KR20250100449A - Method and apparatus for estimating channel of multi antenna - Google Patents
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Abstract
아래의 개시는 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법에 관한 것으로, 하나 이상의 디바이스들로부터 수신한 입력 신호 및 비직교 파일럿 신호를 포함하는 리시브 신호(Received Signals)를 수신하는 동작, 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 이용하여 디바이스들 각각의 채널을 추정하는 동작, 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 입력 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력하는 동작 및 미리 결정된 손실 함수, 출력 값, 검출 신호 및 입력 신호를 이용하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트하는 동작을 포함할 수 있다.The following disclosure relates to a method for estimating a communication channel of a multi-antenna, which may include an operation of receiving received signals including input signals and non-orthogonal pilot signals received from one or more devices, an operation of estimating a channel of each of the devices using a learning-based channel estimation model based on the non-orthogonal pilot signals, an operation of decoding the input signals and outputting detection signals based on output values of the learning-based channel estimation model, and an operation of updating the learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, the output values, the detection signals, and the input signals.
Description
아래의 실시예들은 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법방법 및 장치 관한 것이다.The following embodiments relate to a method and device for estimating a communication channel of multiple antennas.
대규모 다중 입력 및 다중 출력(Massive multiple-input and multiple-output, Massive MIMO) 시스템은 mMTC(Massive Machine Type Communications) 및 URLLC(Ultra-Reliable Low Latency Communications)로 인해 증가하는 사용자 용량과 다양한 요구 사항을 충족할 수 있다. 최근, URLLC의 업링크(uplink) 전송 요구 사항을 효과적으로 만족시키기 위해 GF(Grant-Free) 다중 접속을 이용한 Massive MIMO 시스템이 연구되고 있다. MIMO 시스템에서 채널 추정에 대한 접근 방식은 직교 파일럿 신호가 필요하여 디바이스 간 동기화가 필요할 수 있다. 이러한 제한으로 인해 GF 다중 액세스와 Massive MIMO를 통합하는 데 어려움이 있을 수 있어, 비직교 파일럿을 사용하여 채널 추정을 해야할 필요가 있을 수 있다.Massive multiple-input and multiple-output (Massive MIMO) systems can meet the increasing user capacity and diverse requirements due to Massive Machine Type Communications (mMTC) and Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC). Recently, Massive MIMO systems using Grant-Free (GF) multiple access have been studied to effectively satisfy the uplink transmission requirements of URLLC. Approaches to channel estimation in MIMO systems require orthogonal pilot signals, which may require synchronization between devices. This limitation may make it difficult to integrate GF multiple access with Massive MIMO, and thus, it may be necessary to use non-orthogonal pilots for channel estimation.
일 실시예에 따른 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법은 하나 이상의 디바이스들로부터 수신한 입력 신호 및 비직교 파일럿 신호를 포함하는 리시브 신호(Received Signals)를 수신하는 동작, 상기 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 이용하여 상기 디바이스들 각각의 채널을 추정하는 동작, 상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 상기 입력 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력하는 동작 및 미리 결정된 손실 함수, 상기 출력 값, 상기 검출 신호 및 상기 입력 신호를 이용하여, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트하는 동작을 포함할 수 있다.A method for estimating a communication channel of a multi-antenna according to one embodiment may include an operation of receiving received signals including input signals and non-orthogonal pilot signals received from one or more devices, an operation of estimating a channel of each of the devices using a learning-based channel estimation model based on the non-orthogonal pilot signals, an operation of decoding the input signals and outputting detection signals based on output values of the learning-based channel estimation model, and an operation of updating the learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, the output values, the detection signals, and the input signals.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은 준 지도 학습(semi-supervised learining) 방법으로 학습 방법으로 학습되어, 파일럿 정보에 의존하여 상기 디바이스들의 채널의 정보를 추정하는 모델일 수 있다.The above learning-based channel estimation model may be a model that estimates information on channels of the devices by relying on pilot information, and is learned using a semi-supervised learning method.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은 상기 채널 간 상관 관계를 학습하여, 상기 채널 추정의 정확도를 향상시키는 방향으로 학습할 수 있다.The above learning-based channel estimation model can learn to improve the accuracy of the channel estimation by learning the correlation between the channels.
상기 미리 결정된 손실 함수는 상기 출력 값에 포함된 추정된 채널의 정보 벡터를 이용하여 검출한 신호의 심볼의 값과 상기 입력 신호의 심볼의 값 사이에 MSE(Mean Square Error)를 적용하는 함수일 수 있다.The above-determined loss function may be a function that applies MSE (Mean Square Error) between the symbol value of the detected signal and the symbol value of the input signal using the information vector of the estimated channel included in the output value.
상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 하는 동작은 상기 다중 안테나의 개수만큼 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 실행한 후, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 하는 동작을 포함할 수 있다.The operation of updating the learning-based channel estimation model may include an operation of executing the learning-based channel estimation model as many times as the number of multiple antennas, and then updating the learning-based channel estimation model.
상기 수신하는 동작은 상기 리시브 신호를 실수부와 허수부로 구분하는 동작을 포함할 수 있다.The above receiving operation may include an operation of dividing the receive signal into a real part and an imaginary part.
상기 입력 신호는 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)에 의한 심볼 변조를 포함할 수 있다.The above input signal may include symbol modulation by OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).
상기 비직교 파일럿 신호는 랜덤 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼을 이용하여 생성될 수 있다.The above non-orthogonal pilot signal can be generated using a random QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) symbol.
상기 디코딩하는 동작은 매칭 필터에 상기 입력 신호 및 상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값을 입력하는 동작을 포함할 수 있다.The above decoding operation may include an operation of inputting the input signal and the output value of the learning-based channel estimation model to a matching filter.
일 실시예에 따른 Massive MIMO 시스템을 구동하는 전자 장치는 하나 이상의 디바이스들로부터 입력 신호를 수신하는 안테나, 인스트럭션들을 저장하는 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 인스트럭션들은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전자 장치로 하여금, 하나 이상의 디바이스들로부터 수신한 입력 신호 및 비직교 파일럿 신호를 포함하는 리시브 신호(Received Signals)를 수신하고, 상기 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 이용하여 상기 디바이스들 각각의 채널을 추정하고, 상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 상기 입력 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력하고, 미리 결정된 손실 함수, 상기 출력 값, 상기 검출 신호 및 상기 입력 신호를 이용하여, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트하도록 할 수 있다.An electronic device driving a Massive MIMO system according to one embodiment may include an antenna for receiving an input signal from one or more devices, a memory for storing instructions, and a processor, wherein the instructions, when executed by the processor, cause the electronic device to receive received signals including input signals and non-orthogonal pilot signals received from one or more devices, estimate a channel of each of the devices using a learning-based channel estimation model based on the non-orthogonal pilot signals, decode the input signal based on an output value of the learning-based channel estimation model to output a detection signal, and update the learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, the output value, the detection signal, and the input signal.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은 준 지도 학습(semi-supervised learining) 방법으로 학습되어, 파일럿 정보에 의존하여 단말의 채널을 추정하는 모델일 수 있다.The above learning-based channel estimation model may be a model that estimates the terminal's channel by relying on pilot information, and is learned using a semi-supervised learning method.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은 상기 채널 간 상관 관계를 학습하여, 상기 채널 추정의 정확도를 향상시키는 방향으로 학습할 수 있다.The above learning-based channel estimation model can learn to improve the accuracy of the channel estimation by learning the correlation between the channels.
