KR101427999B1 - Method and System for Double-ABBA Quasi-Orthogonal Space Time Block Code with PIC Group Decoding - Google Patents

Abstract

Provided are a method and a system for decoding a Double-ABBA QOSTBC signal using a PIC group decoding. According to an embodiment of the present invention, the method for decoding the signal receives QOSTBC coding signals for the PIC group decoding. Therefore, the present invention can significantly reduce the complexity during decoding at the high-order MIMO space-time block coding.

Description

ＰＩＣ 그룹 복호화를 이용한 Ｄｏｕｂｌｅ-ＡＢＢＡ 유사 직교 시공간 블럭 부호 신호 복호화 방법 및 시스템{Method and System for Double-ABBA Quasi-Orthogonal Space Time Block Code with PIC Group Decoding}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a double-ABBA quasi-orthogonal space-time block coded signal decoding method and system using PIC group decoding,

본 발명은 신호 복호화 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 QOSTBC(Quasi-Orthogonal Space Time Block Code) 부호화 신호들을 복호화하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal decoding method and system, and more particularly, to a method and system for decoding QOSTBC (Quasi-Orthogonal Space Time Block Code) encoded signals.

다이버시티(diversity) 기술에 기반을 둔 시공간 블록부호화(Space-Time Block Coding:STBC)는 3GPP LTE나 WiMax 등과 같은 미래 무선통신 표준에 널리 채택 되었다.Space-Time Block Coding (STBC) based on diversity technology has been widely adopted in future wireless communication standards such as 3GPP LTE and WiMax.

STBC 기술은 채널에 대한 정보가 없어도 전송 다이버시티를 달성한다. 비록 STBC는 처음 두 개의 송신 안테나와 한 개의 수신안테나를 위해 설계되었으나, 네 개의 송신안테나를 위한 시스템으로 확장되었다. 이후, STBC 시스템을 다중유저(multi-user) 환경에 적용하려는 많은 연구가 진행되었다. 한편, 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해 OSTBC(Orhogonal Space Time Block Code)가 제안되기도 하였다.The STBC technique achieves transmit diversity even without information about the channel. Although the STBC was designed for the first two transmit antennas and one receive antenna, it was extended to a system for four transmit antennas. Thereafter, many studies have been conducted to apply the STBC system to a multi-user environment. Meanwhile, Orthogonal Space Time Block Code (OSTBC) has been proposed to achieve a high data rate.

이 OSTBC는 송신 안테나를 다른 그룹과, 독립된 OSTBC를 갖는 각 그룹의 부호화 정보 심볼로 분할하게 된다.This OSTBC divides the transmission antenna into another group and coded information symbols of each group having an independent OSTBC.

고속 무선 연결성과 네트워킹을 위한 플랫폼(platform)을 위해서는 신뢰할 만한 높은 데이터 전송률이 요구된다. 따라서, 송신 다이버시티는 송신단에서 한 개 이상의 안테나를 필요로 한다.A platform for high-speed wireless connectivity and networking requires a reliable high data rate. Therefore, transmit diversity requires more than one antenna at the transmitting end.

D-ABBA(Double-ABBA) 부호는 사이즈가 2×2인 4 Alamouti 부호를 공간 다중률이 2인 4 방사 안테나에 치환(permutation)하는 부호이다. 만약, D-ABBA 부호에 기존의 ML(Maximum likely-hood) 검파를 이용하게 되면, 많은 역행렬 계산이 필요하고 또 너무 과도한 복잡성 때문에 칩 실현이 불가능하게 된다.
The D-ABBA (Double-ABBA) code is a code for permutation of 4 Alamouti codes of size 2x2 into 4-ary antennas with a spatial multiplexing rate of 2. If the existing maximum likelihood (ML) detection is used for the D-ABBA code, many inverse matrix computations are required and the chip can not be realized due to too much complexity.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 복호화시 복잡도를 현저히 낮추기 위한 방안으로, PIC(Partial Interference Cancelation) 그룹 복호화로 QOSTBC 신호들을 복호화하는 방법 및 시스템을 제안함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and system for decoding QOSTBC signals by PIC (Partial Interference Cancellation) group decoding in order to significantly reduce complexity in decoding. It is in the cage.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 신호 복호화 방법은, QOSTBC(Quasi-Orthogonal Space Time Block Code) 부호화 신호들을 수신하는 단계; 및 상기 수신단계에서 수신된 신호들을 PIC(Partial Interference Cancelation) 그룹 복호화하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a signal decoding method including: receiving quasi-orthogonal space time block code (QOSTBC) coded signals; And a PIC (Partial Interference Cancellation) group decoding of the signals received in the receiving step.

