KR100995270B1 - Iterative channel euqualization device based on est in mimo system - Google Patents
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Abstract
MIMO 시스템에서 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치가 개시된다. 개시된 장치는복수의 수신 안테나; 상기 각 수신 안테나와 결합되는 복수의 등화 모듈; 및 채널 정보를 추정하는 채널 추정기를 포함하되, 상기 복수의 등화 모듈 각각은, 송신단으로부터 시공간 부호화된 신호를 수신하여 상기 채널 추정기에서 추정되는 채널 정보와 이전 반복에서의 왜곡 파워를 이용하여 채널 등화를 수행하는 등화기-상기 왜곡 파워는 잡음 및 간섭 파워의 합임-, 상기 채널 등화기의 출력 신호에 대해 EST 역변환을 수행하는 IEST부, 상기 IEST부의 출력 신호에 대한 심볼 레벨을 판정하는 판정부, 상기 판정부에서 판정된 신호를 이용하여 피드백을 통해 다음 반복에서의 인터 심볼 간섭 성분을 제거하는 인터 심볼 간섭 제거기 및 상기 판정부에서 판정된 신호를 이용하여 피드백을 통해 다음 반복에서의 인트라 심볼 간섭 성분을 제거하는 인트라 심볼 간섭 제거기를 포함하며, 상기 인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기는 신호 대비 간섭 및 잡음을 최대화하도록 설계된다. 개시된 장치에 의하면, EST게 기반한 반복적 채널 등화를 수행하면서 MIMO 시스템에서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. An iterative channel equalizer based on EST in a MIMO system is disclosed. The disclosed apparatus includes a plurality of receive antennas; A plurality of equalization modules coupled to each receive antenna; And a channel estimator for estimating channel information, wherein each of the plurality of equalization modules receives a space-time encoded signal from a transmitter to perform channel equalization using channel information estimated by the channel estimator and distortion power in a previous iteration. An equalizer to perform, the distortion power is a sum of noise and interference power, an IEST unit performing EST inverse transform on the output signal of the channel equalizer, a determination unit determining a symbol level of the output signal of the IEST unit, An inter-symbol interference canceller that removes the inter-symbol interference component in the next iteration through feedback using the signal determined in the judging unit and the intra-symbol interference component in the next iteration through feedback using the signal determined in the judging unit An intra symbol interference canceller for removing the inter symbol interference canceller and an intra symbol Interference canceller is designed to maximize the signal compared to interference and noise. According to the disclosed apparatus, it is possible to obtain maximum diversity gain and maximum transmission efficiency in a MIMO system while performing repetitive channel equalization based on EST.
Description
본 발명은 통신 시스템에서의 채널 등화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MIMO 시스템에서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 얻기 위한 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a channel equalizer in a communication system, and more particularly, to an iterative channel equalizer based on an EST for obtaining maximum diversity gain and maximum transmission efficiency in a MIMO system.
일반적으로, 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음(time varying noise) 및 페이딩(fading)과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류가 발생하여 정보가 손실된다.In general, wireless channel environments, unlike wired channel environments, are inevitable errors due to various factors such as multipath interference, shadowing, propagation attenuation, time varying noise, and fading. Occurs and information is lost.
무선통신시스템에서 다중 경로 페이딩을 완화시키기 위해 다이버시티 기술을 사용하는데, 예를 들어 시간 다이버시티(time diversity), 주파수 다이버시티(frequency diversity)와 안테나 다이버시티(antenna diversity)등이 있다.Diversity techniques are used to mitigate multipath fading in a wireless communication system, for example, time diversity, frequency diversity, and antenna diversity.
이중 안테나 다이버시티 방식은 다중 안테나(multiple antenna)를 사용하는 방식으로서, 상기 안테나 다이버시티 방식은 수신 안테나를 다수개로 사용하는 수신 안테나 다이버시티 방식과, 송신 안테나를 다수개로 사용하는 송신 안테나 다이 버시티 방식과, 다수개의 송신 안테나들과 다수개의 수신안테나들을 사용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 방식으로 분류된다. The dual antenna diversity scheme uses multiple antennas. The antenna diversity scheme includes a receive antenna diversity scheme using a plurality of receive antennas and a transmit antenna diversity scheme using a plurality of transmit antennas. And a Multiple Input Multiple Output (MIMO) scheme using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas.
