본 논문에서는 광대역 서비스 주파수 할당 및 점 대 다중점 방식(point-to multipoint) 무선 서비스에 적합한 5 GHz 대역 MIMO 시스템의 실내 전파 특성을 고찰하였다. MIMO 시스템에서 정확한 채널 등가 이득을 평가하기 위해 채널 상관도는 특정한 위치에서 일정한 값을 가져야 한다. 따라서 임의의 기준 안테나를 선택함에 따라 채널의 상관도가 변하였던 기존 MIMO 시스템의 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 다중 안테나 각각의 위치에 대한 채널 행렬을 도출하였다. 또한 계산 시간이 적고 정확도가 높은 ...
본 논문에서는 광대역 서비스 주파수 할당 및 점 대 다중점 방식(point-to multipoint) 무선 서비스에 적합한 5 GHz 대역 MIMO 시스템의 실내 전파 특성을 고찰하였다. MIMO 시스템에서 정확한 채널 등가 이득을 평가하기 위해 채널 상관도는 특정한 위치에서 일정한 값을 가져야 한다. 따라서 임의의 기준 안테나를 선택함에 따라 채널의 상관도가 변하였던 기존 MIMO 시스템의 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 다중 안테나 각각의 위치에 대한 채널 행렬을 도출하였다. 또한 계산 시간이 적고 정확도가 높은 3차원광선 추적법을 사용하였으며, 복잡한 실내 구조물의 산란현상을 효과적으로 모델링할 수 있는 패치산란모델을 도입하였다. 제시된 파라미터는 광대역 채널을 사용하는 모든 무선 통신 서비스에서 고려해야할 것이다. 3차원 광선 추적법과 패치산란모델에 부정확한 환경 정보의 오차를 줄이기 위해 실내 재질의 투과 계수와 반사 계수를 측정하여 비유전율과 도전율을 도출하여 시뮬레이션에 도입하였다. 시뮬레이션은 LOS 환경과 NLOS 환경에 대한 전파 채널 모델 파라미터 측정을 통하여 정확도를 검증하였다. 측정과 시뮬레이션의 비교 파라미터로 PDP(Power Delay Profile), AOA(Angle Of Arrival)와 페이딩을 제시하였으며 이들로부터 구해지는 RDS(Rms Delay Spread), AS(Angular Spread)와 공간 상관 계수를 통하여 수치적으로 비교하였다. 그 결과, 오차가 크지 않았고 이를 통하여 시뮬레이션의 정확도를 검증했으며, 이것을 MIMO 시스템 전파 특성 예측에 적용하였다. 시뮬레이션을 이용하여 MIMO 시스템 특성인 고유값과 채널 용량을 도출하였으며, 고유값의 분포가 작을수록 채널 용량이 커지는 특성을 확인하였다. 또한 안테나 소자간의 간격, 수신안테나의 이동 경로, 송수신 안테나의 개수에 따른 채널 용량을 나타내었다. 안테나 소자간의 간격에 따른 채널 용량의 변화는 NLOS 환경보다 LOS 환경에서 크게 나타났고, 이동 경로에 따른 채널 용량의 변화는 LOS 환경보다 NLOS 환경에서 크게 나타났다. 송수신 안테나의 개수가 증가할수록 채널 용량은 LOS 환경과 NLOS 환경에서 각각 일정한 값으로 증가하였으며, 증가폭은 LOS 환경이 더 크게 나타났다. 따라서 채널 용량을 높이기 위해서 다중 안테나의 개수를 늘리며 LOS 환경에서는 공간 상관 특성이 작은 안테나 이격 간격을 선택하고, NLOS 환경에서는 반사와 회절 현상이 큰 위치에서 사용하는 것이 적합할 것이다. 5 GHz 대역에서의 차세대 MIMO 시스템에 대한 채널 파라미터와 채널 용량 특성 분석은 본 논문에서 제시한 MIMO 시스템뿐만 아니라 향후 5 GHz 대역을 사용하는 무선랜과 같은 시스템에 적용이 가능할 것으로 예상된다.
