초록 ▼

□연구개요
5G 이동통신의 주요 핵심 기술들 중에 밀리미터파 주파수 사용과 대용량 MIMO 전송기술이다. 밀리미터파 주파수 특징에 따라 많은 개수의 안테나 사용이 가능하다. 많은 개수의 안테나로 인해 프리코딩을 디지털로만 구현하는 것은(즉, 안테나별로 RF 체인을 사용하는 것은) 실현성이 없다. 따라서, 디지털 신호처리과 아날로그 신호처리의 적절한 혼합이 필요하다. 특히 기존의 2G등의 아날로그 빔포밍을 사용하는 방식에 비해 큰 차이점은 안테나 개수가 훨씬 많다는 점과 전송 용량을 높이기 위해 동시에 두 개 이상의 빔을 전송한

□연구개요
5G 이동통신의 주요 핵심 기술들 중에 밀리미터파 주파수 사용과 대용량 MIMO 전송기술이다. 밀리미터파 주파수 특징에 따라 많은 개수의 안테나 사용이 가능하다. 많은 개수의 안테나로 인해 프리코딩을 디지털로만 구현하는 것은(즉, 안테나별로 RF 체인을 사용하는 것은) 실현성이 없다. 따라서, 디지털 신호처리과 아날로그 신호처리의 적절한 혼합이 필요하다. 특히 기존의 2G등의 아날로그 빔포밍을 사용하는 방식에 비해 큰 차이점은 안테나 개수가 훨씬 많다는 점과 전송 용량을 높이기 위해 동시에 두 개 이상의 빔을 전송한다는 점이다.
안테나 개수가 많음으로 인해 코드북 내의 코드워드의 개수가 많아서 코드워드(빔)를 선택하기 위해 빔 학습 시간이 길어지는 문제가 발생할 수 있다. 빔 학습 시간을 줄이기 위해 계위적(계층적) 코드북 사용이 고려되고 있다. 또한 동시에 전송되는 두 개 이상의 코드워드(빔)을 선택하는 과정에서 선택된 두 코드워드 사이의 간섭(영향)의 고려가 필요하다. 하지만 위와 같은 기술들의 연구 역사는 그리 길지가 않고 설계의 최적화가 어려워 현재까지 발표된 기술들은 여러 가지 측면에서 성능 개선의 여지가 많다.
본 연구에서는 계위적 코드북 기반의 다중 빔 탐색(학습, 검색) 방법의 개선 알고리즘과 개선된 계위적 코드북 설계에 대해 연구를 진행하였다.

□연구 목표대비 연구결과
기존의 다중 빔 탐색 방법은 등가 채널 갱신 방법을 사용하고 있다. 각 데이터 스트림 전송을 위한 빔이 결정이 되면 이 빔을 선택하는데 기여한 채널 성분을 제거하도록(혹은 줄이도록) 등가 채널을 갱신하고 이 갱신된 등가 채널을 기반으로 추가적인 빔 검색이 진행된다. 하지만, 기존의 알고리즘들은 매우 특수한 경우를 제외하고 는 선택된 빔에 해당된 채널 성분을 크게 제거하지 못한다. 본 연구에서는 선택된 빔에 따라 등가 채널을 갱신하는 대신에 코드북을 갱신한다. 즉, 각 데이터 스트림에 해당된 맨 아래 계위(계층)의 코드워드가 선택되면 이를 반영하여 전체 코드북(모든 계층의 코드워드)을 갱신한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 기존의 등가 채널의 갱신보다 본 연구에서 제안된 코드북의 갱신이 더 큰 전송용량을 갖게함을 확인하였다.
또한, 기존의 계위적 코드북은 문제점들을 지니고 있다. 예를 들어, 특정 계층들에서 코드워드가 모든 안테나를 사용하지 않거나(이는 전력 효율을 낮추는 단점을 지님), 모든 안테나 이득이 동일해야하는 성질(constant modulus)을 만족하지 않거나 (이는 구현하기 힘듦), 인접한 빔들 사이에 간섭이 큰 문제점을 지닌다. 현재로선 이론적으로 최적화된 계층적 코드북 설계를 개발하는 것은 어려워 보여, 수치해석적인 방법을 이용해서 제한된 환경에서 수치해석적으로 최적화된 코드북을 설계하는 방법을 본 연구에서 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 계위적 코드북이 기존의 계위적 코드북보다 더 큰 전송용량을 가짐을 확인하였다.

□연구개발결과의 중요성
대용량 MIMO의 성능과 구현 복잡도는 계위적 코드북의 성능과 다중 빔 검색 방법에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 각각의 주제에 대해 기존의 설계 방법과는 확연히 다른 설계 개념(다중 빔 검색을 위해 ‘등가 채널 갱신’ 대신에 ‘코드북 갱신’ 개념 제안; ‘수치해석적 최적화 방식’을 계위적 코드북 설계에 활용)을 제시하였으며 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 성능 개선을 검증하였다. 또한, 제안된 설계 방법들은 구현 복잡도를 기존의 방법보다 같게 유지하거나 더 낮추는 효과를 갖는다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 2.1 대용량 다중 입력 다중 출력 시스템에서 코드북 갱신 기반의 새로운 계층적 다중 빔 검색방법 ... 3
• 2.2 경사 하강법을 이용한 개선된 계층적 코드북 설계 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 끝페이지 ... 18