ESPAR 안테나를 사용하는 카오스 QPSK 변조 빔 공간 MIMO 시스템

이준현(Jun-Hyun Lee),복준영(Jun-Yeong Bok),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국통신학회 2014 韓國通信學會論文誌 Vol.39 No.2(통신이론)

최근 대용량, 초고속 통신 서비스의 비중이 높아짐에 따라 배열 안테나를 사용하는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템의 활용이 중요하게 평가되고 있다. 하지만 기존의 MIMO 시스템은 다수의 안테나를 사용하기 때문에 안테나의 개수만큼 RF(Radio Frequency) 체인이 요구되며, 이로 인해 복잡도와 전력 소모가 크다는 단점을 가진다. 이러한 기존 MIMO 시스템의 단점을 해결하기 위해서 단일 능동 소자와 다수의 기생 소자를 이용하는 방식의 ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ESPAR 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템은 단일 RF 체인으로 구성되어 있기 때문에 기존 MIMO 시스템의 단점을 해결할 수 있다. 본 논문에서는 시스템의 보안성을 향상시키기 위해 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식의 ESPAR 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템에 비예측성, 비주기성, 구현의 용이성, 민감한 초기조건 등의 특징을 가지고 있는 카오스 통신 알고리즘을 적용하여 QPSK 변조 방식의 ESPAR 안테나를 사용하는 카오스 빔 공간 MIMO 시스템을 구성하고 성능을 평가한다. Recently, utilization of MIMO(Multi-Input Multi-Output) system using array antennas is evaluated significantly according to the extension of high-capacity and high-speed communication services. However, MIMO system has disadvantages such as high-complexity and high-power-consumption, because RF(Radio Frequency) chain is required as antenna number, and several array antenna is used in conventional MIMO system. In order to solve these problems, research about beamspace MIMO system using ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) antenna that has single RF chain by using one active antenna and several parasitic elements has been studied actively. Beamspace MIMO system using ESPAR antenna is possible to solve the problems of conventional MIMO system, because this system is composed by single RF chain. In this paper, in order to improve the system security, chaos communication algorithm that has characteristics such as non-periodic, non-predictability, easy implementation and initial condition is applied to QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulated beamspace MIMO system. We design the chaos QPSK modulated beamspace MIMO system, and evaluate SER performance of this system.

MIMO-OFDM 시스템에서 다중사용자 다이버시티 기술의 성능분석

장기(Ke Zhang),서희종(Hee-Jong Suh) 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.6

본 논문에서는 OFDM과 MIMO 기술의 응용을 기술하고, 이 기술이 고속인 무선이동통신에 적합함을 설명하 였다. OFDM 변조기, 복조기와 MIMO-OFDM 시스템을 블록화하여 설명하였다. MIMO-OFDM 시스템에서 다이버시티 기술을 연구하고 성능을 분석하였다. 이 성능분석을 위해서 모의실험을 하였다. In this paper, we introduce the combination of OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) and MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) technology, and explain that this combination seems to be very preferable when designing very high-rate wireless mobile systems. The application of OFDM, with the block diagrams of an OFDM modulator and demodulator and a MIMO-OFDM system, are described. The several diversities are studied at the receiver, analyzed the performances of diversity in OFDM-MIMO system and simulated results.

MIMO-OFDM 시스템을 위한 효율적인 시스템 레벨 시뮬레이션 기법

김민훈(Minhoon Kim),고영채(Young-Chai Ko),전태현(Taehyun Jeon) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.46 No.4

본 논문에서는 다중 셀 환경에서 MIMO-OFDM 기반 시스템을 위한 효율적인 시스템 레벨 시뮬레이션 방법을 제안한다. 실제 시스템에서 셀의 구조, 라디오 채널의 특성, 사용자의 이동성이 미치는 영향에 대해 분석하며, 특별히 사용자의 이동성에 따른 시스템레벨에서의 성능영향을 채널이득과 이동거리, 두 가지 측면에서 모두 고려한다. 다양한 시스템 환경에 따른 영향을 MIMO-OFDM 구조를 가지는 시스템에 적용하여 수신 SINR을 구하는 과정을 제시한다. 링크레벨 시뮬레이션을 통하여 얻은 수신 SNR에 대한 성능곡선을 기초로 하여, 시스템 환경의 변화에 따른 확장이 용이하고 시뮬레이션 복잡도가 낮은 시스템 레벨 시뮬레이션 방법을 제안한다. 다양한 모바일 셀룰러 환경 파라미터에 따른 성능의 변화가 제안된 시뮬레이션을 통하여 얻어지며 그 결과는 셀 중심에 위치한 기지국과 사용자간의 거리에 따른 패킷오류율을 기반으로 분석된다. This paper proposes an efficient system level simulation method for MIMO-OFDM based system in the multi-cell environment. The proposed method analyzes effects of the cell structure, radio channel characteristics and user mobiliy. The user mobility effect on the system level performance is considered in both channel gain and distance. The receiver SINR calculation procedure is presented in the system which adopts MIMO-OFDM scheme under various system environments. This method can be flexibly extensible to various system environments and provides computationally efficient system level simulation technique which utilizes link level performance analysis. Extensive computer simulations results are presented to obtain the system performance in the various mobile cellular channels using the proposed method. Also this results are analyzed based on the packet error rate for different distances between the base station located in the center of the cell and the mobile user.

