The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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Ultra Wide Area Wireless Backhaul Network System Based on Large Scale Array Antenna

대형 어레이 안테나 기반 초광역 무선 백홀망 시스템

  • Go, SeongWon (Korea Advanced Institute of Science and Technology) ;
  • Kim, Hyoji (Korea Advanced Institute of Science and Technology) ;
  • Lee, Ju Yong (Korea Advanced Institute of Science and Technology) ;
  • Cho, Dong-Ho (Korea Advanced Institute of Science and Technology)
  • Received : 2015.04.02
  • Accepted : 2015.07.02
  • Published : 2015.07.31
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Abstract

Heterogeneous network technology is expected to be a core technology for 5G mobile communications. 5G mobile network would be composed of many base stations even have mobility, then the operator should connect base stations through the wireless backhaul technology. This paper presents Ultra Wide Area Wireless Backhaul Network System with massive array antenna. We conducted link budget analysis for Ultra Wide Area Wireless Backhaul Network and performance analysis of massive array antenna system through the transmission simulator based on beamforming technology. In wide area ($10km^2$) wireless backhaul system composed of massive antenna, we achieved 5 bps/Hz average spectral efficiency with 1 W transmission power per beam.

5세대 이동통신 시스템은 4세대 LTE 시스템의 용량 대비 1000배의 용량 증대를 목표로 한다. 이를 달성하기 위해 많은 수의 소형셀을 활용하는 heterogeneous network 기술이 차세대 이동통신 기술로 각광받고 있다. 5세대 이동통신 시스템에서는 고정형 기지국과 이동형 기지국이 기하급수적으로 늘어날 것으로 예상되는데, 이러한 기지국을 모두 유선으로 연결하는 것은 비용 측면에서 합리적이지 않고, 이동형 기지국을 지원하기 위해서는 유선으로 백홀 링크를 지원하는 것보다 효율적인 무선 백홀망 시스템의 구축이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 배경을 바탕으로 고정 및 이동 액세스 포인트와 무선 백홀 스위치를 기반으로 한 5세대 이동통신 초광역 무선 백홀망 시스템을 제안, 초광역 무선 백홀망의 link budget을 분석하고 대형 어레이 안테나를 활용한 빔 기반 초광역 무선 백홀망 시스템의 성능을 시뮬레이터 분석을 통해 검증을 진행하였다. 초광역 무선 백홀망 link budget 분석을 통해 1 nJ/Gbps의 에너지 효율의 달성 가능성을 확인하고, 전송 시뮬레이터를 통해 무선 백홀 스위치를 중심으로 $10km^2$의 면적에 이동 액세스 포인트가 여러 위치에 존재할 때 사이드로브를 제어함으로써 빔 간 간섭을 줄일 경우 빔 당 1 W의 전송 전력을 통해 평균 주파수 효율을 5 bps/Hz 이상 달성 가능함을 확인하였다.

Keywords

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