Multi-antenna systems, also known as multi-input multi-output (MIMO) systems, introduced by Foschini and Telatar in the late 90s, can increase spectral efficiency by utilizing the spatial domain. While spatial multiplexing MIMO fully exploits this increased spectral efficiency, it makes detection very complex at the receiver. There have been, therefore, a lot of works on reducing the complexity of detection algorithm. Among them, the K-best detection algorithm shows a BER performance very close to optimum ML detection, and also is VLSI friendly.
Sorting plays an important role in K-best detection. Distributed sorting, previously proposed in the literature, reduces this sorting complexity and thus leads to, in some cases together with increased throughput, area reduction in VLSI implementations. However, it is observed that it also leads to severe BER performance degradations. In this thesis distributed sorting in conjunction with interleaving is proposed to recover that degraded BER performance.
The concept of ‘skew’ is introduced such that performance improvements can be expected by removing or reducing these ‘skews’, which is done by interleaving. Finding optimal interleaving patterns is almost impossible, and therefore, a general systematic heuristic interleaving rule is proposed. It is shown that, in the context of 802.11n, using the proposed scheme, 2.5dB improvement in SNR at BER $10^{-4}$ can be achieved with a hardware overhead of 34%, compared to the conventional distributed sorting scheme.
90년대 말에 Foschini와 Tetalar에 의해서 제안된 다중 안테나 시스템은 공간 영역을 활용함으로써 스펙트럼 효율성을 높일 수 있게 한다. 이러한 공간 다중 송신은 스펙트럼 효율을 극대화 시키는 반면에 수신기에서의 검파 문제를 매우 복잡하게 만든다. 따라서 높은 검파 복잡도를 줄이기 위한 여러 가지 알고리즘들이 제안되어 왔다. K-best 검파 알고리즘은 최적 검파 방식인 ML검파에 근접한 성능을 내면서도 하드웨어 친화적인 특성을 가지고 있다는 장점이 있다.
K-best 검파 알고리즘에서 핵심적인 역할을 하는 것이 정렬이다. 기존에 제안되었던 분산 정렬 방식의K-best 알고리즘은 정렬 복잡도를 줄임으로써 하드웨어의 구조에 따라서 면적 감소나 면적 감소와 함께 속도 향상을 이룰 수 있지만, BER 성능이 크게 나빠지는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 분산 정렬 K-best 검파기의 BER 성능을 향상시키기 위하여 인터리빙을 적용할 것을 제안하였다.
우선 인터리빙의 필요성을 정당화하기 위하여 skew 개념을 소개하고, 인터리빙을 사용하여 이를 줄이거나 없애면 성능 향상을 기대할 수 있다는 것을 보였다. 최적의 인터리빙 방식을 구하는 것은 거의 불가능한 문제이므로 체계적이고 일반적으로 통용될 수 있으며 성능 향상도 만족할 만한 인터리빙 규칙을 제시하였다. 그리고 이를 802.11n 표준에 적용하여 기존의 분산 정렬 방식에 비교할 때, $10^{-4}$ 의 BER에서 약 2.5dB 만큼 SNR을 향상시킬 수 있음을 보였다. 하드웨어 구현 결과, 제안하는 인터리빙을 적용함으로써 발생하는 추가적인 하드웨어의 면적은 기존 하드웨어 대비 약 34%로 나타났다.