여기서, 상기 MIMO 방식은 일종의 시공간 부호화(STC : Space-Time Coding) 방식이며, 상기 시공간 부호화 방식은 송신데이터를 미리 설정된 방식으로 부호화하여 다수의 송신안테나들을 사용하여 송신함으로써, 시간 영역(time domain)에서의 다이버시티 효과를 공간 영역(space domain)으로 확장하여 보다 낮은 에러율을 달성할 수 있다. Here, the MIMO scheme is a kind of space-time coding (STC) scheme, and the space-time coding scheme encodes transmission data in a predetermined manner and transmits the data using a plurality of transmission antennas, thereby providing a time domain. The diversity effect at can be extended to the space domain to achieve a lower error rate.
또한, 무선 통신 서비스에서 고속의 데이터 전송에 대한 요구가 증가함에 따라 여러 개의 안테나를 이용하여 최대 전송 효율을 얻으면서도 최대 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 full diversity full rate (FDFR)코드에 대한 요구 역시 증가하고 있다. In addition, as the demand for high-speed data transmission in a wireless communication service increases, the demand for a full diversity full rate (FDFR) code that can obtain maximum diversity gain while obtaining maximum transmission efficiency using multiple antennas also increases. Doing.
통상적인 FDFR 코드에는 대표적으로 골든 코드(Golden Code)와TAST(Threaded Algebraic Space Time) 코드가 알려져 있다. 골든 코드는 지금까지 알려진 FDFR 코드 중에서 송수신 안테나의 수가 두개인 MIMO 시스템에서 가장 좋은 성능을 갖는다. Typical FDFR codes are known as Golden Code and Threaded Algebraic Space Time (TAST) codes. The golden code has the best performance in the MIMO system with two transmit / receive antennas among the known FDFR codes.
하지만 골든 코드는 두 개의 송수신 안테나를 MIMO 시스템에만 적용 가능한 문제점이 있었으며, 세 개 이상의 송수신 안테나를 가진 MIMO 시스템에서 FDFR을 얻기 위한 코드로 TAST 코드가 개발되었다. However, there is a problem in that Golden code can apply only two transmit / receive antennas to a MIMO system, and a TAST code is developed as a code for obtaining FDFR in a MIMO system having three or more transmit / receive antennas.
TAST 코드는 송수신 안테나의 개수와 상관 없이 FDFR을 얻을 수는 있지만, FDFR을 얻기 위해서는 ML(Maximum Likelihood) 디코더를 사용하여야 한다. 따라서 송수신 안테나의 수가 증가함에 따라 복잡도가 지수적으로 증가하는 문제점이 있다.The TAST code can obtain the FDFR regardless of the number of transmit / receive antennas, but to obtain the FDFR, an ML (Maximum Likelihood) decoder must be used. Therefore, the complexity increases exponentially as the number of transmit / receive antennas increases.
한편, 채널 등화 기법에 있어서 복잡도를 증가시키지 않으면서 성능을 유지할 수 있는 반복적 등화 기법으로 EST(Energy Spreading Transform)에 기반한 반복적 등화 기법이 제안되었다. EST는 각각의 심볼 에너지를 다른 주파수 및 시간으로 분산시키는 방법으로서, EST는 반복적인 신호 검출을 가능하게 한다.On the other hand, iterative equalization technique based on EST (Energy Spreading Transform) has been proposed as an iterative equalization technique that can maintain the performance without increasing the complexity in the channel equalization technique. EST is a method of distributing each symbol energy at different frequencies and times, and EST enables repeated signal detection.
그러나, 기존에 제안된 EST에 기반한 등화 기법은 송수신 안테나의 수가 한 개인 single input single output (SISO) 시스템에서 적용되었다. 송수신 안테나의 수가 여러 개가 될 경우 기존에 제안된 EST에 기반한 등화 방법만으로는 충분한 채널 등화가 이루어 질 수 없을 뿐만 아니라, FDFR 또한 얻을 수가 없다. 따라서 충분한 채널 등화가 이루어지면서 FDFR까지 동시에 얻을 수 있는 EST에 기반한 채널 등화 기법이 요구되고 있다.However, the proposed EST-based equalization technique has been applied in single input single output (SISO) systems with one transmit / receive antenna. If the number of transmit / receive antennas is multiple, not only channel equalization can be achieved by the EST-based equalization method, but also FDFR cannot be obtained. Therefore, channel equalization technique based on EST that can simultaneously obtain FDFR while sufficient channel equalization is achieved is required.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, MIMO 시스템에 적용 가능한 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes an iterative channel equalization apparatus based on EST applicable to a MIMO system.