그리고, 상기 수신단계에서 수신되는 부호화 신호들 y는 아래와 같고,The encoded signals y received in the receiving step are as follows,

여기서,

는 아래와 같이 표현되며,here,

Is expressed as follows,

일 수 있다.

Lt; / RTI >

또한, 상기 PIC 그룹 복호화 단계는, 상기

를 아래와 같이 구분하고,In the PIC group decoding step,

As shown below,

{0,5}, {1,4}, {2,7} 및 {3,6}으로 구성하여 PIC 그룹 복호화할 수 있다.{0,5}, {1,4}, {2,7}, and {3,6} to decode the PIC group.

또한, 상기 PIC 그룹 복호화 단계는, 상기 {0,5} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I0을 이용하여 복호화할 수 있다.Also, the PIC group decoding step may decode the { ₀ , 5} group using the following projection matrix P _I0 .

그리고, 상기 PIC 그룹 복호화 단계는, 상기 {1,4} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I1을 이용하여 복호화할 수 있다.The PIC group decoding step may decode the {1,4} group using the following projection matrix P _I1 .

또한, 상기 PIC 그룹 복호화 단계는, 상기 {2,7} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I2를 이용하여 복호화할 수 있다.Also, the PIC group decoding step may decode the {2, 7} group using the following projection matrix P _I2 .

그리고, 상기 PIC 그룹 복호화 단계는, 상기 {3,6} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I3을 이용하여 복호화할 수 있다.The PIC group decoding step may decode the {3, 6} group using the following projection matrix P _I3 .

또한, 상기 QOSTBC 부호화 신호들은, D-ABBA QOSTBC 부호화 신호들일 수 있다.
Also, the QOSTBC encoded signals may be D-ABBA QOSTBC encoded signals.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, PIC 그룹 복호화로 QOSTBC 신호들을 복호화할 수 있게 되어, 고차 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시공간 블록 부호화에서 복호화시에 복잡도를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
As described above, according to the present invention, it is possible to decode QOSTBC signals by PIC group decoding, thereby greatly reducing complexity in decoding in a high-order Multiple Input Multiple Output (MIMO) space time block coding.

도 1은 본 발명이 적용가능한 통신 시스템을 도시한 도면,
도 2는 다른 복호화 모델과 D-ABBA의 BER 비교 결과,
도 3은 ML과 PIC그룹 복호화 비교 결과, 그리고,
도 4는 D-ABBA QOSTBC의 SER 분석 결과이다.1 is a diagram illustrating a communication system to which the present invention is applicable;
FIG. 2 shows a result of a BER comparison between another decoding model and D-ABBA,
3 shows a result of comparison between ML and PIC group decoding,
4 shows the SER analysis result of D-ABBA QOSTBC.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

Alamouti 시공간 부호는 다음과 같이 쓸 수 있다. The Alamouti space-time code can be written as

따라서, D-ABBA 부호는 다음과 같은 형태로 나타낼 수 있다.Therefore, the D-ABBA code can be expressed in the following form.