상기 미리 결정된 손실 함수는 상기 출력 값에 포함된 상기 추정된 채널의 정보 벡터를 이용하여 검출한 신호의 심볼의 값과 상기 입력 신호의 심볼의 값 사이에 MSE(Mean Square Error)를 적용하는 함수일 수 있다.The above-determined loss function may be a function that applies MSE (Mean Square Error) between the symbol value of the detected signal and the symbol value of the input signal using the information vector of the estimated channel included in the output value.
상기 프로세서는 상기 다중 안테나의 개수만큼 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 실행한 후, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 할 수 있다.The above processor can update the learning-based channel estimation model after executing the learning-based channel estimation model as many times as the number of the multiple antennas.
상기 프로세서는 상기 리시브 신호를 실수부와 허수부로 구분할 수 있다.The above processor can separate the receive signal into a real part and an imaginary part.
상기 입력 신호는 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)에 의한 심볼 변조를 포함할 수 있다.The above input signal may include symbol modulation by OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).
상기 비직교 파일럿 신호는 랜덤 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼을 이용하여 생성될 수 있다.The above non-orthogonal pilot signal can be generated using a random QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) symbol.
상기 프로세서는 매칭 필터에 상기 입력 신호 및 상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값을 입력할 수 있다.The above processor can input the input signal and the output value of the learning-based channel estimation model to the matching filter.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 Massive MIMO 시스템과 디바이스의 액세스 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 Massive MIMO 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4및 도 5는 일 실시예에 따른 학습 기반 추정 모델을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for estimating a communication channel of multiple antennas according to one embodiment.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an access process of a Massive MIMO system and device according to one embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a Massive MIMO system according to one embodiment.
FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams illustrating a learning-based estimation model according to one embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an electronic device according to one embodiment.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only and may be implemented in various forms. Accordingly, the actual implemented form is not limited to the specific embodiments disclosed, and the scope of the present disclosure includes modifications, equivalents, or alternatives included in the technical idea described in the embodiments.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although the terms first or second may be used to describe various components, such terms should be construed only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When it is said that a component is "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but there may also be other components in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but should be understood to not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, each of the phrases "A or B", "at least one of A and B", "at least one of A or B", "A, B, or C", "at least one of A, B, and C", and "at least one of A, B, or C" can include any one of the items listed together in that phrase, or all possible combinations of them.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined herein.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing with reference to the attached drawings, identical components are given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted.
Massive MIMO 시스템은 동일한 시간-주파수 리소스를 사용하여, 많은 디바이스를 효율적으로 멀티플렉싱 할 수 있기 때문에 5G 물리 계층(Physical Layer)에서 중요할 수 있다. Massive MIMO 시스템은 mMTC 및 URLLC로 인해 발생하는 다양한 요구 사항과 더 큰 사용자 용량에 대한 요구 사항을 충족시킬 수 있다.Massive MIMO systems can be important in the 5G physical layer because they can efficiently multiplex many devices using the same time-frequency resources. Massive MIMO systems can meet the diverse requirements introduced by mMTC and URLLC, as well as the requirement for larger user capacity.
Masssive MIMO 시스템에서 GF 다중 액세스를 활성화하려면 GF 디바이스의 채널 추정을 위한 파일럿 설계가 필요할 수 있다. 종래의 통신에서는 채널 추정을 위해 직교 파일럿이 사용되었을 수 있다. 반면에, mMTC에 대한 Massive MIMO 시스템에서는 파일럿 오버헤드로 인한 비직교 파일럿으로 인해 파일럿 직교성의 문제가 발생할 수 있다. 특히, GF 환경에서는 비직교 파일럿이 나타날 확률이 증가할 수 있다.In order to enable GF multiple access in Massive MIMO systems, pilot design for channel estimation of GF devices may be required. In conventional communications, orthogonal pilots may be used for channel estimation. On the other hand, in Massive MIMO systems for mMTC, pilot orthogonality problems may occur due to non-orthogonal pilots caused by pilot overhead. In particular, the probability of non-orthogonal pilots appearing may increase in GF environments.
무선 통신에서 채널이 특정 범위 내에서 안정적으로 유지되는 경우 패킷 길이가 길수록 채널 추정을 위한 자원 할당이 감소하여 보다 효율적인 통신이 가능할 수 있다. 그러나, 패킷 길이가 길수록 현재 통신 중이 아닌 장치에 대해 패킷이 생성될 때 전송 대기 시간이 늘어날 수 있다. 대기 시간 문제를 해결하기 위해 Massive MIMO 시스템에서 전송을 위해 GF 다중 액세스를 활용할 수 있다. Massive MIMO의 특성상 데이터 트래픽이 매우 높지 않은 경우, GB(Grant-based) 디바이스가 패킷을 전송하는 경우에도 기지국(Base station)은 추가 GF 디바이스를 수용(accommodate)할 수 있다.In wireless communication, if the channel is maintained stably within a certain range, a longer packet length can reduce resource allocation for channel estimation, which can enable more efficient communication. However, a longer packet length can increase transmission latency when a packet is generated for a device that is not currently communicating. To solve the latency problem, GF multiple access can be utilized for transmission in a Massive MIMO system. Due to the nature of Massive MIMO, when the data traffic is not very high, even when a GB (Grant-based) device transmits a packet, the base station can accommodate additional GF devices.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for estimating a communication channel of multiple antennas according to one embodiment.
설명의 편의를 위해, 동작들(110 내지 140)은 도 6에 도시된 전자 장치(600)를 사용하여 수행되는 것으로 기술된다. 그러나 이 동작들(110 내지 140)은 어떤 다른 적절한 전자 기기를 통해, 그리고 어떤 적절한 시스템 내에서도 사용될 수 있을 것이다.For convenience of explanation, operations (110 to 140) are described as being performed using the electronic device (600) illustrated in FIG. 6. However, these operations (110 to 140) may be utilized via any other suitable electronic device and within any suitable system.
나아가, 도 1의 동작은 도시된 순서 및 방식으로 수행될 수 있지만, 도시된 실시예의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일부 동작의 순서가 변경되거나 일부 동작이 생략될 수 있다. 도 1에 도시된 다수의 동작은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 아래에서, 전자 장치(600)는 기지국(Base Station, BS)(예: 도 3의 기지국(300))으로 지칭될 수 있다. Furthermore, the operations of FIG. 1 may be performed in the order and manner illustrated, but the order of some operations may be changed or some operations may be omitted without departing from the spirit and scope of the illustrated embodiment. A plurality of operations illustrated in FIG. 1 may be performed in parallel or simultaneously. Hereinafter, the electronic device (600) may be referred to as a base station (BS) (e.g., the base station (300) of FIG. 3).
