KR100962266B1 - 하이브리드 stbc 신호 복조 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
MIMO OFDM 시스템에서 사용될 수 있는 하이브리드 STBC 신호 복조 방법 및 장치가 개시된다.
본 발명에 의한, STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 방법에 있어서, 상기 하이브리드 STBC 신호를 수신하는 단계, 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신호를 검출하는 단계, 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하는 단계, 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 반복 검출하는 단계 및 상기 검출한 STBC 신호와 상기 반복 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 복조 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 하이브리드 STBC (Space Time Block Code) 구조를 갖는 MIMO (Multiple Input Multiple Output) OFDM 시스템에서 효과적으로 신호를 검출할 수 있는 하이브리드 STBC 신호 복조 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에 무선 환경에서의 고속 데이터 전송에 대한 요구가 점점 증가되면서 주파수 자원의 부족 현상이 예상됨에 따라 주파수 대역의 중요성이 날로 부각되는 가운데 주파수를 공유하여 사용할 수 있는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Mulitplexing) 시스템이 차세대 무선 멀티미디어 전송 기술로 크게 주목 받고 있다. 무선 환경에서는 고속 데이터 전송에 대한 요구와 많은 사용자의 동시 접속의 요구가 커지면서, 한정된 주파수를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있도록 하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 무선 인터넷 등에서 요구되는 높은 링크 비용 (link budget)을 해결하기 위하여 송신단에 다중 안테나를 사용하는 송신 다이버시티 기법에 대한 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 송신 다이버시티 기법 중 가 장 대표적인 기법이 STBC 기법을 들 수 있는데 이러한 기법은 저속에서는 우수한 성능을 보이나 고속에서는 귀환에 의한 지연 때문에 성능저하가 발생된다.
또한 다중화 (multiplexing) 이득을 높이기 위해 Bell Lab에서 제안한 BLAST (Bell Lab Layered Space Time)의 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 방식을 들 수 있겠는데, 이 방법은 풍부한 분산 (rich scattering) 환경에서 송, 수신단에 다중 안테나를 사용함으로써 독립적인 페이딩 채널을 다수 개 형성하고 송신안테나 마다 다른 신호를 전송하도록 하여, 그 결과 데이터 전송속도를 크게 향상시키도록 한다. 이 때 각 수신 안테나에서는 특정 신호만을 검출하고 다른 신호들은 간섭신호로 간주하여 강제 제로화 (zero-forcing) 또는 MMSE (Minimum Mean Square Error) 무효화 (nulling)을 시킴으로써 다른 신호의 영향을 최소화하면서 신호를 검출한다.
이러한 MIMO 방식은 송신신호가 채널의 코히어런스 대역폭 (coherence bandwidth) 보다 작은 대역폭을 갖는 플랫 페이딩을 가정하기 때문에 BLAST-OFDM 방식이 다중경로 환경에 쉽게 적용될 수 있다. 즉, OFDM 방식을 적용한 BLAST 시스템은 다중경로지연에 의한 영향이 CP의 사용으로 감쇄되고 플랫 페이딩 채널로 근사화되어 수신 단에서 추가의 하드웨어 사용 없이 신호를 검출할 수 있는 장점이 있다. 또한 V-BLAST를 적용하여 다중 송·수신안테나를 사용할 경우 낮은 계산량으로도 효과적으로 전송률을 증가시킬 수 있다.
MIMO OFDM 시스템에서 기저대역 신호는 BPSK나 QPSK, 16-QAM, 64-QAM 등을 이용하여 변조된 후 IFFT/FFT의 구성요소들을 이용하여 처리하고, 송수신 신호의 시간 및 주파수 영역에서의 인터리빙은 RF단에서 반송파 합성기를 통해 수행된다.
하이브리드 STBC는 V-BLAST OFDM에서의 각 데이터 스트림에 STBC를 적용하는 것을 의미한다. 이러한 구조로 인해 다이버시티 효과를 얻을 수 있으며 이로 인해 성능을 개선시킬 수 있을 뿐 아니라 요구되는 수신 안테나의 수도 줄일 수 있는 매우 효율적인 방법이라 할 수 있다.
