KR100550719B1

KR100550719B1 - Signal processing device and method in multiple input / output mobile communication system

Info

Publication number: KR100550719B1
Application number: KR1020020015360A
Authority: KR
Inventors: 심동희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: KR20030075885A

Abstract

본 발명에 따른 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및 방법은, 다수의 송신 안테나 및 다수의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 현실적인 송/수신 안테나 특성, 즉 안테나 간의 독립성과 상관성을 이용하는 것으로 송신단에서는 각각의 심볼에 빔을 형성하여 전송하거나 각각의 심볼을 독립적으로 다수의 안테나를 통해 전송할 수 있으며, 수신단에서는 전송된 신호를 검출하기에 앞서 추정한 채널 행렬 전체를 이용하여 고유치 분해하고, 상기 고유치 분해된 행렬을 근간으로 제로 포싱이나 최소평균오차측정방법 또는 블라스트 수신 방법을 이용하여 상기 송신단에서 전송된 신호을 검출하는 것을 특징으로 한다.A signal processing apparatus and method in a multiple input / output mobile communication system according to the present invention are characterized by realistic transmit / receive antenna characteristics, that is, independence and correlation between antennas, in a multiple input / output mobile communication system using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas. The transmitter can form and transmit a beam to each symbol, or transmit each symbol independently through multiple antennas, and the receiver can decompose the eigenvalue using the entire estimated channel matrix before detecting the transmitted signal. The signal transmitted from the transmitter is detected by using zero forcing, a minimum mean error measurement method, or a blast receiving method based on the eigen-decomposed matrix.

본 발명에 있어서는 안테나 간의 상관으로 인한 성능 저하를 수신단에서의 적절한 신호 처리로 극복하여 통신 품질을 향상시킬 수 있다. In the present invention, communication quality can be improved by overcoming the performance degradation due to the correlation between antennas by proper signal processing at the receiving end.

즉, 본 발명의 내용은 종래의 안테나 간의 독립성을 이용하는 시스템이 안테나 간의 상관으로 인해 잃게 되는 이득을 수신단에서 적절한 신호 처리를 통해 회복함으로써 종래 시스템에 비해 보다 나은 성능을 기대할 수 있는 장점이 있다. That is, the present invention has an advantage that the system using the independence between the conventional antennas can expect better performance than the conventional system by recovering the gain lost due to the correlation between the antennas through proper signal processing at the receiving end.

Description

Signal Processing Apparatus and Method of Multi Input, Multi Output Mobile Communication System}

도 1은 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) system, which is one of the prior arts of a multiple input / output mobile communication system.

도 2는 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도.2 is a flowchart illustrating a signal processing method at a V-BLAST system receiving end.

도 3는 본 발명 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도.3 is a block diagram of a multiple input / output mobile communication system employing a signal processing device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도.4 is a block diagram of a multiple input / output mobile communication system employing a signal processing device according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도5 is a flowchart illustrating a signal processing method at a receiving end according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 벡터 인코더(Vector Encoder) 12 : 송신 안테나10: Vector Encoder 12: Transmission Antenna

14 : 다중 입출력 이동 통신 채널 16 : 수신 안테나14 multiple input and output mobile communication channel 16 receiving antenna

18 : V-BLAST 수신단의 신호처리기 20 : 디멀티플렉서(DEMUX)18: signal processor of V-BLAST receiver 20: demultiplexer (DEMUX)

22 : 송신단의 빔형성기 24: 고유치 분해기22: beamformer at the transmitting end 24: eigenvalue resolver

26 : 송신신호벡터 추정기 28 : 수신단의 빔형성기26: transmission signal vector estimator 28: beamformer of receiver

30 : 멀티플렉서(MUX)30: Multiplexer (MUX)

본 발명은 다수의 안테나를 송신단과 수신단에서 공히 사용하는 다중입력, 다중출력(Multi Input and Multi Output : 다중 입출력 이동 통신)시스템이라는 이동 통신 시스템에서의 송/ 수신단의 폐루프 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a closed loop signal processing apparatus and method of a transmitting / receiving end in a mobile communication system called a multi-input, multi-output (multi-input and multi-output mobile) system using a plurality of antennas in a transmitting end and a receiving end. It is about.

본 기술 분야에서는 다중 입출력 이동 통신 시스템이 단일 안테나 시스템, 즉 단일 안테나 대 단일 안테나 또는 다수의 안테나 대 단일 안테나 시스템에 비해 크게 개선된 능력을 달성할 수 있다고 잘 알려져 있다. 그러나, 이러한 개선을 달성하기 위해서는 풍부한 산란 환경이 존재하여 다수의 수신 안테나에 도달하는 여러 신호들이 별반 상관되지 않는 것이 바람직하다. 신호들이 어느 정도 상관을 가짐에도 그러한 상관이 무시된다면, 성능은 저하되고 능력은 감소된다.It is well known in the art that multiple input / output mobile communication systems can achieve significantly improved capabilities over single antenna systems, ie single antenna to single antenna or multiple antenna to single antenna systems. However, in order to achieve this improvement, it is desirable that there is a rich scattering environment such that several signals arriving at multiple receive antennas are not significantly correlated. If the signals have some correlation but that correlation is ignored, performance is degraded and capacity is reduced.

도 1은 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) system, which is one of the prior arts of a multiple input / output mobile communication system.

도 1을 참조하여 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성을 살펴보면 다음과 같다.Referring to FIG. 1, the configuration of a Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) system, which is one of the prior arts of a multiple input / output mobile communication system, is as follows.

우선 V-BLAST 도 다수의 송/수신 안테나를 포함하는 기술인 다중 입출력 이 동 통신 시스템의 일종이므로 송신단에서 M개의 안테나 수신단에서 N개의 안테나를 사용하며 송신단에서는 송신될 데이터들에 대해 순차적으로 발생하는 데이터들을 각 송신 안테나에서 각각 따로 전송하기 위하여 송신 데이터들에 대해 Vector Encoder(10)를 거치며 (즉 Vector Encoder는 순차적으로 발생되는 데이터들을 각 안테나에서 병렬적으로 전송하기 위해 Serial-to-Parallel 회로를 거치는 것이다) 각 안테나에서 다른 신호들이 전송되도록 한다. First of all, since V-BLAST is a kind of multiple input / output mobile communication system, which is a technology that includes many transmit / receive antennas, the transmitter uses N antennas at the M antenna receiver and the data generated sequentially for the data to be transmitted at the transmitter. Are transmitted through the Vector Encoder (10) for the transmission data to transmit the data separately from each transmitting antenna (that is, the Vector Encoder is passed through a serial-to-parallel circuit to transmit sequentially generated data in parallel in each antenna) Allow different signals to be sent on each antenna.

이것은 다수의 송신 안테나(12)를 사용하는 경우에 별도의 신호 처리나 Space-Time Code를 사용하지 않고 단순히 입력되는 데이터에 대해 다른 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되도록 하는 것으로 다시 말하면 송신단에서는 송신 품질 향상을 위해서 별도의 신호처리를 거치지 않는 것이 된다. This means that when a plurality of transmit antennas 12 are used, different signals are transmitted from different antennas for simply input data without separate signal processing or space-time code. It does not go through a separate signal processing for.

