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mmWave대역에서 고속 이동상태 5G MIMO 시스템 성능 분석
Performance Analysis of High-Speed 5G MIMO System in mmWave Band 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.18 no.5, 2018년, pp.103 - 109  

이병진 (충북대학교 전파통신공학) ,  주상임 (충북대학교 전파통신공학) ,  김남일 (한국전자통신연구원(ETRI) 5G 기가통신연구소) ,  김경석

초록
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5G 목표 중 하나는 기차와 같이 고속으로 이동하는 사용자에 대해 고속의 데이터 속도를 제공하는 것이다. 따라서, High speed train (HST) 시나리오와 같은 높은 이동성 시나리오는 5세대 통신 시스템의 전형적인 시나리오가 될 것으로 예상된다. HST가 급속하게 발전함에 따라 열차 승객에게 무선 통신 데이터를 전송 해야하며, 이용자들의 요구하는 통신 속도는 점차 증가하고 있다. HST 사용자는 현재 HST 통신 시스템의 기능을 벗어나는 위치 또는 속도에 관계없이 높은 네트워크 용량과 안정적인 통신 서비스를 요구한다. 따라서, 5세대 이동통신으로 사용될 mm대역에서 5G 이동통신 시스템에 맞춰 전송 frame을 구성하고 HST 통신 시스템을 구현하고 HST 시나리오에서 광대역 비 정지 MIMO HST 채널에 대한 성능을 분석한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

One of the 5G goals is provide to high data rates for users moving at high speeds, such as trains. High mobility scenarios such as high speed train (HST) scenarios are expected to be typical scenarios for fifth generation communication systems. As the HST develops rapidly, it is necessary to transmi...

주제어

#5G communication   #mmWave   #High speed train   #spatial multiplexing  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 미래의 HST 시스템을 위한 신뢰성 있는 무선 통신 서비스는 제 5세대 (5G) 무선 통신 시스템[8]에서 중요한 문제로 고려되어왔다. 따라서, 본 논문은 5G 이동통신 시스템에 맞춰 5G New radio (NR) frame을 구성하고 mmwave대역에서 고속으로 이동하는 환경인 HST채널 조건하에서 mobile relay station (MRS)의 업링크 및 다운링크의 성능을 평가한다.
  • 그 중, HST 시나리오가 5G의 일반적인 시나리오 중 하나로 인식 되었기 때문에 관련 5G 핵심 기술과 HST 시나리오의 해당 채널 모델링에 더 많은 관심을 기울여야한다. 본 논문에서는 mmWave대역에서 비고정 광대역 HST 채널 모델 하에서 고속이동 시스템을 시뮬레이션 하였다. 5G 환경에 맞춰 downlink 의 프레임을 설계하였으며, 1x1 및 SM을 적용하여 2x2 가 고려되었다.

