UAV 지원 Massive MIMO 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 이용한 3D 빔 추적 알고리즘 (3D Beam Tracking Algorithm using Hybrid Beamforming in UAV-enabled Massive MIMO System)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 60권 / 8호 / 3 ~ 11페이지
· 저자명 : 신승석, 심윤아, 조지훈, 문상미, 황인태

초록

3차원(3D, 3-Dimensional) 빔포밍은 셀룰러 연결 무인 항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle) 통신에서 성능 향상을 위한 효과적인 기술이다. 하지만 밀리미터파 주파수의 높은 주파수로 인한 짧은 파장은 신호의 감쇠 및 경로 손실의 문제를 일으키는데, 이를 보완하기 위해 고지향성 빔포밍 기술 연구에 관한 관심이 커지고 있다. 또한 UAV의 이동성 때문에 완전한 빔포밍 이득을 얻기 위해서는 정확한 빔의 각도를 추적하는 것이 필수적이다. 이에 본 논문에서는 하이브리드 빔포밍을 이용한 3D 기반의 빔 추적 방식을 제안한다. T-BS 와 UAV-UE간 채널의 가시선(LoS, Line of Sight) 경로를 활용하여 폐쇄 루프 피드백 제어를 기반으로 한 동적 파일럿 삽입이 가능한 새로운 빔 추적 알고리즘을 제안한다. 모의실험 결과, 제안한 빔 추적 방식이 빔포밍 이득 (beamforming gain)과 스펙트럼 효율 (SE, Spectral Efficiency) 측면에서 전체적으로 성능이 향상된 것을 볼 수 있다. 또한, 아날로그 빔포밍 방식을 하이브리드 빔포밍으로 확장하여 NR MIMO-OFDM (New Radio Multiple-Input Multiple-Output - Orthogonal Frequency Diversity Multiplexing) 시스템에서의 활용도를 높였다.

영어초록

Three-dimensional (3D) beamforming is an effective technology for performance improvement in cellular-connected unmanned aerial vehicle (UAV) communication. However, short wavelengths due to high frequencies of millimeter wave frequencies cause problems of signal attenuation and path loss, and to compensate for this, interest in research on high-directional beamforming technology is growing. In addition, due to the mobility of the UAV, it is essential to track the exact angle of the beam in order to obtain a complete beamforming gain. Therefore, this paper proposes a 3D-based beam tracking method using hybrid beamforming. Using the LoS (Line of Sight) dominant path of channels between T-BS and UAV-UE, this paper proposes a new beam tracking algorithm capable of dynamic pilot insertion based on closed-loop feedback control. Simulations show that the proposed beam tracking method has improved overall performance in terms of beamforming gain and spectral efficiency (SE). In addition, the analog beamforming method was expanded to hybrid beamforming to allow the algorithm to be used increasing data capacity and increasing utilization in NR MIMO-OFDM (New Radio Multiple-Input Multiple-Output - Orthogonal Frequency Multiplexing) systems.

참고자료

· 없음