• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제11권2호
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• pp.91-98
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• 2022

In the next generation wireless communication system, the beamforming technique based on a massive antenna is one of core technologies for transmitting and receiving huge amounts of data, efficiently and accurately. For highly performed and highly reliable beamforming, it is required to accurately estimate the Angle of Arrival (AOA) for the desired signal incident to an antenna. Employing the massive antenna with a large number of elements, although the accuracy of the AOA estimation is enhanced, its computational complexity is dramatically increased so much that real-time communication is difficult. In order to improve this problem, AOA estimation algorithms based on the massive antenna with the low computational complexity have been actively studied. In this paper, we compute and analyze the computational complexity of the cascade AOA estimation algorithm based on the Flexible Massive Concentric Circular Array (FMCCA). In addition, its computational complexity is compared to conventional AOA estimation techniques such as the Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm with the high resolution and the Only Beamspace MUSIC (OBM) algorithm.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.58-64
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• 2016

본 논문에서는 다중사용자 Massive MIMO 시스템 환경에서 계산 복잡도와 성능의 균형을 고려한 효율적인 송신 안테나 선택 기법을 제안한다. Massive MIMO 시스템은 차세대 5G 이동 통신의 목표 성능을 달성하기 위한 핵심 기술 중 하나로, 높은 주파수 효율과 신뢰성, 다중화 이득 등을 얻을 수 있다. 하지만 기지국에 장착되는 대규모 송신 안테나들과 RF chain은 높은 하드웨어 비용과 복잡도, 높은 소비 전력 등의 문제를 야기한다. 따라서 본 논문에서는 기지국의 RF chain의 수를 줄이는데 효과적인 송신 안테나 선택기법을 연구하고, 기존의 기법에서 성능과 복잡도의 균형을 고려한 새로운 송신 안테나 선택 기법을 제안한다. 또한 주파수 효율분석과 함께 최적의 안테나를 찾는데 필요한 탐색 수 분석을 통해 각 송신 안테나 기법 별 성능과 복잡도를 나타낸다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제12권8호
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• pp.4006-4020
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• 2018

In recent years, one of the most remarkable 5G technologies is massive multiple-input and multiple-output (MIMO) system which increases spectral efficiency by deploying a large number of transmit-antennas (eg. tens or hundreds transmit-antennas) at base station (BS). However, conventional massive MIMO system using single-polarized (SP) transmit-antennas increases the size of the transmit-array proportionally as the number of transmit-antennas increases. Hence, size reduction of large-scale transmit-array is one of the major concerns of massive MIMO system. To reduce the size of the transmit-array at BS, dual-polarized (DP) transmit-antenna can be the solution to halve the size of the transmit-array since one collocated DP transmit-antenna deploys vertical and horizontal transmit-antennas compared to SP transmit-antennas. Moreover, proposed DP massive MIMO system increases the spectral efficiency by not only in the space domain but also in the polarization domain whereas the conventional SP massive MIMO system increases the spectral efficiency by space domain only. In this paper, the comparative performance of DP and SP massive MIMO systems is analyzed by space division multiple access (SDMA) and space-polarization division multiple access (SPDMA) respectively. To analyze the performance of DP and SP massive MIMO systems, DP and SP spatial channel models (SCMs) are proposed which consider depolarized propagation channels between transmitter and receiver. The simulation results show that the performance of proposed 32 transmitter (Tx) DP massive MIMO system improves the spectral efficiency by about 91% for a large number of user equipments (UEs) compare to 32Tx SP massive MIMO system for identical size of the transmit-array.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2013년도 춘계학술대회
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• pp.433-436
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• 2013

많은 수의 안테나를 활용하는 Massive MIMO 통신 기술은 부족한 주파수 자원의 효율성을 높이기 위한 핵심기술들 중의 하나로 많은 관심을 끌고 있다. 기존에는 이동통신 시스템의 하향링크에서 단일 사용자 기반의 Massive MIMO 기술에 대하여 많은 연구가 이루어 졌으나, 최근에는 단말 안테나 수의 제한으로 인해 다중 사용자 기반 Massive MIMO에 대한 활발한 연구가 이루어진다. 이렇게 많은 송신 안테나를 사용하는 Massive MIMO 기술은 기지국의 기저대역 (Baseband)과 Radio Frequency와 같은 전송단의 하드웨어 복잡도와 빔포밍 벡터 계산량이 급격히 증가시키는 문제를 야기한다. 이러한 문제점은 기지국에서 전송단의 개수를 송신 안테나 수보다 작게 제한하고, 전체 송신 안테나들 중에서 채널 상태를 고려하여 전송단의 개수에 해당하는 안테나만을 선택하여 데이터를 전송함으로써 큰 성능 저하 없이 해결될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 다중 사용자 기반의 Massive MIMO 시스템에 적용할 수 있는 간단하고 효율적인 안테나 선택 기법을 제안한다. 성능 분석 결과에 따르면, 제안된 방식은 안테나 선택 기법 없이 동일한 수의 안테나를 고정적으로 사용하는 기존 시스템 대비 큰 폭의 성능개선 효과를 나타내었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.1081-1088
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• 2021

