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[국내논문] MIMO Full-Duplex 기술 동향
Survey on MIMO Full-Duplex 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.7, 2015년, pp.1286 - 1292  

양현종 (UNIST)

초록
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본 논문은 송수신기가 다중 안테나를 가지고 있는 multi-input multi-output (MIMO) 시스템에서 송수신을 동시에 수행하는 full-duplex 기법을 다룬다. MIMO full-duplex가 가지는 근본적인 문제에 대해 알아보고, 이를 위한 해결 방안에 대해 조사한다. 특히, 그동안 학계에서 논의 되고 있는 MIMO full-duplex 송수신기 설계 기법에 대해 기술적으로 리뷰하고 문제점들에 대해 고찰하고, LTEWiFi 등의 상용화 시스템에서 사용 가능성에 대해 분석한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a multi-input multi-output (MIMO) full-duplex system is addressed, where both the transmitter and receiver have multiple antennas. Fundamental problems of the MIMO full-duplex technique are discussed, and possible solutions are presented. In particular, the transceiver designs that ha...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이러한 자기 간섭 문제의 근본적인 원인에 대해 알아보고, 셀룰라 및 WiFi와 같은 시스템에서 어느 정도의 간섭 제거 정도가 요구되는지 알아본다. 또한 SISO FD 시스템에서 간섭을 제거하는 기법들에 대해 분석하고 각각의 장단점에 대해 토의한다.
  • 또한 SISO FD 시스템에서 간섭을 제거하는 기법들에 대해 분석하고 각각의 장단점에 대해 토의한다. 마지막으로 MIMO FD 시스템에서 생기는 추가적인 문제에 대해 알아보고 이를 제거하기 위한 다중안테나 기법들에 대해 살펴본다.
  • 실제 시스템에서 어느 정도까지 자기 간섭을 제거해야 하는지에 대해 알아본다.
  • 본 절에서는 SISO FD 시스템에서 자기 간섭을 제거한 기법에 대해 간단히 리뷰한다.
  • 본 절에서는 MIMO FD 시스템에 대한 연구에 대해 소개한다. MIMO FD에서 모든 송신 안테나에서 독립적으로 신호를 송신한다면, 수신 안테나에서 자기 간섭은 안테나 개수의 제곱의 형태로 증가하게 된다.
  • 이를 해결하기 위해 [14]에서 자기 간섭 채널 행렬정보에 대한 직접적인 교환 없이 input covariance 행렬을 최적화 하는 연구를 소개하였다.
  • 본 논문에서는 full-duplex 시스템에서 발생하는 자기 간섭 문제에 대해 정의하고, 이를 해결할 때 생기는 현실적인 한계에 대해 논의 하였다. 또한 WiFi, LTE와 같은 상용화 시스템에서 full-duplex 가 사용되기 위해 필요한 요구 조건에 대해 정의하였다.
  • 본 논문에서는 full-duplex 시스템에서 발생하는 자기 간섭 문제에 대해 정의하고, 이를 해결할 때 생기는 현실적인 한계에 대해 논의 하였다. 또한 WiFi, LTE와 같은 상용화 시스템에서 full-duplex 가 사용되기 위해 필요한 요구 조건에 대해 정의하였다. SISO full-duplex 및 MIMO full-duplex 시스템에서 자기 간섭 제거를 위한 그동안의 연구 결과에 대해 분석하고 각각의 장단점에 대해 고찰하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MIMO 시스템의 활용도는 무엇인가? 특히, multi-input multi-output (MIMO) FD 시스템은 공간 자원을 활용해 주파수 더욱 극대화 할 수 있는 기술이다. MIMO 시스템의 다중 안테나는 FD 시스템에서 필연적으로 발생하는 자기 간섭 신호를 제거하는데 효과적으로 제거하는데 사용될 수 있다[4-7]. 초기의 FD MIMO 에 대한 연구들은 아날로그 프론트엔드에서 자기 간섭 신호가 ADC를 saturation 시키지 않고, ADC로 인한 양자화 오류가 심각하지 않을 때 다중 안테나를 활용하여 자기 간섭 신호를 디지털 단에서 줄이는 연구를 수행하였다.
full-duplex통신은 무엇인가? 특히, full-duplex (FD) 통신은 동시에 같은 주파수자원을 이용해 한 노드에서 송수신을 동시에 수행하는 기법으로, 주파수 효율을 기존의 half-duplex (HD) 통신에 비해 2배 끌어 올릴 수 있다 [1-9]. 송수신을 시간 자원을 이용해 분리하는 시분할 분할 기법, 주파수자원을 이용해 분리하는 주파수 분할 기법에 비해 한정된 시간/주파수 자원으로 전송율을 최대 2배까지 높힐 수 있기 때문에 차세대 LTE 및 WLAN에는 반드시 적용되어야 할 중요한 기술로 여겨지고 있다.
full-duplex 통신이 다른 기법에 비해 좋은점은? 특히, full-duplex (FD) 통신은 동시에 같은 주파수자원을 이용해 한 노드에서 송수신을 동시에 수행하는 기법으로, 주파수 효율을 기존의 half-duplex (HD) 통신에 비해 2배 끌어 올릴 수 있다 [1-9]. 송수신을 시간 자원을 이용해 분리하는 시분할 분할 기법, 주파수자원을 이용해 분리하는 주파수 분할 기법에 비해 한정된 시간/주파수 자원으로 전송율을 최대 2배까지 높힐 수 있기 때문에 차세대 LTE 및 WLAN에는 반드시 적용되어야 할 중요한 기술로 여겨지고 있다.
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참고문헌 (18)

