비 가시 환경에서의 다중 안테나 방향성에 대한 채널용량 분석

최정환o, 김정욱, 김영훈, 김성철

서울대학교 전파 및 무선 통신 연구실*

{jhchoi, jwkim, kebi, sckim}@maxwell.snu.ac.kr

제 1장 서론

차세대 이동통신으로 각광받고 있는 MIMO (Multi-Input Multi-Output) 통신은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용하여 데이터를 주고받는다. 이 MIMO 통신 시스템은 안테나 갯수를 증가시킴에 따라서 전송 용량을 증가시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

최대 전송 용량을 채널 용량이라 하는데 본  논문에서는 4×4 MIMO 측정 시스템을 이용하여 수신단의 다양한 안테나의 방향성에 대하여 채널 용량을 구해보고자 한다.

제 2장 본론

측정 시스템은 5.8GHz 대역에서 4×4 MIMO 채널 측정 시스템을 기반으로 제작되었다. 본 논문에서 사용하고 있는 무선채널의 측정기법은 의사잡음 상관(Pseudo-Noise correlation) 기법이다. 의사잡음 상관 기법은 자기상관(auto-correlation) 특성이 임펄스와 비슷한 의사잡음을 송신신호로 한다. 4개의 안테나로 동일한 의사잡음 시퀀스가 혼합되지만 각각의 신호를 구분하기 위해 시간 지연을 두어 신호를 전송하게 된다. 수신측의 오실로스코프를 통해 저장된 신호를 이상적인 의사잡음 시퀀스를 상호상관 시켜서 나온 결과를 가지고 채널의 크기와 위상 값을 알 수 있다.

그림 . 4×4 MIMO 시스템

본 논문의 목적인 안테나의 방향성에 대한 분석을 위해 수신 안테나를 송신 안테나의 정렬 방향을 기준으로 10도 간격으로 변화시켜 실험을 하였고, 후 처리를 통해  각 각도에 대한 채널을 구하였다.

Shannon의 채널 용량 공식을 이용해서 동일한 전력을 송신하는 M개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나를 가진 MIMO 채널 용량을 공식화하면 다음과 같다.

[eqn: C=log _{2} `det LEFT ( I _{N} + {rho } over {M} HH ^{H} RIGHT ) ````[bits/S/Hz]]

위 식을 통해 구한 채널 용량은 다음과 같다.

그림 . 4×4 MIMO 채널에서 안테나 방향성이 미치는 영향

제 3장 결론

MIMO 채널에서 채널 용량의 안테나의 방향성에 대한 영향을 실험을 통해 알아보았다. 실내 환경인 비 가시 환경에서는 페이딩(fading) 현상을 겪어 신호가 왜곡이 될 수 있는데 이를 안테나의 방향성의 변화를 통해 극복하고자 하였고, 다양한 각도에 대해 측정한 결과를 바탕으로 얻은 채널 용량을 통하여 채널이 심각한 페이딩 현상을 겪을 때 안테나의 방향을 바꿈으로써 페이딩 현상을 극복할 수 있음을 알 수 있다.

ACKNOWLEDGEMENT

본 논문은 두뇌한국21사업에 의하여 지원되었음.

참고문헌

[1] Xin Li and Zai-Ping Nie, "Effect of Array Orientation on Performance of MIMO Wireless Channel", IEEE antennas and wireless propagation letter, vol. 3, 2004

[2] Arogyaswami Paulraj, Introduction to Space-Time Wireless Communications, Cambridge University Press, 2003