가설 설정

  • spatial multiplexing (SM) MIMO HST 시스템이 Nt개의 송신 안테나 요소와 Nr개의 수신 안테나 요소를 갖추고 있다고 가정한다.
  • 본 논문의 시스템은 350 km/h의 이동체 속도를 가정한다. 그리고 BS와 철로의 거리는 2 m, 안테나의 셀커버리지는 1 km를 가정한다.
  • 본 논문에서는 HST 시스템이 무선 서비스 품질을 개선하기 위해 MRS를 사용한다고 가정한다. spatial multiplexing (SM) MIMO HST 시스템이 Nt개의 송신 안테나 요소와 N Τp·q(t)는 서브채널을 통과하는 전파의 딜레이이다. 본 논문의 시스템은 350 km/h의 이동체 속도를 가정한다. 그리고 BS와 철로의 거리는 2 m, 안테나의 셀커버리지는 1 km를 가정한다.
  • 매 시간마다, m = log2 (Nt) + log2 (M) 비트가 전송 될 수 있으며, 여기서 m은 비트 / 심볼로 SM 시스템의 스펙트럼 효율로 정의된다. 비트 시퀀스 (0001)가 전송되고, 첫 번째 두 비트 00이 송신 안테나로서 Tx1을 선택하는데 사용되고 안테나 인덱스에 의해 운반된다고 가정하자. 다른 두 비트 01은 복소 심볼 S2에 매핑된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
5G 목표 중 하나는? 하지만, 이동 통신망의 진화는 여기에 그치지 않고 2020년 상용화를 목표로 한 새로운 5G 이동통신에 대한 논의가 국내 외에 본격적으로 진행되고 있다 [1]. 5G 목표 중 하나는 기차와 같이 고속으로 이동하는 사용자에 대해 고속의 데이터 속도를 제공하는 것이다. 4세대까지의 이동통신 시스템은 6GHz 이하의 셀룰러 주파수를 사용하며 저속 이동환경에 최적화된 시스템이다.
고속 이동상태의 5G MIMO 시스템의 성능을 분석하기 위해 사용한 것은? 고속 이동상태의 5G MIMO 시스템의 성능을 분석하기 위해서 사용된 다운링크 시뮬레이션 블락도 및 파라 미터는 다음 그림 4와 표1과 같다. 5G 규격에 맞게 CP-OFDM을 사용하였으며, 부 반송파의 간격은 60kHz 로 설정하였으며, 채널 코드로 LDPC를 적용하였다.
mmWave대역에서 비고정 광대역 HST 채널 모델 하에서 고속이동 시스템을 시뮬레이션 분석한 결과는 어떠한가? 본 논문에서는 mmWave대역에서 비고정 광대역 HST 채널 모델 하에서 고속이동 시스템을 시뮬레이션 하였다. 5G 환경에 맞춰 downlink 의 프레임을 설계하였으며, 1x1 및 SM을 적용하여 2x2 가 고려되었다. 고속이동에 따른 throughput 성능 및 spectral efficiency 성능을 평가 하였다. 시뮬레이션 결과는 350km./h의 이동속도에서 64QAM 기준 1x1은 113Mbps와 1.42 bps/Hz의 성능을 나타냈으며, 2x2는 210Mbps와 2.63 bps/Hz의 성능을 나타냈다. 향 후, HST 상단의 광대한 공간은 MRS 측에 대형 안테나 배열을 배치할 가능성을 두고 수십 또는 수백개의 안테나가 장착된 대규모 MIMO 시스템을 고려할 필요가 있다.
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참고문헌 (11)

  1. RWS-120052, Report of 3GPP TSG RAN workshop on Release 12 and onwards, Ljubljana, Slovenia, June 2012. 

  2. ITU-R M.1645, Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000, 2003. 

  3. Huawei Technologies Co., LTD, Huawei Digital Railway Solution Brochure, 2013. 

  4. Maxima Telecom, "Wi-Fi in the Wubway: The Last Chance to Get Massive Mobile Data Traffic," Train Communications System, June 2015, London. 

  5. D. Xin. (2010). Record-Breaking Train on Track. [Online]. Available: http://www.chinadaily.com.cn/ china/2010-12/04/content-11651930.html 

  6. D. T. Fokum and V. S. Frost, "A survey on methods for broadband Internet access on trains," IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 12, no. 2, pp. 171-185, 2nd Quart., 2010. DOI: 10.1109/SURV.2010.021110.00060 

  7. C.-X. Wang, S. Wu, L. Bai, X. You, J. Wang, and C.-L. I, "Recent advances and future challenges for massive MIMO channel measurements and models," Sci. China Inf. Sci., vol. 59, no. 2, pp. 1- 16, Feb. 2016. DOI: 10.1007/s11432-015-5517-1 

  8. C.-X. Wang et al., "Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks," IEEE Commun. Mag., vol. 52, no. 2, pp. 122-130, Feb. 2014. DOI: 10.1109/MCOM.2014.6736752 

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  9. A. Ghazal, C.-X. Wang, B. Ai, D. Yuan, and H. Haas, "A nonstationary wideband MIMO channel model for high-mobility intelligent transportation systems," IEEE Trans. Intell. Transp. Syst., vol. 16, no. 2, pp. 885-897, Apr. 2015. DOI: 10.1109/TITS.2014.2345956 

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  10. R. Y. Mesleh, H. Haas, S. Sinanovic, C. W. Ahn, and S. Yun, "Spatial modulation," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 57, no. 4, pp. 2228-2241, Jul. 2008. DOI: 10.1109/TVT.2007.912136 

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  11. J. Jeganathan, A. Ghrayeb, and L. Szczecinski, "Spatial modulation: Optimal detection and performance analysis," IEEE Commun. Lett., vol. 12, no. 8, pp. 545-547, Aug. 2008. DOI: 10.1109/LCOMM.2008.080739 

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