하이브리드 STBC는 일반적인 STBC의 성능과 비교해 볼 때 검출하고자 하는 신호 외의 다른 신호들이 간섭으로 작용하여 일반적인 STBC 보다 성능 차이가 크게 차이가 남을 알 수 있다. 더욱이 간섭 신호의 수가 많아질수록 그 차이는 더욱 확연히 들어난다. 예를 들어 2개의 STBC신호를 사용한 구조의 하이브리드 STBC보다 STBC 신호와 SM 신호를 혼합한 구조의 하이브리드 STBC가 간섭의 영향으로 인해 성능 열화가 더 심하게 나타난다.
이렇게 되면 일반적인 STBC의 성능이 하이브리드 STBC보다 훨씬 성능이 좋음은 물론이거니와 기존의 SM 관련 기법인 V-BLAST OSIC나 DFE와의 성능 차이는 크지 않은 상황이 발생하게 되어 전송률을 줄이면서까지 하이브리드 STBC 사용해야할 의미조차 불명확해진다. 따라서 기존의 하이브리드 STBC 검출 기법의 성능을 좀 더 높여야 하는 필요성이 발생하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 수신단에서 신호 검출시, 하이브리드 STBC 신호에서 각 송신 기법에 따른 STBC 신호와 SM 신호를 검출할 때에의 성 능을 향상시킬 수 있는 하이브리드 STBC 수신 신호 복조 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 신호 복조 방법은, STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 방법에 있어서, (a) 상기 하이브리드 STBC 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신호를 검출하는 단계; (c) 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하는 단계; (d) 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 검출하는 단계; 및 (e) 상기 (b) 단계에서 검출한 STBC 신호와 상기 (d) 단계에서 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정하는 단계;를 포함한다.
상기 (e) 단계에서 상기 (b) 단계에서 검출한 STBC 신호와 상기 (d) 단계에서 검출한 STBC 신호가 같지 않으면 상기 (d) 단계에서 검출한 STBC 신호를 상기 (b) 단계에서 검출한 STBC 신호로 설정하여 상기 (c) 단계부터 반복하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계는, (c1) V-BLAST OSIC 또는 V-BLAST DFE 방법을 이용하여 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 기준 신호를 검출하는 단계; (c2) 상기 기준 신호와 성상도 상에서의 유클리디언 거리가 가장 짧은 복수의 신호들을 후보 신호로 결정하는 단계; 및 (c3) 상기 후보 신호들 중에서 에러가 가장 최소인 신호를 SM 신호로 선택하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (c2) 단계의 복수의 신호들의 개수는 상기 하이브리드 STBC 신호에 QPSK 변조가 사용된 경우 최대 4이며, 16-QAM 변조가 사용된 경우에는 최대 16인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 신호 복조 장치는, STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 장치에 있어서, 상기 하이브리드 STBC 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신호를 검출하는 STBC 신호 검출부; 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하는 SM 신호 검출부; 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 반복하여 검출하는 반복 STBC 신호 검출부; 및 상기 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호와 상기 반복 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정하는 STBC 신호 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 하이브리드 STBC 복조 방식에서 줄일 수 없는 SM 신호 간섭 현상으로 인한 성능 감쇄를 줄일 수 있다. 그로 인해 MIMO OFDM 시스템의 전반적인 복조 성능을 향상시킬 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 방법의 흐름을 도시한 것이다.
하이브리드 STBC 신호를 수신하여 채널 추정을 한다 (100 단계). 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신호를 검출하고 (110 단계), 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하며 (120 단계), 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 반복해서 검출하다 (130 단계).
그리고, 상기 검출한 STBC 신호와 상기 반복 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정한다 (140 단계).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다. 이 장치는 도 1의 방법을 실시하기 위한 구성을 가진다.
이 장치는 상기 하이브리드 STBC 신호를 수신하는 수신부인 안테나 어레이 (200), 상기 수신한 신호에 대해 채널을 추정하는 채널 추정부 (210) 그리고 상기 신호로부터 필요한 신호를 검출하는 신호 검출부 (220)를 포함한다.
