This thesis investigates signal detection and compensation of I/Q mismatch and DC offset for multi-input multi-output (MIMO) systems.
First, an adaptive receiver for MIMO systems is derived based on the generalized decision feedback equalizer (GDFE) in an attempt to reduce the computational complexity of the vertical Bell Labs layered space time (V-BLAST) processing in time-varying channels. The proposed algorithm rearranges the detection ordering and adaptively adjusts the filter tap weights of the GDFE using the recursive least squares (RLS) algorithm. Since the proposed adaptive technique does not need explicit channel tracking and estimation of noise variance, it requires less computation than the V-BLAST detector. In particular, the proposed algorithm can be further simplified by using the fact that the detection orderings are fairly similar for successive transmission data. Computer simulations show that the proposed receiver performs comparable to the V-BLAST algorithm with channel tracking.
In the second part, the proposed adaptive GDFE is applied to MIMO systems with layered space-time block codes (STBCs). By dividing the transmit antennas into groups, the MIMO system with the STBCs provides a tradeoff between spatial multiplexing and transmit diversity. It is shown that the adaptive GDFE can be used for the detection of the layered STBCs through some modification. In the modified GDFE algorithm, the orders of weight vectors are increased by the size of an antenna group, and the detection orderings are rearranged among antenna groups. In time-varying channels, the proposed adaptive receiver needs less computation than the V-BLAST processor with channel tracking, and performs comparable to the latter.
Finally, compensation of I/Q mismatch and DC offset is considered for MIMO systems with low intermediate frequency (IF) or direct conversion architectures. In the proposed scheme, I/Q mismatch and DC offset parameters are estimated in a least squares (LS) sense. To compensate for I/Q mismatch and DC offset using the estimated parameters, a V-BLAST processor with mismatch cancellation and a maximum likelihood (ML) detector are derived. The theoretical analysis gives the mean square error (MSE) performance of the LS estimator and provides the conditions to design the optimal training sequences with the minimum MSE. Simulation results demonstrate a good agreement between the theory and the experiment, and show that the optimal training sequences attain the theoretical minimum MSE.
본 논문은 다중 송수신 안테나 시스템을 위한 적응 등화기 기반의 검파와 I/Q 불균형 및 DC 옵셋 보상 기법을 다룬다.
우선 다중 송수신 안테나 시스템을 위해 제안된 vertical Bell Labs layered space time (V-BLAST) 검파기의 복잡도를 줄이기 위한 방법으로 일반화된 등화기에 기반한 적응 수신기를 유도한다. 제안된 알고리즘에서는 회귀 최소자승법을 이용하여 송신 데이터의 검파 순서를 정한 후 등화기의 필터 탭 계수를 갱신한다. 제안된 적응 기법은 직접적으로 채널을 추적하거나 잡음 분산을 추정하지 않으므로 V-BLAST 검파기에 비해 연산이 간단하다. 특히, 실제 다중 송수신 채널에서 연속적으로 데이터를 전송할 경우 검파 순서가 거의 변하지 않는 점을 이용하면 제안된 알고리즘을 더욱 간단히 구현할 수 있다. 전산 모의 실험을 통해 제안된 수신기가 적은 연산으로 V-BLAST 알고리즘과 동일한 성능을 나타냄을 확인하였다.
다음으로 계층화된 시공간 코드를 적용한 다중 송수신 안테나 시스템을 위한 적응 검파기를 제안한다. 계층화된 시공간 코드는 다중 송수신 채널 환경에서 공간 다중화 이득과 송신 다이버시티 차수를 적절히 타협할 수 있도록 해준다. 그리고 계층화된 시공간 코드를 이용하여 전송된 신호는 앞서 유도된 적응 등화기 구조를 변형한 적응 수신기에 의해 검파될 수 있다. 이 수정된 적응 등화기에서는 전송 신호가 몇 개의 안테나로 구성된 그룹으로 나누어지고 각 그룹간의 비교를 통해 검파 순서를 결정한 후 탭 계수를 갱신한다. 시간적으로 변하는 채널에 적용할 경우 제안된 적응 수신 알고리즘은 채널 추적과 잡음 분산 추정을 필요로 하는 V-BLAST 검파기에 비해 연산이 간단하면서 동일한 성능을 나타낸다.
끝으로, 다중 송수신 안테나 시스템에 직접 변환 송수신기를 적용하는 경우 I/Q 불균형과 DC 옵셋을 보상하는 기법을 제안한다. 제안된 방법은 최소 자승 관점에서 채널, I/Q 불균형, DC offset 값을 동시에 추정한다. I/Q 불균형을 보상하기 위하여 불균형 제거 기법과 최대 우도 검파기를 각각 유도한다. 이론적 분석을 통하여 I/Q 불균형 및 DC offset 추정시의 평균 자승 오차값을 계산하고 평균 자승 오차값을 최소화하는 훈련 심볼을 설계하는 방법을 제시한다. 모의 실험을 통하여 이론적으로 유도된 평균 자승 오차와 실험치가 일치하고, 최적화된 훈련 심볼을 이용하여 이론적인 최소 평균 자승 오차값이 얻어짐을 보인다.