동작(110)에서, 전자 장치(600)는 하나 이상의 디바이스들(예: 도 3의 디바이스들(310))로부터 수신한 입력 신호(예: 도 3의 입력 신호(302)) 및 비직교 파일럿 신호(Non-orthogonal pilot)(예: 도 3의 비직교 파일럿(301))를 포함하는 리시브 신호(예: 도 3의 리시브 신호(303))를 수신할 수 있다. 디바이스는 기지국과 데이터 또는 신호를 주고받을 수 있는 전자 장치를 의미할 수 있다. 디바이스는 사물 인터넷(Internet of Things, IoT)의 센서부터 스마트폰 및 자율 주행 자동차 등을 의미할 수 있다. 후술하는 설명에서, 디바이스는 GB 디바이스 및 GF 디바이스를 모두 포함할 수 있으나, 비직교 파일럿 신호를 활용한 Massive MIMO 기지국과의 통신하는 디바이스는 GF 디바이스를 지칭할 수 있다.In operation (110), the electronic device (600) may receive an input signal (e.g., an input signal (302) of FIG. 3) and a receive signal (e.g., a receive signal (303) of FIG. 3) including a non-orthogonal pilot signal (e.g., a non-orthogonal pilot signal (301) of FIG. 3) from one or more devices (e.g., devices (310) of FIG. 3). The device may refer to an electronic device capable of transmitting and receiving data or signals with a base station. The device may refer to a sensor of the Internet of Things (IoT), a smartphone, a self-driving car, and the like. In the description below, the device may include both a GB device and a GF device, but a device that communicates with a Massive MIMO base station using a non-orthogonal pilot signal may refer to a GF device.
전자 장치(600)는 Massive MIMO 시스템을 구동하는 기지국으로, M 개의 안테나(예: 도 6의 안테나(630))를 포함할 수 있다. 기지국은 N 개의 디바이스와 업링크 통신을 수행할 수 있다. 기재된 실시예에서, 디바이스는 싱글 안테나로 가정하나 이에 한정되는 것은 아니고, 멀티 안테나를 포함할 수도 있다.The electronic device (600) is a base station that operates a Massive MIMO system and may include M antennas (e.g., antennas (630) of FIG. 6). The base station may perform uplink communication with N devices. In the described embodiment, the device is assumed to have a single antenna, but is not limited thereto and may include multiple antennas.
디바이스와 BS는 레일리 페이딩(Rayleigh fading)을 따르는 채널을 통해 통신한다고 가정한다. 레일리 페이딩이란, 무선 통신 환경에서 발생하는 신호 페이딩의 한 종류일 수 있다. 레일리 페이딩은 짧은 시간 또는 이동 거리에 걸쳐 신호 세기의 급격한 변동을 모델링하는데 사용될 수 있다. 레일리 페이딩은 장애물이 많고 송신기와 수신기 사이의 명확한 가시선 경로가 없는 환경에서 사용될 수 있다. 레일리 페이딩에서, 신호 진폭 변화는 랜덤 변수에 대한 통계 모델인 레일리 분포를 따를 것으로 모델링 될 수 있다. 또한, 디바이스와 BS 사이의 통신에 AWGN(Additive Whith Gaussian Noise)가 있다고 가정한다.It is assumed that the device and the BS communicate over a channel following Rayleigh fading. Rayleigh fading can be a type of signal fading that occurs in a wireless communication environment. Rayleigh fading can be used to model rapid changes in signal strength over a short period of time or over a travel distance. Rayleigh fading can be used in environments where there are many obstacles and no clear line-of-sight path between the transmitter and the receiver. In Rayleigh fading, the signal amplitude change can be modeled as following the Rayleigh distribution, which is a statistical model for random variables. It is also assumed that there is Additive White Gaussian Noise (AWGN) in the communication between the device and the BS.
AWGN은 자연에서 발생하는 많은 무작위 과정의 효과를 모방하기 위해 정보 이론에서 사용하는 기본적인 잡음 모델일 수 있다. AWGN은 백색 스펙트럼으로 서로 다른 주파수에서 동일한 강도를 가지며 일정한 전력 스펙트럼 밀도를 생성하는 특징이 있을 수 있다. AWGN은 평균이 0이고 일정한 표준 편차를 갖는 시간 영역에서 정규 분포를 가지므로 '가우시안' 분포를 가질 수 있다. AWGN 모델은 신호 전송에 대한 무작위 잡음의 효과를 나타내기 위해 통신 시스템 시뮬레이션에서 사용될 수 있다.AWGN can be a basic noise model used in information theory to mimic the effects of many random processes occurring in nature. AWGN can be characterized by having the same intensity at different frequencies in a white spectrum and producing a constant power spectral density. AWGN can have a 'Gaussian' distribution, as it has a normal distribution in the time domain with a zero mean and a constant standard deviation. The AWGN model can be used in communication system simulations to represent the effects of random noise on signal transmission.
일 실시예에 따른 기지국의 안테나들에 수신된 입력 신호는 t-th OFDM(Othogonal Frequency-Division Multiplexing) 심볼의 신호로 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.An input signal received at the antennas of a base station according to one embodiment can be expressed as a signal of a t -th OFDM (Othogonal Frequency-Division Multiplexing) symbol, as shown in the following
수학식 1에서, 는 i-th GF 디바이스와 BS간 채널을 의미할 수 있다. 는 i-th GF 디바이스의 t-th OFDM 심볼을 의미할 수 있다. 는 t-th OFDM 심볼의 zero-mean i.i.d(independent and identically distributed) AWGN을 의미할 수 있다.In
입력 신호는 OFDM에 의한 심볼 변조를 포함할 수 있다. OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)은 여러 반송파 주파수에서 디지털 데이터를 부호화하는 방법일 수 있다. OFDM은 다중 경로 페이딩 및 간섭과 같은 문제를 처리하는 효율성 때문에 Wi-Fi, LTE 및 5G와 같은 최신 광대역 통신 시스템에서 사용될 수 있다. OFDM은 서로 가까운 거리에 있는 많은 부반송파에 걸쳐 데이터를 분할하여 작동하며, 각각은 낮은 심볼 속도로 변조될 수 있다. 이러한 설계는 채널 불완전성에 대한 견고성과 스펙트럼의 효율적인 사용을 가능하게 하여 OFDM을 무선 네트워크에서 고속 데이터 전송을 위한 효과적인 솔루션으로 만들 수 있다.The input signal may include symbol modulation by OFDM. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) may be a method of encoding digital data on multiple carrier frequencies. OFDM can be used in modern wideband communication systems such as Wi-Fi, LTE, and 5G because of its efficiency in dealing with problems such as multipath fading and interference. OFDM works by splitting data across many subcarriers that are close together, each of which can be modulated at a low symbol rate. This design allows for robustness against channel imperfections and efficient use of spectrum, making OFDM an effective solution for high-speed data transmission in wireless networks.