신호 검출부 (220)는, 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신 호를 검출하는 STBC 신호 검출부 (230), 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하는 SM 신호 검출부 (240), 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 반복하여 검출하는 반복 STBC 신호 검출부 (250) 및 STBC 신호 검출부(230)에서 검출한 STBC 신호와 반복 STBC 신호 검출부 (250)에서 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정하는 STBC 신호 결정부 (260)를 포함한다.
본 발명에서는, STBC 신호 검출의 성능을 높이기 위해 반복 STBC 신호 검출의 개념을 도입하고, 또한 SM 신호 검출의 성능을 높이기 위해 V-알고리즘을 적용하여, STBC, SM 신호검출 성능을 향상시킴으로 인해서 전체적인 하이브리드 STBC의 성능을 높이도록 하며, 이는 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 일 실시예에서 사용될 하이브리드 STBC 구조는 도 3과 같다. 도 3에 도시된 것과 같이, 송신단 (300)에는 신호 처리 및/또는 변조 처리 (305)하고, STBC 신호 블록 (310)을 통해서 STBC 신호와 SM 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 4개의 송신 안테나 (315)를 사용하며 전송하고, 수신단 (350)에서는 이를 3개의 수신 안테나 (355)를 이용하여 수신한다.
MIMO OFDM 시스템엔 다중 안테나 사용에 따른 다양한 기법이 제시되어있는데 STBC (Space Time Block Code), SM (Spatial Multiplexing), 하이브리드 STBC, 그리고 beamforming이 다중 안테나 사용에 따른 기법이라 할 수 있다.
기존의 BLAST 시스템은 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 많거나 같 아야 하는 제약 조건이 있는 것에 반해, 본 발명이 적용되는 하이브리드 STBC 구조에서는 도 3에서 예시된 것과 같이 수신 안테나가 송신 안테나 개수보다 작은 경우에도 동작 가능하다.
또한 도 3에 도시된 것과 같이 송신단 (300)에서는 STBC 신호와 각기 다른 신호로 구성되어있는 SM 신호를 혼합하여 수신단 (350)으로 보내게 되고, 수신단 (350)에서는 일단 STBC 신호를 먼저 검출 (360)한 후에 검출한 STBC 신호를 수신신호에서 소거 (cancellation)한 후에 MIMO 검출기 (365)에서 SM 신호를 MIMO 검출 방법으로 복구한다. (MIMO 검출기 (365)의 기능은 신호 검출부 (220)의 기능에 포함되어 있는 것이며, MIMO 검출기의 기능에 대한 별도의 설명은 하지 않음)
본 발명의 일 실시예의 흐름인 도 1의 방법은 도 4의 순서도에서 더 상세하게 설명된다.
STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호가 안테나 어레이를 통해서 수신되면 (400 단계), 이 수신한 신호를 읽어내고, K 값을 입력받는다 (405 단계). 이 K 값은 도 4의 415 단계 내지 445 단계가 반복되는 최대 회수를 결정하는 것으로, 자동적으로 설정될 수도 있고, 사용자로부터 입력받은 값일 수도 있다.
그리고 도 4의 단계를 반복시키기 위한 변수값으로 i=0으로 설정하고, STBC 신호 검출부 (230)에서 STBC 신호가 검출된다 (410 단계).
STBC 신호를 검출하기 위해선 신호에 대한 수식적인 처리 과정이 필요하며, 이하에서는 그 처리과정에 대해 설명한다.
일단 수신단에서의 수식은 수학식 1과 같이 표현된다.
이 식에서 과 는 3x1의 벡터로 구성되어있으며 는 다중경로 채널인 i.i.d 랜덤 복소수 벡터이다. 여기서 i 가 의미하는 바는 수신안테나의 개수를 나타내는 것이고 j가 나타내는 바는 송신안테나의 개수를 의미하는 것이라 할 수 있다. 여기서 n은 평균 '0'을 갖는 가우시안 잡음을 나타낸다.
