에 관한 것으로서, 다중 입력 다중 출력 채널을 통해 전송된 신호를 수신하는 단계와; 상기 수신된 신호의 각 노드의 PED(partial Euclidean distance)값을 초기화하는 단계와; 상기 각 노드의 소정 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 그 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계와; 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계와; 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 공간적으로 다중화되어 있는 데이터를 검출하기 위해 최적의 후보군을 검출하는 경우, 검출 복잡도를 감소시키는 한편 검출된 신호의 정확도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a signal detection method of a multiple input multiple output system, comprising: receiving a signal transmitted through a multiple input multiple output channel; Initializing a PED (partial Euclidean distance) value of each node of the received signal; Calculating a PED value based on a symbol of a node found at a predetermined level of each node and a symbol of a node found at a previous level; Selecting K predetermined PED values in a small order; And storing the selected K symbol pairs. This makes it possible to reduce the detection complexity and improve the accuracy of the detected signal when detecting the optimal candidate group for detecting spatially multiplexed data.

Description

다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법{Signal detecting method for Multiple-Input Multiple-Output system}Signal detecting method for multiple input multiple output system

본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공간분할다중화(Space-Division Multiplexing) 방식으로 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output)시스템에서, 공간적으로 다중화되어 있는 데이터를 검출하기 위해 최적의 후보군을 검출하는 경우, 검출 복잡도를 감소시키는 한편 검출된 신호의 정확도를 향상시킬 수 있는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a signal detection method of a multiple input multiple output system, and more particularly, to a multiple input multiple output system for transmitting and receiving signals in a space-division multiplexing scheme. The present invention relates to a signal detection method of a multiple input multiple output system capable of reducing the detection complexity and improving the accuracy of a detected signal when detecting an optimal candidate group to detect spatially multiplexed data.

최근 무선 통신 환경에서 고품질 및 고속의 데이터 전송이 요구됨에 따라, 한정된 주파수를 효율적으로 사용하기 위하여 다중 안테나를 이용한 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output : 이하 'MIMO'라 칭함)시스템이 사용되고 있다.As high quality and high speed data transmission is required in a wireless communication environment, a multiple-input multiple output (MIMO) system using multiple antennas is used to efficiently use a limited frequency. have.

MIMO 시스템은 시공간부호화(Space-Time Coding) 방식, 혹은, 공간분할다중화(Space-Division Multiplexing) 방식으로 운용될 수 있다. 시공간부호화 방식은 서로 다른 안테나에서 전송되는 데이터를 인코딩함으로써 무선 통신 시스템의 신뢰 성을 높일 수 있는 기술이다. 그리고, 공간분할다중화(Space-Division Multiplexing) 방식은, 각 안테나에서 서로 독립적인 데이터를 동시에 전송함으로써 데이터 전송률을 증가시키는 기술이다.The MIMO system may be operated by space-time coding or space-division multiplexing. Spatio-temporal coding is a technique that can improve the reliability of wireless communication systems by encoding data transmitted from different antennas. Space-division multiplexing is a technique for increasing data rate by simultaneously transmitting data independent of each antenna.

MIMO 시스템에서 공간분할다중화를 통해 송신 안테나별로 각각 독립적인 심벌을 전송하는 경우, 수신단에서 수신 심벌로부터 송신 심벌을 검출해 내는 다양한 기술들이 제안된바 있다. 특히, ML(Maximum Likelihood) 검출 기법은 심벌 검출을 위해 전송 가능한 모든 경우의 심벌 벡터에 대해 유클리디언 거리(Euclidean distance)를 계산, 비교하는 기술로서 성능 측면에서 가장 우수한 기술이다. 그러나, 안테나 수와 변조방식의 크기가 증가하면 그 복잡도가 지수적으로 증가하기 때문에 구현이 매우 어렵다는 문제점이 있다. In case of transmitting an independent symbol for each transmitting antenna through spatial division multiplexing in a MIMO system, various techniques for detecting a transmitting symbol from the receiving symbol at the receiving end have been proposed. In particular, the ML (Maximum Likelihood) detection technique is a technique that calculates and compares Euclidean distance with respect to symbol vectors in all cases that can be transmitted for symbol detection. However, as the number of antennas and the size of the modulation scheme increase, the complexity increases exponentially, which makes the implementation very difficult.