즉 송신단에서는 다수의 안테나를 사용하여 각각 다른 안테나에서 다른 신호를 송신하도록 하고 수신단에서 별도의 알고리즘을 사용해 송신단에서 전송된 신호를 수신단에서 여러 안테나로 수신하여 송신단의 각각 다른 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절히 검출하는 것이다. That is, the transmitter uses multiple antennas to transmit different signals from different antennas, and the receiver uses different algorithms to receive signals transmitted from the transmitter as multiple antennas at the receiver to receive signals differently transmitted from different antennas of the transmitter. It is appropriately detected.

도 1에 도시된 수신단의 V-BLAST 수신단의 신호처리기(18)는 바로 M개의 안테나에서 각각 다르게 송신된 신호를 수신단에서 검출하기 위한 신호 처리부를 도시한 것이다. The signal processor 18 of the V-BLAST receiver of the receiver illustrated in FIG. 1 is a signal processor for detecting signals transmitted from M antennas differently from each other.

도 1에서는 송신단에서 4개의 안테나를 사용하는 경우를 예시하였지만 송신단 안테나의 수는 2개 이상으로 임의로 설정 가능하다. 한편, 상기 V-BLAST 시스템의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. In FIG. 1, a case in which four antennas are used in a transmitting end is illustrated, but the number of transmitting antennas may be arbitrarily set to two or more. On the other hand, the operation of the V-BLAST system will be described in more detail as follows.

V-BLAST 시스템의 송신단에서는 송신 각 안테나에서 별도의 신호 처리나 Space-Time Code를 사용하지 않고 단순히 입력되는 데이터에 대해 다른 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되도록 한다. 송신단에서는 이렇게 단순히 신호를 각각 다른 안테나에서 다른 신호가 전송되도록 처리만 하고 수신단에서는 각각 송신 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절한 신호처리를 통해 검출해야 하는데 이것이 V-BLAST 시스템의 핵심 기술 및 알고리즘이라 할 수 있다. In the transmitting end of the V-BLAST system, different signals are transmitted from different antennas for data that is simply input without using separate signal processing or space-time code at each transmitting antenna. The transmitter simply processes the signals so that different signals are transmitted from different antennas, and the receiver needs to detect signals transmitted differently from the transmit antennas through proper signal processing. This is the core technology and algorithm of the V-BLAST system. have.

도 2는 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a signal processing method at a V-BLAST system receiving end.

도 2를 참조하여 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.The signal processing method at the V-BLAST system receiving end will be described with reference to FIG.

우선 M개의 송신 안테나(12), N개의 수신 안테나(16)를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정한다. 이 때 M개의 송신 안테나(12)를 통해 각각 다르게 송신된 신호 벡터를 a라고 하고 송신 신호 벡터가 수신단에 수신되기 전 거치게 되는 이동 통신 채널 행렬을 H라고 할 때 N개의 수신 안테나를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템의 수신단에서 수신되는 신호 벡터 r은 다음과 같이 정의할 수 있다. First, a multi-input / output mobile communication system having M transmit antennas 12 and N receive antennas 16 is assumed. In this case, a signal vector transmitted differently through the M transmit antennas 12 is referred to as a , and a mobile communication channel matrix through which the transmitted signal vector passes before being received at the receiver is referred to as H. The signal vector r received at the receiving end of the communication system may be defined as follows.

이 때 채널 행렬인 H는 송신단이 M개의 안테나를 사용하고 수신단이 N개의 안테나를 사용하고 송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 경로를 거쳐 각 각 다른 수신 안테나에 수신되므로 행렬이 된다. 또한, 이러한 상기 채널 행렬은 수신단에서 추정하여 얻게 된다. In this case, H , which is a channel matrix, is a matrix because a transmitting end uses M antennas, a receiving end uses N antennas, and signals transmitted from each of the transmitting antennas are received through different paths, respectively. In addition, the channel matrix is obtained by estimation at the receiving end.

결국 M개의 안테나를 통해 각각 다르게 전송된 신호들 (a₁, a₂,…, a_m 즉, M×1벡터)은 각각 다른 채널 h_i,j를 거치게 되고 수신단에서는 N개의 안테나를 사용해 신호가 수신된다. 아울러 수학식 1에서 v는 가우시안 잡음을 나타낸 것으로 수신단 각 안테나에 유기되므로 N×1벡터가 된다. As a result, signals differently transmitted through M antennas (a ₁ , a ₂ ,…, a _m, that is, M × 1 vectors) pass through different channels h _{i, j,} respectively. Is received. In addition, in Equation 1, v denotes Gaussian noise, which is induced in each antenna of the receiving end, and thus becomes N × 1 vector.

이렇게 N개의 안테나에서 수신된 신호는 다음과 같은 신호 검색 알고리즘을 가진 수신단 신호 처리부를 거치게 된다. The signals received from the N antennas go through the receiver signal processor having the following signal search algorithm.

우선 송신된 신호 a₁, a₂,…, a_m를 가진 a벡터를 수신단에서 검출한 신호 벡터를

라고 하고

내의 검출된 신호들을

라고 나타낸다. 이렇게 송신단의 각각 다른 안테나에서 송신된 신호를 수신단에서 검출하기 위해서는, 수신단의 N개의 안테나에 수신되는 신호벡터에 웨이트 벡터를 곱하게 되는데 이 웨이트 벡터를 w라고 정의한다. Firstly transmitted signals a ₁ , a ₂ ,... , the signal vector detected by the receiver at a vector with a _m

Called

Detected signals in

It is indicated. In order to detect a signal transmitted from each other antenna of the transmitter in this way, the signal vectors received at the N antennas of the receiver are multiplied by a weight vector, which is defined as w .

이 웨이트 벡터는 송신단의 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되므로, 이 각각 다른 신호를 검출하기 위하여는 M개의 웨이트 벡터가 필요하게 된다. 이 때 수신단에서 수신되는 신호벡터에 곱하게 되는 웨이트 벡터는 다음과 같은 성질을 만족하도록 한다.Since different weights are transmitted from the antennas of the transmitting end, M weight vectors are required to detect the different signals. At this time, the weight vector to be multiplied by the signal vector received at the receiving end to satisfy the following properties.

수학식 2에서 H _j는 H의 j번째 열 벡터를 나타낸다. 즉 수학식 2에서는 i번째송신 데이터를 검출하기 위해 수신단에서 수신되는 신호벡터에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터 w _i는 H의 i번째 열 벡터와의 곱에 대해서만 1이라는 값을 가지고 H 의 나머지 열벡터와의 곱에 대해서는 0을 만족하게 한다.In Equation 2, H _j represents the j-th column vector of H. I.e., Equation (2) the weight to give multiplying the signal vector received at the receiving end to detect the i-th transmit data vector w _i is the remainder of having a value of 1 only for the product of the i-th column of H vector H column vector with For the product of, 0 is satisfied.

즉 i번째 송신 안테나에서 송신된 송신 데이터를 수신하기 위한 웨이트 벡터 w _i는 다른 송신 안테나에서 송신된 신호의 영향은 제거하도록 한다. 순차적으로 송신 신호를 검출하기 때문에 현재 검출하기 위해 사용할 웨이트 벡터를 구하기 전에 먼저 검출된 신호의 영향은 배제하였으므로 j≥i라는 표현을 썼다.That is, the weight vector w _i for receiving the transmission data transmitted from the i th transmission antenna allows to remove the influence of the signal transmitted from another transmission antenna. Since the transmission signal is sequentially detected, the effect of the detected signal is excluded before obtaining the weight vector to be used for the current detection.