여기서, S_i, i=1,....,4는 Alamouti STBC이고

는 S_i의 45도 회전을 나타낸다.Here, S _i , i = 1, ..., 4 are Alamouti STBC

_Represents a 45-degree rotation of S _i .

식 (1)로부터 X를 다음과 같이 나타낼 수 있다.From the equation (1), X can be expressed as follows.

도 1은 본 발명이 적용가능한 통신 시스템을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 송신단(100)의 S/P(110), MUX들(120) 및 송신 안테나들(130)과 수신단(200)의 수신 안테나들(210), D-MUX들(220), 그룹 검출부(230), P/S(240) 및 PIC 그룹 복호부(250)을 포함한다.1 is a diagram showing a communication system to which the present invention is applicable. 1, the S / P 110, the MUXs 120 and the transmit antennas 130 of the transmitter 100 and the receive antennas 210 and 210 of the receiver 200, 220, a group detection unit 230, a P / S 240, and a PIC group decoding unit 250.

송신단(100)에서는 부호 신호들이 S/P(110)에서 분할되어 MUX들(120)을 통해 다중화되어 송신 안테나들(130)을 통해 전송된다.In the transmitter 100, the sign signals are divided at the S / P 110, multiplexed through the MUXs 120, and transmitted through the transmit antennas 130.

수신단(200)에서는 수신 안테나들(210)을 통해 수신된 신호들이 D-MUX들(220)에서 역다중화되어, 그룹 검출부(230)를 통해 P/S(240)에서 합쳐져 PIC 그룹 복호부(250)에서 복호화된다.In the receiver 200, the signals received through the receive antennas 210 are demultiplexed in the D-MUXs 220, combined in the P / S 240 through the group detector 230, and transmitted to the PIC group decoder 250 ).

PIC 복호화를 위해서는 동등 채널행렬에 대한 투사행렬(projection matrix)이 필요하다. 수신 벡터는 다음과 같이 표시한다.For PIC decoding, a projection matrix for an equivalent channel matrix is needed. The received vector is denoted as follows.

여기서,

는 동등 채널 행렬이다.here,

Is an equivalent channel matrix.

동등 행렬 채널로부터 벡터를 다음과 같은 일반식 형태로 나타낼 수 있다.The vector from the equivalent matrix channel can be expressed in the following general form.

이제 식 (2)로부터 다음과 같이 쓸 수 있다.From equation (2), we can write

또한

로 정의된 투사행렬은 다음 식으로 나타낼 수 있다. Also

Can be expressed by the following equation.

여기서, C _j 는 동등 채널행렬 H의 열벡터이다. 해당 그룹의 투사행렬은 다음과 같이 쓸 수 있다.Where C _j is the column vector of the equivalent channel matrix H. The projection matrix of the group can be written as

여기서,

는 투사행렬이고,

이다.here,

Is a projection matrix,

to be.

MIMO(Multiple Input Multiple Output) 무선 시스템에서, 예를 들어 4 명의 유저가 하나의 수신 안테나로 동시에 데이터를 전송하는 경우, 송신단은 다중 안테나를, 수신단은 단일 안테나를 갖는 경우로 볼 수 있다. 이때, 채널은 플랫 페이딩(flat fading) 레일레이(Rayleigh) 분포를 갖는 것으로 가정한다. 그러면, 수신 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.In a multiple input multiple output (MIMO) wireless system, for example, when four users simultaneously transmit data to one reception antenna, the transmission terminal can be regarded as having multiple antennas and the receiving end as having a single antenna. At this time, it is assumed that the channel has a flat fading Rayleigh distribution. Then, the received signal can be expressed as follows.

여기서, Y는 수신 신호 벡터이고, H는 채널행렬,

는 잡음 벡터이다.Where Y is the received signal vector, H is the channel matrix,

Is a noise vector.

수신벡터는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The received vector can be expressed as:

식 (3)으로부터 수신신호는 다음과 같이 얻어진다.From equation (3), the received signal is obtained as follows.

y₂와 y₄의 공액(conjugate)을 취하면 다음과 같은 채널행렬을 얻을 수 있다.