이러한 ML 검출의 복잡도를 감소시키기 위하여 스피어 디코딩(sphere decoding) 기법이 개발되었다. 스피어 디코딩 기법은 잡음 분산과 채널 상태를 고려하여 초기에 설정된 반경으로 이루어진 구 내에 존재하는 심벌 벡터 셋에 대해서만 유클리디언 거리 계산이 수행함으로써, ML 검출의 복잡도를 감소시킨다.In order to reduce the complexity of such ML detection, a sphere decoding technique has been developed. The sphere decoding technique reduces the complexity of ML detection by performing Euclidean distance calculation only on a set of symbol vectors existing in a sphere having an initially set radius in consideration of noise variance and channel conditions.

일반적으로 스피어 디코딩 기법은 깊이 우선(depth-first) 탐색과 너비 우선(width-first) 탐색 방법으로 분류할 수 있다. In general, spear decoding techniques can be classified into depth-first search and width-first search.

깊이 우선(depth-first) 탐색 알고리즘은 전후방으로 트리탐색을 함으로써 ML 검출의 복잡도를 낮출 수 있다. 그러나, 디지털 회로에서 처리량(throughput)을 높일 수 있는 파이프라인 특성을 이용하여 구현할 수 없으며, 연산량이 가변적이기 때문에 최악의 경우 ML 검출의 복잡도를 갖는 탐색을 해야 하는 문제점이 있다. The depth-first search algorithm can reduce the complexity of ML detection by tree searching back and forth. However, the digital circuit cannot be implemented by using a pipeline characteristic that can increase throughput, and since the calculation amount is variable, there is a problem that a search having a complexity of ML detection has to be performed in the worst case.

반면에 너비 우선(breadth-first) 탐색 알고리즘은 전방 방향으로만 최적의 후보군을 찾도록 되어 있으며, 특히, K-best 스피어 디코딩 알고리즘은 각 트리탐색 레벨에서 K개의 최적의 후보군만을 저장한다.The breadth-first search algorithm, on the other hand, is designed to find the best candidate only in the forward direction. In particular, the K-best sphere decoding algorithm stores only the K best candidates at each tree search level.

도 1은 종래의 스피어 디코딩 방법에 따른 노드 선택 상태도로서, K-best 스피어 디코딩 알고리즘에 따라 최적의 후보군을 선택하는 과정을 도시한 것이다. FIG. 1 is a node selection state diagram according to a conventional sphere decoding method, and illustrates a process of selecting an optimal candidate group according to a K-best sphere decoding algorithm.

도 1에 도시된 바와 같이, 레벨 i에는 노드 1, 3, 5, 7이 존재하며, 각각의 노드는 0.2, 0.3, 0.4, 0.5의 누적 PED(partial Euclidean distance)값을 가지고 있다. 여기서, 노드 7은 PED 값이 0.5로 가장 높으므로 후보군에서 탈락된다.As shown in FIG. 1, nodes 1, 3, 5, and 7 exist at level i , and each node has a cumulative partial Euclidean distance (PED) value of 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5. Here, node 7 is eliminated from the candidate group because the PED value is the highest as 0.5.

레벨 i에서 선택된 후보군 노드들은 레벨 i-1로 확장되어 새로운 PED 값을 연산하고 다시 후보군 노드를 갱신하면 노드 2, 4, 6이 선택된다. 여기서, 노드 8은 PED값이 0.55이고 노드 6은 PED값이 0.7로써, 노드 8이 더 낮은 PED 값을 가지고 있지만 이미 레벨 i에서 노드 7값이 버려 졌기 때문에 두 레벨의 탐색과정 동안 최적의 후보군은 노드 쌍 (1, 2), (3, 4), (5, 6)이 된다.When calculating the new value PED selected candidate nodes are expanded to a level i-1 from the level i, and again updates the candidate node is selected nodes 2, 4, 6. Here, node 8 has a PED value of 0.55 and node 6 has a PED value of 0.7. Since node 8 has a lower PED value, but node 7 has already been discarded at level i , the best candidates for both levels of discovery are Node pairs (1, 2), (3, 4), (5, 6).