무선 통신에서는 프레임 구조가 정의되므로, 파일럿의 길이를 임의로(arbitrary) 연장할 수 없을 수 있다. 예를 들어, LTE의 프레임 구조에서 하나의 타임 슬롯은 7개의 OFDM 심볼로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 타임 슬롯들로 구성되며, 하나의 프레임은 10개의 서브프레임들로 구성될 수 있다. 따라서, 10-millisecond 패킷에 해당하는 하나의 프레임은 140 OFDM 심볼들로 구성될 수 있다. 그래서, 한 패킷 내의 OFDM 심볼들의 개수는 Ns로 표시될 수 있고, 파일럿들의 개수는 Np( , p는 오버헤드 값(overhead value))로 표시될 수 있다. 후술하는 설명에서는 140 개의 OFDM 심볼들을 전송한다고 가정하고, 이 중 11개의 심볼이 파일럿 심볼(p = 11)로 지정된다고 가정한다. 그러나, 기재된 실시예로 한정되는 것은 아니고, 프레임의 길이가 변화할 수 있다.In wireless communication, since the frame structure is defined, the length of the pilot may not be arbitrarily extended. For example, in the frame structure of LTE, one time slot consists of 7 OFDM symbols, one subframe consists of 2 time slots, and one frame can consist of 10 subframes. Accordingly, one frame corresponding to a 10-millisecond packet can consist of 140 OFDM symbols. Therefore, the number of OFDM symbols in one packet can be represented as Ns , and the number of pilots can be represented as Np( , p can be represented as an overhead value. In the following description, it is assumed that 140 OFDM symbols are transmitted, and 11 of them are designated as pilot symbols ( p = 11 ). However, it is not limited to the described embodiment, and the length of the frame may vary.
또한, 파일럿 심볼의 변조 방식으로는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)을 사용한다고 가정한다. 비직교 파일럿 신호도 마찬가지로, 임의의(random) QPSK 심볼을 이용하여 생성될 수 있다.In addition, it is assumed that QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) is used as the modulation method of the pilot symbol. Likewise, non-orthogonal pilot signals can be generated using random QPSK symbols.
QPSK는 디지털 통신 시스템에서 사용되는 위상 변조의 한 형태일 수 있다. QPSK는 기준 신호(예: 반송파)의 위상을 바꿈으로써 데이터를 표현할 수 있다. QPSK에서 각각의 심볼은 두 비트의 데이터를 나타낼 수 있다. 반송파의 위상은 각각의 심볼 기간 동안 네 개의 서로 다른 값 중 하나를 취할 수 있다. 이 값들은 90도씩 떨어져 있을 수 있다(Quadrature). QPSK는 데이터 속도와 신호 강건성 사이의 균형을 이룰 수 있다.QPSK can be a form of phase modulation used in digital communication systems. QPSK can represent data by changing the phase of a reference signal (e.g., a carrier). In QPSK, each symbol can represent two bits of data. The phase of the carrier can take one of four different values during each symbol period. These values can be 90 degrees apart (Quadrature). QPSK can achieve a balance between data rate and signal robustness.
동작(120)에서, 전자 장치(600)는 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정(learning-based channel estimation) 모델(예: 도 3의 인공 신경망 모델(320))을 이용하여 디바이스들 각각의 채널을 추정할 수 있다. 여기서, 전자 장치(600)가 채널을 추정한다는 것은 채널의 정보를 추정하는 것일 수 있다. 채널의 정보란 디바이스들 각각의 채널의 방향에 대응하는 벡터를 의미할 수 있다.In operation (120), the electronic device (600) may estimate a channel of each of the devices using a learning-based channel estimation model (e.g., an artificial neural network model (320) of FIG. 3) based on a non-orthogonal pilot signal. Here, estimating a channel by the electronic device (600) may mean estimating information of the channel. The information of the channel may mean a vector corresponding to a direction of the channel of each of the devices.
학습 기반 채널 추정 모델은 준 지도 학습(semi-supervised learning) 방법으로 학습되어, 파일럿 정보에 의존하여 디바이스들의 채널의 정보를 추정하는 모델일 수 있다.A learning-based channel estimation model can be a model that estimates information about the channels of devices by relying on pilot information, and is learned using a semi-supervised learning method.
학습 기반 채널 추정 모델은 비직교 파일럿을 이용하여 채널의 정보를 추정할 수 있다. 비직교 파일럿 신호는 랜덤 QPSK 심볼을 사용하여, 디바이스간 비동기(asynchronous) 전송(transmission)을 가능하게 할 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델은 채널 추정을 위해 파일럿 정보에 의존하는 준 지도 학습 접근 방식을 사용할 수 있다.Learning-based channel estimation models can estimate channel information using non-orthogonal pilots. Non-orthogonal pilot signals can use random QPSK symbols to enable asynchronous transmission between devices. Learning-based channel estimation models can use a semi-supervised learning approach that relies on pilot information for channel estimation.
준 지도 학습은 학습 중 소량의 레이블이 지정된 데이터와 대량의 레이블이 지정되지 않은 데이터를 결합하는 기계 학습 접근 방식일 수 있다. 준 지도 학습 방법은 지도 학습(모든 데이터가 레이블이 지정된 경우)과 비지도 학습(데이터가 레이블이 지정되지 않은 경우)의 중간 정도의 학습 방법이라고 할 수 있다.Semi-supervised learning can be a machine learning approach that combines a small amount of labeled data with a large amount of unlabeled data during training. Semi-supervised learning methods can be considered a learning method that is somewhere between supervised learning (where all data is labeled) and unsupervised learning (where the data is unlabeled).
준 지도 학습 모델은 레이블이 지정된 데이터를 사용하여 데이터의 기본 구조와 특징을 학습한 다음 레이블이 지정되지 않은 더 큰 데이터 세트에 학습 결과를 적용할 수 있다. 이는 레이블이 지정된 데이터를 얻기 위해 비용이 많이 들거나 시간이 많이 소요되는 경우에 유용할 수 있다.Semi-supervised learning models can learn the underlying structure and features of the data using labeled data, and then apply the learning results to a larger set of unlabeled data. This can be useful in cases where labeled data is expensive or time-consuming to obtain.
학습 기반 채널 추정 모델은 디바이스의 수에 따라 다른 출력 값을 도출하는 모델일 수도 있고, 디바이스의 수에 따라 다르게 적용할 수 있는 여러 버전의 모델들을 포함하고 있을 수 있다.A learning-based channel estimation model may be a model that produces different output values depending on the number of devices, or may include multiple versions of the model that can be applied differently depending on the number of devices.
학습 기반 채널 추정 모델은 채널 간 상관 관계를 학습하여, 채널 추정의 정확도를 향상시키는 방향으로 학습할 수 있다. 디바이스들 간의 채널은 서로 간의 간섭이 일어날 수도 있고, 상관 관계가 존재할 수 있다. 따라서, 학습 기반 채널 추정 모델은 학습 과정에서 채널간 상관 관계를 학습하여 채널 추정 모델의 정확도를 향상시킬 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델은 인공 신경망 모델(예: Deep Neural Network(DNN)) 등을 이용하여 구축될 수 있기 때문에, 채널 간의 상관 관계 또한 학습할 수 있다.The learning-based channel estimation model can learn to improve the accuracy of channel estimation by learning the correlation between channels. The channels between devices may interfere with each other or may have correlations. Therefore, the learning-based channel estimation model can improve the accuracy of the channel estimation model by learning the correlation between channels during the learning process. Since the learning-based channel estimation model can be constructed using an artificial neural network model (e.g., a deep neural network (DNN)), it can also learn the correlation between channels.
