MIMO 시스템을 위한 채널 용량에 기반을 둔 송수신 안테나의 효율적인 선택 기법 = Efficient Selection Methods of Transmit-Receive Antennas Based on Channel Capacity For MIMO Systems

국문 초록 (Abstract)

차세대 무선 통신 시스템은 급속한 발전을 가져오면서 일상생활에서 없어서는 안 될 중요한 부분으로 되었다. 이러한 무선 통신 기술은 고속의 데이터, 높은 신뢰성을 요구하게 된다. 또한 멀티미디어 요구를 제공하기 위하여 연구자들은 반드시 제한된 무선 스펙트럼에서 사용자의 서비스 질량을 보존하는 여러 가지 방법을 모색해내야 한다. 이와 동시에 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)시스템이 최근에 제안되었다. 이 시스템은 무선 통신 시스템의 성능뿐만 아니라 신뢰성을 대폭적으로 향상 시킬 수 있다. 스펙트럼의 효률성을 향상시키기 위한 공간 다중화 기술은 송신기에서 연속적인 입력 데이터 스트림을 여러 개의 병렬 부 스트림으로 나누고, 각각의 병렬 부스트림을 서로 다른 송신 안테나를 통해서 독립적으로 동시 전송하고, 이 부 스트림들은 수신기에서 여러 가지 수신기 알고리즘에 의해서 분리해서 뽑아내는 기술이다. 단일 안테나를 사용하는 시스템에 비해 차세대 무선 통신 시스템은 송수신단에 다중의 안테나를 사용하는 공간 다중화 기술을 이용하여 높은 채널용량을 얻을 수있다. 그러나 다중 송수신 안테나 시스템은 각각의 송수신 안테나마다 D/A 컨버터, A/D컨버터, 믹서, 그리고 저 잡음 전력 증폭기와 같은 값 비싼 하드웨어가 필요하다. 이 처럼 여러 개의 RF Chain을 사용하게 됨에 따라 하드웨어의 비용이 증가하고 이들을 처리하기 위한 계산이 많아지는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제는 멀티플렉서를 이용하여 안테나를 선택하는 기법을 사용함으로써 해결할 수 있다. 본 논문에서는 채널 용량에 기반을 둔 효과적인 송수신 안테나 선택을 제안하였고, 제안된 방법과 기존의 여러 방법을 모의실험을 통해 비교, 분석 하였다. 또한 본 논문에서 제안된 방법이 기존의 여러 송수신 안테나 선택 방법보다 최적의 성능에 더욱 근접함을 확인 할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Wireless communication systems have exhibited explosive growth and have become an essential part of everyday communication.
The growing acception and dependence on wireless communication technique has driven the need for higher rates and stricter reliability requirements. Hence, to support emerging multimedia applications, researcher must look for better ways of exploiting the limited radio spectrum while maintaining the quality of service required by the users. And also to solve this theme, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) system is proposed recently.
Developments suggest that the use of MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) system can significantly enhance the performance and reliability of a wireless communication system. To improve the efficiency of spectrum, spatial multiplexing technique which transmits different data separately from different antennas is used.
Future wireless communications systems will employ spatial multiplexing with multiple antennas at both transmitter and receiver to take advantage of larger capacity gains compared to the systems that use a single antenna. However, spatial multiplexing systems needs expensive hardware in every receive and transmit antennas such as D/A converter, A/D converter, mixer, and power amplifier with low noises. Using such several RF Chains will increase the cost of hardware and computational complexity.
In order to solve these problems, it will require an efficient transmit-receive antenna selection algorithm, which we propose in this theme. Based on simulations and comparative analysis of various examples, the algorithm proposed in this theme is validated more nearer to the optimal selection technique than existing nearly optimal antenna selection schemes.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 다중 송수신 안테나 시스템 = 3
• 2.1. 다중 송수신 안테나 시스템 신호 모델 = 3
• 2.2. 다중 송수신 안테나의 채널 용량 = 4
• 2.2.1. Equal transmit power allocation = 6
• 2.2.2. Adaptive transmit power allocation = 7
• 2.2.3. Rayleigh Fading Channel하에서 MIMO 채널 용량 = 8
• Ⅲ. 다중 송수신 안테나에서 안테나 선택 기법 = 11
• 3.1. 송신 안테나 선택 기법 = 11
• 3.2. 수신 안테나 선택 기법 = 14
• 3.2.1. Norm Base Selection(NBS) = 15
• 3.2.2. 수신 안테나 집합에서 공헌도가 적은 안테나를 제거하는 방법 = 16
• 3.3. 송수신 안테나 선택 기법 = 19
• 3.3.1. NBS를 이용한 방법 = 19
• 3.2.2. ISSA를 이용한 방법 = 19
• Ⅳ. 제안된 방법 = 27
• 4.1. ISSA를 이용한 방법(GISSA) = 27
• 4.2. 제한 요소를 이용한 방법(MCC) = 34
• Ⅴ. 모의실험 = 37
• 5.1. 모의실험 환경 = 37
• 5.2. 모의실험 결과 = 39
• Ⅵ. 결론 = 47
• 참고문헌 = 48
• 영문초록 = 51