이러한 K-best 스피어 디코딩 알고리즘은 파이프라인 구성이 가능하여 일정한 처리량(throughput)을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나 ML 수신기에 가까운 성능을 내기 위해 충분히 큰 K값을 적용할 경우 여전히 높은 복잡도를 가지게 된다. 이에, 구현에 좀 더 적합하도록 작은 K값을 적용할 경우, 이전 레벨의 오차 전달에 의해 성능 저하가 발생하고 처리량을 일정하게 유지시킬 수 있다 할지라도 디코딩 지연이 증가하게 되는 단점이 있다. The K-best sphere decoding algorithm has a merit that a pipeline can be constructed to obtain a constant throughput. However, if the K value is large enough to achieve near-ML receiver performance, it still has high complexity. Thus, if a small K value is applied to make the implementation more suitable, the decoding delay is increased even though the performance degradation may occur due to the error transfer of the previous level and the throughput may be kept constant.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, 공간분할다중화(Space-Division Multiplexing) 방식으로 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output)시스템에서, 공간적으로 다중화되어 있는 데이터를 검출하기 위해 최적의 후보군을 검출하는 경우, 검출 복잡도를 감소시키는 한편 검출된 신호의 정확도를 향상시킬 수 있는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and is a spatially multiplexed data in a multiple-input multiple-output system that transmits and receives a signal in a space-division multiplexing scheme. It is an object of the present invention to provide a signal detection method of a multi-input multiple output system capable of reducing the detection complexity and improving the accuracy of a detected signal when detecting an optimal candidate group.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법은, 다중 입력 다중 출력 채널을 통해 전송된 신호를 수신하는 단계와; 상기 수신된 신호의 각 노드의 PED(partial Euclidean distance)값을 초기화하는 단계와; 상기 각 노드의 소정 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 그 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계와; 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계와; 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A signal detection method of a multiple input multiple output system according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: receiving a signal transmitted through a multiple input multiple output channel; Initializing a PED (partial Euclidean distance) value of each node of the received signal; Calculating a PED value based on a symbol of a node found at a predetermined level of each node and a symbol of a node found at a previous level; Selecting K predetermined PED values in a small order; And storing the selected K symbol pairs.

여기서, 상기 트리탐색의 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 현재 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계는, 레벨 i = M, M-1, M-2, ... , 1.이고, 레벨 i에서의 PED L i (s (j-1) )일 경우, 하기 [수학식 6]에 의해 산 출되는 것이 가능하다.Here, the operation of calculating the PED value based on the symbol of the node searched at the previous level of the tree search and the symbol of the node searched at the current level, level i = M, M-1, M-2, ..., 1 In the case of PED L i (s (j-1) ) at the level i , it is possible to calculate by the following equation (6).

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112008043354056-pat00001
Figure 112008043354056-pat00001

여기서, j=2i이고,

Figure 112008043354056-pat00002
는 트리 탐색의 이전 레벨에서 찾아진 심벌의 부분 벡터이다.Where j = 2i,
Figure 112008043354056-pat00002
Is the partial vector of symbols found at the previous level of tree traversal.

또한, 상기 트리탐색의 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 현재 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계는, 레벨 i = M, M-1, M-2, ... , 1.이고, 레벨 i에서의 PED L i (s (j-1) )일 경우, 하기 [수학식 7]에 의해 산출되는 것이 가능하다.Further, calculating the PED value based on the symbol of the node searched at the previous level of the tree search and the symbol of the node searched at the current level, level i = M, M-1, M-2, ..., 1 In the case of PED L i (s (j-1) ) at the level i , it is possible to calculate by the following equation (7).

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112008043354056-pat00003
Figure 112008043354056-pat00003

여기서,

Figure 112008043354056-pat00004
항과
Figure 112008043354056-pat00005
항은 이전 레벨에서 검출된 s (j+1) 에 의해서만 영향을 받는다.here,
Figure 112008043354056-pat00004
Section
Figure 112008043354056-pat00005
The term is only affected by s (j + 1) detected at the previous level.

한편, 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계는, 상기 연산 된 PED값들을 오름차순으로 정렬하는 단계와; 상기 정렬된 PED값 중 크기가 작은 순서로 상기 K개를 선택하는 단계를 포함하는 것이 가능하다.On the other hand, the step of selecting the K predetermined PED values in the order of small size, the step of sorting the calculated PED values in ascending order; It is possible to include the step of selecting the K in the order of the smallest of the sorted PED value.