본 발명의 다른 목적은 MIMO 시스템에서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 얻기 위한 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치에 관한 것이다. Another object of the present invention is to provide an iterative channel equalizer based on EST for obtaining maximum diversity gain and maximum transmission efficiency in a MIMO system.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art through the following examples.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 수신 안테나; 상기 각 수신 안테나와 결합되는 복수의 등화 모듈; 및 채널 정보를 추정하는 채널 추정기를 포함하되, 상기 복수의 등화 모듈 각각은, 송신단으로부터 시공간 부호화된 신호를 수신하여 상기 채널 추정기에서 추정되는 채널 정보와 이전 반복에서의 왜곡 파워를 이용하여 채널 등화를 수행하는 등화기-상기 왜곡 파워는 잡음 및 간섭 파워의 합임-, 상기 채널 등화기의 출력 신호에 대해 EST 역변환을 수행하는 IEST부, 상기 IEST부의 출력 신호에 대한 심볼 레벨을 판정하는 판정부, 상기 판정부에서 판정된 신호를 이용하여 피드백을 통해 다음 반복에서의 인터 심볼 간섭 성분을 제거하는 인터 심볼 간섭 제거기 및 상기 판정부에서 판정된 신호를 이용하여 피드백을 통해 다음 반복에서의 인트라 심볼 간섭 성분을 제거하는 인트라 심볼 간섭 제거기를 포함하며, 상기 인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기는 신호 대비 간섭 및 잡음을 최대화하도록 설계되는 MIMO 시스템에서 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a plurality of receiving antenna; A plurality of equalization modules coupled to each receive antenna; And a channel estimator for estimating channel information, wherein each of the plurality of equalization modules receives a space-time encoded signal from a transmitter to perform channel equalization using channel information estimated by the channel estimator and distortion power in a previous iteration. An equalizer to perform, the distortion power is a sum of noise and interference power, an IEST unit performing EST inverse transform on the output signal of the channel equalizer, a determination unit determining a symbol level of the output signal of the IEST unit, An inter-symbol interference canceller that removes the inter-symbol interference component in the next iteration through feedback using the signal determined in the judging unit and the intra-symbol interference component in the next iteration through feedback using the signal determined in the judging unit An intra symbol interference canceller for removing the inter symbol interference canceller and an intra symbol The interference canceller is provided with an EST-based iterative channel equalizer in a MIMO system designed to maximize signal-to-signal interference and noise.
상기 판정부는 연성 판정에 의해 심볼 레벨의 판정을 수행하는 것이 바람직하다. Preferably, the determination section performs symbol level determination by soft decision.
상기 등화 모듈은, 상기 판정부 후단에 구비되며 미리 설정된 시간 간격만큼 판정부에서 판정된 심볼을 지연시키는 지연부 및 상기 지연부의 출력 신호에 대해 상기 IEST부에 의해 역변환된 신호를 다시 EST 변환하여 상기 인터 심볼 간섭 제거기 및 상기 인트라 심볼 간섭 제거기에 EST 변환된 신호를 제공하는 EST부를 더 포함할 수 있다. The equalization module is provided at the rear end of the determining unit and performs a EST conversion on the delay signal for delaying the symbol determined by the determining unit by a predetermined time interval and the signal converted inversely by the IEST unit with respect to the output signal of the delay unit. The apparatus may further include an EST unit configured to provide an EST converted signal to the inter symbol interference canceller and the intra symbol interference canceller.
상기 인터 심볼 간섭 제거기 및 상기 인트라 심볼 간섭 제거기는 상기 등화기의 출력을 이용하여 신호 대비 간섭 및 잡음비를 예측한다. The inter-symbol interference canceller and the intra-symbol interference canceller use the output of the equalizer to predict the interference to noise and the noise ratio.
상기 등화기의 출력을 이용하여 예측되는 신호 대비 간섭 및 잡음비는 다음의 수학식과 같이 예측될 수 있다. The signal-to-interference and noise ratio predicted by using the output of the equalizer can be estimated by the following equation.
위 수학식에서 (i)는 i번째 반복을 의미하고 와, , , 는 각각 신호의 파워와 인터 심볼 간섭의 파워, 인트라 심볼 간섭의 파워 및 잡음의 파워를 의미함. In the above equation, (i) means the i-th iteration Wow, , , Are power of signal and power of inter symbol interference, power of intra symbol interference and power of noise, respectively.
