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다수의 Flying RISs 지원 시스템에서 보안율 향상을 위한 빔포밍 알고리즘
심윤아,신승석,마진아,김지형,문상미,황인태 대한전자공학회 2023 전자공학회논문지 Vol.60 No.11
무선 신호는 무선 통신 환경의 개방성으로 인해 도청에 취약하다. 이에 본 논문에서는 물리계층 보안 성능을 높이기 위해, 높은 고도와 이동성의 특징을 갖는 UAV (Unmanned Aerial Vehicle)과 높은 효율성 및 저렴한 비용의 특징을 갖는 RIS (Reconfigurable Intelligent Surfaces)를 결합한 다수의 Flying RISs 지원 시스템을 고려한다. 먼저, Flying RIS의 적절한 위치를 결정하기 위해 DNN (Deep Neural Network) 알고리즘을 소개하고, 송신 빔포밍 벡터와 RIS 빔포밍 벡터를 최적화하기 위해 페널티 (penalty) 기반의 SCA (Successive Convex Approximation) 알고리즘과 MM (Minorization-Maximization) 알고리즘을 소개한다. 모의실험 결과 제안 기법이 기존의 기법에 비해 높은 보안 전송률을 가짐을 확인할 수 있다. Wireless signals are vulnerable to eavesdropping due to the openness of wireless communication environments. Therefore, in order to increase the security performance of the physical layer, this paper considers multiple Flying RISs-supported system that combine unmanned aerial vehicle (UAV) with high altitude and mobility characteristics and reconfigurable intelligent surfaces (RIS) with high efficiency and low cost. First, we introduce the Deep Neural Network (DNN) algorithm to determine the appropriate location of multiple Flying RISs, and the penalty-based successive convex approximation (SCA) algorithm and minorization-maximization (MM) algorithm to optimize the transmission beamforming vector and the RIS beamforming vector. As a result of the simulation, it may be confirmed that the proposed technique has a higher secrecy rate than the existing technique.
UAV 지원 Cellular-connected 시스템에서 Position Fingerprint Database를 이용한 협력적 빔 선택 알고리즘
심윤아,신승석,조지훈,문상미,황인태 대한전자공학회 2023 전자공학회논문지 Vol.60 No.3
Due to its high altitude and mobility characteristics, unmanned aerial vehicle (UAV) is attracting attention as a key element of new radio (NR) systems as they can exceed the limits of terrestrial networks. However, high line-of-sight (LOS) probability due to high altitude can be greatly affected by interference between different cells. Accordingly, this paper proposes an algorithm that select optimal beam to reduce the impact of interference, and maximize transmission efficiency. The proposed algorithm consists largely of two steps. According to the user type presented in this paper, it is divided into a process of constructing a user position-based fingerprint database and a process of cooperative beam selection process. Simulations were conducted based on cellular cooperative downlink systems for performance analysis, and signal-to-interference-plus-noise cumulative distribution function (SINR CDF) and spectral efficiency cumulative distribution function (SE CDF) were used as performance analysis indicators. As a result of performance analysis, it was confirmed that the proposed algorithm can reduce the effect of interference and increase the performance of the desired signal. Also, it was confirmed that it is an efficient algorithm that considers overhead and system costs by reducing the amount of resources required for information exchange. UAV (Unmanned Aerial Vehicle)는 높은 고도와 이동성의 특징 때문에, 지상 네트워크의 한계를 넘을 수 있어 NR (New Radio) 시스템의 핵심 요소로 주목받고 있다. 하지만 높은 고도의 UAV는 높은 LOS (Line-Of-Sight) 확률로 다른 셀 간 간섭의 영향을 크게 받을 수 있다. 이에 본 논문에서는 간섭의 영향을 줄이고, 전송 효율을 최대화할 수 있도록 최적의 빔을 선택하는 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 크게 두 단계로 구성된다. 본 논문에서 제시한 사용자 타입에 맞게 필요한 정보를 저장하는 사용자 위치 기반 핑거프린트 데이터베이스 (Fingerprint Database)를 구축하는 과정과 협력적 빔 선택 과정으로 나뉜다. 성능 분석을 위해 셀룰러 협력 다운링크 시스템을 기반으로 모의실험을 진행하였고, 성능 분석 지표로는 신호 대 간섭 및 잡음 비율의 누적 분포 함수 (SINR CDF, Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio Cumulative Distribution Function)와 스펙트럼 효율의 누적 분포 함수 (SE CDF, Spectral Efficiency Cumulative Distribution Function)를 사용하였다. 성능 분석 결과 제안 알고리즘이 간섭의 영향은 줄이고, 원하는 신호의 성능은 높인다는 점을 확인하였다. 또한, 정보 교환에 필요한 자원의 양을 줄임으로써 오버헤드 및 시스템의 비용을 고려한 효율적인 알고리즘이 될 수 있음을 확인하였다.
UAV 지원 NR MIMO-OFDM 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 이용한 UKF 기반 빔 추적 알고리즘
심윤아,신승석,조지훈,문상미,황인태 대한전자공학회 2023 전자공학회논문지 Vol.60 No.1
Unmanned aerial vehicle (UAV) and millimeter wave frequencies are one of the core technologies of 5G wireless communication systems which expand the area of wireless communication by increasing data capacity in communication systems and support high data rates. However, short wavelengths due to high frequencies of millimeter wave frequencies cause problems of signal attenuation and path loss, and interest in the research of high directional beamforming technology is growing to compensate for this. Furthermore, due to the mobility of UAVs, it is essential to track the accurate beam angle to obtain a full beamforming gain. Therefore, in this paper, we propose a beam tracking method based on the unscented Kalman filter (UKF) using hybrid beamforming. Simulation results show that the proposed beam tracking scheme has improved overall performance in terms of mean square error (MSE) and spectral efficiency (SE). In addition, by expanding analog beamforming to hybrid beamforming, the algorithm can be used even in multi-user and multi-stream environments, increasing data capacity, thereby increasing utilization in new radio multiple-input multiple-output - orthogonal frequency diversity multiplexing (NR MIMO-OFDM) systems.