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효율적인 하이브리드 빔포밍을 위한 2차원 중첩 부분 연결 서브어레이 구조

2D-OPC Subarray Structure for Efficient Hybrid Beamforming Over Sparse mmWave Channels

  • 주제(키워드) 밀리미터파 , 하이브리드 빔포밍
  • 발행기관 서강대학교 일반대학원
  • 지도교수 성원진
  • 발행년도 2021
  • 학위수여년월 2021. 2
  • 학위명 석사
  • 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
  • UCI I804:11029-000000065944
  • 본문언어 한국어
  • 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.

초록/요약

Millimeter wave (mmWave) communication is a key technology of 5G new radio (NR) mobile communication system. Efficient beamforming is important to cope with significant path loss and to utilize abundant mmWave spectrum. Existing fully-digital beamforming scheme requires a separate radio frequency (RF) chain for each antenna, which requires too much hardware cost and power. In solving these problems, hybrid beamforming, which can approach the performance of fully-digital beamforming while reducing complexity, is a promising method in mmWave multi-user communication. Going further from the existing hybrid beamforming, this paper proposes a novel architecture that can effectively reduce hardware costs and complexity in multi-user communication systems with large antenna arrays. The proposed 2-Dimensional Overlapped Partially Connected (2D-OPC) subarray structure can have various forms of subarrays and can be a good trade-off between performance and complexity. We design a suitable beamformer for the proposed structure and evaluate its performance in the mmWave multi-user communication environment using the beamformer. It is confirmed that performance is improved compared to the existing hybrid beamforming through the hardware complexity and sum-rate, which is a key performance indicator.

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초록/요약

밀리미터파(mmWave) 통신은 5G new radio (NR) 이동통신 시스템의 핵심 기술이다. 상당한 경로 손실에 대처하고 풍부한 mmWave 스펙트럼을 활용하려면 효율적인 빔포밍이 중요하다. 기존의 완전 디지털 빔포밍 방식은 각 안테나에 대해 별도의 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 체인을 요구하고, 이는 너무 많은 하드웨어 비용과 전력이 필요하다. 이러한 문제를 해결하는데에 있어, 복잡성은 줄이면서 완전 디지털 빔포밍의 성능에 접근할 수 있는 하이브리드 빔포밍은 mmWave 다중 사용자 통신에서 유망한 방식이다. 기존의 하이브리드 빔포밍에서 더 나아가 본 논문에서는 대규모 안테나 어레이를 갖춘 다중 사용자 통신 시스템에서 하드웨어 비용과 복잡성을 효과적으로 줄일 수 있는 새로운 구조를 제안한다. 제안하는 2차원 중첩 부분 연결 (2D-Overlapped Partially Connected; 2D-OPC) 서브어레이 구조는 다양한 형태를 가질 수 있으며 성능과 복잡성 사이의 좋은 절충안이 될 수 있다. 제안한 구조에 적합한 빔포머를 설계하고, 구성한 빔포머를 활용하여 mmWave 다중 사용자 통신 환경에서의 성능을 평가한다. 하드웨어 복잡성과 주요 성능 지표인 합전송률을 통해 기존의 하이브리드 빔포밍에 비해 성능 향상을 달성함을 확인한다.

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