그리고 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장한 후, 상기 연산이 완료된 레벨의 다음 레벨과 그 다음 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계와; 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계와; 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 가능하다.And after storing the selected K symbol pairs, calculating a PED value based on a symbol of a node found at a next level and a next level of the level at which the operation is completed; Selecting K predetermined PED values in a small order; It is possible to further include storing the selected K symbol pairs.

또한, 상기 트리의 제1레벨에서의 상기 K값은 1인 것이 가능하다.Further, the K value at the first level of the tree may be one.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법은, 공간분할다중화(Space-Division Multiplexing) 방식으로 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output)시스템에서, 공간적으로 다중화되어 있는 데이터를 검출하기 위해 최적의 후보군을 검출하는 경우, 트리 탐색 시 2개의 레벨에서 동시에 심벌 검출을 수행하도록 하고 있다. 이에 따라, 잠재적인 후보군이 삭제될 가능성을 배제하여 검출된 신호의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 탐색 레벨의 수는 절반으로 감소시켜 검출 복잡도를 감소시킬 수 있다.As described above, the signal detection method of the multiple input multiple output system of the present invention is a multiple-input multiple output (Multiple-Input Multiple-Output) system for transmitting and receiving signals in a space-division multiplexing method, When the optimal candidate group is detected to detect spatially multiplexed data, symbol detection is simultaneously performed at two levels during the tree search. Accordingly, the accuracy of the detected signal can be improved by excluding the possibility of potential candidate groups being deleted, and the number of search levels can be reduced by half to reduce detection complexity.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, a signal detection method of a multiple input multiple output system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에 따른, 최적의 후보 노드 선택 상태도이다. 2 is an optimal candidate node selection state diagram according to a signal detection method of a multiple input multiple output system of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 최적의 후보군을 선택하기 위해, 두 개의 레벨에서 동시에 탐색을 수행한다. 즉, 레벨 i에 존재하는 노드 1, 3, 5, 7과, 레벨 i-1에 존재하는 노드 2, 4, 6, 8을 동시에 탐색하여 최적의 후보군 노드 쌍을 선택한다.As shown in Fig. 2, in the present invention, searching is performed at two levels simultaneously to select an optimal candidate group. That is, the search for nodes 2, 4, 6 and 8 present in the nodes 1, 3, 5, 7 and a level i-1 present in the level i and at the same time to choose the best candidate node pair.

레벨 i에는 노드 1, 3, 5, 7이 존재하며, 각각의 노드는 0.2, 0.3, 0.4, 0.5의 누적 PED 값을 가지고 있다. 그리고, 레벨 i-1에는 노드 2, 4, 6, 8이 존재하며, 각각의 노드는 0.3, 0.4, 0.7, 0.55의 누적 PED 값을 가지고 있다.At level i, there are nodes 1, 3, 5, and 7, and each node has a cumulative PED of 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5. At level i-1 , nodes 2, 4, 6, and 8 exist, and each node has a cumulative PED value of 0.3, 0.4, 0.7, and 0.55.

이에, 레벨 i의 노드 및 레벨 i-1의 노드를 동시에 탐색하면, 노드 쌍 (7, 8)의 최종 누적 PED 값은 0.55이고 노드 (5, 6)의 최종 누적 PED는 0.7이기 때문에 현재 레벨에서의 최종적으로 선택된 후보군은 (7, 8), (1, 2), (3, 4)가 된다.Therefore, when the search for a node of a node and a level i-1 of level i at the same time, the node pair final cumulative PED value of (7,8) is 0.55, and the current level because the final cumulative PED 0.7 the nodes (5, 6) The finally selected candidate groups of are (7, 8), (1, 2), (3, 4).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 최적의 후보군을 찾는 과정에서 성능 향 상에 도움을 줄 수 있는 잠재적인 후보군이 삭제될 가능성을 배제하기 위해서 트리 탐색시 2개 레벨에서 동시에 심벌검출을 수행한다. 탐색의 각 레벨에서는 K i 개의 심벌 쌍이 유지된다. 기존의 알고리즘과 비교했을 때 제안된 알고리즘의 탐색 레벨의 수는 절반으로 감소되었고, 잠재적인 후보군을 찾기 위한 심벌탐색 공간이 확장되었기 때문에 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention simultaneously performs symbol detection at two levels during tree search in order to exclude the possibility that potential candidate groups that can help improve performance in the process of finding an optimal candidate group are deleted. At each level of the search, K i symbol pairs are maintained. Compared with the conventional algorithm, the number of search levels of the proposed algorithm is reduced by half, and the performance is improved because the symbol search space for searching for potential candidates is expanded.