이러한 수신 신호에서 STBC 신호를 먼저 검출하게 되는데 일단 4x3 벡터 구조로 이루어진 비대칭의 채널행렬을 연산하기 쉬운 2x2 벡터 구조로 변환한다.
그리고 송신신호 역시 그 신호에 대해 사용된 변조 기법에 따라 분류하여 새로 운 그룹으로 정의하였다.
수신 신호 역시 수정하여 수학식 4와 같이 새로운 수신신호를 만든다.
이렇게 새롭게 정의된 행렬은 다음의 수식처럼 전개 될 수 있다.
여기서 과 는 각각 과 에 더해진 잡음이며, 각각은 2x2의 행렬로 구성되어있다. 수학식 5를 통해서 과 라는 새로운 수신 신호를 정의한다. 그리고, 이를 이용하여 STBC 신호인 를 검출한다. 를 검출하기 위한 수학식은 다음과 같다.
이 식은 다음 수학식 7과 같이 쓰일 수 있다.
여기서 를 의미한다. 수학식 7을 통해 과 를 새롭게 정의된 부터 까지의 값과 새롭게 정의된 채널 값으로 구할 수 있다. 수학식 8은 STBC 신호를 검출해 내는 수식으로써, 간단한 연산을 통해서 STBC 신호를 검출해 낼 수 있게 한다.
상기와 같이 구해진 STBC 신호에 를 곱한 후 양자화를 해줌으로써 STBC 검출을 완료하게 된다. 상기와 같이 4x3의 벡터구조로 되어있는 신호를 2x2의 벡터신호 값으로 만듦으로 인해 좀더 손쉽게 STBC 신호 값을 검출해 낼 수 있는 것이다.
그 다음으로 수행되어져야 하는 단계는 SM 신호를 검출하는 단계이다 (420 단계). 초기에 K 값을, 예를 들면, 5라고 한다면 415 단계에서 420 단계로 진행한다.
이미 STBC 신호는 검출을 한 상태이기 때문에 SM 신호 검출을 위해 400 단계에서 수신한 신호에서 상기 검출된 STBC 신호를 소거 (cancellation) 하는 과정을 먼저 수행한다.
SM 신호를 검출하기 위해서는 V-BLAST의 DFE 방법을 이용하여 검출하여야 하는데, V-BLAST의 특성상 첫 번째로 검출한 신호가 정확하다면 후에 구할 신호도 적은 간섭으로 인해 비교적 정확하게 검출되게 된다. 즉, 하이브리드 STBC에서 STBC 신호는 다이버시티 이득으로 인해 일반적인 SM 신호보다 BER 성능이 좋게 되는데 이처럼 비교적 정확하게 첫 번째 신호를 검출했기 때문에 기존의 V-BLAST 신호보다 SM 신호 검출의 성능이 좋게 되는 것이다.
SM 신호는 STBC 신호와 달리 각 시간 슬롯 당 모두 다른 신호로 구성되어 있기 때문에 STBC 신호검출과 달리 각각의 시간 슬롯에 대해 검출해야 한다. 이를 감안하여, SM 신호를 검출하기 위해 처음으로 수행하여야 할 통상적인 소거 (cancellation) 과정은 수학식 9와 같다.
그 다음 수행되어야 할 단계는 ordering 단계로써, 이때 사용된 채널의 역행렬 G의 값은 MMSE 기법을 사용한 것으로 수학식 10과 같다.
ordering하는 방법은 채널의 역행렬의 크기가 작은 행의 순서대로 정렬하게 된다.
여기서 i는 디코딩 단계를 나타내는 변수이며, SM 신호가 검출되는 순서는 STBC가 검출된 후이기 때문에 3번째, 4번째가 된다. 그러므로 는 만족하게 되고 또한 sorting 된 신호는 2개 밖에 존재하지 않기 때문에 를 만족하게 된다.
G에 따라 정렬된 행렬은 다음 식으로 나타낼 수 있다.
여기서 t는 시간 슬롯을 의미한다.