동작(130)에서, 전자 장치(600)는 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 리시브 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값은 추정된 채널의 정보, 추정된 채널의 방향에 대응하는 벡터 또는 추정된 채널의 정보 벡터를 의미할 수 있다.In operation (130), the electronic device (600) can decode the receive signal and output a detection signal based on the output value of the learning-based channel estimation model. Here, the output value of the learning-based channel estimation model can mean information of the estimated channel, a vector corresponding to the direction of the estimated channel, or an information vector of the estimated channel.
일 실시예에 따른 전자 장치(600)는 매칭 필터(matched filter)에 입력 신호 및 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값을 입력할 수 있다.An electronic device (600) according to one embodiment can input an input signal and an output value of a learning-based channel estimation model to a matched filter.
매칭 필터는 Massive MIMO 시스템에서 디코딩을 할 때 사용하는 것으로 다른 디바이스에 대한 채널 정보가 없는 경우에도 원하는 디바이스의 채널 정보를 알 수 있다면, 원하는 디바이스의 데이터 디코딩을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, Massive MIMO 시스템이 n-th 디바이스의 t-th OFDM 심볼을 디코딩 한다고 가정한다. 이 경우, 심볼은 다음 수학식 2와 같은 방법으로 디코딩 될 수 있다.Matching filters are used in decoding in a Massive MIMO system, and can enable data decoding of a desired device if channel information of the desired device is known even when channel information of other devices is not available. For example, assume that a Massive MIMO system decodes the t -th OFDM symbol of the n- th device. In this case, the symbol can be decoded by the following method of
수학식 2에서, 은 n-th 디바이스의 추정 채널의 벡터를 의미할 수 있다. 만약 M이 충분히 큰 수이면, 은 일 때, 0으로 수렴할 수 있다. 결과적으로, 수학식 2는 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In
따라서, Massive MIMO 시스템은 다른 디바이스의 채널 정보 없이 원하는 n-th 디바이스의 신호(또는 데이터)를 디코딩할 수 있다.Therefore, the Massive MIMO system can decode the signal (or data) of the desired n -th device without channel information of other devices.
동작(140)에서, 전자 장치(600)는 미리 결정된 손실 함수, 출력 값, 검출 신호 및 입력 신호를 이용하여 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 할 수 있다.In operation (140), the electronic device (600) can update a learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, an output value, a detection signal, and an input signal.
미리 결정된 손실 함수는 출력 값에 포함된 추정된 채널의 정보 벡터를 이용하여 검출한 신호의 심볼 값과 입력 신호의 심볼의 값 사이에 MSE(Mean Square Error)를 적용하는 함수일 수 있다. 미리 결정된 손실 함수는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The predetermined loss function may be a function that applies the MSE (Mean Square Error) between the symbol value of the detected signal and the symbol value of the input signal using the information vector of the estimated channel included in the output value. The predetermined loss function can be expressed as in the following mathematical expression 4.
수학식 4에서, Np는 비직교 파일럿 신호의 길이일 수 있다. 는 i-th 디바이스의 채널 정보 벡터일 수 있다. 는 i-th 디바이스의 t-th OFDM 전송 심볼에 대한 수신 신호(예: 입력 신호)일 수 있다. 미리 결정된 손실 함수는 실제 전송 심볼(예: 디바이스가 송신한 신호)와 검출한 심볼(예: 추정 채널 정보 벡터와 입력 신호를 연산하여 검출한 출력 결과)의 값을 MSE하는 함수일 수 있다. 미리 결정된 손실 함수를 적용하기 위해서는, 기지국의 안테나 수만큼 학습 기반 채널 추정 모델을 실행한 출력 값을 모아야할 수 잇다. 따라서, 학습 기반 채널 추정 모델은 안테나의 수만큼 실행 후, 한 번의 업데이트가 될 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델의 학습은 미리 결정된 손실 함수의 값이 0에 가까운 값으로 수렴할 때까지 학습을 진행할 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델에서 미리 결정된 손실 함수의 값이 0에 가까울수록 검출한 심볼 값이 정확하다는 의미일 수 있다. 따라서, 검출한 심볼 값이 정확할수록 벡터는 실제 채널 벡터인 와 근사한 방향을 가질 수 있다.In mathematical expression 4, Np can be the length of the non-orthogonal pilot signal. can be a channel information vector of the i -th device. may be a received signal (e.g., input signal) for the t -th OFDM transmission symbol of the i -th device. The predetermined loss function may be a function that performs MSE on the values of the actual transmission symbol (e.g., signal transmitted by the device) and the detected symbol (e.g., output result detected by calculating the estimated channel information vector and the input signal). In order to apply the predetermined loss function, the output values of the learning-based channel estimation model may need to be collected as many as the number of antennas of the base station. Therefore, the learning-based channel estimation model may be updated once after execution as many as the number of antennas. The learning-based channel estimation model may be trained until the value of the predetermined loss function converges to a value close to 0. In the learning-based channel estimation model, the closer the value of the predetermined loss function is to 0, the more accurate the detected symbol value may be. Therefore, the more accurate the detected symbol value is, the The vector is a real channel vector And it can have a nice direction.
기지국의 각 안테나에서 수신한 입력 신호와 그에 대응하는 비직교 파일럿이 학습 기반 채널 추정 모델의 입력으로 사용될 수 있다. 안테나 수가 M개라면 학습 기반 채널 추정 모델을 M번 실행하여 M개의 안테나에 대응하는 채널 정보를 획득할 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델을 M번 시행 후, 출력 벡터를 모으면, 벡터를 획득할 수 있다. 벡터들은 N개의 단말에 대한 채널과 방향이 유사한 벡터일 수 있다. 채널 벡터의 방향을 알면, 매칭 필터의 디코딩 방식을 사용하여 디바이스의 송신 신호를 검출할 수 있다.The input signals received from each antenna of the base station and the corresponding non-orthogonal pilots can be used as inputs for the learning-based channel estimation model. If the number of antennas is M, the learning-based channel estimation model can be executed M times to obtain channel information corresponding to the M antennas. After executing the learning-based channel estimation model M times, the output vectors are collected. You can get a vector. Vectors can be vectors with similar direction to the channel for the N terminals. Knowing the direction of the channel vector, the transmission signal of the device can be detected using the decoding method of the matching filter.
일 실시예에 따른 전자 장치(600)는 다중 안테나의 개수만큼 학습 기반 채널 추정 모델을 실행한 후, 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 할 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델은 디바이스들에서 전송된 데이터에 의존하지 않으므로, 통신 지속 중에도 학습이 가능하고, 업데이트 될 수 있다.An electronic device (600) according to one embodiment can update a learning-based channel estimation model after executing the learning-based channel estimation model as many times as the number of multiple antennas. Since the learning-based channel estimation model does not depend on data transmitted from devices, learning is possible and can be updated even during continuous communication.
