It is generally known that multiple-input and multiple-output (MIMO) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems provide enormous advantages such as outstandingly high spectral efficiencies in rich scattering environments, and immunity to frequency-selective fading channel and the capability of high spectral efficiency, respectively. Due to these advantages, MIMO and OFDM systems have attracted a lot of attention as promising candidate schemes for next-generation wireless systems. For both two systems, efficient signal detector at receiver is needed because the accuracy and complexity of the detector determine the system performance and receiver efforts, respectively.
For MIMO systems, especially double space-time transmit diversity (D-STTD) which achieves both diversity gain and multiplexing gain, many kinds of detectors, such as interference cancellation and maximum-likelihood (ICML), maximum-likelihood (ML) detector, and sphere detector (SD), are proposed. SD provides exactly same performance with that of optimal detector (ML) with tractable complexity, however, further reduction of the detection complexity is still crucial issue considering size and power limitation of the mobile station.
For OFDM systems over time-frequency selective channel, many kinds of equalizers were introduced to reduce the effect of ICI due to mobility. The representative signal detectors are serial/block zero-forcing (ZF) and minimum mean squared error (MMSE) approach equalizer, banded structure based equalizer, and parallel interference cancellation (PIC) approach equalization. Due to the large size of the OFDM symbol block, equalization techniques generally provides high operational complexity maintaining good performance. Moreover, some equalizers achieve the computational efficiency at the cost of the degradation of the performance.
In this thesis, we propose computationally efficient receiver design for MIMO and OFDM systems that are well suited to both attractive systems. Firstly, a computationally efficient two-step iterative detection algorithm (IDA) for D-STTD systems is presented. The IDA establishes the partial candidate sequences, among which it iteratively finds an optimal full sequence until the early termination condition is satisfied. The complexity of the proposed IDA is further reduced through the adaptation of the number of candidate sequences. Secondly, a computationally efficient equalization technique, which employs block MMSE depending on $LDL^H$ factorization. Then, PIC is executed with pre-obtained output to provide more reliable symbol detection. In particular, the band structure of frequency domain channel matrix is exploited in both procedures for the complexity saving.
잘 알려진 바와 같이 MIMO (multiple-input and multiple-output) 시스템과 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 시스템 은 각각 산란이 큰 환경에서의 스펙트럼 상의 능률성과, 주파수 선택적인 페이딩 채널에 대한 면역성과 높은 스텍트럼 상의 능률성 등의 굉장한 장점을 가지고 있다. 이러한 장점들로 인해 MIMO와 OFDM 시스템은 차세대 무선 통신 시스템에서 선택될 유망한 후보로 대두되고 있다. 수신기 상의 신호 검출기의 정확도와 복잡도가 시스템 성능과 노력을 결정하는 것을 고려해 볼 때, 두 시스템은 효율적인 신호 검출기를 필요로 한다.
MIMO 시스템, 특히 다이버시티 이득과 멀티플렉싱 이득을 동시에 같는 D-STTD 시스템을 위해 ICML (interference cancellation and maximum-likelihood), ML (maximum-likelihood) 검출기, 그리고 SD (sphere detector) 등과 같은 많은 신호 검출기가 제안되었다. SD는 적은 복잡도로 최적의 검출기 (ML)와 정확히 같은 성능을 보이지만, 크기와 파워 제한이 있는 수신 기계를 생각해 볼 때 SD의 검출 복잡도를 더욱 감소시키는 일은 여전히 중요한 이슈이다.
한편, 시간-주파수 선택적인 채널 환경을 겪는 OFDM 시스템에서 ICI 효과를 줄이기 위한 많은 종류의 등화기들이 제안되었다. 대표적인 신호 검출기로는 순차적/블록 ZF (zero-forcing) 그리고 MMSE(minimum mean squared error) 접근 등화기, 밴딩 구조 기반의 등화기, 그리고 PIC (parallel interference cancellation) 접근 등화기 등이 있다. OFDM 심볼 블록의 큰 사이즈로 인해, 등화 기법들은 좋은 성능을 위해서는 높은 사용상의 복잡도를 가지게 된다. 더욱이, 낮은 복잡도를 목적으로 하는 등화기들은 시스템 성능의 저하를 나타낸다.
본 논문은 MIMO 시스템과 OFDM 시스템, 두 매력적인 시스템에 적합한 사용 효율적인 수신기 구조를 제안한다. 첫째로, D-STTD 시스템을 위한 사용 효율적인 두단계의 반복적 검출 알고리즘 (IDA: it-erative detection algorithm)을 고안한다. IDA는 부분적인 후보열들을 생성한 후 그것을 이용하여 조기 종료 조건 (early termination condition)이 만족될 때 까지 반복적으로 최적의 심볼열을 검출한다. 제안된 IDA의 복잡도는 후보열의 갯수를 적응적으로 변화시킴으로써 더욱 줄어들게 된다. 다음으로, 사용 효율적인 등화 방법이 소개된다. 이등화기는, 우선, $LDL^{H}$ 분해에 의존한 블록 MMSE 기법을 사용한다. 그 후, MMSE 기법을 통하여 얻어진 시그널을 이용하여, 더욱 신뢰도 높은 심볼 검출을 위하여 PIC 기법이 다시 적용된다. 특히, 복잡도 감소를 위해 주파수 대역 채널 메트릭스에 대한 밴딩이 MMSE 기법과PIC 기법이 사용될 때 모두 적용된다.