Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering (한국정보통신학회논문지)

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Hybrid Precoder Design for Massive MIMO Systems with OSA structure

부분 중첩 안테나 배열 구조를 갖는 대용량 MIMO 시스템을 위한 하이브리드 프리코더 설계

  • Seo, Bangwon (Dept. of Electrical, Electronics and Control Engineering, the Institute of IT Convergence Technology (IITC), Kongju National University)
  • Received : 2020.12.11
  • Accepted : 2020.12.29
  • Published : 2021.02.28
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Abstract

Since conventional massive antenna systems require too many RF chains, they have disadvantages of high implementation cost and complexity. To overcome this problem, hybrid precoding schemes have been proposed. But, they are still of high implementation cost and complexity because RF chains are connected to all antenna elements. In this paper, we consider massive MIMO systems with overlapped sub-array (OSA) structure and then, propose a hybrid precoding scheme. In the overlapped subarray structure, RF analog precoding matrix has a sparse structure where many elements of RF analog precoding matrix are zeros. Using this sparse property, we propose a GTP-based precoder design method for RF and baseband digital precoding. Through simulation, we show that the proposed scheme has more than 85% of the spectral efficiency of the fully-connected structure while having 20~30% of complexity of it.

일반적인 대용량 안테나 시스템은 RF 체인의 개수가 매우 많기 때문에, 구현 비용 및 복잡도가 크게 증가하는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 하이브리드 프리코더 설계 기법들이 제안되었으나, RF 체인이 모든 안테나에 연결되기 때문에, 여전히 구현 비용과 복잡도가 너무 높은 상태이다. 본 논문에서는 부분 중첩 안테나 구조를 갖는 대용량 MIMO 시스템을 고려하고 하이브리드 프리코더 설계 방법을 제안한다. 부분 중첩 구조에서는 RF 대역 아날로그 프리코딩 행렬의 많은 원소들이 0의 값을 갖는 듬성 행렬 형태를 갖는다. 이러한 듬성 행렬의 특성을 이용하여, GTP 기반의 RF 대역 아날로그 프리코딩 행렬 및 기저대역 디지털 프리코딩 행렬을 설계하는 방법을 제안한다. 모의실험을 통하여, 제안 기술이 일반적인 완전 연결 구조를 갖는 경우와 비교해서 20~30% 정도의 구현 복잡도를 가지고도, 완전 연결 구조의 85% 이상의 주파수 효율 성능을 갖는다는 것을 보인다.

Keywords

References

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