  1. J. Kim, J. H. Lee, and S. H. Cho, "A design of TDMA/TDD MAC protocol for full-duplex multi-user voice communication systems based on sensor network," J. KICS, vol. 38, no. 3, pp. 239-246, Mar. 2013. 

  2. I. D. Chang, D. J. Park, and K. I. Kwon, "A self interference cancellation method in OFDM-based full duplex relay," in Proc. KICS, pp. 348-351, Nov. 2010. 

  3. H.-R. Cheon and J.-H. Kim, "OFDMA FD_MAC protocol based on the channel information," J. KICS, vol. 40, no. 3, pp. 451-458, Mar. 2015. 

  4. T. Riihonen, S. Werner, and R. Wichman, "Mitigation of loopback selfinterference in full-duplex MIMO relays," IEEE Trans. Signal Process., vol. 59, no. 12, pp. 5983-5993, Dec. 2011. 

  5. B. Chun and H. Park, "A spatial-domain joint-nulling method of selfinterference in full-duplex relays," IEEE Commun. Lett., vol. 16, no. 4, pp. 436-438, Apr. 2012. 

  6. D. W. K. Ng, E. S. Lo, and R. Schober, "Dynamic resource allocation in MIMOOFDMA systems with full-duplex and hybrid relaying," IEEE Trans. Commun., vol. 60, no. 5, pp. 1291- 1304, May 2012. 

  7. B. Day, A. Margetts, D. Bliss, and P. Schniter, "Full-duplex bidirectional MIMO: Achievable rates under limited dynamic range," IEEE Trans. Signal Processing, vol. 60, no. 7, pp. 3702-3713, Jul. 2012. 

  8. M. Duarte, C. Dick, and A. Sabharwal, "Experiment-driven chracterization of full-duplex wireless systems," IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 11, no. 12, pp. 4296-4307, Dec. 2012. 

  9. E. Everett, A. Sahai, and A. Sabharwal, "Passive self-interference suppression for full-duplex infrastructure nodes," arXiv:1302.2185v2, Dec. 2013. 

  10. J. I. Choi, M. Jain, K. Srinivasan, P. Levis, and S. Katti, "Achieving single channel, full duplex wireless communication," in Proc. Mobicom '10, pp. 1-2, Sept. 2010. 

  11. M. Jain, J. I. Choi, T. M. Kim, D. Bharadia, S. Seth, K. Srinivasan, P. Levis, S. Katti, and P. Sinha, "Practical, real-time, full duplex wireless," in Proc. Mobicom '11, pp. 301-312, Sept. 2011. 

  12. S. Hong, J. Mehlman, and S. Katti, "Picasso: flexible RF and spectrum slicing," in Proc. ACM Sigcomm '12, vol. 42, no. 4, pp. 37-48, Oct. 2012. 

  13. D. Bharadia, E. McMilin, and S. Katti, "Full duplex radios," in Proc. ACM SIGCOMM '13, pp. 375-386, Aug. 2013. 

  14. D. Bharadia and S. Katti, "Full duplex MIMO radios," in Proc. USENIX Symp. NSDI '14, pp. 359-372, Seattle, WA, Apr. 2014. 

  15. T. M. Kim, H. J. Yang, and A. Paulraj, "Distributed sum-rate optimization for full-duplex MIMO system under limited dynamic range," IEEE Signal Process. Lett., vol. 20, no. 6, Jun. 2013. 

  16. M. Duarte, "Full-duplex wireless: design, implementation and characterization," MS Thesis, Rice University, 2012. 

  17. D. Kim., H. Lee, and D. Hong, "A survey of in-band full-duplex transmission: From the perspective of PHY and MAC layers," IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2015. 

  18. M. Chung, M. S. Sim, J. Kim, D.-K. Kim, and C.-B. Chae, "Prototyping real-time full duplex radios," to appear in IEEE Commun. Mag., Sept. 2015. 

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