수학식 2의 성질을 만족하는 웨이트 벡터는 다음과 같이 구할 수 있다.The weight vector satisfying the property of Equation 2 can be obtained as follows.

우선 수학식 1에서 나타낸 수신단에서의 수신되는 신호 벡터를 First, the received signal vector at the receiver shown in Equation 1

으로 다시 표현할 수 있다.Can be represented again.

송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 채널을 거쳐 수신단에 수신되는데 이것을 선형적인 합의 꼴로 표현한 것이 수학식 3이라고 할 수 있다. Signals transmitted from each of the transmitting antennas are received by the receiver through different channels, which can be expressed by Equation 3 in a linear sum form.

여기서 1번째 송신 신호를 검출할 때는 2번째부터 M번째 까지의 신호의 영향 을 제거하여 수신할 수 있는 웨이트 벡터를 수신되는 신호벡터에 곱하여 수신하는 것이 가장 바람직하고, 마찬가지로 다른 송신 신호에 대해서도 이런 원리를 적용할 수 있다. 이런 요구 조건을 만족시키기 위해 종래 기술에서는 다음과 같이 웨이트 벡터를 갱신하도록 하였다.Here, when detecting the first transmission signal, it is most preferable to multiply the received signal vector by the weight vector, which can be received by removing the influence of the second to Mth signals. Can be applied. In order to satisfy this requirement, the prior art is to update the weight vector as follows.

우선 웨이트 벡터 갱신이 시작되면 처음 주어진 H행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse를 구하고, 이 행렬을 H ⁺혹은 G ₁로 표시한다. 즉 다음과 같이 쓸 수 있다. First, when the weight vector update is started, the Moore-Penrose pseudoinverse of the first H matrix is obtained, and this matrix is denoted as H ⁺ or G ₁ . In other words, you can write

다음 G ₁행렬의 각 행벡터 중 행벡터의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아낸다. 행벡터의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아내면 이것을 K라고 하면 K번째 송신 신호를 검출하기 위한 웨이트 벡터 w _k는 G ₁행렬의 K번째 행으로 선택한다. Find out which row vector appears as the smallest value among the vector norm of the row vector among the row vectors of the G ₁ matrix. If we find out which row vector is represented by the smallest value among the vector norm of the row vector, and if this is K, the weight vector w _k for detecting the K th transmission signal is selected as the K th row of the G ₁ matrix.

이 후 수신벡터 r과 웨이트 벡터 w _k를 곱해서 K번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하고, 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 마지막으로 K번째 송신 안테나에서 송신된 신호, a_k를 검출한다. 이 렇게 K번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하면 수학식 3에서 K번째 신호의 영향을 가감한다. 즉 다음과 같은 연산을 실시한다.After that, the received vector r is multiplied by the weight vector w _k to detect the signal transmitted from the K-th antenna, and the receiving end knows the modulation method (for example, QPSK, QAM, etc.) used by the transmitting end. constellation) and finally detects the signal a _k transmitted from the K-th transmit antenna. In this way, when the signal transmitted from the K-th antenna is detected, the influence of the K-th signal is added or decreased in Equation 3. That is, the following operation is performed.

이 때 r ₂는 2번째 갱신에서 사용될 수신 벡터를 나타낸다.In this case, r ₂ represents a reception vector to be used in the second update.

이후 G ₂, 즉 2번째 웨이트 벡터를 구하는 데 사용될 행렬은 H ⁺행렬 중 K번째 열을 모두 0로 만든 행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse 행렬이 된다. 즉 다음과 같이 쓸 수 있다.The matrix to be used to find G ₂ , the second weight vector, is a Moore-Penrose pseudoinverse matrix of matrices in which all Kth columns of the H ⁺ matrix are zero. In other words, you can write

이 때

는 H ⁺행렬 중 K번째 열을 모두 0로 만든 행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse 행렬을 의미한다.At this time

Denotes the Moore-Penrose pseudoinverse matrix of the matrix where all Kth columns of the H ⁺ matrix are zero.

이 후 G ₂행렬에 대해서 G ₂행렬의 행벡터들의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아내면 이것을 V라고 하면 V번째 송신 신호를 검출하기 위한 웨이트 벡터 w _v는 행렬의 v번째 행로 선택한다.The vectors of the G of the _second matrix row vector for the G ₂ matrix after (vector norm) when said V it finds out a row vector is whether any occurrence of the smallest value among the weight for detecting the V th transmit signal vector w _v is a matrix, Select with the v th row of.

이 후 수신벡터 r ₂과 웨이트 벡터 w _v를 곱해서 v번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하고 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변 조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 마지막으로 v번째 송신 안테나에서 송신된 신호, a_v를 검출한다. 이렇게 v번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하면 수학식 5에서 v번째 신호를 가감한다. 즉 다음과 같은 연산을 실시한다.After that, the reception vector r ₂ is multiplied by the weight vector w _v to detect the signal transmitted from the v-th antenna, and the receiving end knows the modulation method (for example, digital modulation method such as QPSK, QAM, etc.) used by the transmitter. It is determined whether it belongs to (constellation), and finally, the signal transmitted from the v th transmission antenna, a _v is detected. When the signal transmitted from the v th antenna is detected as described above, the v th signal is added or subtracted from Equation 5. That is, the following operation is performed.

이 때, r ₃는 3번째 갱신에서 사용될 수신 벡터를 나타낸다.이런 과정은 M개의 안테나에서 각각 송신된 신호를 모두 구할 때 까지 계속되어, 결국 송신단에서 전송된 신호를 수신단에서 여러 안테나로 수신하여 송신단의 각각 다른 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절히 검출하게 된다.In this case, r ₃ denotes a reception vector to be used in the third update. This process continues until all signals transmitted from each of M antennas are obtained. Different signals from different antennas can be properly detected.

그러나, 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템은 다음과 같은 한계가 존재한다. 종래 기술은 송신단에서 발생한 data를 각 송신 안테나에 나눠주도록 serial-to-parallel 단을 두어 각 송신 안테나에서 서로 독립적인 신호가 송신되도록 한다. 그리고 수신단에서 신호 처리를 사용하여 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 방법을 사용하고 있다. However, the Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) system, which is one of the prior arts of the multiple input / output mobile communication system, has the following limitations. In the prior art, a serial-to-parallel stage is provided to divide data generated at a transmitting end to each transmitting antenna so that signals independent of each other are transmitted at each transmitting antenna. In addition, a method of detecting a signal transmitted from each transmitting antenna is used by the signal processing at the receiving end.

즉, 각 송신 안테나에서 신호를 독립적으로 송신함으로써 각 안테나 간의 독립성의 성질만을 이용하고 있는 한계가 있다. 그러나 실제 상황에서는 송신 안테나 어레이의 각 송신 안테나 간에 어느 정도의 상관 (correlation)이 존재하게 되고 아울러 수신 안테나 어레이(array)의 수신 안테나 간에도 어느 정도의 상관이 존재하여 송/수신 각 안테나의 독립성 뿐 아니라 상관성도 어느 정도 존재하게 된다.That is, there is a limitation that only the independence property between each antenna is used by transmitting signals independently from each transmitting antenna. However, in a practical situation, there is some correlation between each transmitting antenna of the transmitting antenna array and some correlation between receiving antennas of the receiving antenna array, so that not only the independence of each transmitting / receiving antenna There is some degree of correlation.