마지막으로 SM 신호를 검출하기 위한 마지막 계산 작업을 하게 되는데 그 식은 다음과 같다.
여기서 Q( )가 의미하는 바는 양자화를 나타내는 인덱스이며, 이와 같은 계산 과정을 거처 비로소 SM 신호가 복조되는 것이다.
여기까지 설명한 SM 신호 복조 방법은 일반적인 V-BLAST 기법에서의 검출방법을 하이브리드 STBC에 적용한 기법이라 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 기존의 SM 신호 검출 기법의 성능 향상을 높일 수 있는 방법을 설명한다. 이 방법은 이른바 V-알고리즘이라 명명하였으며, V-BLAST의 특성 상 첫 번째 검출 신호의 능력에 전체 신호 검출 성능이 의존된다는 성격을 특징으로 삼아 첫 번째 검출 신호를 좀 더 정확하게 검출하는 것을 주된 목표로 한다. 본 발명에 따라서 제안된 이 방법의 가장 큰 특징은 V 라는 후보 신호의 개수를 이용하여 신호를 검출하는 것인데, 적절한 V의 수를 선정하여 이용함으로써 SM 신호 검출의 성능 향상을 이끌어 낼 수 있다.
후보 신호라는 것은 상기 수신된 신호에 대한 변조기법에 따른 성상도에서 첫 번째 검출 된 신호의 주변 신호를 말한다. 여기서 주변 신호를 고려하는 이유는 V-BLAST OSIC나 DFE를 통해 검출한 첫 번째 신호가 틀렸다면 성상도 상의 그 주변 신호가 올바른 신호가 될 확률이 높다는 가정을 기반으로 한다.
또한 주변 신호를 몇 개까지 고려 할 것이냐를 결정하는 수로서 V 를 결정하는 것이며, 이 경우 V는 고려하는 후보 신호의 개수를 말하는 것이므로 V의 값이 클수록 그만큼 고려할 신호가 많다는 뜻이기에 복잡도는 비록 높아지지만 성능은 좋아질 것이라는 예측을 할 수 있다.
이하에서는, V-알고리즘의 전체적인 알고리즘 단계에 대해 설명한다.
이 기법의 첫 번째 단계는 V-BLAST OSIC 혹은 V-BLAST DFE 기법을 이용해 신호를 검출하는 것이다. 이 단계에서 첫 번째로 검출한 신호가 후보 신호를 결정하게 되는 기준이 되는 신호가 되는 것이다. V-BLAST OSIC 혹은 V-BLAST DFE 기법은 본 발명이 속한 기술분야에서는 잘 알려진 방법이며, 당업자는 필요에 따라서 이런 기법들을 용이하게 사용할 수 있는 것이므로, 그 기법들에 대한 별도의 설명은 생략한다.
그 다음 단계로, V값을 선정하게 되는데 V값은 몇 개의 후보군을 이용할 것인지를 나타내는 변수로써 선정 할 수 있는 최대 개수는 변조기법에 따라 달라지게 된다. 예를 들어 QPSK 변조 기법을 사용할 시에는 최대 4개까지의 V를 선택할 수 있게 되고 16-QAM 변조 기법을 사용한다면 최대 16까지의 V를 선택할 수 있는 것이다.
이렇게 V를 선정하고 나서 다음으로는 후보 신호를 검출한다. 후보 신호는 첫 번째 단계에서 수행한 검출한 첫 번째 신호를 기준으로 정하게 된다. 도 5는 후보군을 선정하는 방법을 나타내는 것으로써 16-QAM 변조 기법에서 V=5일 때의 상황 을 나타내는 것이다.
도 5에서 OSIC나 DFE 기법으로 검출한 첫 번째 신호는 1+i 좌표에 세모 기호로 표시되어있다. 이 신호 역시 후보 신호이며 이 세모 표시를 중심으로 도 5의 성상도에서 유클리디언 거리가 가장 짧은 V-1개의 신호가 후보 신호로 선정되는 것이다. 이렇게 선정된 후보 신호는 다음과 같다.