상기 시공간 부호화된 신호는 레이어드(Layerd) 타임 스페이스 코딩 방식에 의해 시공간 부호화된 신호인 것이 바람직하다. The space-time coded signal may be a space-time coded signal by using a layered time space coding scheme.
상기 등화기는 다음의 수학식과 같은 시간 응답에 의해 채널 등화를 수행할 수 있다. The equalizer may perform channel equalization by a time response as in the following equation.
위 수학식에서, 는 정규화 파라미터이고 은 안테나에서의 잡음 파워, 은 번째 송신 신호에 대한 채널의 응답이며, 은 번째 신호에 대한 이전 반복에서의 왜곡 파워이고, n은 채널 매트릭스에서의 컬럼을 의미하고, I는 아이덴터티 행렬을 의미함. In the above equation, Is a normalization parameter Is the noise power at the antenna, silver Response of the channel to the first transmission signal, silver The distortion power at the previous iteration for the first signal, n denotes the column in the channel matrix, and I denotes the identity matrix.
상기 이전 반복에서의 왜곡 파워는 상기 판정부의 출력 신호를 이용하여 다음의 수학식과 같이 구해진다. The distortion power in the previous iteration is obtained by the following equation using the output signal of the determination unit.
인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기는 등화기 출력에 대한 블록 대각(Diagonal) 행렬과 추정된 채널 정보를 이용하여 간섭 제거를 수행한다. The inter symbol interference canceller and the intra symbol interference canceller perform interference cancellation using a block diagonal matrix and estimated channel information on the equalizer output.
상기 인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기의 시간 응답은 다음의 수학식과 같이 설정될 수 있다. The time response of the inter symbol interference canceller and the intra symbol interference canceller may be set as in the following equation.
위 수학식에서, 인 경우가 인터 심볼 간섭 제거기의 시간 응답이고, 인 경우가 인트라 심볼 간섭 제거기의 시간 응답이며, 로 정의되며, Hj는 추정된 채널 정보이고, 는 등화기 출력의 블록 대각(Diagonal) 행렬이며, m( )는 대각(Diagonal) 행렬 의 대각 엘리먼트들의 평균값임. In the above equation, Is the time response of the inter symbol interference canceller, Is the time response of the intra symbol interference canceller, H j is estimated channel information, Is the block diagonal matrix of the equalizer output, where m ( ) Is a diagonal matrix ≪ / RTI >
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 수신 안테나; 채널 정보를 추정하는 채널 추정기; 및 상기 각 수신 안테나와 결합되어 EST 변환된 신호를 시공간 부호화한 송신 신호를 수신하고 상기 채널 추정기에서 추정된 채널 정보와 이전 반복에서의 왜곡 파워를 이용하여 채널 등화를 수행하고 피드백을 통해 신호 대비 간섭 및 잡음비가 최대화되도록 다음 반복에서의 인터 심볼 간섭 및 인트라 심볼 간섭을 제거하는 다수의 등화 모듈을 포함하는 MIMO 시스템에서 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치가 제공된다. According to another aspect of the invention, a plurality of receiving antennas; A channel estimator for estimating channel information; And a transmission signal obtained by space-time encoding the EST-converted signal combined with each of the receiving antennas, performing channel equalization using the channel information estimated by the channel estimator and the distortion power in the previous iteration, and interfering with the signal through feedback. And a plurality of equalization modules for canceling inter symbol interference and intra symbol interference in the next iteration so that the noise ratio is maximized.
본 발명에 의하면, EST에 기반한 반복적 채널 등화를 수행하면서 MIMO 시스 템에서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, it is possible to obtain the maximum diversity gain and the maximum transmission efficiency in a MIMO system while performing repetitive channel equalization based on EST.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 MIMO 시스템에서 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the EST-based iterative channel equalizer in the MIMO system.
본 발명에 의한 채널 등화 장치를 설명하기 전에 EST(Energy Spreading Transform)에 대해 먼저 살펴보기로 한다. Before describing the channel equalizer according to the present invention, an energy spreading transform (EST) will be described.
도 1은 본 발명에 적용되는 EST 변환의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the principle of the EST conversion applied to the present invention.
EST는 각 심볼의 에너지를 다른 주파수 및 다른 시간으로 분산시키는 변환이다. 주파수 도메인으로의 분산의 목적은 주파수 다이버시티(Diversity)를 이용하기 위해서이다. 심볼에 대한 판정은 전체 대역폭에 대해 전송된 총 에너지에 의해 이루어진다. EST is a transformation that disperses the energy of each symbol at different frequencies and at different times. The purpose of dispersion in the frequency domain is to take advantage of frequency diversity. The determination of the symbol is made by the total energy transmitted over the entire bandwidth.
