Journal of information and communication convergence engineering
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v.18
no.4
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pp.254-259
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2020
Phased-array antennas comprise a demanding antenna design methodology for commercial wireless communication systems or military radar systems. In addition to these two important applications, the phased-array antennas can be used in beamforming for wireless charging. In this study, a four-way analog beamforming front-end module (FEM) for a hybrid beamforming system is developed for 2.4 GHz operation. In a hybrid beamforming scheme, an analog beamforming FEM in which the phase and amplitude of RF signal can be adjusted between the RF chain and phased-array antenna is required. With the beamforming and beam steering capability of the phased-array antennas, wireless RF power can be transmitted with high directivity to a designated receiver for wireless charging. The four-way analog beamforming FEM has a 32 dB gain dynamic range and a phase shifting range greater than 360°. The maximum output RF power of the four-way analog beamforming FEM is 40 dBm (=10 W) when combined the four individual RF paths are combined.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.3
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pp.459-468
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2015
In this paper, we consider an uplink multiuser hybrid beamforming system where an access point (AP) communicates with multiple users simultaneously. The performance of the uplink multiuser hybrid beamforming system depends on the effective channel which is given by the product of the channel matrix and the analog beams. Therefore, to maximize the performance, we need to obtain the channel information and then select the analog beams appropriately by using the acquired channel information. In this paper, we propose the channel estimation method and low complexity analog beam selection algorithm for the uplink multiuser hybrid beamforming system. Additionally, our analysis shows that the proposed low complexity analog beam selection algorithm provides much less complexity than the optimum analog beam selection algorithm. From the numerical results, we confirm that the proposed low complexity analog beam selection algorithm has little performance degradation in spite of much less complexity than the optimum analog beam selection algorithm under the equal system configuration.
International journal of advanced smart convergence
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v.9
no.2
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pp.58-67
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2020
In this paper, we propose a data-driven-based beam selection scheme for massive multiple-input and multiple-output (MIMO) systems in ultra-dense networks (UDN), which is capable of addressing the problem of high computational cost of conventional coordinated beamforming approaches. We consider highly dense small-cell scenarios with more small cells than mobile stations, in the millimetre-wave band. The analog beam selection for hybrid beamforming is a key issue in realizing millimetre-wave UDN MIMO systems. To reduce the computation complexity for the analog beam selection, in this paper, two deep neural network models are used. The channel samples, channel gains, and radio frequency beamforming vectors between the access points and mobile stations are collected at the central/cloud unit that is connected to all the small-cell access points, and are used to train the networks. The proposed machine-learning-based scheme provides an approach for the effective implementation of massive MIMO system in UDN environment.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.1
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pp.280-294
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2023
Unmanned aerial vehicles (UAVs) and millimeter-wave frequencies play key roles in supporting 5G wireless communication systems. They expand the field of wireless communication by increasing the data capacities of communication systems and supporting high data rates. However, short wavelengths, owing to the high millimeter-wave frequencies can cause problems, such as signal attenuation and path loss. To address these limitations, research on high directional beamforming technologies continue to garner interest. Furthermore, owing to the mobility of the UAVs, it is essential to track the beam angle accurately to obtain full beamforming gain. This study presents a beam tracking method based on the unscented Kalman filter using hybrid beamforming. The simulation results reveal that the proposed beam tracking scheme improves the overall performance in terms of the mean-squared error and spectral efficiency. In addition, by expanding analog beamforming to hybrid beamforming, the proposed algorithm can be used even in multi-user and multi-stream environments to increase data capacity, thereby increasing utilization in new-radio multiple-input multiple-output orthogonal frequency-division multiplexing systems.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.1
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pp.29-34
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2017
This paper considers hybrid beamforming for millimeter wave system in uplink transmission where multiple users send their data streams simultaneously. Hybrid beamforming has low-cost and low power consumption features compared to conventional digital beamforming schemes. We assume that each user uses one transmit antenna and sends one data stream, while the base station has multiple receive antennas and multiple radio frequency chains. Therefore, hybrid beamforming is performed only at the base station. We also assume that each user does not know instantaneous channel side information (CSI), while the base station is able to estimate the CSI from all users accurately. Under this channel assumption, the outage probability is not zero. We evaluate the outage probability of the considered hybrid beamforming as a performance metric through computer simulations. We show that the outage probability of hybrid beamforming approaches that of digital beamforming in some cases.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.18
no.5
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pp.123-129
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2018
Recently, as required wireless communication traffic increase, millimeter wave mobile technologies that can secure broadband spectrum are gaining attention. However, the path loss is high in the millimeter wave channel. Massive MIMO system is being researched in which can complement the path loss by beamforming by equiped large-scale antenna at the base station. While legacy beamforming techniques have analog and digital methods, practical difficulties exist for application to massive MIMO systems in terms of system complexity and cost. Therefore, this paper studies a hybrid beamforming scheme for massive MIMO system in the millimeter wave band. Also this paper considers spatial multiplexing scheme to serve multi-users with multiple received antennas. Gains of the beamforming and the spatial multiplexing schemes are evaluated by analyzing the spectral efficiency.