상기의 예에서 V=5이므로, 상기 후보 신호는 4개가 된다. 각각의 후보 신호가 첫 번째 검출 된 신호라 가정하고 나머지 신호를 검출하게 된다. 나머지 신호를 검출하는 방법은 수학식 15에서 의 값을 후보 신호의 값으로 고정시키고 그 을 에 대입해 각 후보군 별 총 SM 신호 값을 검출하게 된다. 이렇게 후보 신호를 이용한 기법은 기존의 ML 방법의 단점인 높은 복잡도를 매우 효과적으로 낮추면서 기존의 OSIC나 DFE 방법 보다는 효과적으로 성능을 높이는 방법이라 할 수 있다.
이렇게 각각의 후보 신호가 첫 번째 검출 신호가 되어 나머지 신호를 검출하게 된다. 이렇게 구해진 신호를 다음 수식과 같이 표현할 수 있다.
마지막 단계는 수학식 17에 나타낸 후보군 신호 중에 가장 에러가 최소인 신호를 선택하는 단계이다.
이렇게 구해진 신호는 첫 번째 신호를 좀더 정확히 검출해 냄에 따라 SM 신호의 BER 성능을 높일 수 있다. 상기에 언급한 것과 같이, V 수가 클수록 비교할 수 있는 신호의 수가 많아지기 때문에 V 수에 비례하는 성능의 결과가 도출된다.
도 6은 송, 수신 안테나 개수가 각각 3개일 때의 V-BLAST DFE에 V-알고리즘를 적용한 BER 성능 결과 그래프로써, V의 값의 변화에 따른 BER 성능 변화를 보여주고 있다. 여기서 V=1일 때의 상황은 본 발명에 따른 V-알고리즘을 적용하지 않은 일반적인 V-BLAST DFE의 성능이라 볼 수 있다. 도 6의 그래프에서 나타나듯이 V의 수가 증가할수록 성능도 같이 좋아지는 것을 확인할 수 있다. 그러므로, SM 신호의 검출 능력을 높이기 위해서는 더 큰 수의 V 를 사용하는 것이 유리한 것을 알 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 반복 STBC 신호 검출기법에 대해 설명한다. 상기에서 구한 STBC 신호와 SM 신호를 바탕으로 STBC 신호를 반복해서 다시 구한다.
검출한 SM 신호를 본래의 수신 신호에서 소거 (cancellation)하고 (430 단계), 그 결과 다시 STBC 신호를 검출한다 (435 단계).
이렇게 (반복해서 435 단계에서) 구한 STBC 신호와 410 단계에서 구했던 STBC 신호를 비교하여 (445 단계), 두 STBC 신호가 서로 같으면 그 신호를 최종 검출된 STBC 신호로 설정하여 STBC 검출이 끝나게 된다 (450 단계). 두 STBC 신호가 서로 다르면 반복해서 나중에 구한 STBC 신호를 410 단계에서 검출한 STBC 신호로 설정하고 (440 단계), 그 다음 이 STBC 신호를 이용해 415 단계를 거쳐서 SM 신호를 다시 구하게 된다 (420 단계 및 425 단계). 그 후에 다시 구한 SM신호를 통해 STBC 신호를 반복해서 검출하고 (435 단계), 이를 다시 이전에 구한 STBC 신호와 다시 비교한다. 마찬가지로, 이 두 STBC 신호가 서로 같다면 STBC 신호 검출은 종료되는 것이고 다르게 되면 반복 검출을 다시 반복한다.
이렇게 구한 STBC 신호는 하이브리드 STBC에서 종래의 방법을 이용하여 일반적으로 구한 STBC 신호에 비교하면, 반복 검출로 인해서 간섭영향이 줄어들게 되는 것을 알 수 있다.
도 4의 405 단계의 K 의 변수는 415 단계 내지 445 단계까지의 루틴이 몇 번까지 반복되어야 하는지에 대한 한계점을 나타내는 것으로써, 이 값을 적절하게 선택함으로써 도 4의 흐름이 무한루프를 도는 것을 방지할 수 있고, 본 발명에 따른 방법이나 장치가 필요 이상의 복잡도를 갖는 것을 방지하도록 할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에서 제안된 기법으로 하이브리드 STBC 구조의 송신신호를 검출했을 때의 모의실험 결과를 이하에서 설명한다.
