근거리 광대역 다중 사용자 통신을 위한 빔 집중 최적화

Konsep Inti

근거리 광대역 다중 사용자 통신 시스템에서 스펙트럼 효율을 최대화하기 위한 진정한 시간 지연기(TTD) 기반 하이브리드 빔포밍 최적화 기법을 제안한다.

Abstrak

이 논문은 근거리 광대역 다중 사용자 통신 시스템을 다룬다. 기지국은 초대규모 안테나 배열(ELAA)을 사용하여 근거리 영역의 다수의 사용자를 서비스한다. 공간 광대역 효과를 완화하고 근거리 다중 사용자 빔포밍을 지원하기 위해 기지국은 TTD 기반 하이브리드 빔포밍 구조를 사용한다. 기존의 완전 연결 TTD 기반 하이브리드 빔포밍 구조 외에도 에너지 효율을 높이고 하드웨어 요구사항을 줄이기 위한 새로운 부분 연결 구조를 제안한다. 두 가지 광대역 빔포밍 최적화 기법을 제안한다:

1. 완전 디지털 근사(FDA) 기법: 전체 채널 상태 정보(CSI)를 기반으로 TTD 기반 하이브리드 빔포머를 최적화한다. 이 기법은 스펙트럼 효율 최대화 문제의 정상점에 수렴을 보장한다.
2. 휴리스틱 2단계(HTS) 기법: 부분 CSI를 기반으로 하며, 복잡도가 낮다. 먼저 근거리 빔 학습 결과를 활용하여 TTD 기반 아날로그 빔포머를 설계하고, 이후 저차원 등가 채널을 활용하여 디지털 빔포머를 최적화한다.
   수치 결과를 통해 제안된 기법이 공간 광대역 효과를 효과적으로 제거하고, 부분 연결 구조가 완전 연결 구조에 비해 에너지 효율이 높고 TTD 및 시스템 대역폭 요구사항이 더 낮음을 보인다.

Statistik

근거리 통신에서 레일리 거리는 수십 미터 또는 수백 미터에 달한다.
제안된 부분 연결 구조는 완전 연결 구조에 비해 필요한 PSs 수를 크게 줄일 수 있다.
제안된 부분 연결 구조에서 각 RF 체인에 연결된 TTD는 개별 부배열의 공간 광대역 효과만 완화하면 되므로, 완전 연결 구조에 비해 TTD 수와 최대 지연 요구사항이 크게 감소한다.

Kutipan

"근거리 빔포밍은 방향을 따라 신호를 조향하는 것이 아니라 특정 위치에 신호를 집중시킬 수 있다."
"기존 위상 배열은 광대역 자원을 효과적으로 활용하는 데 한계가 있는데, 이는 배열 응답이 주파수에 따라 크게 변화하지만 위상 배열은 주파수 독립적인 빔포밍만 가능하기 때문이다."

Wawasan Utama Disaring Dari

Beamfocusing Optimization for Near-Field Wideband Multi-User Communications

by Zhaolin Wang... pada arxiv.org 04-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2306.16861.pdf

Pertanyaan yang Lebih Dalam

근거리 통신에서 공간 광대역 효과를 완화하기 위한 다른 하드웨어 구조는 무엇이 있을까?

근거리 통신에서 공간 광대역 효과를 완화하기 위한 다른 하드웨어 구조로는 다양한 방법이 존재합니다. 예를 들어, 다중 입력 다중 출력 (MIMO) 시스템을 활용하여 다양한 안테나 배열을 사용하거나, 다양한 안테나 패턴을 적용하여 공간 다양성을 확보하는 방법이 있습니다. 또한, 안테나 간의 간섭을 최소화하기 위해 안테나 간의 간격을 조정하거나 안테나 방향을 조절하는 방법도 효과적일 수 있습니다.

제안된 기법들이 실제 근거리 다중 사용자 통신 시스템에 적용될 때 어떤 추가적인 고려사항이 필요할까?

제안된 기법들이 실제 근거리 다중 사용자 통신 시스템에 적용될 때 추가적인 고려사항이 있습니다. 첫째, 하드웨어 구현의 복잡성과 비용을 고려해야 합니다. 대규모 안테나 배열이나 복잡한 하이브리드 빔포밍 구조를 구현하는 데 필요한 비용과 자원을 고려해야 합니다. 둘째, 시스템의 에너지 효율성과 전력 소비량을 고려하여 최적의 솔루션을 찾아야 합니다. 또한, 다중 사용자 간의 간섭 문제와 효율적인 주파수 스펙트럼 활용을 고려하여 시스템을 설계해야 합니다.

근거리 통신 시스템의 성능 향상을 위해 TTD 외에 어떤 새로운 하드웨어 기술이 활용될 수 있을까?

근거리 통신 시스템의 성능 향상을 위해 TTD 외에도 다양한 새로운 하드웨어 기술이 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 머신러닝 및 인공지능 기술을 활용하여 채널 상태 추정 및 빔포밍을 최적화하는 데 활용할 수 있습니다. 또한, 더욱 진보된 안테나 기술이나 RF 신호 처리 기술을 도입하여 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 에너지 효율적인 안테나 및 전력 관리 기술을 도입하여 전력 소비를 최적화하고 시스템의 수명을 연장할 수 있습니다.