시간 도메인에서의 분산에 의해, 잘못 판정된 심볼들의 에너지는 다른 시간 대역으로 분산된다. By variance in the time domain, the energy of erroneously determined symbols is distributed to other time bands.
도 1을 참조하면 가 잘못 검출된 심볼이고, 시간 도메인 필터가 세 개의 탭 { }을 가지고 있다고 가정한다. 타임 도메인에서의 분산이 없을 경우, 잘못 검출된 심볼 는 및 의 검출에도 영향을 미친다. Referring to Figure 1 Is an incorrectly detected symbol and the time domain filter has three tabs { } Assume you have Incorrectly detected symbol if there is no variance in time domain Is And It also affects the detection of.
만일 및 이 중요한 요소일 경우, 에 대한 잘못된 판정은 및 의 검출에 더 큰 간섭을 일으키게 된다. 반면에, 시간 도메인에 대한 분산이 이 루어질 경우 잘못 검출된 심볼 에너지는 블록 전체로 분산된다. EST에 의한 분산은 블록의 모든 심볼의 검출에 영향을 미치지만, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 시간 도메인 필터에서 포착되는 심볼 에러 에너지는 블록 사이즈 N에 비례해서 줄어들게 된다. 따라서 심볼에 대한 판정 에러가 발생할 확률은 EST를 사용하지 않는 경우에 비해 줄어들게 된다.if And Is an important factor, False verdict against And Will cause greater interference in the detection of. On the other hand, if variance is made for the time domain, the erroneously detected symbol energy is distributed throughout the block. The variance due to EST affects the detection of all symbols in the block, but the symbol error energy captured in the time domain filter is reduced in proportion to the block size N, as shown in Fig. 1 (b). Therefore, the probability of occurrence of a decision error for a symbol is reduced compared to the case of not using EST.
이하에서는 이와 같은 EST 변환을 이용하는 시스템이 MIMO 환경에서 사용될 수 있으면서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 달성하고 간섭을 효과적으로 제거하기 위한 송신기 및 채널 등화 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a transmitter and channel equalization apparatus for achieving maximum diversity gain and maximum transmission efficiency and effectively eliminating interference while a system using such an EST transformation can be used in a MIMO environment will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 얻기 위한 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치에 신호를 제공하는 송신단의 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter for providing a signal to an iterative channel equalizer based on EST for obtaining maximum diversity gain and maximum transmission efficiency in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 등화 장치에 신호를 제공하는 송신단은 EST부(200) 및 시공간 부호화기(210)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a transmitter for providing a signal to a channel equalizer according to an embodiment of the present invention may include an
송신단은 다수의 안테나를 통해 신호를 송신하는 MIMO 시스템의 송신단이며, EST부(200)는 송신단에 구비되는 각 안테나에 상응하여 구비되며, EST부(200)의 개수는 송신단의 안테나 개수와 동일하다. The transmitting end is a transmitting end of the MIMO system for transmitting signals through a plurality of antennas, the
EST부(200)는 송신 신호에서 각 심볼의 에너지를 다른 주파수 및 다른 시간으로 분산시키는 변환한다. EST 변환에 대한 보다 상세한 정보는 본 발명자에 의해 발표된 논문 “Novel iterative equalization based on energy spreading spectrum, proc. of 2004 IEEE International Conf. on commun., Pasir, France, June 2004/IEEE Trans. Signal Processing, vol 43, no. 1, pp.190-203, January 2006"로부터 획득할 수 있을 것이다. The