도 7 내지 도 9의 결과 그래프는 MIMO OFDM 시스템 환경에서 구현 된 것으로써 1/2의 부호율을 갖는 컨벌루션 채널 코드를 사용하였다. 또한 채널 환경은 7의 경로를 갖는 Rayleigh 페이딩 채널일 때를 고려하였다.
도 7은, 본 발명에 따라 제안된 기법 (proposed detection)과 기존의 하이브리드 STBC (general detection) 간의 성능을 비교한 것이며, 여기서 사용된 안테나의 개수는 상기에서 설명한 도 3의 안테나 개수와 동일한 송신 안테나 4개, 수신 안테나 3개인 경우이다. 도 7의 그래프에서 보는 것과 같이 반복 STBC 신호 검출과 SM 신호를 검출하기 위해 V-알고리즘을 적용하게 되면 타겟 BER을 이라고 할 때 약 2 dB 정도 성능 차이가 벌어짐을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 반복 STBC 검출 기법을 사용한 신호의 성능 결과 (proposed detector)의 비교 그래프로써 이 역시 도 7과 마찬가지로 기존의 검출 기법 (general detection) 즉 반복 STBC 검출 기법을 사용하지 않은 결과와의 비교를 나타낸다. 도 8의 그래프에서 나타내듯이 V-알고리즘을 고려하지 않은 상황에서도 성능의 향상이 일어남을 알 수 있다.
도 9는 고려되어진 하이브리드 STBC에서 V의 수에 따른 성능 비교 그래프이다. ZF V-BLAST에서의 V의 변화에 따른 V-알고리즘의 성능 변화와 달리 V 수에 따라 성능 차이가 그리 크지 않음을 알 수 있다. 이는 STBC 신호를 이미 검출하고 나서 SM 신호를 검출하기 때문에, 첫 신호를 정확하게 검출하여 그 이후인 뒤의 신호와의 간섭을 최소한으로 줄이고자 하는 본 발명에 따른 V-알고리즘의 성격이 부합 되지 않기 때문에 나타나는 결과라고 할 수 있다. 비록 V의 값에 따른 성능 차이는 크지 않지만 V=1인 즉 V-알고리즘을 적용하지 않은 상황과 비교해 봤을 때 V-알고리즘이 성능 향상에 도움을 준다는 사실은 변함이 없다.
따라서 상기와 같은 모의 실험 결과를 바탕으로, 하이브리드 STBC 구조에서의 송신 신호를 검출할 때 본 발명에 따라서 제안된 기법들을 이용하는 결과가 MIMO OFDM 시스템에 효과적으로 이용될 수 있으며, 신호 검출의 성능에도 큰 향상을 보임을 알 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD_ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크 및 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브, 예를 들어 인터넷을 통한 전송의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 통신 분야, 특히 MIMO OFDM 분야에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 하이브리드 STBC 신호에서의 신호 검출 과정의 흐름을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따라서 하이브리드 STBC 신호에서의 신호 검출을 하는 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명이 실행되는 환경을 간략하게 도시한 것으로, 송신안테나 4개 수신 안테나 3개인 환경을 예시한 것이다.
도 4는 도 1의 상세도로서, 본 발명에 따른 방법이 실행되는 흐름을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 V-알고리즘을 사용할 때의 16-QAM 변조 기법에서의 후보 신호 선정 과정을 도시한 것이다.
도 6은 송신 안테나 3개, 수신 안테나 3개 일 때의 V-BLAST에서의 V의 개수에 따른 V-알고리즘의 비트에러율의 성능을 도시한 것이다.
도 7은 MIMO OFDM 시스템에서의 본 발명에 따른 STBC 신호 검출 기법과 기존의 하이브리드 STBC 신호 검출 기법의 비트에러율을 비교하여 도시한 것이다.