도 는 일 실시예에 따른 Massive MIMO 시스템과 디바이스의 액세스 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an access process of a Massive MIMO system and a device according to one embodiment.
도 1을 참조한 설명은 도 2에도 동일하게 적용될 수 있고, 중복되는 내용은 생략될 수 있다.The description referring to Fig. 1 can be equally applied to Fig. 2, and any duplicate content can be omitted.
도 2를 참조하면, Massive MIMO 기지국(예: 도 3의 기지국(300))은 GB 디바이스와 GF 디바이스와 통신할 수 있다. 저지연 통신이 필요하지 않은 GB 디바이스는 직교 파일럿을 기반으로 하여, 통신 채널 접속을 통해 Massive MIMO 시스템을 가진 BS와 통신할 수 있다. 후술하는 설명에서는 GB 디바이스에 의한간섭은 SIC(Successive Interference Cancellation) 방법으로 제거된다고 가정한다. 종래의 Massive MIMO 시스템은 GF 디바이스의 채널을 추정할 수 없어 GB 디바이스 및 GF 디바이스의 전송 패킷이 제거되는 결과를 초래할 수 있다. 그러나, Massive MIMO의 채널 경화(hardening) 특성으로 인해 GB 디바이스의 채널에 대한 정보를 기반으로 매칭 필터(matched filter)를 사용하여 디코딩할 수 있다. Massive MIMO 시스템은 디바이스가 많지 않은 경우 채널 경화를 사용한 디코딩이 가능할 수 있다.Referring to FIG. 2, a Massive MIMO base station (e.g., base station (300) of FIG. 3) can communicate with GB devices and GF devices. A GB device that does not require low-latency communication can communicate with a BS having a Massive MIMO system through a communication channel connection based on an orthogonal pilot. In the description below, it is assumed that interference by the GB device is removed by the Successive Interference Cancellation (SIC) method. A conventional Massive MIMO system cannot estimate the channel of a GF device, which may result in the cancellation of transmission packets of the GB device and the GF device. However, due to the channel hardening characteristic of Massive MIMO, a matched filter can be used to decode based on information about the channel of the GB device. A Massive MIMO system can enable decoding using channel hardening when there are not many devices.
도 3은 일 실시예에 따른 Massive MIMO 기지국의 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a system of a Massive MIMO base station according to one embodiment.
도 1 및 도 2를 참조한 설명은 도 3에도 동일하게 적용될 수 있고, 중복되는 내용은 생략될 수 있다.The description referring to FIG. 1 and FIG. 2 can be equally applied to FIG. 3, and any duplicate content can be omitted.
도 3을 참조하면, 하나 이상의 디바이스들(310)은 다중 안테나(예: 도 6의 안테나(630))를 가진 Masssive MIMO기지국(300)(예: 도 6의 전자 장치(600))과 통신하여 입력 신호(302)를 송신할 수 있다. 여기서, 파일럿(예: 비직교 파일럿(301))은 입력 신호에 삽입될 수 있다. 파일럿 동기화 없이 파일럿 기반 채널 추정을 가능하게 하기 위해 랜덤 QPSK 심볼을 파일럿 신호로 사용할 수 있다. 기지국(300)의 각 안테나에서 수신한 리시브 신호(303)를 인공 신경망 모델(320)(예: 학습 기반 채널 추정 모델)에 입력하여, 채널 정보를 획득할 수 있다. 기지국(300)은 획득한 채널 정보를 활용하여 검출 신호(304)를 추출할 수 있다.Referring to FIG. 3, one or more devices (310) may communicate with a Massive MIMO base station (300) (e.g., an electronic device (600) of FIG. 6) having multiple antennas (e.g., an antenna (630) of FIG. 6) to transmit an input signal (302). Here, a pilot (e.g., a non-orthogonal pilot (301)) may be inserted into the input signal. A random QPSK symbol may be used as a pilot signal to enable pilot-based channel estimation without pilot synchronization. A receive signal (303) received from each antenna of the base station (300) may be input to an artificial neural network model (320) (e.g., a learning-based channel estimation model) to obtain channel information. The base station (300) may utilize the obtained channel information to extract a detection signal (304).
도 4및 도 5는 일 실시예에 따른 학습 기반 추정 모델을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams illustrating a learning-based estimation model according to one embodiment.
도 1 내지 도 3을 참조한 설명은, 도 4 및 도 5에도 동일하게 적용될 수 있고, 중복되는 내용은 생략될 수 있다.The description referring to FIGS. 1 to 3 can be equally applied to FIGS. 4 and 5, and any overlapping content can be omitted.
도 4 및 도 5를 참조하면, 학습 기반 채널 추정 모델(320)은 4개의 히든 레이어로 구성된 연결된 네트워크 구조를 가질 수 있다. 학습 기반 채널 추정 모델(320)에 입력되는 신호는 복소수 값인 반면에, 신경망의 가중치는 실수 값일 수 있다. 따라서, 학습 기반 채널 추정 모델(320)에 입력되는 리시브 신호들(303-1 내지 303-Nr)을 실수부와 허수부로 분리할 필요성이 있다. 즉, Massive MIMO 시스템은 입력 신호(302) 전체를 입력 데이터로 사용하는 대신 각각의 안테나(630-1 내지 630-Nr)(예: 도 6의 안테나(630))와 해당하는 파일럿에서 수신된 신호를 실수부 및 허수부로 나누어 학습 기반 추정 모델(320)의 입력으로 활용할 수 있다. 이와 같은 방식은, 입력 신호(302)의 크기가 수신된 안테나 수에 비례하여 증가하는 것을 방지할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, the learning-based channel estimation model (320) may have a connected network structure composed of four hidden layers. The signal input to the learning-based channel estimation model (320) may be a complex value, while the weight of the neural network may be a real value. Therefore, it is necessary to separate the receive signals (303-1 to 303- N r) input to the learning-based channel estimation model (320) into a real part and an imaginary part. That is, instead of using the entire input signal (302) as input data, the Massive MIMO system may divide the signals received from each antenna (630-1 to 630- N r) (e.g., antenna (630) of FIG. 6) and the corresponding pilot into a real part and an imaginary part and utilize them as inputs to the learning-based estimation model (320). This method can prevent the size of the input signal (302) from increasing in proportion to the number of received antennas.
학습 기반 채널 추정 모델(320)의 출력 데이터는 개별 안테나들 각각의 채널 정보를 의미할 수 있다. Massive MIMO 시스템은 다중 안테나들(630) 각각에서 수신한 리시브 신호(303) 및 학습 기반 채널 추정 모델(320)의 출력 값(321)에 기초하여, 디바이스들(310) 각각의 채널 정보 벡터들(322)를 획득할 수 있다. 더해서, 기지국(300)은 미리 결정된 손실 함수(323)를 이용하여, 학습 기반 채널 추정 모델(320)을 업데이트 할 수 있다.The output data of the learning-based channel estimation model (320) may mean channel information of each individual antenna. The Massive MIMO system may obtain channel information vectors (322) of each of the devices (310) based on the receive signal (303) received from each of the multiple antennas (630) and the output value (321) of the learning-based channel estimation model (320). In addition, the base station (300) may update the learning-based channel estimation model (320) using a predetermined loss function (323).