이 경우 안테나 간의 독립성만을 이용하는 시스템에는 안테나간의 상관성이 클수록 그 이득이 떨어지게 되는 단점이 있게 된다.In this case, the system using only the independence between the antennas has a disadvantage that the greater the correlation between the antennas, the lower the gain.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 다수의 송신 안테나 및 다수의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서 현실적인 송/수신 안테나의 특성을 고려하여, 종래 다중 입출력 이동 통신 시스템은 안테나 간의 독립성만을 가정하였으나 본 발명은 안테나 간의 상관성을 고려하여 그 성능을 향상시키는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and in consideration of the characteristics of a realistic transmit / receive antenna in a multiple input / output mobile communication system using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a conventional multiple input / output mobile communication system is Although only the independence between antennas is assumed, an object of the present invention is to provide a signal processing apparatus and method in a multiple input / output mobile communication system that improves performance in consideration of correlation between antennas.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치는, 다수의 송신 안테나와; 상기 다수의 송신 안테나를 통해 동시에 전송되는 각 심볼에 각 웨이트 벡터를 곱하여 빔을 형성시키는 송신부 빔 형성기가 포함되는 송신단과; 상기 전송된 심볼들을 수신하는 다수의 수신 안테나와, 채널 행렬(H)을 추정하고, 상기 추정된 채널 행렬(H)을 이용하여 고유치 분해를 수행하는 고유치 분해기와, 상기 고유치 분해된 행렬을 이용하여 상기 송에서 각 심볼에 빔형성하여 생성된 신호 벡터를 추정하는 수단과, 상기 추정된 신호 벡터에 상기 송신단에서 각 심볼에 곱한 웨이트 벡터들의 켤레값들을 곱해 송신단에서 전송된 상기 각 심볼을 검출하는 수단이 포함되는 수신단이; 포함되는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a signal processing apparatus in a multiple input / output mobile communication system according to the present invention comprises: a plurality of transmit antennas; A transmitter comprising a transmitter beamformer for forming a beam by multiplying each weight vector by each symbol simultaneously transmitted through the plurality of transmit antennas; Estimating a plurality of receive antennas, a channel matrix (H) for receiving the transmitted symbols, using the eigenvalue decomposer for performing eigenvalue decomposition by using the estimated channel matrix (H), the eigenvalues decomposed matrix Means for estimating a signal vector generated by beamforming each symbol in the transmission, and means for detecting each symbol transmitted by a transmitter by multiplying the estimated signal vector by the conjugates of weight vectors multiplied by each symbol at the transmitter; The receiving end includes; It is characterized by being included.

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또한, 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 고유치 분해하는 것은 상기 추정한 채널 행렬의 허미션값과 상기 채널 행렬을 곱하여 얻은 행렬을 고유치 분해하는 것임을 그 특징으로 한다.In addition, the eigenvalue decomposition using the estimated channel matrix is characterized in that the eigenvalue decomposition of the matrix obtained by multiplying the channel matrix by the hermit value of the estimated channel matrix.

또한, 상기 신호 벡터를 추정하는 수단은, 제로 포싱 또는 최소평균오차측정방법으로 추정하는 것을 그 특징으로 한다.In addition, the means for estimating the signal vector, characterized in that the estimation by the zero forcing or the minimum mean error measurement method.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치는, 다수의 송신 안테나와, 상기 다수의 송신 안테나를 통해 동시에 독립적으로 전송하는 각 심볼에 각 웨이트 벡터를 곱하여 전송하는 송신단과; 상기 송신단으로 전송되는 심볼들을 수신하는 다수의 수신 안테나와, 채널 행렬(H)을 추정하고, 상기 추정된 채널 행렬(H)을 이용하여 고유치 분해를 수행하는 고유치 분해기와, 상기 고유치 분해된 행렬을 이용하여, 상기 송신단에서 각 심볼에 빔형성하여 생성된 신호 벡터를 추정하는 수단과, 상기 추정된 신호 벡터에 상기 송신단에서 각 심볼에 곱한 웨이트 벡터들의 켤레값들을 곱해 송신단에서 전송된 상기 각 심볼을 검출하는 수단이 포함되는 수신단이; 포함되는 것을 그 특징으로 한다.In addition, the signal processing apparatus in a multiple input and output mobile communication system according to another embodiment of the present invention, by multiplying each weight vector by a plurality of transmit antennas and each symbol simultaneously transmitted independently through the plurality of transmit antennas A transmitting end for transmitting; And eigenvalue decomposer for estimating a plurality of receive antennas, a channel matrix (H) for receiving a symbol transmitted by the transmitter, performs eigenvalue decomposition with the estimated channel matrix (H), the eigenvalues decomposed matrix Means for estimating a signal vector generated by beamforming each symbol at the transmitting end, multiplying the estimated signal vector by the conjugate values of weight vectors multiplied by each symbol at the transmitting end, and multiplying each symbol transmitted at the transmitting end. A receiving end including means for detecting; It is characterized by being included.

또한, 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 고유치 분해하는 것은 상기 추정한 채널 행렬의 허미션값과 상기 채널 행렬을 곱하여 얻은 행렬을 고유치 분해하는 것임을 특징을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시 예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법은, 다수의 송신 안테나를 통해 동시에 전송하는 각 심볼을 전송하는 단계와; 다수의 수신 안테나를 통해 전송된 심볼들을 수신하는 단계와; 상기 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 행렬(H)을 추정하는 단계와; 상기 추정된 채널 행렬(H)을 이용하여 고유치 분해하는 단계와; 상기 고유치 분해된 행렬을 이용하여 상기 송신단에서 전송된 신호를 검출하는 단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 고유치 분해하는 것은 상기 추정한 채널 행렬의 허미션값과 상기 채널 행렬을 곱하여 얻은 행렬을 고유치 분해하는 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시 예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법은, 다중 입출력(MIMO) 시스템을 위한 데이터 전송에 있어서, 심볼 전송을 위한 웨이트 벡터들을 안테나 어레이 응답 벡터를 이용하여 결정하는 단계와; 다수의 송신 안테나를 이용하여 동시에 다수의 심볼을 전송하는 경우에, 각 심볼에 상기 웨이트 벡터를 각각 곱하여 전송하는 단계를 포함하고 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 안테나 어레이 응답 벡터는 다음과 같은 것을 특징으로 한다.
<<

>>
여기서,

는 상기 array response vector 각 성분의 크기정보, d는 안테나 소자 간의 거리, λ는 기저 대역 신호 전송을 위해 사용하는 캐리어(carrier)의 파장, θ는 안테나 어레이로 입사하는 신호의 방향, M은 안테나 어레이를 구성하는 안테나 소자의 개수 이다.In addition, the eigenvalue decomposition using the estimated channel matrix is characterized in that the eigenvalue decomposition of a matrix obtained by multiplying the channel matrix by the hermit value of the estimated channel matrix.
Also, a signal processing method in a multiple input / output mobile communication system according to another embodiment of the present invention includes transmitting each symbol transmitted simultaneously through a plurality of transmit antennas; Receiving symbols transmitted via a plurality of receive antennas; Estimating a channel matrix H between the transmit and receive antennas; Eigenvalue decomposition using the estimated channel matrix ( H ); And detecting the signal transmitted from the transmitter using the eigen-decomposed matrix.
In addition, eigenvalue decomposition using the estimated channel matrix may be eigenvalue decomposition of a matrix obtained by multiplying the channel matrix by the hermit value of the estimated channel matrix.
In addition, the signal processing method in a multiple input and output mobile communication system according to another embodiment of the present invention, in the data transmission for a multiple input and output (MIMO) system, using the weight vector for the symbol transmission using the antenna array response vector Determining by; In the case of transmitting a plurality of symbols at the same time using a plurality of transmit antennas, the method comprises multiplying each symbol by the weight vector and transmitting the symbols.
In addition, the antenna array response vector is characterized as follows.
<<