현대 무선통신 시스템은 대규모의 안테나 요소가 장착된 메시브 배열 안테나를 사용하여 다수의 사용자에게 원활한 통신 서비스를 지원하기 위해 빔형성 기술을 활용한다. 신뢰도 높은 빔형성 기술은 안테나로 입사되는 신호에 대한 도래각(Angle-of-Arrival : AOA) 정보가 필수적으로 요구되는데, 일반적으로 도래각 정보는 고분해 성능을 가지는 MUSIC(: Multiple Signal Classification)과 같은 도래각 추정 알고리즘을 통해 추정된다. MUSIC 알고리즘은 우수한 추정성능을 갖지만, 메시브 배열 안테나 사용 시 알고리즘의 급격한 복잡도 증가로 인해 실시간 도래각 추정이 어렵다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 본 논문은 안테나 요소 ON/OFF 기능을 가지는 FMCCA(: Flexible Massive Concentric Circular Array) 안테나 기반의 캐스케이드 도래각 추정 알고리즘을 제안한다. 제안된 캐스케이드 AOA 추정 알고리즘은 전체 안테나 요소 중 일부 안테나 요소를 사용하는 CAPON 알고리즘과 전체 안테나 요소를 사용하는 Beamspace MUSIC 알고리즘으로 구성되며, 다양한 시나리오를 가정한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 알고리즘의 도래각 추정 성능을 검증한다.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권7호
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• pp.1354-1362
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• 2015

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.

• Journal of Communications and Networks
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• 제15권4호
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• pp.338-351
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• 2013

Multiple-input multiple-output (MIMO) communication may provide high spectral efficiency through the deployment of a very large number of antenna elements at the base stations. The gains from massive MIMO communication come from the use of multi-user MIMO on the uplink and downlink, but with a large excess of antennas at the base station compared to the number of served users. Initial work on massive MIMO did not fully address several practical issues associated with its deployment. This paper considers the impact of channel aging on the performance of massive MIMO systems. The effects of channel variation are characterized as a function of different system parameters assuming a simple model for the channel time variations at the transmitter. Channel prediction is proposed to overcome channel aging effects. The analytical results on aging show how capacity is lost due to time variation in the channel. Numerical results in a multicell network show that massive MIMO works even with some channel variation and that channel prediction could partially overcome channel aging effects.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권8호
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• pp.2797-2820
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• 2015

In order to accommodate huge number of antennas in a limited antenna size, a large scale antenna array is expected to have a three dimensional (3D) array structure. By using the Active Antenna Systems (AAS), the weights of the antenna elements arranged vertically could be configured adaptively. Then, a degree of freedom (DOF) in the vertical plane is provided for system design. So the three-dimension MIMO (3D MIMO) could be realized to solve the actual implementation problem of the massive MIMO. However, in 3D massive MIMO systems, the pilot contamination problem studied in 2D massive MIMO systems and the inter-cell interference as well as inter-vertical sector interference in 3D MIMO systems with vertical sectorization exist simultaneously, when the number of antenna is not large enough. This paper investigates the interference management towards the above challenges in 3D massive MIMO systems. Here, vertical sectorization based on vertical beamforming is included in the concerned systems. Firstly, a cooperative joint vertical beams adjustment and pilot assignment scheme is developed to improve the channel estimation precision of the uplink with pilots being reused across the vertical sectors. Secondly, a downlink interference coordination scheme by jointly controlling weight vectors and power of vertical beams is proposed, where the estimated channel state information is used in the optimization modelling, and the performance loss induced by pilot contamination could be compensated in some degree. Simulation results show that the proposed joint optimization algorithm with controllable vertical beams' weight vectors outperforms the method combining downtilts adjustment and power allocation.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권8호
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• pp.3068-3078
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• 2015

Although the massive MIMO system supports a high throughput, it requires a lot of channel information for channel compensation. For the reduction of overhead, the massive MIMO system generally uses TDD as duplexing scheme. Therefore, the massive MIMO system is sensitive to rapidly changing fast fading in according to time. For the improvement of reduced SINR by fast fading, the adaptive power control is proposed. Unlike the conventional scheme, the proposed scheme considers mobility of device for adaptive power control. The simulation of the proposed scheme is performed with consideration for mobility of device. The result of the simulation shows that the proposed scheme improves SINR. Since SINR is decreased in according to the number of device in the network by unit of cell, each base station can accommodate more devices by the proposed scheme. Also, because the massive MIMO system with high SINR can use high order modulation scheme, it can support higher throughput.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2019년도 춘계학술대회
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• pp.286-287
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• 2019

In this paper, we consider an amplify-and-forward (AF) full duplex (FD) massive-antenna relay (or base station) aiding communication between K single-antenna source and destination pairs whose transmissions are overheard by one single-antenna eavesdropper. Maximum ratio combining (MRC) and maximum ratio transmission (MRT) processing is employed at the relay. The secrecy performance of the system is then derived with both relay and destination being equipped with low resolution analog-to-digital converters (ADCs). The results show the detrimental effect of the eavesdropper's presence on the sum rate of the system.