본 논문에서는 광대역 서비스 주파수 할당 및 점 대 다중점 방식(point-to multipoint) 무선 서비스에 적합한 5 GHz 대역 MIMO 시스템의 실내 전파 특성을 고찰하였다. MIMO 시스템에서 정확한 채널 등가 이득을 평가하기 위해 채널 상관도는 특정한 위치에서 일정한 값을 가져야 한다. 따라서 임의의 기준 안테나를 선택함에 따라 채널의 상관도가 변하였던 기존 MIMO 시스템의 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 다중 안테나 각각의 위치에 대한 채널 행렬을 도출하였다. 또한 계산 시간이 적고 정확도가 높은 3차원 광선 추적법을 사용하였으며, 복잡한 실내 구조물의 산란현상을 효과적으로 모델링할 수 있는 패치산란모델을 도입하였다. 제시된 파라미터는 광대역 채널을 사용하는 모든 무선 통신 서비스에서 고려해야할 것이다. 3차원 광선 추적법과 패치산란모델에 부정확한 환경 정보의 오차를 줄이기 위해 실내 재질의 투과 계수와 반사 계수를 측정하여 비유전율과 도전율을 도출하여 시뮬레이션에 도입하였다. 시뮬레이션은 LOS 환경과 NLOS 환경에 대한 전파 채널 모델 파라미터 측정을 통하여 정확도를 검증하였다. 측정과 시뮬레이션의 비교 파라미터로 PDP(Power Delay Profile), AOA(Angle Of Arrival)와 페이딩을 제시하였으며 이들로부터 구해지는 RDS(Rms Delay Spread), AS(Angular Spread)와 공간 상관 계수를 통하여 수치적으로 비교하였다. 그 결과, 오차가 크지 않았고 이를 통하여 시뮬레이션의 정확도를 검증했으며, 이것을 MIMO 시스템 전파 특성 예측에 적용하였다. 시뮬레이션을 이용하여 MIMO 시스템 특성인 고유값과 채널 용량을 도출하였으며, 고유값의 분포가 작을수록 채널 용량이 커지는 특성을 확인하였다. 또한 안테나 소자간의 간격, 수신안테나의 이동 경로, 송수신 안테나의 개수에 따른 채널 용량을 나타내었다. 안테나 소자간의 간격에 따른 채널 용량의 변화는 NLOS 환경보다 LOS 환경에서 크게 나타났고, 이동 경로에 따른 채널 용량의 변화는 LOS 환경보다 NLOS 환경에서 크게 나타났다. 송수신 안테나의 개수가 증가할수록 채널 용량은 LOS 환경과 NLOS 환경에서 각각 일정한 값으로 증가하였으며, 증가폭은 LOS 환경이 더 크게 나타났다. 따라서 채널 용량을 높이기 위해서 다중 안테나의 개수를 늘리며 LOS 환경에서는 공간 상관 특성이 작은 안테나 이격 간격을 선택하고, NLOS 환경에서는 반사와 회절 현상이 큰 위치에서 사용하는 것이 적합할 것이다. 5 GHz 대역에서의 차세대 MIMO 시스템에 대한 채널 파라미터와 채널 용량 특성 분석은 본 논문에서 제시한 MIMO 시스템뿐만 아니라 향후 5 GHz 대역을 사용하는 무선랜과 같은 시스템에 적용이 가능할 것으로 예상된다.
In this paper, indoor propagation characteristics for wideband and point-to multipoint wireless MIMO service are studied. In order to evaluate exact channel equivalent gain in MIMO system, channel correlation has to be regular at specific places. Therefore, for the solution to the MIMO system where ...