시공간 부호화기(210)는 EST부(200)에 의해 에너지가 분산된 심볼들을 미리 설정된 부호화 행렬에 따라 시공간 부호화하여 출력하며, 시공간 부호화된 신호는 다수의 안테나를 통해 수신단으로 전송된다. The space-
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 시공간 부호화부(210)는 레이어별로 시공간 부화화를 수행하는 레이어드 스페이스 타임 코딩(Layerd Space Time Coding) 방식에 의해 시공간 부호화를 수행할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the space-
시공간 부호화기(210)는 다음의 수학식 1에 의해 EST 변환된 송신 신호를 부호화하여 최종 송신 신호를 출력할 수 있다. The space-
위 수학식 1에서, J는 시공간 부호화 행렬이고 diag{ }는 대각(diagonal) 엘리먼트에 이 들어가 있는 정사각형 행렬을 의미하며, NT는 송신 안테나의 개수를 의미한다. In
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치의 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a configuration of an iterative channel equalizer based on EST in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 EST에 기반 한 반복적 채널 등화 장치는 다수의 등화 모듈(351, 352)을 포함하며, 각 등화 모듈은 등화기(300), IEST부(302), 판정부(304), 지연부(306), EST부(308), 인터 심볼 간섭 제거기(310), 및 인트라 심볼 간섭 제거기(312) 및 채널 추정기(314)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, an iterative channel equalizer based on EST in a MIMO system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of
도 3에 도시된 바와 같이, 등화 모듈(351, 352)은 각 수신 안테나 별로 구비되며, 총 NT개의 수신 안테나에 대해 NT 개의 등화 모듈이 구비된다. As shown in FIG. 3, the
시공간 부호화기(210)에 의해 부호화된 송신 신호는 채널을 통해 수신 안테나에 의해 수신되며, 각 수신 안테나와 연결되는 등화기(300)는 연결되어 있는 안테나로부터 수신되는 스트림에 대해 채널 등화를 수행한다. The transmission signal encoded by the space-
각각의 등화기(300)는 채널 추정기(314)를 통해 현재 채널에 대한 정보를 획득하고 이전 반복에서의 왜곡 파워를 측정함으로써 인터 심볼 간섭 및 인트라 심볼 간섭을 고려한 반복적 등화를 수행한다. Each
여기서, 인터 심볼 간섭은 시공간 부호화된 신호에서 같은 레이어에 속한 스트림의 다른 심볼에 의해 발생하는 간섭을 의미하고, 인트라 심볼 간섭은 다른 레이어에 속한 심볼에 의해 발생하는 간섭을 의미한다. Here, inter symbol interference means interference caused by another symbol of a stream belonging to the same layer in a space-time encoded signal, and intra symbol interference means interference caused by a symbol belonging to another layer.
여기서 왜곡 파워는 잡음 및 간섭 파워의 합을 의미하며, 이전 반복((i-1)번째 반복)에서의 왜곡 파워는 로 정의한다. Where the distortion power is the sum of the noise and interference power, and the distortion power from the previous iteration ((i-1) th iteration) .
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각각의 등화기(300)는 채널 응답과 각 송신 신호들에 대한 이전 반복에서의 왜곡 파워들의 합을 이용하여 반복적 채널 등 화를 수행한다. According to a preferred embodiment of the present invention, each
본 발명의 일 실시예에 따른 등화기(300)의 시간 응답을 수학식으로 표현하면, 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. If the time response of the
위 수학식 2에서, 는 정규화 파라미터이고 은 안테나에서의 잡음 파워, 은 번째 송신 신호에 대한 채널의 응답이며, 은 번째 신호에 대한 이전 반복에서의 왜곡 파워이고, n은 채널 매트릭스에서의 컬럼을 의미하며, I는 아이덴터티 행렬을 의미한다. In Equation 2 above, Is a normalization parameter Is the noise power at the antenna, silver Response of the channel to the first transmission signal, silver The distortion power at the previous iteration for the first signal, n denotes a column in the channel matrix, and I denotes an identity matrix.