상술한 바와 같은, 본 발명이 적용되는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output : 이하 'MIMO'라 칭함)시스템은 M개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나로 이루어지고, 기저대역 N차원 수신 심벌 벡터는 [수학식 1]로 나타낼 수 있다.As described above, a multiple-input multiple-output (MIMO) system to which the present invention is applied consists of M transmit antennas and N receive antennas, and a baseband N-dimensional receive symbol. A vector can be represented by [Equation 1].

Figure 112008043354056-pat00006
Figure 112008043354056-pat00006

여기서

Figure 112008043354056-pat00007
는 M차원 송신 신호 벡터이고 각 신호성분들은 BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM과 같은 복소성좌도 내에서 독립적으로 나타나는 심벌이다.
Figure 112008043354056-pat00008
는 N×M 채널 행렬이고, 행렬 내의
Figure 112008043354056-pat00009
는 j번째 송신안테나와 i번째 수신안테나 사이의 전달함수이다. 모든
Figure 112008043354056-pat00010
는 각 차원마다 평균값이 0이고 분산이 0.5인 i.i.d 복소 랜덤 가우시안 변수이고, 수신기에서는 이 채널 정보를 모두 알고 있다고 가정한다.
Figure 112008043354056-pat00011
는 평균 0, 분산
Figure 112008043354056-pat00012
인 i.i.d 복소 가우 시안 잡음이다. [수학식 1]의 복소수 형태의 식은 아래의 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.here
Figure 112008043354056-pat00007
Is an M-dimensional transmission signal vector and each signal component is a symbol that appears independently in a complex locus such as BPSK, QPSK, 16-QAM, and 64-QAM.
Figure 112008043354056-pat00008
Is an N × M channel matrix, and
Figure 112008043354056-pat00009
Is a transfer function between the j th transmit antenna and the i th receive antenna. all
Figure 112008043354056-pat00010
Is an iid complex random Gaussian variable with an average value of 0 and a variance of 0.5 for each dimension, and assume that the receiver knows all of this channel information.
Figure 112008043354056-pat00011
Is an average of 0, variance
Figure 112008043354056-pat00012
Iid is a complex Gaussian noise. The complex form of Equation 1 may be represented by Equation 2 below.

Figure 112008043354056-pat00013
Figure 112008043354056-pat00013

여기서

Figure 112008043354056-pat00014
Figure 112008043354056-pat00015
는 (ㆍ)의 실수부와 허수부이다. n을 2N, m을 2M이라 할 경우, [수학식 2]의 N×M채널 행렬
Figure 112008043354056-pat00016
는 아래의 [수학식 3]과 같이 QR분할방식으로 삼각행렬로 표현할 수 있다.here
Figure 112008043354056-pat00014
and
Figure 112008043354056-pat00015
Is the real part and the imaginary part of (·). When n is 2N and m is 2M, the N × M channel matrix of Equation 2
Figure 112008043354056-pat00016
Can be expressed as a triangular matrix by the QR division method as shown in Equation 3 below.

Figure 112008043354056-pat00017
Figure 112008043354056-pat00017

여기서 R은 n×m 상삼각행렬이고 Q는 직교하는 열을 갖는 n×m행렬이다. [수학식 2]에

Figure 112008043354056-pat00018
를 곱하면 다음의 [수학식 4]와 같이 표현할 수 있다.Where R is an n × m upper triangular matrix and Q is an n × m matrix with orthogonal columns. In [Equation 2]
Figure 112008043354056-pat00018
By multiplying it can be expressed as Equation 4 below.

Figure 112008043354056-pat00019
Figure 112008043354056-pat00019

여기서

Figure 112008043354056-pat00020
이고
Figure 112008043354056-pat00021
이다. MIMO 검출의 목적은 성상도 상에서 가장 가까운 심벌위치,
Figure 112008043354056-pat00022
를 찾는 것이고 이는 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.here
Figure 112008043354056-pat00020
ego
Figure 112008043354056-pat00021
to be. The purpose of MIMO detection is to locate the nearest symbol position on the constellation,
Figure 112008043354056-pat00022
This can be expressed as [Equation 5].

