최근 모바일 환경에서 고화질 멀티미디어 서비스 수요가 늘어감에 따라, 다중안테나(MIMO, Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 최신 무선 통신 시스템에 적용되고 있다. 이와 함께, 휴대폰, 테블릿 등 모바일 디바이스용 MIMO 시스템은 물리적 크기의 한계로 인하여 최대 2개의 송수신 안테나($2{\times}2$)를 고려하고 있으며, 따라서 본 논문에서도 $2{\times}2$ MIMO 시스템을 고려하여 모바일 디바이스용 다중안테나 시스템을 위한 저복잡도 특성을 갖는 심볼 검출 알고리즘을 제안한다. 제안된 심볼 검출 기법은 비록 Modified-SQRD 알고리즘을 통해 검출된 1차원 상의 신호를 제안된 심볼 확장 기법을 통해 2차원 신호로 확장한 다음 연판정을 위한 LLR 연산이 가능하도록 제안하였다.
최근 모바일 환경에서 고화질 멀티미디어 서비스 수요가 늘어감에 따라, 다중안테나(MIMO, Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 최신 무선 통신 시스템에 적용되고 있다. 이와 함께, 휴대폰, 테블릿 등 모바일 디바이스용 MIMO 시스템은 물리적 크기의 한계로 인하여 최대 2개의 송수신 안테나($2{\times}2$)를 고려하고 있으며, 따라서 본 논문에서도 $2{\times}2$ MIMO 시스템을 고려하여 모바일 디바이스용 다중안테나 시스템을 위한 저복잡도 특성을 갖는 심볼 검출 알고리즘을 제안한다. 제안된 심볼 검출 기법은 비록 Modified-SQRD 알고리즘을 통해 검출된 1차원 상의 신호를 제안된 심볼 확장 기법을 통해 2차원 신호로 확장한 다음 연판정을 위한 LLR 연산이 가능하도록 제안하였다.
Recently, the demand has continued to increase for higher data rates and improved multimedia services through wireless internet access. In order to increase the data rate and link reliability, 3GPP LTE/A and IEEE 802.16e/m WiMAX systems incorporate MIMO transmission schemes. Since the hardware compl...
Recently, the demand has continued to increase for higher data rates and improved multimedia services through wireless internet access. In order to increase the data rate and link reliability, 3GPP LTE/A and IEEE 802.16e/m WiMAX systems incorporate MIMO transmission schemes. Since the hardware complexity increases with the number of transmit data streams and mobile devices have limited physical dimensions, an multiple input multiple output (MIMO) ystem with two antennas at both the transmitter and the receiver ($2{\times}2$) is considered to be a possible solution for mobile devices. In this paper, a low-complexity soft output MIMO symbol detector based on Modified-SQRD is proposed for mobile devices with two transmit and two receive antennas.
Recently, the demand has continued to increase for higher data rates and improved multimedia services through wireless internet access. In order to increase the data rate and link reliability, 3GPP LTE/A and IEEE 802.16e/m WiMAX systems incorporate MIMO transmission schemes. Since the hardware complexity increases with the number of transmit data streams and mobile devices have limited physical dimensions, an multiple input multiple output (MIMO) ystem with two antennas at both the transmitter and the receiver ($2{\times}2$) is considered to be a possible solution for mobile devices. In this paper, a low-complexity soft output MIMO symbol detector based on Modified-SQRD is proposed for mobile devices with two transmit and two receive antennas.
따라서 본 논문에서는 복잡도가 낮으면서도 심볼검출 성능향상을 위해 제안된 2차원 심볼 확장 기법을 통해 LLR 값 생성이 가능한 Modified-SQRD 기반 2×2 MIMO 심볼 검출 알고리즘에 대한 연구 결과를 제시하고자 한다.
가설 설정
MIMO 시스템에서 심볼 검출기의 출력은 연판정 값인 LLR을 기반으로 하는 기법이 가장 좋은 성능을 보여준다[10]. 모든 전송심볼 벡터의 확률이 동일하다고 가정하고 지수함수의 특징을 이용한 max-log approximation을 적용하면 2×2 MIMO 심볼 검출기의 LLR metric은 아래와 같이 수식 (1), (2)로 정의된다(Tosato and Bisaglia, 2002).