>>
here,

Is the size information of each component of the array response vector, d is a distance between antenna elements, λ is a wavelength of a carrier used for baseband signal transmission, θ is a direction of a signal incident to the antenna array, and M is an antenna array. The number of antenna elements constituting

이와 같은 본 발명에 의하면, 다수의 송신 안테나 및 다수의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서 송/수신단에서의 안테나 간의 독립성이 실제 상황에서는 안테나 간의 상관으로 인해 떨어지는 현상을 수신단에서 극복할 수 있게 되므로 안테나 간의 상관으로 인한 성능 저하를 수신단에서의 적절한 신호 처리로 극복하여 통신 품질을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, in a multiple input / output mobile communication system using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, the independence between the antennas at the transmitting / receiving end can be overcome at the receiving end due to the correlation between the antennas in a practical situation. As a result, performance degradation due to correlation between antennas can be overcome by proper signal processing at the receiver, thereby improving communication quality.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 우선 M개의 송신 안테나, N개의 수신 안테나를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정한다.In describing an embodiment of the present invention, first, a multi-input / output mobile communication system having M transmit antennas and N receive antennas is assumed.

M개의 송신 안테나를 통해 각각 다르게 송신된 신호 벡터가 수신단에 수신되기 전 거치게 되는 이동 통신 채널 행렬을 H라고 할 때, 본 발명에서는 수신단에서 추정한 순방향 채널 행렬 전체에 대해 고유치 분해(Eigen-decomposition)를 실시한 후 종래의 수신 기술을 사용한다. In the present invention, when the mobile communication channel matrix, which is passed through the M transmit antennas before being received at the receiving end, is H , the eigen-decomposition is performed on the entire forward channel matrix estimated by the receiving end. After performing the conventional reception technique is used.

즉, 종래의 BLAST 시스템의 수신단에서 각 심볼을 추정하는 절차를 수행하기 전에 안테나 간의 독립성을 회복하기 위해 고유치 분해를 실시하는 것이다.That is, eigenvalue decomposition is performed to restore the independence between the antennas before performing the procedure of estimating each symbol at the receiving end of the conventional BLAST system.

따라서 본 발명에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호처리 장치에 있어, 수신단에서 추정한 순방향 채널 행렬 전체의 고유치 분해를, 종래 기술의 수신단 신호 처리 전에 행한다는 점이 종래의 발명 구성과 비교할 때 가장 큰 특징이라 할 수 있다. Therefore, in the signal processing apparatus in the multiple input / output mobile communication system according to the present invention, the eigenvalue decomposition of the entire forward channel matrix estimated by the receiver is performed before the receiver signal processing in the prior art, which is the largest in comparison with the conventional invention. It can be called a feature.

다음에서는 송신단에서 각각의 심볼을 독립적으로 전송하는 경우와, 송신단 에서 각각의 심볼에 빔형성을 하여 전송하는 경우를 구분하여 각 경우의 실시예를 중심으로 본 발명을 설명한다.In the following, the present invention will be described based on the embodiment of each case by dividing the case of transmitting each symbol independently from the transmitter and the case of transmitting the beam by forming the symbols at the transmitter.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3는 본 발명의 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a multiple input / output mobile communication system employing a signal processing device according to an embodiment of the present invention.

도 3를 참조하여 본 발명의 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 3, a configuration of a multiple input / output mobile communication system employing a signal processing device according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에서는 송신 안테나에서 각각 독립적인 심볼을 전송하는 종래의 시스템과 달리 각 심볼에 빔형성을 실시하여 전송하는 시스템이므로 송신단의 빔형성기(22)를 포함하고 있다.In the embodiment of the present invention, unlike the conventional system for transmitting independent symbols from the transmitting antenna, the beamforming unit 22 includes a beam forming unit 22 because the system forms and transmits the beams to each symbol.

또한, 송신단에서 각 심볼에 빔형성을 실시하여 신호를 전송한 경우 수신단에서의 신호 처리를 위하여 수신단은 다음과 같이 구성된다. In addition, when a signal is transmitted by performing beamforming on each symbol at the transmitter, the receiver is configured as follows for signal processing at the receiver.

먼저 상기에서 설명한 바와 같이 수신단에서 추정한 순방향 채널 행렬 전체에 대해 고유치 분해(Eigen-decomposition)를 하는 블락 즉, 고유치 분해기(24)와, 상기 고유치 분해된 행렬을 근간으로 제로 포싱(zero-forcing) 또는 최소평균 오차측정(MMSE : Minimum-Mean-Square-Error) 방법으로 송신단에서 각 심볼에 빔형성을 실시하여 생성한 신호 벡터를 추정하는 블락 즉, 빔형성된 송신신호벡터 추정기(26)와 그 블락을 통과한 신호 벡터에다 송신단에서 각 심볼에 곱한 웨이트 벡터들의 켤레(conjugate)값들을 곱해 각 심볼을 검출(detection) 하는 블락, 즉 수신단의 빔형성기(28)로 이루어진다.First, as described above, a block for performing eigen-decomposition on the entire forward channel matrix estimated by the receiver, that is, eigenvalue decomposer 24 and zero-forcing based on the eigen-decomposed matrix, are described. Alternatively, a block for estimating a signal vector generated by performing beamforming on each symbol in a transmitter using a minimum-mean-square-error (MMSE) method, that is, a beamformed transmission signal vector estimator 26 and the block. The signal vector passing through is multiplied by the conjugate values of the weight vectors multiplied by each symbol at the transmitter, and includes a block for detecting each symbol, that is, the beamformer 28 at the receiver.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 동작을 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the operation of the multiple input / output mobile communication system employing the signal processing device of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described in detail.

본 발명의 실시예에서는 각 심볼에 빔을 형성하는 방법을 다음과 같은 수식으로 요약할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a method of forming a beam in each symbol may be summarized by the following equation.

여기서 w _i는 각 심볼에 빔형성을 실시하기 위한 웨이트 벡터를 지칭하는 것이고 a₁부터 a_m까지는 데이터 심볼을, S는 각 심볼에 빔형성을 실시한 빔형성 후의 신호 벡터라고 할 수 있다. 이 때 각 심볼에 곱할 웨이트 벡터를 구하는 방법을 다음과 같이 요약할 수 있다.Here, w _i refers to a weight vector for beamforming each symbol, a ₁ to a _{m may} be a data symbol, and S may be referred to as a signal vector after beam formation for beamforming each symbol. In this case, a method of obtaining a weight vector to be multiplied by each symbol can be summarized as follows.