Taking the conjugate of y ₂ and y ₄ , we get the following channel matrix.

따라서, 동등행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Thus, the equivalent matrix can be expressed as:

여기서,

이고, 식(3)의 각항에

을 곱하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.here,

, And each of the equations (3)

The following equation can be obtained.

따라서, 다음 식을 얻을 수 있다.Therefore, the following equation can be obtained.

여기서,here,

이다.to be.

H의 의사역(pseudo-inverse) 계산은 매우 복잡하며, 고차 복잡한 행렬에 대해서는 더욱 복잡하다. 따라서, 복호화 복잡도가 매우 증가하기 때문에, D-ABBA STC에 대해 다음과 같은 복호화 방법을 적용한다.The pseudo-inverse computation of H is very complex, and more complicated for higher order complex matrices. Therefore, since the decoding complexity increases greatly, the following decoding method is applied to the D-ABBA STC.

식 (13)으로부터 동등 채널행렬의 첫 번째 그룹 열을 다음과 같이 얻을 수 있다.From Equation (13), the first group column of the equivalent channel matrix can be obtained as follows.

그룹은

그리고

과 같은 방법으로 구성한다. 따라서 투사행렬은 다음과 같이 얻을 수 있다.The group

And

. Therefore, the projection matrix can be obtained as follows.

두 번째 그룹의 투사행렬은 다음과 같다.The projection matrix of the second group is as follows.

다른 그룹

과

에 대한 투사 행렬은 각각 다음과 같다.Other groups

and

The projection matrices for

따라서, 최적 검파는 다음과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the optimal detection can be expressed as follows.

여기서,

는 SNR을 나타내며, 식(21)과 유사한 방법으로 다른 최적의 심볼들도 구할 수 있다.here,

Represents the SNR, and other optimal symbols can be obtained in a manner similar to equation (21).

이하에서는, D-ABBA의 PIC그룹 복호화 성능을 보여주는 시뮬레이션 결과에 대해 상세히 설명한다. 시뮬레이션을 위한 채널은 Rayleigh 페이딩 환경을 가정했다. 또한, 심볼에 대해 QAM과 QPSK변조 방법으로 변조와 복조를 수행하였다.Hereinafter, the simulation results showing the PIC group decoding performance of the D-ABBA will be described in detail. The channel for the simulation assumed a Rayleigh fading environment. We also modulate and demodulate the symbol with QAM and QPSK modulation method.

도 2에서 다른 복호화 모델과 D-ABBA와의 BER 성능을 비교하였다. 또한, 도 3에서는 ML과 PIC그룹 복호화를 비교하였다. ML은 PIC 그룹 복호화에 비해 보다 나은 BER성능을 보여주고 있으나, PIC는 고차 안테나 다이버시티에서 발생하는 복화화 복잡도를 더욱 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 성능과 복잡도 사이에 trade-off가 존재한다. 도 4는 D-ABBA QOSTBC의 SER(Symbol Error Rate)분석을 보여주고 있다.FIG. 2 compares the BER performance between the other decoding model and the D-ABBA. In Fig. 3, ML and PIC group decoding are compared. ML shows better BER performance than PIC group decoding, but PIC has the advantage of further reducing the complexization complexity that occurs in higher order antenna diversity. Thus, there is a trade-off between performance and complexity. 4 shows the SER (Symbol Error Rate) analysis of D-ABBA QOSTBC.