Figure 112008043354056-pat00023
Figure 112008043354056-pat00023

여기서 각 s의 값은 실수 성좌도내의 점 Ω, 즉

Figure 112008043354056-pat00024
에서 정의된다.Where the value of each s is the point Ω in real constellation
Figure 112008043354056-pat00024
Is defined in.

이러한 구성을 갖는 MIMO 시스템에서, 본 발명에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법은 도 3에 도시된 바와 같다. In the MIMO system having such a configuration, the signal detection method of the multiple input multiple output system according to the present invention is as shown in FIG.

도 3은 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a signal detection method of a multiple input multiple output system of the present invention.

먼저, 초기 PED L M +1 = 0, 입력 y, R 을 설정하여 PED 값을 초기화한다(S10).First, the initial PED L M +1 = 0, input y, R is set to initialize the PED value (S10).

각 레벨 i에서 PED값을 연산한다(S12). 여기서, i = M, M-1, M-2, ... , 1.일 때, 레벨 i에서 PED L i (s (j-1) )는 [수학식 6]과 같이 산출될 수 있다.The PED value is calculated at each level i (S12). Here, when i = M, M-1, M-2, ..., 1. PED L i (s (j-1) ) at the level i may be calculated as shown in [Equation 6].

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112008043354056-pat00025
Figure 112008043354056-pat00025

여기서 j=2i이다. [수학식 6]에서

Figure 112008043354056-pat00026
는 트리 탐색의 이전 레벨에서 찾아진 심벌의 부분 벡터이다. [수학식 6]은 [수학식 7] 같이 다시 나타낼 수 있다.Where j = 2i. In [Equation 6]
Figure 112008043354056-pat00026
Is the partial vector of symbols found at the previous level of tree traversal. Equation 6 may be represented again as in Equation 7.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112008043354056-pat00027
Figure 112008043354056-pat00027

[수학식 7]에서의

Figure 112008043354056-pat00028
항과
Figure 112008043354056-pat00029
항은 이전 레벨에서 검출된 s (j+1) 에 의해서만 영향을 받는다. ΩQ개이고 레벨 i-1에서 K i -1 개의 후보군 s (j+1) 을 갖는다면, 이 단계에서 전체 PED 값의 개수는 G= K i -1 ×Q가 된다.In [Equation 7]
Figure 112008043354056-pat00028
Section
Figure 112008043354056-pat00029
The term is only affected by s (j + 1) detected at the previous level. If Ω is Q and has K i -1 candidate groups s (j + 1) at level i-1 , the total number of PED values at this stage is G = K i -1 x Q.

PED 연산이 완료되면, PED L i (s (j-1) )을 오름차순으로 정렬하고 K i 의 최소값을 선택한다(S14). When the PED operation is completed, the PED L i (s (j-1) ) is sorted in ascending order and the minimum value of K i is selected (S14).

PED 값에 의해 정해진 K i 개의 심벌 쌍 ( s j , s j -1 )를 저장한다(S16).Stores the determined K i of symbol pairs (s j, s j -1) by the PED value (S16).

이 후, S12단계로 되돌아가 최적 심벌 쌍을 저장하며, 레벨 1이 트리탐색의 마지막 레벨이기 때문에 i=1인 경우 K 1 =1이 되며, 신호 탐색이 종료된다(S18).Thereafter, the process returns to step S12 to store the best pair of symbols, and if i = 1 because level 1 is the last level of the tree search, then K 1 = 1 and signal search ends (S18).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 신호 검출 방법은 트리탐색의 소정 레벨과 그 이전 레벨을 동시에 탐색하여 PED값이 작은 최적의 노드 쌍을 검출해 내고 있다. 따라서, 하나의 레벨씩 순차적으로 탐색할 경우 성능 향상에 영향을 주는 중간단계의 후보군이 버려지는 것을 방지할 수 있다. As described above, the signal detection method of the present invention simultaneously searches for a predetermined level of tree search and a previous level to detect an optimal node pair having a small PED value. Therefore, when searching sequentially one level at a time, it is possible to prevent the candidate group of intermediate stages that affect the performance improvement from being discarded.