도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating an electronic device according to one embodiment.
도 6의 하나 이상의 블록들 및 블록들의 조합은 특정 기능을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 컴퓨터, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용은 도 6에 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 전자 장치(600)는 기지국(300)을 포함할 수 있다. One or more of the blocks and combinations of blocks of FIG. 6 may be implemented by a special purpose hardware-based computer performing a specific function, or a combination of special purpose hardware and computer instructions. The contents described with reference to FIGS. 1 to 5 may be equally applied to FIG. 6. For example, an electronic device (600) according to one embodiment may include a base station (300).
도 6과 같이, 전자 장치(600)는 메모리(610), 프로세서(620) 및 안테나(630)를 포함할 수 있다. 전자 장치(600)는 통신 모듈을 더 포함할 수 있고, 통신 모듈은 전송부 및 수신부를 포함할 수 있다. 또한, 통신 모듈은 안테나(630)와 연결되어 디바이스들(예: 도 3의 디바이스들(310))의 입력 신호(또는 데이터)를 수신할 수 있다.As shown in FIG. 6, the electronic device (600) may include a memory (610), a processor (620), and an antenna (630). The electronic device (600) may further include a communication module, and the communication module may include a transmitter and a receiver. In addition, the communication module may be connected to the antenna (630) to receive input signals (or data) from devices (e.g., devices (310) of FIG. 3).
일 실시예에 따른 전자 장치(600)는 메모리(610) 및 시스템 버스 또는 다른 적절한 회로를 통해 메모리(610)와 연결된 프로세서(620)를 포함할 수 있다.An electronic device (600) according to one embodiment may include a memory (610) and a processor (620) connected to the memory (610) via a system bus or other suitable circuitry.
전자 장치(600)는 메모리(610)에 프로그램 코드를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따른 메모리(610)는 로컬 메모리 또는 하나 이상의 대용량 저장 장치들(bulk storage devices)과 같은 하나 이상의 물리적 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 이 때, 로컬 메모리는 RAM(Random Access Memory) 또는 프로그램 코드를 실제로 실행하는 동안 일반적으로 사용되는 다른 휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다. 대용량 저장 장치는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 또는 다른 비휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있다.The electronic device (600) may store program code in memory (610). The memory (610) according to one embodiment may include one or more physical memory devices, such as local memory or one or more bulk storage devices. In this case, the local memory may include RAM (Random Access Memory) or other volatile memory devices that are generally used while actually executing the program code. The bulk storage device may be implemented as a Hard Disk Drive (HDD), a Solid State Drive (SSD), or other non-volatile memory device.
메모리(610)에 저장된 실행 가능한 프로그램 코드가 전자 장치(600)에 의해 실행됨에 따라, 프로세서(620)에 의해 본 개시에 기재된 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 메모리(610)는 프로세서(620)가 도 1 내지 5에 기재된 하나 이상의 동작을 수행하도록 하기 위한 프로그램 코드를 저장할 수 있다.As the executable program code stored in the memory (610) is executed by the electronic device (600), various operations described in the present disclosure can be performed by the processor (620). For example, the memory (610) can store program code for causing the processor (620) to perform one or more operations described in FIGS. 1 to 5.
구현되는 장치의 특정 유형에 따라, 전자 장치(600)는 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소들 또는 도 6에 도시되지 않은 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 구성 요소들은 다른 구성 요소에 포함될 수 있고, 그렇지 않으면 다른 구성 요소의 일부를 형성할 수 있다.Depending on the particular type of device being implemented, the electronic device (600) may include fewer components than those illustrated or additional components not illustrated in FIG. 6. Additionally, one or more of the components may be incorporated into, or otherwise form part of, another component.
일 실시예에 따른 프로세서(620)는 전자 장치(600)의 동작들을 제어하기 위한 전반적인 제어 기능들을 수행하는 하드웨어 구성이다. 예를 들어, 프로세서(620)는 전자 장치(600) 내의 메모리(610)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 전자 장치(600)를 전반적으로 제어할 수 있다. 프로세서(620)는 전자 장치(600) 내에 구비된 CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), AP(application processor), NPU(neural processing unit) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The processor (620) according to one embodiment is a hardware configuration that performs overall control functions for controlling operations of the electronic device (600). For example, the processor (620) may control the electronic device (600) overall by executing programs stored in the memory (610) within the electronic device (600). The processor (620) may be implemented as a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), an application processor (AP), a neural processing unit (NPU), etc., provided within the electronic device (600), but is not limited thereto.
프로세서(620)는 상기 인스트럭션들이 실행될 때, 전자 장치(600)로 하여금, 하나 이상의 디바이스들로부터 수신한 입력 신호 및 비직교 파일럿 신호를 포함하는 리시브 신호(Received Signals)를 수신하고, 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 이용하여 디바이스들 각각의 채널을 추정하고, 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 입력 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력하고, 미리 결정된 손실 함수, 출력 값, 검출 신호 및 입력 신호를 이용하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트하도록 할 수 있다.The processor (620) may cause the electronic device (600) to receive, when the instructions are executed, received signals including input signals and non-orthogonal pilot signals received from one or more devices, estimate a channel of each of the devices using a learning-based channel estimation model based on the non-orthogonal pilot signals, decode the input signals based on an output value of the learning-based channel estimation model to output a detection signal, and update the learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, the output value, the detection signal, and the input signal.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(또는 인스트럭션(instruction))을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may be implemented using a general-purpose computer or a special-purpose computer, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions (or instructions). The processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For ease of understanding, the processing device is sometimes described as being used alone, but those skilled in the art will appreciate that the processing device may include multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. For example, a processing device may include multiple processors, or a processor and a controller. Other processing configurations, such as parallel processors, are also possible.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing device to perform a desired operation or may independently or collectively command the processing device. The software and/or data may be permanently or temporarily embodied in any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, or transmitted signal waves, for interpretation by the processing device or for providing instructions or data to the processing device. The software may also be distributed over network-connected computer systems and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on a computer-readable recording medium.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination, and the program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiment or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, flash memories, etc. Examples of program commands include not only machine language codes generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on them. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.
Claims (19)
하나 이상의 디바이스들로부터 수신한 입력 신호 및 비직교 파일럿 신호를 포함하는 리시브 신호(Received Signals)를 수신하는 동작;
상기 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 이용하여 상기 디바이스들 각각의 채널을 추정하는 동작;
상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 상기 입력 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력하는 동작; 및
미리 결정된 손실 함수, 상기 출력 값, 상기 검출 신호 및 상기 입력 신호를 이용하여, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트하는 동작
을 포함하는, 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법.