IEST부(302)는 송신단에서 EST 변환된 신호에 대한 EST 역변환을 수행하며, 분산된 심볼 에너지에 대한 복원 작업을 의미한다. IEST부(302) 에서의 EST 역변환은 판정부(304)에서 수신 신호의 심볼 레벨 판정을 위해 선행하여 수행된다. The
IEST부(302)에 의해 역변환된 신호는 판정부(304)로 입력되며, 판정부(304)는 심볼 레벨 판정을 수행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 판정부(304)는 연성 판정에 의해 심볼 레벨에 대한 판정을 수행한다. 연성 판정 방식이 보다 바람직한 것은 낮은 신호대 잡음 비에서 에러 전파를 방지하기 위해서이다. The signal inversely converted by the
지연부(306)는 판정부(304)에서 판정된 심볼을 미리 설정된 시간 간격만큼 지연시킨다. 지연부(306)에서 지연된 심볼을 인터 심볼 간섭 제거기(310)에서의 인터 심볼 간섭 제거 및 인트라 심볼 간섭 제거기(312)에서의 인트라 심볼 간섭 제거를 위해 EST부(314)는 지연된 심볼에 대한 EST 변환을 수행한다. The
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 채널 등화 장치는 반복적인 등화 구조이다. 인터 심볼 간섭 제거기(310) 및 인트라 심볼 간섭 제거기(312)는 다음 반복에서 등화기(300)의 출력 신호에 대한 인터 심볼 간섭 성분을 제거하고, 이와 같은 다음 반복에서의 인터 심볼 간섭 성분의 제거는 반복적으로 이루어져 인터 심볼 간섭 성분을 점차적으로 줄여나간다. As shown in Fig. 3, the channel equalizer of the present invention has a repetitive equalization structure. The inter
인트라 심볼 간섭 제거기(312)는 다음 반복에서 등화기의 출력 신호에 대한 인트라 심볼 간섭 성분을 제거하며, 이와 같은 다음 반복에서의 인트라 심볼 간섭 성분의 제거는 반복적으로 이루어져 인트라 성분 간섭 성분을 점차적으로 줄여나간다. 인터 심볼 간섭 제거기(310) 및 인트라 심볼 간섭 제거기(312)의 상세한 시간 응답 및 동작에 대해서는 차후 상세히 설명한다. Intra
도 3을 통해 확인되듯이, 본 발명은 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송률을 얻는 EST에 기반한 MIMO 시스템에서 발생하게 되는 인터 심볼 간섭 및 인트라 심볼 간섭을 제거하기 위해 종래의 EST에 기반한 채널 등화 장치를 MIMO 시스템으로 확장하고 이에 따라 발생하게 되는 인터 심볼 간섭 및 인트라 심볼 간섭의 효과적인 제거를 위해 인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기가 피드백 필터로 동작하도록 한다. As shown in FIG. 3, the present invention provides a MIMO based channel equalization apparatus based on a conventional EST to remove inter-symbol interference and intra-symbol interference generated in a MIMO system based on an EST that obtains a maximum diversity gain and a maximum data rate. System, and thus, inter-symbol interference canceller and intra-symbol interference canceller operate as a feedback filter in order to effectively remove inter-symbol interference and intra-symbol interference that would otherwise occur.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인터 심볼 간섭 및 인트라 심볼 간섭 의 제거는 신호 대비 간섭 및 잡음비가 최대화되도록 설계된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the elimination of inter symbol interference and intra symbol interference is designed to maximize signal to interference and noise ratio.
수신단의 신호 대비 간섭 및 잡음비는 다음의 수학식 3과 같이 심볼 에러율(Symbol Error Rate:SER)로 나타낼 수 있다. The signal-to-interference and noise ratio of the receiver may be represented by a symbol error rate (SER) as shown in
위 수학식 3에서, Q는 Q-function을 의미한다. In
또한 본 발명에 적용되는 인터 심볼 간섭 제거기(310) 및 인트라 심볼 간섭 제거기(312)는 채널과 이전 반복에서의 왜곡 파워에 기초하여 필터링을 수행하는 등화기(300)를 이용하여 각각의 반복에서 수신기의 신호대비 간섭 및 잡음비를 예측하고 이와 같이 예측된 신호 대비 간섭 및 잡음비를 최대화하도록 설계된다.In addition, the inter
등화기(202)를 이용하여 예측되는 각 반복에서의 신호 대비 간섭 및 잡음비는 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The signal to interference and noise ratio in each iteration predicted using the equalizer 202 may be expressed as Equation 4 below.
위 수학식 4에서, (i)는 i번째 반복을 의미하고 와, , , 는 각각 번째 신호의 파워와 인터 심볼 간섭의 파워, 인트 라 심볼 간섭의 파워, 잡음의 파워를 의미한다. 각각의 파워는 신호 파워 측정기, 인터 심볼 간섭 파워 측정기, 인트라 심볼 간섭 파워 측정기 및 잡음 파워 측정기를 통해 측정될 수 있다.In Equation 4, (i) refers to the i iteration Wow, , , Respectively The power of the first signal, the power of inter symbol interference, the power of intra symbol interference, and the power of noise. Each power may be measured via a signal power meter, an inter symbol interference power meter, an intra symbol interference power meter, and a noise power meter.
신호의 파워와 인터 심볼 간섭의 파워, 인트라 심볼 간섭의 파워, 잡음의 파워는 각각 다음의 수학식 5, 수학식 6, 수학식 7 및 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.The power of the signal, the power of the inter-symbol interference, the power of the intra-symbol interference, and the power of the noise can be expressed by Equation 5, Equation 6, Equation 7 and Equation 8, respectively.
