밀리미터파 프론트홀 전송을 위한 다중계수 사전왜곡기 및 시공간 채널 추정 방식 설계 :Design of a digital pre-distorter using multiple coefficient sets and spatio-temporal channel estimation for millimeter-wave fronthaul transmission

육준형

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자료유형: 학위논문

저자정보: 육준형 (서강대학교, 서강대학교 대학원)

지도교수: 성원진

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

밀리미터파 프론트홀 전송을 위한 다중계수 사전왜곡기 및 시공간 채널 추정 방식 설계

육준형 전자공학과 2016.01 학위논문

2015

다중계수 방식을 적용한 밀리미터파 대역용 전력증폭기의 사전왜곡기 설계 및 비선형성 보상 성능 평가

육준형 , 성원진 한국전자파학회논문지 2015.08 학술저널

60GHz 대역 FMM5715X 전력증폭기의 비선형성 보상을 위한 디지털 사전왜곡기의 성능 평가

육준형 , 성원진 , 김민호 외 3명 한국통신학회 학술대회논문집 2015.06 학술대회자료

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LTE-A (Long Term Evolution-Adavanced) 이후 무선 통신 시스템에서는 시스템전송률의 향상을 위해 증가한 개수의 입출력 안테나를 사용하는 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 시스템이 활용되고 있고 이는 점차 더 큰 안테나 어레이를 가진 massive MIMO 형태로 진화해 나갈 것이다. 이에 더하여 5G 이동통신 연구로 massive MIMO 뿐만 아니라 밀리미터파 대역을 활용함으로써 대역폭을 늘리는 방안도 제안되고 있다. 밀리미터파 대역을 사용함으로 안테나 크기를 작게 할 수 있으며, 이를 이용하여 밀리미터파와 massive MIMO의 융합하는 것을 5G 핵심기술로 연구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 60GHz 대역 전력증폭기로 인해 발생하는 비선형성을 효율적으로 보상하기 위한 방법의 중요성이 증가함에 따라 이를 극복할 수 있는 방법을 고려한다. 그 방법으로 전력증폭기의 비선형성이 상대적으로 작은 구간과 큰 구간으로 구분하여 계수를 사용하는 다중계수 사전왜곡기 구조를 제안하고 이를 60GHz 대역 고출력 전력증폭기 FMM5715X에 적용하여 LTE 신호의 선형성 보상 성능을 평가하였다. 하드웨어 테스트베드를 활용한 성능평가를 통해, 기존 방식 대비 제안 방식은 ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio) 측면에서 최대 6dB 개선됨을 보인다.
5G 핵심기술로 Massive MIMO와 같이 크게 증가하는 크기의 안테나 어레이를 사용하는 경우, 채널 정보의 궤환에 있어서 과도한 오버헤드가 문제가 될 수 있다. 따라서 본 논문의 3장에서는 일부의 채널 정보를 통해 다른 채널 정보를 추정하는 다양한 채널 추정방식에 대해 제안한다. 3D-SCM 채널 모델 환경에서 수직 및 수평 채널의 위상차이를 이용하여 공간적 선형 채널 추정방식을 제안하고, 시변 특성을 더해 시간적 · 공간적 차원의 상관 특성을 활용함으로써 시공간적 채널 추정방식 또한 제안한다. 제안 방식과 성능 평가 부분에서는, 제안 방식의 적용으로 인해 채널 상태 정보의 정확도 향상을 확인하며, 또한 이로 인한 전송률 증가도 입증한다.

For wireless communication systems based-on LTE-Advanced and many other future standards, multiple-input multiple-output (MIMO) with an increased number of antennas are used for improved system throughput. These systems will evolve to massive MIMO systems with very large-scale array sizes. In addition, plans for utilizing not only massive MIMO but also millimeter-wave frequency to increase the bandwidth for 5G mobile communications are being proposed. Using the millimeter-wave frequency band can reduce the antenna size, and the method to combine millmeter-wave and massive MIMO is under investigation as the core technique for 5G mobile communications. In this thesis, we provide a solution for correcting the nonlinearity caused by 60 GHz high-power amplifiers (HPAs) due to the importance of efficient compensation. We propose a predistorter structure based on multiple coefficient sets which are separately used to different ranges of input power values. These ranges correspond to varying levels of nonlinearity characteristics. The structure is applied to the 60 GHz HPA FMM5715X, to evaluate the nonlinearity correction performance for LTE signals. Evaluation results using a hardware testbed demonstrate that the proposed predistorter structure achieves the maximum of 6 dB gain over the conventional method in terms of the adjacent channel leakage ratio (ACLR).
When using such an increased number of antennas, an excessive amount of overhead in channel state information (CSI) feedback can be a serious problem. We propose various channel prediction methods. Based on the 3D-SCM channel model. We first apply the spatial linear interpolation using the vertical and horizontal phase differences. Then we propose spatial-temporal channel prediction which utilizes the correlation properties in both spatial and time domains. Performance evaluation results show that the accuracy of channel state information is improved to result in increased data rates.

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