UAV 지원 NR MIMO-OFDM 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 이용한 UKF 기반 빔 추적 알고리즘 (UKF-based Beam Tracking Algorithm using Hybrid Beamforming in UAV-enabled NR MIMO-OFDM System)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 60권 / 1호 / 3 ~ 11페이지
· 저자명 : 심윤아, 신승석, 조지훈, 문상미, 황인태

초록

UAV (Unmanned Aerial Vehicle)와 밀리미터파 주파수는 데이터 수용량을 늘림으로써 무선 통신 영역을 넓히고, 높은 데이터 속도 지원이 가능한 5G 무선 통신 시스템의 핵심 기술 중 하나이다. 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 UKF (Unscented Kalman Filter) 기반의 빔 추적 방식을 제안한다. 모의실험 결과, 제안한 빔 추적 방식이 평균 제곱 오차 (MSE, Mean Square Error)와 스펙트럼 효율 (SE, Spectral Efficiency) 측면에서 전체적으로 성능이 향상된 것을 볼 수 있다. 또한 아날로그 빔포밍 방식을 하이브리드 빔포밍으로 확장하여 다중 사용자, 다중 스트림 환경에서도 해당 알고리즘을 사용할 수 있도록 함으로써 데이터 수용량을 증가시켜 NR MIMO-OFDM (New Radio Multiple-Input Multiple-Output - Orthogonal Frequency Diversity Multiplexing) 시스템에서의 활용도를 높였다.

영어초록

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.

참고자료

· 없음