제안 방법
본 논문에서는 모바일 디바이스용 다중안테나 시스템을 위한 저복잡도 특성을 갖는 심볼 검출 알고리즘을 제안하였다. 제안된 심볼 검출 기법은 비록 Modified-SQRD 알고리즘을 통해 검출된 1차원 상의 신호를 제안된 심볼 확장 기법을 통해 2차원 신호로 확장한 다음 LLR 연산이 가능하도록 제안하였다. 그 결과, 하드웨어 복잡도를 최소화하면서도 Modified-SQRD 알고리즘 기반 LLR 연산을 통해 성능 향상을 유도하였다.
대상 데이터
3]에서 확인할 수 있다. 성능평가를 수행하기 위한 채널 환경은 IEEE 802.11n 무선 LAN 채널 모델 D (typical office environment, NLOS)를 적용하였다. 성능평가 결과는 본 논문에서 제안하는 모든 MIMO 모드에 대해 수행하였으며 BER (Bit Error Rate)을 도시하였다.
데이터처리
11n 무선 LAN 채널 모델 D (typical office environment, NLOS)를 적용하였다. 성능평가 결과는 본 논문에서 제안하는 모든 MIMO 모드에 대해 수행하였으며 BER (Bit Error Rate)을 도시하였다. [Fig.
이론/모형
SQRD 심볼 검출 알고리즘의 하드웨어 복잡도 감소를 위해 Modified SQRD 알고리즘이 제안되었으며 성능열화 없이 복잡도를 감소시켰지만 여전히 심볼 간섭 등으로 심각한 성능열화의 단점이 있다. 한편, 제안된 심볼 검출 알고리즘은 Modified-SQRD 기반 2차원 심볼 확장 기법을 통한 LLR 값 생성을 바탕으로 심볼 검출 성능을 개선시킨다.
성능/효과
제안된 심볼 검출 기법은 비록 Modified-SQRD 알고리즘을 통해 검출된 1차원 상의 신호를 제안된 심볼 확장 기법을 통해 2차원 신호로 확장한 다음 LLR 연산이 가능하도록 제안하였다. 그 결과, 하드웨어 복잡도를 최소화하면서도 Modified-SQRD 알고리즘 기반 LLR 연산을 통해 성능 향상을 유도하였다. 이에, 물리적 크기의 제약이 있는 모바일 디바이스를 위한 MIMO 통신시스템의 심볼 검출기법으로 활용될 것으로 기대된다.
따라서 Modified SQRD 기반 심볼 검출기법은 보조벡터 A, B를 이용하여 계산하는 과정에서 발생하는 나눗셈과 제곱근 연산이 모두 제거되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 수정된 성상도 상에서 심볼을 추정함으로써 나눗셈 연산을 제거할 수 있었으며, 이를 통해 기존 SQRD 기반 심볼 검출 기법보다 적은 연산량을 가지면서 동일한 성능을 보여준다.
앞서 제안된 심볼검출 기법 설명에서 언급했듯이, SNR이 높을수록 경판정 된 심볼이 ML search를 통해 구한 것과 같을 가능성이 높아져 최대 8 dB 이상의 성능 개선 효과가 있는 것을 확인 할 수 있다. 이와 같이, 제안된 심볼 검출 알고리즘은 심볼 확장 기법을 바탕으로 수식 (11)을 구현하기 위한 연산 증가만으로도 기존 SQRD 심볼 검출 알고리즘 대비 높은 성능향상을 보였다.
후속연구
그 결과, 하드웨어 복잡도를 최소화하면서도 Modified-SQRD 알고리즘 기반 LLR 연산을 통해 성능 향상을 유도하였다. 이에, 물리적 크기의 제약이 있는 모바일 디바이스를 위한 MIMO 통신시스템의 심볼 검출기법으로 활용될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문에서 제안한 심볼 검출 알고리즘을 통해 어떤 효과를 얻을 수 있는가?
