본 논문에서는 massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템의 채널 특성 분석을 위해, 3차원 레이트레이싱 기반 무선 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용하여, 마이크로셀 환경에서 수평으로 선형 배열된 4개와 128개의 이중 편파 안테나 (dual polarized antenna)로 구성된 송신 배열 안테나 시스템의 각도 확산(angular spread), 교차 편파 식별도(cross polarization discrimination, XPD), 그리고 지연 확산(delay spread) 특성을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 및 분석을 통해 128개의 안테나 원소로 구성된 massive MIMO 시스템의 각도확산과 지연 확산은 4개의 안테나 원소로 구성된 MIMO 시스템 보다 작아지고 교차 편파 식별도는 커진다는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템의 채널 특성 분석을 위해, 3차원 레이트레이싱 기반 무선 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용하여, 마이크로셀 환경에서 수평으로 선형 배열된 4개와 128개의 이중 편파 안테나 (dual polarized antenna)로 구성된 송신 배열 안테나 시스템의 각도 확산(angular spread), 교차 편파 식별도(cross polarization discrimination, XPD), 그리고 지연 확산(delay spread) 특성을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 및 분석을 통해 128개의 안테나 원소로 구성된 massive MIMO 시스템의 각도확산과 지연 확산은 4개의 안테나 원소로 구성된 MIMO 시스템 보다 작아지고 교차 편파 식별도는 커진다는 것을 확인하였다.
In this paper, wireless channel characteristics of massive MIMO system is analyzed by comparing angular spread, cross polarization discrimination(XPD) and delay spread of dual polarized 4 and 128 transmit array antenna systems, by using 3D rat-tracing simulator, Wireless Insite in microcell environm...
In this paper, wireless channel characteristics of massive MIMO system is analyzed by comparing angular spread, cross polarization discrimination(XPD) and delay spread of dual polarized 4 and 128 transmit array antenna systems, by using 3D rat-tracing simulator, Wireless Insite in microcell environments. The analysis shows that increasing the number of transmit antennas results in the smaller angular spread and delay spread, and the higher value of XPD.
In this paper, wireless channel characteristics of massive MIMO system is analyzed by comparing angular spread, cross polarization discrimination(XPD) and delay spread of dual polarized 4 and 128 transmit array antenna systems, by using 3D rat-tracing simulator, Wireless Insite in microcell environments. The analysis shows that increasing the number of transmit antennas results in the smaller angular spread and delay spread, and the higher value of XPD.
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제안 방법
3차원 레이 트레이싱 기반 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용하여, massive MIMO 채널 특성을 분석하는 연구가 진행되었으며[6], 본 논문에서는 Wireless Insite를 이용하여, 마이크로셀 환경에서 선형 배열된 4개와 128개의 이중 편파 안테나 (dual polarized antenna)로 구성된 송신 배열안테나 시스템의 각도확산(angular spread), 교차편파식별도(cross polarization discrimination, XPD), 그리고 지연 확산(delay spread) 특성을 비교 분석하였다. 비교 분석을 통해 massive MIMO 시스템의 송신 안테나수가 늘어남에 따라 무선 채널의 지연확산와 각도확산, 그리고 교차 편파 식별도에서 발생하는 특성을 분석함으로서, massive MIMO 시스템 디자인과 최적화 시에 필수적으로 고려해야할 무선 채널 특성을 제시한다.
Massive MIMO 시스템의 무선 채널 특성을 분석하기 위해, 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite[4]를 이용하여, 도심 마이크로 셀룰러 환경에서 massive MIMO 시스템의 채널 임펄스 응답을 계산한다.
Massive MIMO의 채널 특성을 파악하기 위해 3차원 레이 트레이싱 기반 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용해 각도 확산, 지연 확산, 그리고 교차 편파 식별도 특성을 분석하였다. Massive MIMO 시스템의 무선 채널은 기존의 MIMO 채널보다 각도 확산과 지연 확산이 작아지고 교차 편파 식별도가 커지기 때문에, 높은 공간상관도와 낮은 채널 지연, 그리고 높은 교차 편파 식별도를 가지는 채널환경에 적합한 massive MIMO 기술이 개발되어야 할 것이다.