상술한 수학식들에 의하면, 현재 반복에서의 신호 대비 간섭 및 잡음비를 예측하기 위해서는 등화기의 출력과 연성 판정을 이용한 반복적 등화 장치가 동작함에 따른 (i-1)번째 반복에서의 왜곡 파워인 이 필요하다. According to the above-described equations, in order to predict the signal-to-interference and noise ratio in the current iteration, the distortion power in the (i-1) th iteration due to the operation of the iterative equalizer using the output of the equalizer and the soft decision This is necessary.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 를 분석하여 신호 대비 간섭 및 잡음비를 추정한다. (i-1)번째 반복에서의 왜곡 파워인 는 연성 판정으로 나온 수신 신호 를 이용하여 다음의 수학식 9와 같이 구할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention Analyze the signal to estimate the interference and noise ratio. distortion power at the (i-1) th iteration Is the received signal from the soft decision By using the equation (9) can be obtained.
인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기는 등화기 출력에 대한 블록 대각(Diagonal) 행렬과 추정된 채널 정보를 이용하여 간섭 제거를 수행하며, 수학식 2를 이용하면 인터 심볼 간섭 제거기 및 인트라 심볼 간섭 제거기의 시간 응답은 다음의 수학식 10과 같이 설정될 수 있다.The inter symbol interference canceller and the intra symbol interference canceller perform interference cancellation using the block diagonal matrix and the estimated channel information on the equalizer output, and using the equation 2, the inter symbol interference canceller and the intra symbol interference canceller are used. Can be set as shown in the following Equation (10).
위 수학식 10에서, 위 수학식에서 일 경우가 인터 심볼 간섭 제거기의 시간 응답이다. 여기서, 과 가 동일하다는 것은 레이어드 타임 스페이스 코딩을 이용하는 시공간 부호화기에서 동일한 레이어에 대한 시공간 부호화 신호라는 것을 의미한다. In Equation 10 above, in the above equation One case is the time response of the inter symbol interference canceller. here, and The same means that is a space-time coded signal for the same layer in the space-time coder using layered time-space coding.
또한, 위 수학식에서 일 경우가 인트라 심볼 간섭 제거기의 시간 응답이고, 과 가 동일하지 않다는 것은 레이어드 타임 스페이스 코딩을 이용하는 시공간 부호화기에서 서로 다른 레이어에 대한 시공간 부호화 신호라는 의미이다. Also, in the above equation Is the time response of the intra symbol interference canceller, and That is not the same means that is a space-time coded signal for different layers in the space-time coder using layered time-space coding.
한편, 수학식 10의 는 다음의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다. On the other hand, of the equation (10) May be expressed as Equation 11 below.
위 수학식 11에서 는 번째 신호에 대한 등화기 출력의 블록 대 각(Diagonal) 행렬이며, 이는 다음의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다. In Equation 11 above Is A block diagonal matrix of the equalizer output for the first signal, which may be expressed as in Equation 12 below.
또한, 위 수학식 10에서 m( )는 대각 행렬 의 대각 엘리먼트들의 평균값이며, 이는 다음의 수학식 13과 같이 표현될 수 있다. In addition, m ( ) Is a diagonal matrix It is an average value of diagonal elements of, which may be expressed as Equation 13 below.
도 1은 본 발명에 적용되는 EST 변환의 원리를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining the principle of the EST conversion applied to the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 최대 다이버시티 이득 및 최대 전송 효율을 얻기 위한 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치에 신호를 제공하는 송신단의 구성을 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter for providing a signal to an iterative channel equalizer based on an EST for obtaining maximum diversity gain and maximum transmission efficiency in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템에서 EST에 기반한 반복적 채널 등화 장치의 구성을 도시한 도면.3 is a diagram illustrating a configuration of an iterative channel equalizer based on EST in a MIMO system according to an embodiment of the present invention.
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KR1020090042256A KR100995270B1 (en) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Iterative channel euqualization device based on est in mimo system |
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Non-Patent Citations (2)
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"Optimum Filtering for Energy-Spreading Transform-Based Equalization" (출처 : IEEE Transactions on Signal Processing. Vol. 55, No. 3, 2007.03) |
"다중 안테나 환경에서의 EST 기반 송신 안테나 선택 기법에 관한 연구" (출처 : 한국통신학회 2008년도 추계종합학술발표회, 2008.11.15) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101373980B1 (en) * | 2012-05-04 | 2014-03-12 | 연세대학교 산학협력단 | Signal processing method, transmitting apparatus and receiving apparatus based on est in mimo spatial multiplexing |
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