In this paper, indoor propagation characteristics for wideband and point-to multipoint wireless MIMO service are studied. In order to evaluate exact channel equivalent gain in MIMO system, channel correlation has to be regular at specific places. Therefore, for the solution to the MIMO system where channel correlation varies according to antennas, channel matrices for multi antennas at specific places are obtained. Also, 3D ray tracing with less calculation time and high accuracy is used, and patch scattering model is applied to effectively model scattering characteristics of complicated indoor obstacles. Presented parameters have to be considered in all kinds of wireless communication services using wide channel. To decrease errors due to inaccurate environment information, transmission and reflection coefficient of indoor materials are measured and relative permittivity and conductivity are applied to the simulation. Accuracy of the simulation is verified by measuring propagation channel model parameter for LOS and NLOS environment. PDP(Power Delay Profile), AOA(Angle of Arrival), and fading from simulation and measurement are compared, and RDS(Rms Delay Spread), AS(Angular Spread), and spatial correlation coefficient are obtained from them and compared numerically. As a result, differences between them are small enough to verify accuracy of the simulation, and it is applied to estimate MIMO system propagation characteristics. Eigenvalue and channel capacity of the MIMO system are calculated, and as eigenvalue distribution is small, channel capacity is high. Also, channel capacity in accordance with distances, route, and number of antenna elements. Distance of antenna elements affects channel capacity more in LOS than in NLOS environment, and route affects more in NLOS than in LOS environment. As number of antennas increases, channel capacity increases at regular ratio, and the ratio is higher in LOS environment. Therefore, in order to enhance channel capacity, it is appropriate to increase number of antenna elements, to use antenna distance with least spatial correlation in LOS environment, and to locate antennas where reflection and diffraction phenomenon is big in NLOS environment. Channel parameter and capacity analysis for 5 GHz MIMO system will be useful not only for presented MIMO system but also for 5 GHz band wireless LAN services.
In this paper, indoor propagation characteristics for wideband and point-to multipoint wireless MIMO service are studied. In order to evaluate exact channel equivalent gain in MIMO system, channel correlation has to be regular at specific places. Therefore, for the solution to the MIMO system where channel correlation varies according to antennas, channel matrices for multi antennas at specific places are obtained. Also, 3D ray tracing with less calculation time and high accuracy is used, and patch scattering model is applied to effectively model scattering characteristics of complicated indoor obstacles. Presented parameters have to be considered in all kinds of wireless communication services using wide channel. To decrease errors due to inaccurate environment information, transmission and reflection coefficient of indoor materials are measured and relative permittivity and conductivity are applied to the simulation. Accuracy of the simulation is verified by measuring propagation channel model parameter for LOS and NLOS environment. PDP(Power Delay Profile), AOA(Angle of Arrival), and fading from simulation and measurement are compared, and RDS(Rms Delay Spread), AS(Angular Spread), and spatial correlation coefficient are obtained from them and compared numerically. As a result, differences between them are small enough to verify accuracy of the simulation, and it is applied to estimate MIMO system propagation characteristics. Eigenvalue and channel capacity of the MIMO system are calculated, and as eigenvalue distribution is small, channel capacity is high. Also, channel capacity in accordance with distances, route, and number of antenna elements. Distance of antenna elements affects channel capacity more in LOS than in NLOS environment, and route affects more in NLOS than in LOS environment. As number of antennas increases, channel capacity increases at regular ratio, and the ratio is higher in LOS environment. Therefore, in order to enhance channel capacity, it is appropriate to increase number of antenna elements, to use antenna distance with least spatial correlation in LOS environment, and to locate antennas where reflection and diffraction phenomenon is big in NLOS environment. Channel parameter and capacity analysis for 5 GHz MIMO system will be useful not only for presented MIMO system but also for 5 GHz band wireless LAN services.
주제어
#MIMO 시스템 채널 행렬 광선추적법 패치산란모델 고유값 채널 용량 5 GHz MIMO system Channel matrix Ray tracing Patch scattering model Eigenvalue Channel capacity
학위논문 정보
저자
김정하
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
전기전자공학과
지도교수
윤영중
발행연도
2003
총페이지
vii, 74p.
키워드
MIMO 시스템 채널 행렬 광선추적법 패치산란모델 고유값 채널 용량 5 GHz MIMO system Channel matrix Ray tracing Patch scattering model Eigenvalue Channel capacity
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