Synthetic Aperture Radar (SAR) is a powerful and well established microwave remote sensing technique which enables high resolution measurements of the Earth surface independent of weather conditions and sunlight illumination. In this study, this paper first summarizes the basic SAR theory and the history of the SAR satellites. The second part of this paper gives an overview of new technologies for future SAR systems. New innovative concepts and technologies for SAR satellites will be digital beamforming, High Resolution Wide Swath (HRWS), Waveform Encoding, Terrain Observation by Progressive Scan (TOPS), and so on. These technologies will play an important role for future spaceborne SAR satellites.
In this study, an electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna via analog radio frequency (RF) switches for a single RF chain MIMO system is presented. The proposed antenna elements are spaced at ${\lambda}/64$, and the antenna size is miniaturized via a dielectric radome. The optimum reactance load value is calculated via the beamforming load search algorithm. A switch simplifies the design and implementation of the reactance loads and does not require additional complex antenna matching circuits. The measured impedance bandwidth of the proposed ESPAR antenna is 1,500 MHz (1.75 GHz-3.25 GHz). The proposed antenna exhibits a beam pattern that is reconfigurable at 2.48 GHz due to changes in the reactance value, and the measured peak antenna gain is 4.8 dBi. The reception performance is measured by using a $4{\times}4$ BPSK signal. The measured average SNR is 17 dB when using the proposed ESPAR antenna as a transmitter, and the average SNR is 16.7 dB when using a four-conventional monopole antenna.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.28
no.9A
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pp.694-701
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2003
In this paper, we present a hardware structure and new features of a smart antenna BTS (Base Transceiver Station) for CDMA2000 1X system. The proposed smart antenna BTS is a composite system consisting of many subsystems, i.e., array antenna element, frequency up/down converters, AD (Analog-to-Digital) and DA (Digital-to-Analog) converters, spreading/despreading units, convolutional encoder/Viterbi decoder, searcher, tracker, beamformer, calibration unit etc. Through the experimental tests, we found that the desired beam-pattern in both uplink and downlink communications is provided through the calibration procedure. Also it has been confirmed that the adaptive beamforming algorithm adopted to our smart antenna BTS is fast and accurate enough to support 4 fingers to each user. In our experiments, commercial mobile terminals operating PCS (Personal Communication System) band have been used. It has been confirmed that the smart antenna BTS tremendously improves the FER (Frame Error Rate) performance compared to the conventional 2-antenna diversity system.
In this paper we applied a transmit beamforming technique to the underwater acoustic communication system for high rate data transmission. A prototype transmit system was designed and implemented with the general purpose DSP processor and multiple digital-to-analog converters. The performances of the implemented system were evaluated by the experiment in water tank. In order to simplify the procedure the channel coding and equalizer were omitted. And the simplest OOK (On-Off Keying) technique in digital communication methods was applied. The experimental result shows that the transmission data rate is higher about 3 times in the case of 5 hydrophone transmitting may than 1 hydrophone transmitter at bit error rate 10/sup -2/. We verified that the maximum data rate was 400 bps for speech signal transmission in water tank.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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