본 절에서는, 송신 배열 안테나와 수신 안테나 간의 l번째 경로의 채널 응답 벡터 #를 이용하여 massive MIMO의 각도 확산, 지연 확산, 그리고 XPD 특성을 분석한다.
, 본 논문에서는 Wireless Insite를 이용하여, 마이크로셀 환경에서 선형 배열된 4개와 128개의 이중 편파 안테나 (dual polarized antenna)로 구성된 송신 배열안테나 시스템의 각도확산(angular spread), 교차편파식별도(cross polarization discrimination, XPD), 그리고 지연 확산(delay spread) 특성을 비교 분석하였다. 비교 분석을 통해 massive MIMO 시스템의 송신 안테나수가 늘어남에 따라 무선 채널의 지연확산와 각도확산, 그리고 교차 편파 식별도에서 발생하는 특성을 분석함으로서, massive MIMO 시스템 디자인과 최적화 시에 필수적으로 고려해야할 무선 채널 특성을 제시한다.
시뮬레이션의 전파 모델은 3차원적으로 전파 경로를 찾는 full 3-D 모델이고, 레이 트레이싱 방법은 SBR(Shooting and Bouncing Ray)방법을 사용하였으며, 송신배열안테나의 각 안테나 원소에서 수신안테나의 안테나 원소까지의 최대 이득을 가지는 10개의 경로를 고려한다. 사용 주파수는 2GHz이고, 대역폭은 10MHz인 채널 환경에서 시뮬레이션 하였으며, 그 밖의 설정은 표 1에 나타내었다.
지연 확산은 송신기의 주 빔에 위치하는 하나의 수신기에서의 지연 확산을 분석하였다. 분석 결과 지연 확산은 128 Tx Array가 0.
대상 데이터
Massive MIMO 시스템에서의 지연확산은 송신기에서 빔성형을 수행하고, 형성된 주 빔에 의해 전송되는 신호의 지연 확산을 분석하는 것이 필요하다. 따라서, 아래 표 3의 128 Tx Array와 4 Tx Array의 빔폭을 조절하여 시뮬레이션을 수행하였다.
환경은 캐나다 오타와 도심을 3차원 모델링 한 것이며, 빌딩은 10m에서 60m의 높이를 가진다. 빌딩들은 유전율 6의 두께 0.3m 콘크리드 단일 매질로 모델링 되었다. 그림 1의 중앙에 위치한 높이 60m의 빌딩 옥상에 송신기가 위치하고, 수신기들은 송신기를 중심으로 하는 원위에 표시된 검은 점에 위치한다.
시뮬레이션의 전파 모델은 3차원적으로 전파 경로를 찾는 full 3-D 모델이고, 레이 트레이싱 방법은 SBR(Shooting and Bouncing Ray)방법을 사용하였으며, 송신배열안테나의 각 안테나 원소에서 수신안테나의 안테나 원소까지의 최대 이득을 가지는 10개의 경로를 고려한다. 사용 주파수는 2GHz이고, 대역폭은 10MHz인 채널 환경에서 시뮬레이션 하였으며, 그 밖의 설정은 표 1에 나타내었다.
그림 1은 3차원 레이 트레이싱 채널 시뮬레이션이 수행된 채널 환경을 나타낸다. 환경은 캐나다 오타와 도심을 3차원 모델링 한 것이며, 빌딩은 10m에서 60m의 높이를 가진다. 빌딩들은 유전율 6의 두께 0.
성능/효과
지연 확산은 송신기의 주 빔에 위치하는 하나의 수신기에서의 지연 확산을 분석하였다. 분석 결과 지연 확산은 128 Tx Array가 0.8(ns)로 4 Tx Array의 8(ns) 보다 매우 작음을 확인할 수 있다.
후속연구
Massive MIMO의 채널 특성을 파악하기 위해 3차원 레이 트레이싱 기반 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용해 각도 확산, 지연 확산, 그리고 교차 편파 식별도 특성을 분석하였다. Massive MIMO 시스템의 무선 채널은 기존의 MIMO 채널보다 각도 확산과 지연 확산이 작아지고 교차 편파 식별도가 커지기 때문에, 높은 공간상관도와 낮은 채널 지연, 그리고 높은 교차 편파 식별도를 가지는 채널환경에 적합한 massive MIMO 기술이 개발되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Wireless Insite를 이용한 massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템의 채널 특성 분석 결과는 어떠한가?
