핵심 개념
저해상도 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 사용하는 통합 감지 및 통신(ISAC) 시스템에서 하이브리드 빔포밍 기술을 통해 만족스러운 감지 및 통신 성능을 달성할 수 있다.
초록
이 연구 논문에서는 저해상도 DAC를 사용하는 ISAC 시스템을 위한 새로운 하이브리드 빔포밍 기술인 HANDBALL(Hybrid ANalog and Digital BeAmformers with Low resoLution)을 제안합니다.
연구 목표
본 연구는 저해상도 DAC를 사용하는 ISAC 시스템에서 하이브리드 빔포밍 기술의 성능을 평가하고, 기존의 완전 디지털 빔포밍 방식에 비해 하드웨어 비용 및 전력 소모를 줄이면서도 만족스러운 감지 및 통신 성능을 달성하는 것을 목표로 합니다.
방법론
- 다중 사용자 다중 목표 ISAC 시나리오에서 아날로그 빔포머를 설계하기 위해 탐욕적 검색(GS) 기반 접근 방식을 사용합니다.
- 탐욕적 검색을 통해 통신 전용 및 감지 전용 빔포머를 설계하고, 사용자 채널 행렬과 목표물 에코에서 수집된 배열 출력을 기반으로 최적의 빔포밍 방향을 찾습니다.
- 저해상도 DAC의 양자화 왜곡을 고려하여 기저대역 빔포머를 설계합니다.
- 1비트 및 수 비트 설계 모두에 대해 Bussgang Theorem과 AQNM(Additive Quantization Noise Model)을 기반으로 양자화 왜곡을 모델링합니다.
주요 결과
- HANDBALL 기술은 스펙트럼 효율성과 감지 빔 패턴 측면에서 만족스러운 감지 및 통신 성능을 제공합니다.
- 1비트 및 수 비트 DAC 설계 모두에서 우수한 성능을 보여줍니다.
- 통신 전용 시나리오(η = 1)에서 HANDBALL은 약간의 손실만으로 무간섭 사례의 SE에 도달합니다.
- SE 성능은 RF 체인 수의 증가로 인해 사용자 수와 목표물 수가 증가함에 따라 향상됩니다.
- HANDBALL은 η = 0.5일 때 사용자와 목표물 모두를 향해 동시에 여러 개의 빔을 생성합니다.
결론
본 연구에서 제안된 HANDBALL 기술은 저해상도 DAC를 사용하는 ISAC 시스템에서 하드웨어 복잡성을 줄이면서도 만족스러운 감지 및 통신 성능을 달성할 수 있음을 보여줍니다.
의의
본 연구는 차세대 무선 네트워크에서 ISAC 시스템의 실용적인 구현을 위한 토대를 마련하고, 저해상도 DAC를 사용하는 하이브리드 빔포밍 기술의 가능성을 보여줍니다.
제한 사항 및 향후 연구
- 본 연구에서는 ULA(Uniform Linear Array) 안테나 구조만 고려했으며, 향후 연구에서는 다양한 안테나 구조에 대한 연구가 필요합니다.
- 채널 모델은 단순화된 모델을 사용했으며, 실제 환경에서 발생할 수 있는 다양한 채널 손실 및 간섭을 고려한 추가 연구가 필요합니다.
통계
NT = 128 (DFBS 안테나 수)
NR = 10 (사용자 안테나 수)
NRF = 8 (RF 체인 수)
U = 3 (사용자 수)
T = 3 (목표물 수)
L = 5 (산란 경로 수)
Pmax = Ps = 1 (최대 전송 전력 및 신호 전력)