The multiple-input multiple-output (MIMO) technology has been employed in wireless communication systems as a promising technique to increase data rate more than hundreds of megabits or several gigabits per second. To approach the channel capacity, in addition, recent communication standards mandate iterative decoding which requires the log-likelihood ratios of all the transmitted bits. As a result, the efficient computation of such values has drawn considerable attention, and the importance of soft-output MIMO detection has been enlarged.
In this thesis, an efficient tree-traversal strategy is proposed to reduce the computational complexity of soft-output MIMO symbol detection. To minimize unnecessary computations, the proposed algorithm never visits a node more than once. Meanwhile, it repetitively reorganizes the set of nodes which are likely to be the maximum-likelihood solution or counter-hypotheses that need to be identified in the detection. As the reorganization directs the algorithm to search only meaningful nodes for the required symbols, the complexity can be effectively mitigated while preserving the max-log optimality.
Experimental results claim that the proposed algorithm reduces the number of visited nodes by 29% and 36% over the single tree search for a MIMO system equipped with 4 $\times$ 4 16-QAM and 4 $\times$ 4 64-QAM, respectively.
다중 입력 다중 출력(MIMO)은 무선통신에서 데이터 전송 속도를 초당 수백 메가 비트에서 수 기가 비트 수준으로 올리는데 있어 촉망 받는 기술이다. 또한, 채널의 capacity에 근접하기 위하여 최근의 통신 표준은 송신 symbol의 모든 비트에 대해 log-likelihood ratio를 구해야 하는 iterative decoding을 필수적으로 요구하고 있다. 그렇기 때문에 그 값들을 효율적으로 계산해내는 일은 큰 주목을 받았고, soft-output MIMO 검파의 중요성이 커졌다.
본 학위 논문에서는 soft-output MIMO 부호 검파의 계산 복잡도를 낮추기 위한 효율적인 tree-traversal 알고리즘을 제안한다. 불필요한 계산을 최소화하기 위하여, 제안하는 알고리즘은 하나의 node를 오직 한 번만 방문한다. 그와 동시에, 검파 과정에서 찾아내야 하는 maximum-likelihood solution 또는 counter-hypotheses가 될 가능성이 있는 node들의 집합을 계속해서 재구성한다. 이는, 알고리즘이 MIMO 검파에 필요한 symbol들을 찾는데 있어 오직 의미 있는 node들만을 방문하도록 유도하며, max-log optimality를 유지하면서도 복잡도를 효율적으로 줄일 수 있게 한다.
4 $\times$ 4 16-QAM 및 4 $\times$ 4 64-QAM 시스템에 대한 실험 결과에 의하면, 제안하는 알고리즘은 기존 single tree search에 비해 방문하는 node의 수를 각각 29%, 36% 줄일 수 있다.