본 논문에서는 massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템의 채널 특성 분석을 위해, 3차원 레이트레이싱 기반 무선 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용하여, 마이크로셀 환경에서 수평으로 선형 배열된 4개와 128개의 이중 편파 안테나 (dual polarized antenna)로 구성된 송신 배열 안테나 시스템의 각도 확산(angular spread), 교차 편파 식별도(cross polarization discrimination, XPD), 그리고 지연 확산(delay spread) 특성을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 및 분석을 통해 128개의 안테나 원소로 구성된 massive MIMO 시스템의 각도확산과 지연 확산은 4개의 안테나 원소로 구성된 MIMO 시스템 보다 작아지고 교차 편파 식별도는 커진다는 것을 확인하였다.
Massive MIMO 시스템을 디자인하고, 성능을 분석하고, 그리고 최적화를 하기 위해선 무엇이 필수적인가?
Massive MIMO 시스템을 디자인하고, 성능을 분석하고, 그리고 최적화를 하기 위해서는 massive MIMO 시스템의 무선 채널 특성들을 적절하게 분석하고 모델링하는 연구가 필수적이다. 현재까지 massive MIMO 시스템의 무선 채널 특성에 대한 기존의 연구 결과들이 소수 발표되었으며, [3]은 massive MIMO 시스템의 무선 채널에 대한 실험적인 측정을 통해, 송신기와 수신기 간 거리가 레일리 거리(Rayleigh distance)이내에 위치한다면 무선 채널이 비정상성(non-stationary) 특성을 보인다는 것을 보여준다.
Wireless Insite는 무엇인가?
3차원 레이 트레이싱 기반 채널 시뮬레이터인 Wireless Insite를 이용하여, massive MIMO 채널 특성을 분석하는 연구가 진행되었으며[6], 본 논문에서는 Wireless Insite를 이용하여, 마이크로셀 환경에서 선형 배열된 4개와 128개의 이중 편파 안테나 (dual polarized antenna)로 구성된 송신 배열안테나 시스템의 각도확산(angular spread), 교차편파식별도(cross polarization discrimination, XPD), 그리고 지연 확산(delay spread) 특성을 비교 분석하였다. 비교 분석을 통해 massive MIMO 시스템의 송신 안테나수가 늘어남에 따라 무선 채널의 지연확산와 각도확산, 그리고 교차 편파 식별도에서 발생하는 특성을 분석함으로서, massive MIMO 시스템 디자인과 최적화 시에 필수적으로 고려해야할 무선 채널 특성을 제시한다.
참고문헌 (6)
T. L. Marzetta, "Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas," IEEE Trans. Wireless Comm., vol.9, no.11, pp. 3590-3600, Nov. 2010.
F. Rusek, D. Persson, B. K. Lau, E. G. Larsson, T. L. Marzetta, O. Edfors, and F. Tufvesson, "Scaling up MIMO: Opportunities and Challenges with Very Large Arrays," IEEE Signal Process. Mag., vol. 30, no.1, pp. 40-60, Jan. 2013.
S. Payami, F. Tufvesson, "Channel measurements and analysis for very large array systems at. 2.6Ghz," in Proc. European Conf. Antennas and Propagation 2012, pp.433-437, Mar. 2012
P. Mededovic, M. Veletic, Z. Blagojevic, "Wireless insite software verification via analysis and comparison of simulation and measurement results," in Proc. MIPRO 2012 , pp.776-781, May 2012.
A. J. Paulraj, R. Naber, and D. Gore, Introduction to space-time wireless communications, 2nd Ed., Cambridge Univ. Press, 2003.
J.-U. Jeong, J.-H. Kim, C. Mun, "Analysis of massive MIMO wireless channel characteristics," in Proc. Korea Information and Communication Society (KICS) Conference Fall 2012, pp.101-102, Seoul, Korea, Nov. 2012.
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