도 8은 MIMO OFDM 시스템에서의 본 발명에 따른 STBC 신호 검출 기법과 기존의 하이브리드 STBC 검출 기법의 STBC 신호의 비트에러율을 비교하여 도시한 것이다. 도 9는 MIMO OFDM 시스템에서 STBC 신호 검출이 완벽하다 가정할 때에 본 발명에 따른 V의 개수에 따른 본 발명에 따른 기법의 비트에러율의 성능 변화를 도시한 것이다.
Claims (8)
- STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 방법에 있어서,(a) 상기 하이브리드 STBC 신호를 수신하는 단계;(b) 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신호를 검출하는 단계;(c) 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하는 단계;(d) 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 검출하는 단계; 및(e) 상기 (b) 단계에서 검출한 STBC 신호와 상기 (d) 단계에서 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정하는 단계;를 포함하는 신호 복조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (e) 단계에서 상기 (b) 단계에서 검출한 STBC 신호와 상기 (d) 단계에서 검출한 STBC 신호가 같지 않으면 상기 (d) 단계에서 검출한 STBC 신호를 상기 (b) 단계에서 검출한 STBC 신호로 설정하여 상기 (c) 단계부터 반복하는 것을 특징으로 하는, 신호 복조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 (c) 단계는,(c1) V-BLAST OSIC 또는 V-BLAST DFE 방법을 이용하여 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 기준 신호를 검출하는 단계;(c2) 상기 기준 신호와 성상도 상에서의 유클리디언 거리가 가장 짧은 복수의 신호들을 후보 신호로 결정하는 단계; 및(c3) 상기 후보 신호들 중에서 에러가 가장 최소인 신호를 SM 신호로 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 복조 방법.
- 제3항에 있어서,상기 (c2) 단계의 복수의 신호들의 개수는 상기 하이브리드 STBC 신호에 QPSK 변조가 사용된 경우 최대 4이며, 16-QAM 변조가 사용된 경우에는 최대 16인 것을 특징으로 하는, 신호 복조 방법.
- STBC (Space Time Block Code) 신호와 SM (Spatial Multiplexing) 신호가 혼합된 하이브리드 STBC 신호를 복조하는 장치에 있어서,상기 하이브리드 STBC 신호를 수신하는 수신부;상기 수신한 하이브리드 STBC 신호에 포함된 STBC 신호를 검출하는 STBC 신호 검출부;상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 STBC 신호를 소거(cancellation)하여 SM 신호를 검출하는 SM 신호 검출부;상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 상기 검출한 SM 신호를 소거 (cancellation)하여 STBC 신호를 반복하여 검출하는 반복 STBC 신호 검출부; 및상기 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호와 상기 반복 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호가 같으면 그 STBC 신호를 최종 STBC 신호로 결정하는 STBC 신호 결정부;를 포함하는 신호 복조 장치.
- 제5항에 있어서,상기 STBC 신호 결정부는 상기 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호와 상기 반복 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호가 같지 않으면 상기 반복 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호를 상기 STBC 신호 검출부에서 검출한 STBC 신호로 설정하여 상기 SM 신호 검출부로 입력시키는 것을 특징으로 하는, 신호 복조 장치.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,상기 SM 신호 검출부는,V-BLAST OSIC 또는 V-BLAST DFE 방법을 이용하여 상기 수신한 하이브리드 STBC 신호로부터 기준 신호를 검출하며;상기 기준 신호와 성상도 상에서의 유클리디언 거리가 가장 짧은 복수의 신호들을 후보 신호로 결정하고; 그리고상기 후보 신호들 중에서 에러가 가장 최소인 신호를 SM 신호로 선택;하는 것을 특징으로 하는, 신호 복조 장치.
- 제7항에 있어서,상기 복수의 신호들의 개수는 상기 하이브리드 STBC 신호에 QPSK 변조가 사용된 경우 최대 4이며, 16-QAM 변조가 사용된 경우에는 최대 16인 것을 특징으로 하는, 신호 복조 장치.
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