Modified sphere decoder using joint candidate symbols and layer sorting with initial radius determination = 후보 심볼과 레이어 정렬을 이용한 수정된 스피어 디코더와 초기 반지름 설정에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The sphere decoder finds the maximum-likelihood (ML) solution with moderate complexity. The computational complexity of the sphere decoder can be further reduced by conventional decoding order schemes sorting the candidate symbols, where the candidate symbols are sorted in ascending order of the distance from the soft-output signal points of a zero-forcing (ZF) receiver. The soft-output signal points from ZF, however, may not be a reliable reference of sorting for finding ML solutions. Moreover, conventional sorting scheme does not consider the searching of the following layer. In this thesis, two different sorting schemes are proposed which give more reliable sorting criteria. One is to sort each candidate symbols by counting the number of candidate symbols of the following layer, which is called child symbols. The other is to replace ZF signal points with newly found symbols in the next search with the new radius. The newly found symbols are closer to the received signal than the ZF solution leading to faster searching of ML solution. The proposed sorting scheme can be combined with layer sorting to allow more reliability at the first detected layer.On the other hands, the initial radius of sphere decoder has profound effect on the bit error rate performance and computational complexity. Generally, the initial radius of the sphere decoder has been determined by equation suggested in [5]. This equation, however, is not a closed form. A simple equation for setting initial radius is presented in this thesis.The computational complexity in low signal to noise ratio (SNR) region is explosive. Moreover, the sphere decoder has random complexity and the deviation is very large. These disadvantages make the sphere decoder be infeasible for the hardware implementation. In this these, two types of modified sphere decoders using joint candidate symbols and layer sorting are also proposed for the practical use of the sphere decoder.

국문 초록 (Abstract)

스피어 디코더는 ML의 심볼 오류 률 성능을 가지나, 복잡도를 낮춘 디코더이다. 스피어 디코더의 복잡도와 심볼 오류율 성능은 초기 반지름 설정에 많은 영향을 받는다. 본 논문에서는 기존의 초기 반지름 설정의 식보다 간단한 형태의 식을 제안하였다. 또한 스피어 디코더는 레이어 별로형성 되어 있는 후보 심볼의 정렬 방법에 따라 복잡도를 많이 줄일 수 있는데, 본 논문에서는 기존의 ZF 값을 이용하지 않고, 하위 레어어 접근을고려한 두 가지 다른 정렬 방법을 제안하였다. 이런 후보 심볼 정렬은 초기 레이어의 신뢰성 있는 접근을 위한 레이어 정렬도 병행하여 이루어 질수 있다. 실험 결과 레이어 정렬과 제안된 후보 심볼 정렬 방식을 함께사용한 정렬 방법은 기존의 방법보다 30-40% 정도의 복잡도를 줄였다.또한 스피어 디코더는 낮은 신호 대 잡은 비율의 영역에서 복잡도가 지수적으로 증가하나, 제안된 복합형 스피어 디코더의 경우 낮은 신호 대잡은 영역에서 단순히 ZF 값을 사용함으로 이러한 문제를 극복했다. 그리고 스피어 디코더는 랜덤 복잡도를 가지고 복잡도의 편차가 매우 크다.이런 문제를 해결하기 위해서 복잡도 제한 스피어 디코더를 제안하고 성능 분석을 함께 보였다. 실험 결과 평균 복잡도는 기존의 가장 복잡도를낮춘 스피어 디코더보다 더 낮은 복잡도를 가졌다. 그뿐만 아니라, 복잡도의 편차를 줄이고, 최대 복잡도가 무시할 정도로 낮은 값을 보였다.