본 발명은 개루프 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정하였다. 아울러 일반적으로 FDD 시스템에서는 송신단에서 수신단까지의 이동 채널 상황을 알 수 없기 때문에 순방향 채널의 상황을 송신단에서 알 수 없다는 단점이 있다. 물론 TDD 시스템에서는 순방향 채널과 역방향 채널이 동일하기 때문에 수신단에서 별도의 피드백(feedback)을 하지 않아도 송신단에서 순방향 채널을 추정할 수 있다. 본 발명은 FDD 시스템의 경우 수신단에서 채널을 추정하여 피드백을 하여야 하는 시스템 부하를 고려하여 수신단에서 송신단으로 채널 행렬을 피드백 하지 않고 송신단에서 별도의 신호 처리를 통해 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 TDD 시스템에도 그대로 적용 가능하다고 할 수 있다. The present invention assumes an open loop multiple input / output mobile communication system. In addition, in general, the FDD system does not know the mobile channel state from the transmitting end to the receiving end. Of course, since the forward channel and the reverse channel are the same in the TDD system, the forward channel can be estimated by the transmitter without a separate feedback from the receiver. The present invention is characterized in that the FDD system transmits a signal through a separate signal processing at the transmitting end without feeding back a channel matrix from the receiving end to the transmitting end in consideration of a system load in which the receiving end estimates a channel. Therefore, the present invention can be said to be applicable to the TDD system as it is.

우선 M개의 송신 안테나(12), N개의 수신 안테나(16)를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정한다. 이 때 M개의 송신 안테나(12)를 통해 각각 다르게 송신된 신호 벡터가 수신단에 수신되기 전 거치게 되는 이동 통신 채널 행렬을 H라고 할 때 수신단에서 N개의 수신 안테나(16)를 가진 경우 채널 행렬 H는 N×M 행렬이 된다. 본 발명은 개루프 시스템을 가정하였으므로 수신단에서 송신단으로 순방향 채널에 대한 어떠한 정보도 피드백하지 않기 때문에 송신단에서 각 심볼에 곱하여 줄 웨이트 벡터를 송신단 자체에서 결정하여야 한다. First, a multi-input / output mobile communication system having M transmit antennas 12 and N receive antennas 16 is assumed. At this time, if with the M transmit antennas N receiving antenna 16 to the mobile communication channel matrix individually the transmitted signal vector through 12 is subjected before being received at the receiving end from the receiving end to said H channel matrix H It becomes NxM matrix. Since the present invention assumes an open loop system, since no information on the forward channel is fed back from the receiving end to the transmitting end, the transmitting end must multiply each symbol by a transmission weight to determine the weight vector.

즉 각 심볼에 빔형성을 하기 위한 웨이트 벡터를 송신단에서 결정하여야 하는데 본 발명에서는 다음과 같이 각 심볼에 곱할 웨이트 벡터를 결정하도록 한다. That is, a weight vector for beamforming each symbol should be determined by the transmitter. In the present invention, a weight vector to be multiplied by each symbol is determined as follows.

일반적으로 안테나 어레이를 사용할 경우 안테나 어레이의 array response vector는 다음과 같이 쓸 수 있다.In general, when using an antenna array, the array response vector of the antenna array can be written as follows.

여기서

는 상기 array response vector 각 성분의 크기정보를 나타내는 성분이고, d는 안테나 소자 간의 거리를, λ는 기저 대역 신호 전송을 위해 사용하는 캐리어(carrier)의 파장을, θ는 안테나 어레이로 입사하는 신호의 방향을 나타낸다. 그리고 안테나 어레이를 구성하는 안테나 소자의 개수를 M으로 가정하였다. here

Is a component representing size information of each component of the array response vector, d is a distance between antenna elements, λ is a wavelength of a carrier used for baseband signal transmission, and θ is a Indicates the direction. The number of antenna elements constituting the antenna array is assumed to be M.

본 발명에서는 각 심볼에 빔형성을 실시하기 위한 웨이트 벡터들을 수학식 9 에 나타낸 array response vector를 이용하여 설정하도록 한다. In the present invention, weight vectors for beamforming each symbol are set using an array response vector shown in Equation (9).

만약 안테나 간의 거리가 반파장일 경우 array response vector는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다. If the distance between the antennas is half wavelength, the array response vector can be rewritten as

따라서, 안테나 소자간의 거리를 반파장으로 가정한다면, M개의 송신안테나에서 N개의 심볼을 독립적으로 전송하는데 있어서 안테나간의 상관성을 이용하기 위해 각 심볼에 곱하여 줄 웨이트 벡터를 수학식 10을 이용하여 다음과 같이 생성하는 것이다. Therefore, assuming that the distance between antenna elements is half-wavelength, in order to use the correlation between antennas to independently transmit N symbols in M transmission antennas, a weight vector to be multiplied by each symbol is expressed by Equation 10 as follows. To create it together.

심볼 1을 위한 웨이트 벡터는The weight vector for symbol 1

으로 나타낼 수 있고,Can be represented as

심볼 M을 위한 웨이트 벡터는The weight vector for symbol M

으로 나타낼 수 있다.It can be represented as

이 때 각 심볼에 빔형성을 위해 생성하는 웨이트 벡터값에 달리 하는 θ값은 360도 각도 범위 내에서 값이 균등하게 분포되게 하고, 아울러 크기 정보도 조정하여 M개의 심볼에 곱하여 줄 웨이트 벡터들이 최대한 서로 직교성을 유지할 수 있도록 한다.At this time, the θ value different from the weight vector value generated for beam formation in each symbol is distributed evenly within the 360 degree angle range, and the size information is also adjusted to multiply M symbols to give the weight vectors as much as possible. Keep orthogonal to each other.

또한, 본 발명은 안테나 간의 상관성을 수신단에서 적절한 신호 처리를 통해 극복하고자 하는 것으로, 우선 본 발명은 종래 BLAST 수신에서와 마찬가지로 송신 신호 벡터가 수신단에 수신되기 전 거치게 되는 이동 통신 채널 행렬인 H를 먼저 추정하는 것을 전제로 한다. In addition, the present invention is to overcome the correlation between the antenna through the appropriate signal processing at the receiving end, the present invention first, as in the conventional BLAST reception, H first is a mobile communication channel matrix that is passed through before the transmission signal vector is received at the receiving end It is assumed that it is assumed.

종래 BLAST 수신에서는 추정된 채널 행렬을 그대로 이용 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하였으나, 본 발명에서는 추정된 채널 행렬의 각 열 벡터들이 최대한 서로 상관성이 존재하지 않도록, 즉 최대한 직교성을 유지하도록 한 후 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출할 수 있도록 한 것이다.In the conventional BLAST reception, a signal transmitted from each transmitting antenna is detected using the estimated channel matrix as it is, but in the present invention, the column vectors of the estimated channel matrix do not have correlation with each other as much as possible. The signal transmitted from each transmitting antenna can be detected.

도 5는 본 발명에 따른 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating a signal processing method at a receiving end according to the present invention.

도 5를 참조하여 본 발명에 따른 수신단에서의 신호 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 5 describes a signal processing method at the receiving end according to the present invention.

먼저 채널 행렬 H는 송신단이 M개의 안테나(12)를 사용하고 수신단이 N개의 안테나(16)를 사용하고 송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 경로를 거쳐 각각 다른 수신 안테나에 수신되므로 N×M행렬이 된다. First, the channel matrix H is N × M because the transmitting end uses M antennas 12, the receiving end uses N antennas 16, and the signals transmitted from each of the transmitting antennas are received by different receiving antennas through different paths. It becomes a matrix.