도 4는 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법과 종래의 스피어 디코딩 방법에 따른 시뮬레이션 결과 그래프이다.4 is a graph illustrating simulation results according to a signal detection method and a conventional spear decoding method of a multi-input multiple output system according to the present invention.

4×4 MIMO 시스템에서 16-QAM 변조를 사용했을 때 기존 스피어 디코딩 알고리즘과 제안된 알고리즘의 BER(Bit Error Rate) 성능을 보여준다. 후보군의 탐색영역을 확장한 제안된 알고리즘이 BER 측면에서 더 좋은 성능을 보이는 것을 볼 수 있다.When 16-QAM modulation is used in a 4x4 MIMO system, the BER (Bit Error Rate) performance of the conventional spear decoding algorithm and the proposed algorithm is shown. It can be seen that the proposed algorithm, which extends the search range of candidate groups, shows better performance in terms of BER.

본 발명에서는 K i 값이 제안된 알고리즘의 시스템 성능에 미치는 영향을 분석하기 위해서 다양한 K i 값으로 시뮬레이션을 수행하였다.In the present invention, performing a simulation with a variety of K i values in order to analyze the impact on the system performance of the proposed algorithm K i values.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에서 Ki값 설정에 따른 시뮬레이션 결과 그래프이다.5 is a graph illustrating simulation results according to Ki values in a signal detection method of a multiple input multiple output system according to an exemplary embodiment of the present invention.

제안된 MIMO 검출기에 3가지 서로 다른 K i 값을 초기화(K 1 = 1, K 2 = 4, K 3 = 4, K 4 = 4), (K 1 = 1, K 2 = 5, K 3 = 5, K 4 = 5), (K 1 = 1, K 2 = 6, K 3 = 6, K 4 = 6) 함으로써 나타나는 BER의 변화에 대해서 보여준다. 도 5와 같이 K i 을 (K 1 = 1, K 2 = 6, K 3 = 6, K 4 = 6)로 설정할 때가 가장 좋은 성능을 가지는 것을 볼 수 있고, 작은 K i 값은 성능의 열화를 가져오는 것을 알 수 있다. 제안된 MIMO 검출기가 충분히 큰 K i 값을 갖는다면 BER 곡선이 Damen등에 의해 제안된 depth-first 알고리즘에 근접하는 것을 알 수 있다.Initialize three different K i values in the proposed MIMO detector ( K 1 = 1, K 2 = 4, K 3 = 4, K 4 = 4), ( K 1 = 1, K 2 = 5, K 3 = 5, K 4 = 5), ( K 1 = 1, K 2 = 6, K 3 = 6, K 4 = 6) shows the change in BER that appears. A K i as shown in Fig. 5 (K 1 = 1, K 2 = 6, K 3 = 6, K 4 = 6) can be seen to have the best performance when set, the smaller K i value of the deterioration of the performance You can see the import. If the proposed MIMO detector has a sufficiently large K i value, it can be seen that the BER curve is close to the depth-first algorithm proposed by Damen et al.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 최적의 후보군을 찾는 과정에서 성능 향상에 도움을 줄 수 있는 잠재적인 후보군이 삭제될 가능성을 배제하기 위해서 트리탐색시 2개 레벨에서 동시에 심벌검출을 수행하며, 탐색의 각 레벨에서는 K i 개의 심벌 쌍이 유지된다. 기존의 알고리즘과 비교했을 때 제안된 알고리즘의 탐색 레벨의 수는 절반으로 감소되었고, 잠재적인 후보군을 찾기 위한 심벌탐색 공간이 확장되었기 때문에 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention simultaneously performs symbol detection at two levels during the tree search in order to exclude the possibility that potential candidate groups that can help improve performance in the process of finding an optimal candidate group are deleted. At each level, K i symbol pairs are maintained. Compared with the conventional algorithm, the number of search levels of the proposed algorithm is reduced by half, and the performance is improved because the symbol search space for searching for potential candidates is expanded.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

도 1은 종래의 스피어 디코딩 방법에 따른 노드 선택 상태도1 is a node selection state diagram according to a conventional sphere decoding method

