보고서 정보
주관연구기관 |
서강대학교 Sogang University |
연구책임자 |
성원진
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800002680 |
과제고유번호 |
1711036382 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-14
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키워드 |
코드북.빔포밍.다중 코드북.대규모 어레이.확장 코드북 .codebook.beamforming.multiple codebooks.large scale array.LTE-Advanced.SCM.extended codebook.MIMO.CSI-RS.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800002680 |
초록
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연구의 목적 및 내용
전송률 향상을 위한 차세대 이동통신의 핵심기술로써 대규모 2차원 안테나 어레이를 활용하는 MIMO 전송이 활용될 예정이며, 이에 대비하여 본 연구에서는 대규모 2차원 안테나어레이 구조에 최적화된 빔포밍 방식 및 코드북을 설계하고 효율적으로 활용하는 방안을 제시한다. 특히 확장 코드북의 개념을 도입하여 제한된 양의 레퍼런스 심볼을 가지는 프레임 구조에서 MIMO 송수신 지원이 가능하게 하여, 제안된 확장 코드북을 다중 코드북과 결합하여 빔포머의 성능을 향상시키는 방안을 제시한다. 3D SCM (Spatial
연구의 목적 및 내용
전송률 향상을 위한 차세대 이동통신의 핵심기술로써 대규모 2차원 안테나 어레이를 활용하는 MIMO 전송이 활용될 예정이며, 이에 대비하여 본 연구에서는 대규모 2차원 안테나어레이 구조에 최적화된 빔포밍 방식 및 코드북을 설계하고 효율적으로 활용하는 방안을 제시한다. 특히 확장 코드북의 개념을 도입하여 제한된 양의 레퍼런스 심볼을 가지는 프레임 구조에서 MIMO 송수신 지원이 가능하게 하여, 제안된 확장 코드북을 다중 코드북과 결합하여 빔포머의 성능을 향상시키는 방안을 제시한다. 3D SCM (Spatial Channel Model)을 활용하여 실제 채널 환경과 유사하게 성능을 평가하고 시변 멀티셀 환경에서 시스템 수율평가를 진행하여, LTE-Advanced 차기 Release 표준화 아이템을 제시하는 것을 목표로 한다.
연구결과
3D SCM을 기반으로 하는 2차원 대규모 안테나 어레이의 효율적인 활용을 위해 확장 코드북을 제시하였고, 성능 평가 환경을 구축을 하였다. 전송을 위한 파일럿 오버헤드 크기를 적절한 수준으로 유지하는 조건 하에서 확장 코드북의 성능을 최적화할 수 있는 방법을 제안하였고, 채널 시변성을 반영한 멀티셀 환경에서 제안 코드북을 적용하여 시스템 수율을 확인하였다. 연차별 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
1차년도에는 CSI-RS를 활용하는 빔포밍 벡터와 코드북 확장에 대한 연구를 진행하였고 2차원 안테나 어레이 구조를 통해 다양한 빔 패턴을 사용할 수 있는 방안을 제안하였다. 이에 대한 성능 평가를 진행하기 위해 3D SCM을 구축하였고, 피드백 오버헤드를 고려하여 최적화 방안을 제시하였다.
2차년도 연구에는 멀티 랭크 전송을 위해 코드북 확장 기술을 연구하였고, 2차원 안테나 어레이 구조에서 MDC를 적용하여 채널의 정확성을 증가시키는 방안을 제시하였다. 3D SCM을 활용하여 확장 코드북의 성능을 평가하였고, 성능을 최적화할 수 있는 보간법을 제시하여, 차세대 코드북 및 CSI-RS 설계 방식을 제안하였다.
3차년도 연구에는 채널 시변성을 반영한 확장 코드북 방식을 제시하였고, 확장 코드북에 적용하기 위해 기존 DFT 코드북을 채널 환경에 적합한 형태의 코드북으로 발전시켰다. 멀티셀 환경에서 다중 확장 코드북을 적용한 경우의 시스템 수율을 평가하였고, 향상된 성능의 멀티랭크 코드북을 설계하여, SCM 멀티셀 환경에서의 성능 평가를 진행하였다.
