균일 원형 배열을 활용하는 5G 스몰셀 안테나의 방향성 빔포밍 방식에 대한 연구
A study on Directional Beamforming of 5G Small-Cell Antennas Utilizing Uniform Circular Arrays
- 주제(키워드) 빔포밍
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 성원진
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063347
- UCI I804:11029-000000063347
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
이동 통신 시스템에서는 데이터 전송 속도 증가 및 시스템 채널 용량 증대를 위한 주요한 방법으로 다중 입출력 송수신 (multiple-input multiple-output; MIMO) 전송 기술을 사용하고 있다. MIMO 전송 시 정확한 빔포밍의 수행은 시스템의 성능 향상에 기여하며, 따라서 빔포밍 벡터와 이를 정의하는 코드북 설계에 관한 논의는 매우 중요하다. 본 논문에서는 균일 선형 안테나 배열 (uniform linear arrays; ULAs)와 균일 원형 안테나 배열 (uniform circular arrays; UCAs) 구조 환경에서 인접한 안테나 간 채널의 위상 차이를 통계적으로 분석하였다. 나타난 위상 차이 분포의 상이함을 활용하기 위한 방법으로 섹터 경계 없는 전송 시스템을 제안하였으며, 3-sector 균일 선형 배열 구조와 섹터 경계 없는 균일 원형 배열에서의 시스템 성능을 비교하였다. 또한 섹터 경계 없는 전송 시 전방향 빔포밍 수행을 위한 빔포밍 벡터를 분석하고, 채널의 위상에서 나타나는 순환적인 구조를 활용하여 체계적으로 코드북을 구성하는 방법을 제안한다. 제안 코드북은 셀 내의 사용자의 위치에 관계없이 전방향 선처리 전송을 가능하게 하여 시스템 전체 성능을 향상시키며, 빔포밍 벡터의 길이와 천정각 변화에 따른 위상 변화를 반영하여 더 정교한 빔포밍을 수행이 가능하다. 제안 코드북은 공간채널모델 환경에서 성능 평가를 진행하며 기존의 균일 위상 DFT (discrete Fourier transform) 코드북 대비 큰 폭의 성능 이득을 보임을 확인한다.
more초록/요약
In mobile communication systems, multiple-input multiple-output (MIMO) transmission is used as a key technique for increasing the data transmission rate and thus the system throughput. Accurate beamforming for MIMO transmission significantly contributes to the system performance improvement, which makes efficient designs of beamforming vectors and codebooks very important. In this thesis, we first perform statistical analysis of the channel characteristics for antenna elements located in uniform circular arrays (UCAs) including the the phase difference distribution between adjacent antenna elements, and compare the result to those for the conventional uniform linear arrays (ULAs). Then we analyze beamforming vectors for UCAs used for downlink beamforming in sectorless environments to propose a method to systematically construct a codebook utilizing the cyclic characteristics observed in the channel phase information. The proposed codebook improves the system performance by enabling the data transmission in all directions regardless of the position of the users within a cell. More sophisticated beamforming methods are additionally presented via the appropriate adjustment of the beamfomring vector length and the modification considering the zenith angle of the users. By evaluating the proposed methods in the spatial channel model environment, a noticeabe amount of gain has been confirmed when compared to conventional methods including the codebook transmission based on discrete Fourier transform (DFT) vectors.
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