본 논문에서는 모바일 디바이스용 다중안테나 시스템을 위한 저복잡도 특성을 갖는 심볼 검출 알고리즘을 제안하였다. 제안된 심볼 검출 기법은 비록 Modified-SQRD 알고리즘을 통해 검출된 1차원 상의 신호를 제안된 심볼 확장 기법을 통해 2차원 신호로 확장한 다음 LLR 연산이 가능하도록 제안하였다. 그 결과, 하드웨어 복잡도를 최소화하면서도 Modified-SQRD 알고리즘 기반 LLR 연산을 통해 성능 향상을 유도하였다. 이에, 물리적 크기의 제약이 있는 모바일 디바이스를 위한 MIMO 통신시스템의 심볼 검출기법으로 활용될 것으로 기대된다.
SQRD 심볼 검출 알고리즘의 하드웨어 복잡도 감소를 위해 제안된 알고리즘은?
SQRD 심볼 검출 알고리즘의 하드웨어 복잡도 감소를 위해 Modified SQRD 알고리즘이 제안되었으며 성능열화 없이 복잡도를 감소시켰지만 여전히 심볼 간섭 등으로 심각한 성능열화의 단점이 있다. 한편, 제안된 심볼 검출 알고리즘은 Modified-SQRD 기반 2차원 심볼 확장 기법을 통한 LLR 값 생성을 바탕으로 심볼 검출 성능을 개선시킨다.
MIMO 시스템은 어떻게 구분되는가?
MIMO 시스템은 송/수신단에 여러 개의 안테나를 이용하여 동시에 서로 다른 데이터를 전송함으로써 시스템의 대역폭 증가 없이 고속의 데이터를 전송할 수 있는 공간 다중화(SM, Spatial Multiplexing) 기술(Paulraj et al., 2004)과 송신 단에서 별도의 코딩을 거친 후 수신단에서 선형연산을 통해 다이버시티 이득을 얻고자 하는 공간 다이버시티(SD, Spatial Diversity) 기술(Alamouti, 1998)로 구분된다. 특히, 전송 신뢰도를 향상시키는 공간 다이버시티 기술은 수신단에서 선형 연산을 통해 최적 수신 성능을 보이는 ML 심볼 검출이 간단히 이루어지는데 비해, 전송률을 향상시키는 공간 다중화 기술은 수신단에서 다중화된 데이터들을 분리해야 하는 어려움이 있다.
참고문헌 (11)
3GPP(2011), "Evolved universal terrestrial radio access (EUTRA, physical channels and modulation (Release 10)," TS 36.211, V10.2.0.
Alamouti S. M.(1998), "A simple transmitter diversity scheme for wireless communications," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 16, no. 8, pp.1451-1458.
IEEE Std. 802.11ac(2013), "Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications".
Im J. et al.(2012), "A Low-power and Low-complexity Baseband Processor for MIMO-OFDM WLAN Systems," Signal Processing Systems, Springer Journal of, vol. 68, no. 1, pp.19-30.
Jang S. et al.(2015), "Low-complexity and low-power MIMO symbol detector for mobile devices with two TX/RX antennas," Journal of Semiconductor Technology and Science, vol. 15, no. 2, pp.255-266.
Kim J. et al.(2007), "Computationally efficient signal detection method for next generation mobile communications using multiple antennas," SK Telecommun. Review, vol. 17, no. 1C, pp.183-191.
Li Q. et al.(2010), "MIMO techniques in WiMAX and LTE: A feature overview," Communications, IEEE Magazine, vol. 48, no. 5, pp.86-92.
Noh S. et al.(2006), "Low complexity symbol detector for MIMO-OFDM-based wireless LANs," IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, vol. 53, no. 12, pp.1403-1407.
Tosato F. and Bisaglia P.(2002), "Simplified soft-output demapper for binary interleaved COFDM with application to HIPERLAN/2," in Proc. ICC, vol. 2, pp.664-668.
Wubben D. et al.(2003), "MMSE extension of V-BLAST based on sorted QR decomposition," in Proc. IEEE VTC 2003, vol. 1, pp.508-512.
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