본 발명의 실시예에서는 D-ABBA QOSTBC 부호를 복호화 하는데 PIC 그룹 복호화를 이용하였다. QOSTBC는 PIC그룹 복호화를 이용하여 복호화 하였기 때문에 full diversity를 달성하였다. 또한, 원하는 부호율을 달성하고 복잡도를 줄이며 전송시간을 줄일 수 있는 불록단위의 전송이 가능하고, PIC 그룹 복호화가 고차 안테나의 복호화시에 복잡도를 줄일 수 있는 능력이 성능에 비해 우수함을 검증하였다.In the embodiment of the present invention, PIC group decoding is used to decode the D-ABBA QOSTBC code. QOSTBC achieved full diversity because it decoded using PIC group decoding. Also, it is proved that the performance of PIC group decoding can reduce the complexity in decoding of the higher order antenna is superior to the performance, because it is possible to transmit the block unit which achieves the desired code rate, reduce the complexity and reduce the transmission time.

본 발명의 실시예에서는 그룹(group)을 2개의 심볼(symbol)로 나누는 시스템을 제시하였는데, 이 두 개의 더해진 심볼들은 다중화에 의해 분리된 후 역다중화 기술을 이용해 다시 합해진다.In the embodiment of the present invention, a system for dividing a group into two symbols has been proposed. These two added symbols are separated by multiplexing and then re-summed using a demultiplexing technique.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

100 : 송신단 110 : S/P
120 : MUX들 130 : 송신 안테나들
200 : 수신단 210 : 수신 안테나들
220 : D-MUX 230 : 그룹 검출부
240 : P/S 250 : PIC 그룹 복호부100: Transmitter 110: S / P
120: MUXs 130: transmit antennas
200: Receiving terminal 210: Receiving antennas
220: D-MUX 230: group detector
240: P / S 250: PIC group decoding section

Claims (8)

QOSTBC(Quasi-Orthogonal Space Time Block Code) 부호화 신호들을 수신하는 단계; 및
상기 수신단계에서 수신된 신호들을 PIC(Partial Interference Cancelation) 그룹 복호화하는 단계;를 포함하고,
상기 수신단계에서 수신되는 부호화 신호들 y는 아래와 같고,

여기서,

는 아래와 같이 표현되며,

인 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.
Receiving Quasi-Orthogonal Space Time Block Code (QOSTBC) encoded signals; And
And a PIC (Partial Interference Cancellation) group decoding of the signals received in the receiving step,
The encoded signals y received in the receiving step are as follows,

here,

Is expressed as follows,

And the signal decoding method.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 PIC 그룹 복호화 단계는,
상기

를 아래와 같이 구분하고,

{0,5}, {1,4}, {2,7} 및 {3,6}으로 구성하여 PIC 그룹 복호화하는 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.
The method according to claim 1,
The PIC group decoding step may include:
remind

As shown below,

{0, 5}, {1, 4}, {2, 7} and {3, 6} to perform PIC group decoding.
제 3항에 있어서,
상기 PIC 그룹 복호화 단계는,
상기 {0,5} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I0을 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.

The method of claim 3,
The PIC group decoding step may include:
And decodes the { ₀ , 5} group using the following projection matrix P _I0 .

제 3항에 있어서,
상기 PIC 그룹 복호화 단계는,
상기 {1,4} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I1을 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.

The method of claim 3,
The PIC group decoding step may include:
And decodes the {l, 4} group using the following projection matrix P _I1 .

제 3항에 있어서,
상기 PIC 그룹 복호화 단계는,
상기 {2,7} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I2를 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.

The method of claim 3,
The PIC group decoding step may include:
And decodes the {2,7} group using the projection matrix P _I2 below.

제 3항에 있어서,
상기 PIC 그룹 복호화 단계는,
상기 {3,6} 그룹에 대해 아래의 투사행렬 P_I3을 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.

The method of claim 3,
The PIC group decoding step may include:
And decodes the {3, 6} group using the projection matrix P _I3 below.

제 1항에 있어서,
상기 QOSTBC 부호화 신호들은,
D-ABBA QOSTBC 부호화 신호들인 것을 특징으로 하는 신호 복호화 방법.
The method according to claim 1,
The QOSTBC coded signals,
D-ABBA QOSTBC coded signals.

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