초록 ▼

연구의 목적 및 내용
전송률 향상을 위한 차세대 이동통신의 핵심 기술로서 대규모 안테나 어레이를 활용하는 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 시스템이 대두되고 있는 가운데, 시스템의 실질적인 도입과 최적화를 위한 다방면의 연구가 진행되고 있다. 이에 따라 전반적인 시스템의 이해를 통해 핵심 요소 기술 개발을 목적으로 “Super MIMO 시스템”의 연구를 수행하였다. 세부적으로 super MIMO 안테나 구조에 따른 환경 특성을 분석하고, 이에 적합한 시스템 운용 알고리즘 및 신호처리 방식을 제

연구의 목적 및 내용
전송률 향상을 위한 차세대 이동통신의 핵심 기술로서 대규모 안테나 어레이를 활용하는 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 시스템이 대두되고 있는 가운데, 시스템의 실질적인 도입과 최적화를 위한 다방면의 연구가 진행되고 있다. 이에 따라 전반적인 시스템의 이해를 통해 핵심 요소 기술 개발을 목적으로 “Super MIMO 시스템”의 연구를 수행하였다. 세부적으로 super MIMO 안테나 구조에 따른 환경 특성을 분석하고, 이에 적합한 시스템 운용 알고리즘 및 신호처리 방식을 제안하였다. 제안된 요소 기술들에 대한 성능 분석 및 최적화가 수행되었고, 현재 이동통신 표준인 LTE –Advanced와의 호환성 여부를 고려하여 표준화 및 실질적인 기술 도입에 활용 가능한 방안을 제시하였다.
연구결과
Super MIMO 시스템을 위한 송수신 기술 연구의 핵심 결과를 기술하면 다음과 같다.
시스템 전반적인 체계적인 분석을 위해 super MIMO의 채널 특성을 모델링하였다.
이를 통해 협력적 송수신 시스템인 CoMP (Coordinated Multi-Point)와 RRH (Remote Radio Head) 를 활용한 가변 커버리지 환경의 시스템 운용에 대한 알고리듬을 제안하였다. 또한 복수개의 빔 패턴을 지원하는 시스템의 전송 기법을 개발하였다.
세부적인 송수신 요소 기술로서, 대규모 안테나 어레이의 피드백 오버헤드를 줄이기 위해 분할된 안테나 포트에서 순차적으로 채널 정보를 전송하여 보고된 PMI (Precoding Matrix Indicator)를 취합하여 확장하는 방식을 개발하고, 다중 랭크 전송 적용 시 빔포밍 기법을 제안하였으며, 비대칭 채널 및 채널 양자화 오류 환경을 포함하는 다양한 환경에서의 성능 평가를 수행함으로써 실제 시스템에 활용될 수 있게 하였다.
제안된 시스템 알고리듬과 요소 기술들의 최적화를 위해, 가중합 전송률 최대화 스케줄링 기법을 적용한 성능 분석과 HetNet (Heterogeneous Network) 환경에서 인접 셀 간 간섭을 억제하기 위한 기법을 제안하여 최적화를 수행하였다. 또한 대규모 안테나 어레이 구조에서 부 어레이를 활용한 디지털 빔포밍과 아날로그 빔포밍 결합 방식을 제안하여 super MIMO 구조에서 빔포밍 기법을 최적화하였다.
연구결과의 활용계획
연구 결과를 활용하여 협력적 전송 기술 기반 super MIMO 시스템의 운용방식, 신호처리, 채널 추정 및 피드백 기술에 대한 지적 재산권을 확보하고, 이러한 기술 확보를 통한 국내 고유 기술 보유 및 선진화에 활용한다. 개발된 시스템 기술을 바탕으로 국내외 기업 및 연구소 등과의 기술 교류를 통해 기술 이전 및 상호 기술 향상을 도모하고, 연구 개발 수행 과정을 통해 차세대 이동통신시스템 개발을 위한 고급 기술 인력을 양성하여 기술 전파 및 산업화에 활용하게 된다. 연구 결과는 대규모 MIMO 채널 환경에서의 송수신 기법 및 성능 예측을 위한 기초 자료로써 활용이 가능하고 LTE-Advanced 이동통신망의 성능평가를 위해 사용될 수 있다.

Abstract ▼

Purpose&contents
For improved data rates, MIMO (multiple-input multiple-output) transmission with a large-scale antenna array is emerging as a core technology for next-generation wireless communication systems, requiring multifaceted research for practical introduction and system optimization. In

Purpose&contents
For improved data rates, MIMO (multiple-input multiple-output) transmission with a large-scale antenna array is emerging as a core technology for next-generation wireless communication systems, requiring multifaceted research for practical introduction and system optimization. In this regard, we carried out research on “super MIMO systems” to develop key element technologies based on understanding of the overall system. We analyzed channel properties of super MIMO antenna structures and proposed operational algorithms as well as signal processing methods. Performance analysis and optimization of proposed methods have been performed, and compatibility to LTE-Advanced has been considered for practical utilization of the research results.
Result
Key results of this research can be summarized as follows. For understanding of the overall system, channel modeling for super MIMO has been studied. Then we proposed algorithms for super MIMO systems using coordinated multiple-point (CoMP) and variable coverage system operation utilizing remote radio heads (RRHs). We also developed transmission methods which support multiple beam patterns.
As a core transmission-reception technique, we proposed a method for which segmented channel information is sequentially transmitted, and reported PMIs are extended using accumulated information. The method has been generalized to support multi-rank transmission based on singular value decomposition (SVD).
To optimize the proposed algorithms and techniques, we analyzed throughput performance with weighted sum-rate maximization scheduling methods and inter-cell interference coordination. Also, we optimized beamforming methods for the super MIMO structure by proposing an aggregated usage of digital and analogue beamforming based on sub-array antennas.
Expected Contribution
Using the research results, we obtained intellectual properties for the operational methods of the super MIMO system based on cooperative transmission as well as corresponding signal processing, channel estimation, and feedback techniques. These secured technologies can be utilized for both advanced domestic and international mobile wireless markets. We plan to improve this technology by exchanging information with related research centers to promote technology transfer and mutual technological improvement. Advanced researchers for next-generation wireless systems fostered through this research project will work toward technical spread and industrialization. The research results can be utilized to predict beamforming performance in massive MIMO systems and to evaluate LTE-Advanced mobile communication networks.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 66
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 81
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 83
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 85
• 8. 참고문헌 ... 86
• 9. 연구성과 ... 90
• 10. 기타사항 ... 103
• 끝페이지 ... 113