In a method for estimating a communication channel of multiple antennas,
An operation of receiving received signals including input signals and non-orthogonal pilot signals received from one or more devices;
An operation of estimating a channel of each of the devices using a learning-based channel estimation model based on the non-orthogonal pilot signal;
An operation of decoding the input signal and outputting a detection signal based on the output value of the learning-based channel estimation model; and
An operation of updating the learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, the output value, the detection signal, and the input signal.
A method for estimating a communication channel of multiple antennas, comprising:
상기 학습 기반 채널 추정 모델은
준 지도 학습(semi-supervised learining) 방법으로 학습되어, 파일럿 정보에 의존하여 상기 디바이스들의 채널의 정보를 추정하는 모델인, 다중 안테나 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above learning-based channel estimation model
A multi-antenna communication channel estimation method, which is a model that estimates information about the channel of the devices based on pilot information by learning using a semi-supervised learning method.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은
상기 채널 간 상관 관계를 학습하여, 상기 채널 추정의 정확도를 향상시키는 방향으로 학습하는, 다중 안테나 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above learning-based channel estimation model
A multi-antenna communication channel estimation method that learns correlations between the channels to improve the accuracy of channel estimation.
상기 미리 결정된 손실 함수는
상기 출력 값에 포함된 추정된 채널의 정보 벡터를 이용하여 검출한 신호의 심볼의 값과 상기 입력 신호의 심볼의 값 사이에 MSE(Mean Square Error)를 적용하는 함수인, 다중 안테나 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above predetermined loss function is
A multi-antenna communication channel estimation method, which is a function that applies MSE (Mean Square Error) between the symbol value of a signal detected using the information vector of the estimated channel included in the output value and the symbol value of the input signal.
상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 하는 동작은
상기 다중 안테나의 개수만큼 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 실행한 후, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 하는 동작
을 포함하는, 다중 안테나 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The action of updating the above learning-based channel estimation model is
An operation of updating the learning-based channel estimation model after executing the learning-based channel estimation model as many times as the number of the multiple antennas.
A method for estimating a multi-antenna communication channel, comprising:
상기 수신하는 동작은
상기 리시브 신호를 실수부와 허수부로 구분하는 동작
을 포함하는, 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above receiving action is
The operation of dividing the above received signal into real and imaginary parts.
A method for estimating a communication channel of multiple antennas, comprising:
상기 입력 신호는
OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)에 의한 심볼 변조를 포함하는, 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above input signal is
A method for estimating a communication channel using multiple antennas, including symbol modulation using OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).
상기 비직교 파일럿 신호는
랜덤 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼을 이용하여 생성되는, 다중 안테나의 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above non-orthogonal pilot signals are
A method for estimating a multi-antenna communication channel generated using random QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) symbols.
상기 디코딩하는 동작은
매칭 필터에 상기 입력 신호 및 상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값을 입력하는 동작
을 포함하는, 다중 안테나 통신 채널 추정 방법.
In the first paragraph,
The above decoding operation is
An operation of inputting the input signal and the output value of the learning-based channel estimation model to the matching filter.
A method for estimating a multi-antenna communication channel, comprising:
A computer program stored on a computer-readable recording medium for executing the method of any one of claims 1 to 9 in combination with hardware.
하나 이상의 디바이스들로부터 입력 신호를 수신하는 안테나;
인스트럭션들을 저장하는 메모리; 및
프로세서
를 포함하고,
상기 인스트럭션들은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전자 장치로 하여금,
하나 이상의 디바이스들로부터 수신한 입력 신호 및 비직교 파일럿 신호를 포함하는 리시브 신호(Received Signals)를 수신하고,
상기 비직교 파일럿 신호에 기초하여, 학습 기반 채널 추정 모델을 이용하여 상기 디바이스들 각각의 채널을 추정하고,
상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값에 기초하여, 상기 입력 신호를 디코딩하여 검출 신호를 출력하고,
미리 결정된 손실 함수, 상기 추정된 채널, 상기 출력 값 및 상기 입력 신호를 이용하여, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트하도록 하는, 전자 장치.
In an electronic device driving a Massive MIMO system,
An antenna for receiving input signals from one or more devices;
Memory for storing instructions; and
Processor
Including,
The above instructions, when executed by the processor, cause the electronic device to:
Receives received signals including input signals and non-orthogonal pilot signals received from one or more devices,
Based on the non-orthogonal pilot signals, the channel of each of the devices is estimated using a learning-based channel estimation model,
Based on the output value of the above learning-based channel estimation model, the input signal is decoded to output a detection signal,
An electronic device configured to update the learning-based channel estimation model using a predetermined loss function, the estimated channel, the output value, and the input signal.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은
준 지도 학습(semi-supervised learining) 방법으로 학습되어, 파일럿 정보에 의존하여 상기 디바이스들의의 채널의 정보를 추정하는 모델인, 전자 장치.
In Article 11,
The above learning-based channel estimation model
An electronic device, which is a model that estimates information of a channel of the devices based on pilot information and is learned using a semi-supervised learning method.
상기 학습 기반 채널 추정 모델은
상기 채널 간 상관 관계를 학습하여, 상기 채널 추정의 정확도를 향상시키는 방향으로 학습하는, 전자 장치.
In Article 11,
The above learning-based channel estimation model
An electronic device that learns correlations between the channels to improve the accuracy of channel estimation.
상기 미리 결정된 손실 함수는
상기 출력 값에 포함된 상기 추정된 채널의 정보 벡터를 이용하여 검출한 신호의 심볼의 값과 상기 입력 신호의 심볼의 값 사이에 MSE(Mean Square Error)를 적용하는 함수인, 전자 장치.
In Article 11,
The above predetermined loss function is
An electronic device, which is a function that applies MSE (Mean Square Error) between the symbol value of a signal detected using the information vector of the estimated channel included in the output value and the symbol value of the input signal.
상기 프로세서는
상기 다중 안테나의 개수만큼 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 실행한 후, 상기 학습 기반 채널 추정 모델을 업데이트 하는, 전자 장치.
In Article 11,
The above processor
An electronic device that updates the learning-based channel estimation model after executing the learning-based channel estimation model as many times as the number of the multiple antennas.
상기 프로세서는
상기 리시브 신호를 실수부와 허수부로 구분하는, 전자 장치.
In Article 11,
The above processor
An electronic device that divides the received signal into a real part and an imaginary part.
상기 입력 신호는
OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)에 의한 심볼 변조를 포함하는, 전자 장치.
In Article 11,
The above input signal is
An electronic device including symbol modulation by OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).
상기 비직교 파일럿 신호는
랜덤 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼을 이용하여 생성되는, 전자 장치.
In Article 11,
The above non-orthogonal pilot signals are
An electronic device that generates signals using random QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) symbols.
상기 프로세서는
매칭 필터에 상기 입력 신호 및 상기 학습 기반 채널 추정 모델의 출력 값을 입력하는, 전자 장치.
In Article 11,
The above processor
An electronic device that inputs the input signal and the output value of the learning-based channel estimation model to the matching filter.
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|---|---|---|---|
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