상기 채널 행렬을 추정한 후 상기 채널 행렬의 열 벡터들이 서로 직교성을 유지하도록 하기 위해서, 채널 행렬이 정방 행렬이 아닌 것을 감안하여 다음과 같이 채널 행렬을 근간으로 고유치 분해를 실시한다. After estimating the channel matrix, in order to keep the column vectors of the channel matrix orthogonal to each other, eigenvalue decomposition is performed based on the channel matrix in consideration of the fact that the channel matrix is not a square matrix.

H ^H H의 고유치 분해를 실시하도록 한다. 여기서 H는 허미션(Hermitian)연산을 의미한다. It shall be subjected to eigenvalue decomposition of H ^H H. Where H means Hermitian operation.

채널 행렬 는 정방행렬이 아니므로 채널 행렬 자체를 고유치 분해를 할 수 없고 따라서 H ^H H의 고유치 분해를 실시하도록 한다. 여기서 H는 허미션(Hermitian)연산을 의미한다.Since the channel matrix is not a square matrix, the eigenvalue decomposition of the channel matrix itself cannot be performed. Therefore, the eigenvalue decomposition of H ^H H is performed. Where H means Hermitian operation.

여기서,

는 행렬 H ^H H의 고유치(eigenvalue)들을, e _i는 고유벡터(eigenvector)들을 나타낸다. 각 고유 벡터는 일반적으로 서로 직교(orthogonal)성을 유지하기 때문에 고유치 분해 후의 행렬을 E 라고 할 때 상기 행렬의 각 열 벡터는 서로 직교성을 유지하며 아울러 E 행렬은 다음과 같이 분해할 수 있고 결과적으로 M×M 행렬이다. here,

Denotes the eigenvalues of the matrix H ^H H , and e _i denotes the eigenvectors. Since each eigenvector generally maintains orthogonality with each other, when the matrix after eigen decomposition is called E , each column vector of the matrix is orthogonal to each other and the E matrix can be decomposed as follows. M × M matrix.

이렇게 추정된 채널 행렬 H를 구한 후 상기 채널 행렬 H를 근간으로 고유치 분해를 실시하여 행렬 E 를 구하고, 이를 통해 종래의 수신 기술을 이용하여 각 송신 안테나에서 송신한 심볼을 추정할 수 있다. After obtaining the thus estimated channel matrix H to obtain the matrix E by the eigenvalue decomposition carried out based the channel matrix H, it is possible to estimate the symbols transmitted from the respective transmission antennas using a conventional technique by receiving them.

본 발명의 실시예의 경우에는 송신단에서도 각 안테나간의 상관성을 고려하여 각각의 심볼에 빔형성을 하였으므로, 종래 BLAST 수신단의 신호 처리를 사용할 수 없으며 제로포싱(zero-forcing)이나 최소평균오차측정 (MMSE) 방법으로 우선 S를 추정한 후 송신단에서 각 심볼에 곱한 웨이트 벡터의 켤레(conjugate)값을 곱해 각 심볼을 검출(detection) 하도록 한다.In the case of the embodiment of the present invention, since the beam is formed on each symbol in consideration of the correlation between the antennas in the transmitting end, the signal processing of the conventional BLAST receiving end cannot be used, and zero-forcing or minimum mean error measurement (MMSE) is performed. By estimating S first, the transmitter detects each symbol by multiplying the conjugate value of the weight vector multiplied by each symbol.

제로포싱(zero-forcing), 최소평균오차측정(MMSE) 방법은 다음과 같이 수식으로 요약할 수 있다. The zero-forcing, minimum mean error measurement (MMSE) method can be summarized as follows.

우선 각 심볼에 빔형성을 실시하여 송신단에서 전송한 신호를 수신단에서 수신한 신호는 First, the signal received from the receiver by beamforming the symbols is

으로 나타낼 수 있다.여기서 n은 AWGN(Additive White Gaussian Noise)을 나타낸다. N represents Additive White Gaussian Noise (AWGN).

제로 포싱(Zero-forcing)을 이용하여 각 심볼에 빔형성을 실시하여 전송한 신호 벡터 를 추정한 신호 벡터를

라고 하면

는 A signal vector obtained by estimating the transmitted signal vector by beamforming each symbol by using zero-forcing

Say

Is

으로 나타낼 수 있다. It can be represented as

최소평균오차측정(MMSE)방법을 이용하여 각 심볼에 빔형성을 실시하여 전송한 신호 벡터 S를 추정한 신호 벡터를 라고

하면

는 A signal vector obtained by estimating the signal vector S transmitted by beamforming each symbol by using the minimum mean error measurement (MMSE) method is called.

if

Is

으로 나타낼 수 있다.여기서 α는 신호 대 간섭 잡음비, I는 항등 행렬을 나타낸다.Where α is the signal-to-interference noise ratio, and I is the identity matrix.

이렇게 제로포싱(zero-forcing) 혹은 최소평균오차측정(MMSE) 방법을 이용하여 각 심볼에 빔형성을 실시하여 전송한 신호 벡터 S를 추정한 신호 벡터인

를 추정한 후 송신단에서 각 심볼에 곱하여 전송한 웨이트 벡터의 켤레(conjugate) 값을 다시

에 곱하여 전송단에서 전송한 심볼들인 a₁부터 a_m까지의 추정치

부터

를 다음과 같이 검출할 수 있다.This zero-forcing (zero-forcing) or minimum mean square error measure (MMSE) method a signal estimating the signal vector S transmitted by performing beamforming on each symbol by using a vector of

After estimating, multiply each symbol by the transmitter and reconstruct the conjugate value of the weight vector.

Estimates of symbols a ₁ to a _m transmitted by the transmitter multiplied by

from

Can be detected as follows.

........

이것은 수신단에서의 각 심볼에 대한 빔 형성을 의미한다.This means beamforming for each symbol at the receiving end.

그리고, 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 각각의 검출된 심볼들

부터

이 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 송신단에서 전송한 심볼들인 a₁부터 a_m를 검출하고, 이후 멀티플렉서 (MUX)(30)를 통하여 검출한 심볼들을 합쳐 송신신호를 검출하게 된다.And, since the receiving end knows the modulation method (eg, digital modulation method such as QPSK, QAM, etc.) used by the transmitting end, each detected symbol

from

It determines which constellation belongs to and detects the symbols a ₁ to a _m transmitted by the transmitter, and then combines the symbols detected through the multiplexer (MUX) 30 to detect the transmission signal.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a multiple input / output mobile communication system employing a signal processing device according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예의 신호 처리 장치가 채용된 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 4, a configuration of a multiple input / output mobile communication system employing a signal processing device according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 송신 안테나에서 각각 독립적인 심볼을 전송하는 종래의 시스템을 그대로 유지하고, 수신단에서만 상기 도 3에서 설명한 본 발명의 실시예에서와 같이 추정된 채널 행렬을 이용하여 고유치 분해를 실시함으로써 상기 추정된 채널 행렬의 각 열 벡터들이 최대한 서로 상관성이 존재하지 않도록, 즉 최대한 직교성을 유지하도록 한 후 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출할 수 있도록 한 것이다.In another embodiment of the present invention, the conventional systems for transmitting independent symbols in the transmitting antenna are maintained as they are, and only the receiving end uses the estimated channel matrix as in the embodiment of the present invention described with reference to FIG. By performing the method, each column vector of the estimated channel matrix is not correlated with each other as much as possible, that is, maintains orthogonality as much as possible, and then detects a signal transmitted from each transmit antenna.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 안테나 간의 상관성을 수신단에서의 적절한 신호 처리만을 통해 극복하고자 하는 것이다. That is, in another embodiment of the present invention, the correlation between antennas is to be overcome only by proper signal processing at the receiving end.