도 2는 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에 따른, 최적의 후보 노드 선택 상태도,2 is an optimal candidate node selection state diagram according to a signal detection method of a multiple input multiple output system of the present invention;

도 3은 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법의 흐름도,3 is a flowchart of a signal detection method of a multiple input multiple output system of the present invention;

도 4는 본 발명의 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법과 종래의 스피어 디코딩 방법에 따른 시뮬레이션 결과 그래프, 4 is a graph of simulation results according to a signal detection method and a conventional spear decoding method of a multiple input multiple output system according to the present invention;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법에서 Ki값 설정에 따른 시뮬레이션 결과 그래프이다.5 is a graph illustrating simulation results according to Ki values in a signal detection method of a multiple input multiple output system according to an exemplary embodiment of the present invention.

Claims (6)

다중 입력 다중 출력 채널을 통해 전송된 신호를 수신하는 단계와;Receiving a signal transmitted over a multiple input multiple output channel; 상기 수신된 신호의 각 노드의 PED(partial Euclidean distance)값을 초기화하는 단계와;Initializing a PED (partial Euclidean distance) value of each node of the received signal; 상기 각 노드의 소정 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 그 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계와;Calculating a PED value based on a symbol of a node found at a predetermined level of each node and a symbol of a node found at a previous level; 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계와;Selecting K predetermined PED values in a small order; 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장하는 단계를 포함하되,Storing the selected K symbol pairs, 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계는,Selecting the predetermined K PED values in the order of the smallest size, 상기 연산 된 PED값들을 오름차순으로 정렬하는 단계와;Sorting the calculated PED values in ascending order; 상기 정렬된 PED값 중 크기가 작은 순서로 상기 K개를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법.And selecting the K from the sorted PED values in order of decreasing magnitude. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 노드의 소정 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 그 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계는, Computing a PED value based on a symbol of a node found at a predetermined level of each node and a symbol of a node found at a previous level, 레벨 i = M, M-1, M-2, ... , 1.이고, 레벨 i에서의 PED Li(s(j-1))일 경우, 하기 [수학식 6]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법.When level i = M, M-1, M-2, ..., 1. and PED L i (s (j-1) ) at level i , it is calculated by Equation 6 below. A signal detection method of a multiple input multiple output system characterized by the above-mentioned.
Figure 112010033334786-pat00030
Figure 112010033334786-pat00030
여기서, j=2i이고,
Figure 112010033334786-pat00031
는 이전 레벨에서 찾아진 심벌의 부분 벡터이다.
Where j = 2i,
Figure 112010033334786-pat00031
Is the partial vector of symbols found at the previous level.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 노드의 소정 레벨에서 검색된 노드의 심벌과 그 이전 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계는, Computing a PED value based on a symbol of a node found at a predetermined level of each node and a symbol of a node found at a previous level, 레벨 i = M, M-1, M-2, ... , 1.이고, 레벨 i에서의 PED Li(s(j-1))일 경우, 하기 [수학식 7]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법.When level i = M, M-1, M-2, ..., 1. and PED L i (s (j-1) ) at level i , it is calculated by the following formula (7). A signal detection method of a multiple input multiple output system characterized by the above-mentioned. [수학식 7][Equation 7]
Figure 112010033334786-pat00032
Figure 112010033334786-pat00032
여기서,
Figure 112010033334786-pat00033
항과
Figure 112010033334786-pat00034
항은 이전 레벨에서 검출된 s(j+1) 에 의해서만 영향을 받는다.
here,
Figure 112010033334786-pat00033
Section
Figure 112010033334786-pat00034
The term is only affected by s (j + 1) detected at the previous level.
삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장한 후, 상기 연산이 완료된 레벨의 다음 레벨과 그 다음 레벨에서 검색된 노드의 심벌에 기초하여 PED값을 연산하는 단계와;After storing the selected K symbol pairs, calculating a PED value based on a symbol of a node found at a next level and a next level of the level at which the operation is completed; 상기 연산 된 PED값들을 크기가 작은 순서로 미리 정해진 K개 선택하는 단계와;Selecting K predetermined PED values in a small order; 선택된 상기 K개의 심벌 쌍을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법. And storing the selected K symbol pairs. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 제1레벨에서의 상기 K값은 1인 것을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 시스템의 신호 검출 방법.And the K value at the first level is one.
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