연구결과의 활용계획
연구 결과를 활용하여 SCM 환경에서 다중 코드북에 대한 지적 재산권을 확보하고, 국내 고유 기술 보유 및 선진화에 활용할 수 있다. 개발된 기술을 바탕으로 IoT, V2X, M2M 등 다양한 통신방식에 다중 확장 코드북을 적용하여 할당된 자원 대비 정확한 채널 추정 및 시스템 효율을 증가시켜 이동 통신 기술의 실용화 기반을 마련할 수 있다. 현재 상용화되어 있는 C-RAN 시스템에서도 프론트홀의 광케이블이 무선링크로 대체하는 연구들이 진행중에 있는데, massive MIMO 시스템이 무선링크에 적용될 때 다중 확장 코드북 개념을 적용시켜 프론트홀 기술개발에 기여할 수 있다. 또한 연구결과를 활용하여 LTE-Advanced 차기 Release 표준화에 반영이 되도록 하고, 다양한 형상의 안테나 어레이에 연구결과물을 적용시켜 발전할 수 있다.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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Purpose&contents
MIMO transmission using large-scale two-dimensional antenna arrays is emerging as a core technology for the next-generation mobile communication for improved transmission rate. We present beamforming and codebook design strategies optimized for such arrays. In particular, extende
Purpose&contents
MIMO transmission using large-scale two-dimensional antenna arrays is emerging as a core technology for the next-generation mobile communication for improved transmission rate. We present beamforming and codebook design strategies optimized for such arrays. In particular, extended codebooks introduced in this study support efficient MIMO transmission with a limited amount of reference symbols, to improve the beamforming performance by utilizing multiple extended codebooks. 3-dimensional spatial channel model (3D SCM) is used to evaluate the system throughput in the time-varying multi-cell environment, and the next release standardization items for LTE-Advanced are proposed.
Result
For efficient utilization of 2-dimensional large-scale arrays based on 3D SCM, extended codebooks are proposed by constructing performance evaluation tools. Optimization methods for extended codebooks using the limited pilot overhead are presented, and the resulting system throughput is verified.
In the first year, beamforming vectors and codebook extensions are studied and beam patterns for two-dimensional arrays are presented. 3D SCM is constructed for the performance evaluation, and the optimization methods are proposed considering the feedback overhead.
In the second year, the codebook extension for multi-rank transmission is studied and methods to increase the channel accuracy by applying the multiple description codebook are investigated. The extended codebook performance is evaluated using 3D SCM, and the next-generation codebook and CSI-RS design methods are presented.
In the third year, codebook extension reflecting the time-varying channels is proposed and the existing DFT codebook is further developed into a new codebook suitable for given channel environments. The system throughput when multiple extension codebooks are applied to the multi-cell environment is evaluated, and the performance using an improved multi-rank codebook under the SCM multi-cell environment is also studied.
Expected Contribution
Using the research results, intellectual property rights for multiple codebooks in the SCM environment can be secured, which can be utilized for wireless technology advancement. Based on the developed technology, multiple extension codebooks can be applied to various communication applications such as IoT, V2X, and M2M to increase the accuracy of channel estimation and the system efficiency. This can be a foundation for practicalization of the wireless technology. In the currently commercialized C-RAN system, optical fibers for the fronthaul are being replaced by the wireless link. The massive MIMO system can contribute to the development of the fronthaul technology by applying the multiple extended codebooks to such wireless links. The research results can also be utilized for the next-release standardization of LTE-Advanced, and the results can be generalized for various shapes of antenna arrays for further contribution.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 70
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 72
- 가. 추가연구의 필요성 ... 72
- 나. 타 연구에의 이용 ... 72
- 다. 기업화 추진 방안 ... 72
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 73
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 74
- 8. 참고문헌 ... 75
- 9. 연구성과 ... 79
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 83
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 84
- 12. 기타사항 ... 85
- 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 86
- 끝페이지 ... 102
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