도 5는 본 발명에 따른 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이 다. 5 is a flowchart illustrating a signal processing method at a receiving end according to the present invention.

상기에서 설명한 바와 동일한 방법으로 수신단에서 추정된 채널 행렬 H를 구한 후 상기 채널 행렬 H를 근간으로 고유치 분해를 실시하여 행렬 E를 구하고, 이를 통해 종래의 수신 기술을 이용하여 각 송신 안테나에서 송신한 심볼을 추정할 수 있는 것이다.After obtaining the same way a channel matrix H estimated at the receiving end as described above, to obtain a matrix E by the eigenvalue decomposition carried out based the channel matrix H, it symbols transmitted from the respective transmission antennas using a conventional reception technologies Can be estimated.

다만, 본 발명의 실시예의 경우에는 송신단에서 전송하는 각각의 심볼에 빔형성을 실시한 것이 아니므로, 상기 종래의 수신 기술이란 제로포싱 (zero-forcing), 최소평균오차측정(MMSE) 방법 뿐아니라 V-BLAST 수신 방법을 사용할 수도 있다. V-BLAST 수신 기술은 발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술에서 설명하였으므로 이하에서는 제로포싱(zero-forcing) 및 최소평균오차측정(MMSE) 방법에 대해 설명하도록 한다.However, in the embodiment of the present invention, since the beamforming is not performed on each symbol transmitted by the transmitter, the conventional reception technique is not only a zero-forcing and a minimum mean error measurement (MMSE) method but also a V. You can also use the -BLAST reception method. Since the V-BLAST reception technique has been described in the technical field to which the invention pertains and the prior art in the field, the following description will be given to zero-forcing and minimum mean error measurement (MMSE) methods.

즉 M의 송신 안테나를 통해 각각 다르게 송신된 신호 벡터를 a라고 하면 송신단에서 전송한 신호를 수신단에서 수신한 신호

은In other words, if a signal vector transmitted differently through M transmission antennas is a , the signal received by the transmitter is received by the receiver.

silver

으로 나타낼 수 있다.It can be represented as

여기서 n는 AWGN(Additive White Gaussian Noise)을 나타낸다. N represents Additive White Gaussian Noise (AWGN).

제로포싱(Zero-forcing)을 이용하여 송신단에서 전송한 신호 벡터 a를 추정한 신호 벡터를

라고 하면

는 A signal vector obtained by estimating a signal vector a transmitted from a transmitter using zero-forcing is calculated.

Say

Is

으로 나타낼 수 있다.It can be represented as

최소평균오차측정(MMSE) 방법을 이용하여 송신단에서 전송한 신호 벡터 a를 추정한 신호 벡터를

라고 하면

는 A signal vector obtained by estimating a signal vector a transmitted from a transmitter using a minimum mean error measurement (MMSE) method

Say

Is

으로 나타낼 수 있다.It can be represented as

결국, 제로 포싱 또는 최소평균오차측정방법을 이용하여 송신단에서 전송한 신호 벡터 a를 추정한 신호 벡터

를 구하게 되고, 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 추정한 신호 벡터

의 성분들이 어느 배치 (constellation)에 속한 것인지를 판단하여 송신 안테나에서 송신된 심볼들을 검출하게 된다. 이 후 멀티플렉서 (MUX)(30)를 통하여 검출한 심볼들을 합쳐 송신신호를 검출하게 된다.Finally, a signal vector estimating the signal vector a transmitted from the transmitter using zero forcing or the minimum mean error measurement method.

Since the receiver knows the modulation method (for example, digital modulation method such as QPSK, QAM, etc.) used by the transmitter, the estimated signal vector

Determining which constellation components are included in to detect the symbols transmitted from the transmitting antenna. Thereafter, the symbols detected through the multiplexer (MUX) 30 are combined to detect a transmission signal.

본 발명의 실시예는 상기한 바와 같이 송신단에서 전송하는 심볼에 빔형성을 하는지 여부에 국한되는 것은 아니다. The embodiment of the present invention is not limited to whether beamforming is performed on a symbol transmitted from a transmitter as described above.

본 발명은 다수의 송신 안테나 및 다수의 수신 안테나를 사용하는 다중 입출 력 이동 통신 시스템에서 송/수신단에서의 안테나 간의 독립성이 실제 상황에서는 안테나 간의 상관으로 인해 떨어지는 현상을 수신단에서 극복할 수 있는 신호 처리 방법을 제공하는데 그 특징이 있다. 따라서 안테나 간의 상관으로 인한 성능 저하를 수신단에서의 적절한 신호 처리로 극복하여 통신 품질을 향상시킬 수 있다. The present invention is a signal processing that can overcome the phenomenon that the independence between the antennas at the transmitting and receiving end in the multi-input / output mobile communication system using a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas due to the correlation between the antennas in the actual situation. It is characterized by providing a method. Therefore, it is possible to improve the communication quality by overcoming the performance degradation due to the correlation between antennas with proper signal processing at the receiver.

Claims

A plurality of transmit antennas;

A transmitter comprising a transmitter beamformer for forming a beam by multiplying each weight vector by each symbol simultaneously transmitted through the plurality of transmit antennas;

A plurality of receive antennas for receiving the transmitted symbols;

And eigenvalue decomposer for estimating a channel matrix (H), performs eigenvalue decomposition with the estimated channel matrix (H),

By using the eigen-decomposed matrix

Means for estimating a signal vector generated by beamforming each symbol in the song;

And a receiving end including means for detecting each symbol transmitted from the transmitting end by multiplying the estimated signal vector by the conjugates of the weight vectors multiplied by each symbol at the transmitting end. Signal processing device.

delete

The method of claim 1,

The eigenvalue decomposition using the estimated channel matrix is a eigenvalue decomposition of a matrix obtained by multiplying the channel matrix by the hermit value of the estimated channel matrix.

The apparatus of claim 1, wherein the means for estimating the signal vector is:

Signal processing apparatus in a multiple input and output mobile communication system, characterized in that the estimation by zero forcing or the minimum mean error measurement method.

Multiple transmit antennas,

A transmitter for multiplying each weight vector by each symbol simultaneously and independently transmitting through the plurality of transmitting antennas;

A plurality of receiving antennas for receiving the symbols transmitted to the transmitting end;

Using the eigen-decomposed matrix,

Means for estimating a signal vector generated by beamforming each symbol at the transmitting end;

The method of claim 5,

Transmitting each symbol transmitting simultaneously via a plurality of transmit antennas;

Receiving symbols transmitted via a plurality of receive antennas;

Estimating a channel matrix H between the transmit and receive antennas;

Eigenvalue decomposition using the estimated channel matrix ( H );

And detecting the signal transmitted from the transmitter using the eigen-decomposed matrix.

The method of claim 7, wherein

In data transmission for a multiple input / output (MIMO) system,

Determining weight vectors for symbol transmission using an antenna array response vector;

And multiplying each weight by the weight vector when transmitting a plurality of symbols at the same time using a plurality of transmission antennas.

The method of claim 9,

The antenna array response vector is a signal processing method according to the following.

<<

>>

here,

The size information of each component of the array response vector,

d is the distance between antenna elements,

λ is the wavelength of the carrier used for baseband signal transmission,

θ is the direction of the signal incident on the antenna array,

M is the number of antenna elements constituting the antenna array.