초록
본 논문에서는 CDMA 기지국에 선형 어레이 안테나를 적용하고자 할 경우, beamforming(BF) 성능과 관련된 두 가지 주요지표인 주 빔 폭의 좁은 정도를 지칭하는 direction selectivity와 사용자 신호의 방향추정 정확도가 BF의 SINR(Signal to interference and noise ratio) 성능에 미치는 영향과 이들 상호간의 관련성을 해석적으로 유도하였으며, 이를 수신 동작 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. BF에 내포된 사용자 방향추정 기능과 간섭 사용자 신호 억제기능에 대하여 이들의 오차가 SINR에 미치는 영향을 구분하여 알아보기 위한 목적으로 방향추정 기능만을 포함한 steering BF 알고리즘과 간섭 사용자 전력을 최소화시키는 기능이 포함된 MVDR(Minimum variance distortionless response) BF 알고리즘을 대상으로 해석 및 동작 시뮬레이션을 수행하였다. 이 과정에 BF 알고리즘의 방향추정 기능에 직접적으로 오차를 유발하는 전파의 공간적 scattering 현상에 대한 모델을 새로이 제시하여 적용하도록 하였다. 본 연구의 결과, 종래의 군사적 목적의 BF와는 달리 셀룰러 CDMA 기지국에 array 안테나를 적용하고자 할 경우는 direction selectivity 및 사용자 방향추정 정확도를 향상시키고자 하는 것이 구현의 경제성 및 오차요인들에 대한 robustness 측면에서는 적합하지 않다는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 BF 성능열화에는 크게 영향을 주지 않으면서 복잡도를 최소화하고 오차요인에 대한 robustness 특성을 갖는 경제적인 BF 알고리즘의 구현을 가능케 하여주는 중요한 사실이다. 이에 본 연구에서 제시한 해석의 결과는 셀룰러 CDMA기지국에 대한 BF 알고리즘 개발 및 적용의 설계지표로서 의미가 크다하겠다.
This paper presents the analytic derivation of the SINR, when a linear array antenna is accommodated into the cellular CDMA basestation receiver, in relation to the two major performance effecting factors in beamforming(BF) applications, i. e., the direction selectivity, which refers to the narrowness of the mainbeam width, and the direction-of-arrival(DOA) estimation accuracy. The analytically derived results are compared with the operation simulation of the receiver realized with the several BF algorithms and their agreements are confirmed, consequently verifying the correctness of the analysis and the operation simulation. In order to investigate separately the effects of the errors occurring in the direction estimation and in the interference suppression, which are the two major functional components of general BF algorithms, both the algorithms of steering BF and the minimum- variance- distortionless-response(MVDR) BF are applied to the analysis. A signal model to reflect the spatially scattering phenomenon of the RF waves entering into the .:nay antenna, which directly affects on the accuracy of the BF algorithm's direction estimation, is also suggested in this paper and applied to the analysis and the operation simulation. It is confirmed from the results that the enhancement of the direction selectivity of the away antenna is not desirable in view of both the implementation economy and the BF algorithm's robustness to the erroneous factors. Such a trade-off characteristics is significant in the sense that it can be capitalized to obtain an economic means of BF implementation that does not severely deteriorate its performance while ensuring the robustness to the erroneous effects, consequently manifesting the significance of the analysis results of this paper that can be used as a design reference in developing BF algorithms to the cellular CDMA system.