Adaptive Fuzzy Output Feedback Control based on Observer for Nonlinear Heating, Ventilating and Air Conditioning System

Jaeho Baek,Eun-ju Hwang,Euntai Kim,Mignon Park 한국지능시스템학회 2009 INTERNATIONAL JOURNAL of FUZZY LOGIC and INTELLIGE Vol.9 No.2

A Heating, Ventilating and Air Conditioning (HVAC) system is a nonlinear multi-input multi-output (MIMO) system. This system is very difficult to control the temperature and the humidity ratio of a thermal space because of complex nonlinear characteristics. This paper proposes an adaptive fuzzy output feedback control based on observer for the nonlinear HVAC system. The nonlinear HVAC system is linearized through dynamic extension. State observers are designed for estimating state variables of the HVAC system. Fuzzy systems are employed to approximate uncertain nonlinear functions of the HVAC system with unavailable state variables. The obtained controller compares with an adaptive feedback controller. Simulation is given to demonstrate the effectiveness of our proposed adaptive fuzzy method.

제어 시스템을 위한 MIMO 무선 연산

박판근(Pangun Park),김선(Seon Kim),나정효(Junghyo Nah) 한국정보통신학회 2023 한국정보통신학회논문지 Vol.27 No.3

최근 제안된 MIMO-AirComp (Multiple input multiple output over-the-air computation) 기술은 무선 통신과 컴퓨팅 자원을 효율적으로 통합하기 위하여 다중 액세스 채널의 중첩 속성을 활용한다. 본 논문에서는 제어 시스템의 제어 신호를 추정하기 위한 MIMO-AirComp 프레임워크를 제안한다. 제시된 MIMO-AirComp 프레임워크는 센서의 측정 정보 전처리, 무선 채널의 협업 중첩, 제어기의 수신 신호 후처리 기능으로 구성된다. 시뮬레이션을 활용한 성능평가를 통하여, 제안된 MIMO-AirComp가 기존 방식에 비하여 제어 신호 처리량을 향상 시켜 제어 시스템의 성능을 개선하는 것을 보여 주었다. 특히, 제안된 MIMO-AirComp 기법은 다수의 고잡음 무선 센서로 구성된 제어 시스템에서 기존의 분리된 무선 통신 및 컴퓨팅 설계 방식으로는 불가하였던 시스템의 안정성을 보장하였다. The recently proposed technique, multiple input multiple output over-the-air computation (MIMO-AirComp), leverages the superposition property of the multiple access channel to efficiently integrate the communication and computation. This article proposes the MIMO-AirComp framework to compute the control signal of control systems. The proposed framework efficiently computes the target control signal by coordinating local pre-processing at each node, aggregation through the wireless channel, and post-processing at the controller. The simulation results show that the proposed MIMO-AirComp framework considerably improves the control performance by increasing the computation throughput compared to the conventional separated communication and computation approach. The proposed scheme with many nodes essentially suppresses the noise impact of both the wireless channel and the measurement, while the conventional one only reduces the impact of the channel noise. Specifically, the proposed scheme guarantees control stability in a network composed of high-noise wireless sensors, which is infeasible with the conventional approach.

Robust Tracking Design Based on Adaptive Fuzzy Control of Uncertain Nonlinear MIMO Systems with Time Delayed States

Tzu-Sung Wu,Mansour Karkoub,Chien-Ting Chen,Wen-Shyong Yu,Ming-Guo Her,Jui-Yiao Su 제어·로봇·시스템학회 2013 International Journal of Control, Automation, and Vol.11 No.6

It is proposed here to use a robust tracking design based on adaptive fuzzy control technique to control a class of multi-input-multi-output (MIMO) nonlinear systems with time delayed uncertainty in which each uncertainty is assumed to be bounded by an unknown gain. This technique will overcome modeling inaccuracies, such as drag and friction losses, effect of time delayed uncertainty, as well as parameter uncertainties. The proposed control law is based on indirect adaptive fuzzy control. A fuzzy model is used to approximate the dynamics of the nonlinear MIMO system; then, two on-line estimation schemes are developed to overcome the nonlinearities and identify the gains of the delayed state uncertainties, simultaneously. The advantage of employing an adaptive fuzzy system is the use of linear analytical results instead of estimating nonlinear system functions with an online update law. The adaptive fuzzy scheme uses a Variable Structure (VS) scheme to resolve the system uncertainties, time delayed uncertainty and the external disturbances such that H∞ tracking performance is achieved. The control laws are derived based on a Lyapunov criterion and the Riccati-inequality such that all states of the system are uniformly ultimately bounded (UUB). Therefore, the effect can be reduced to any prescribed level to achieve H∞ tracking performance. A two-connected inverted pendulums system on carts and a two-degree-of-freedom mass-spring-damper system are used to validate the performance of the proposed fuzzy technique for the control of MIMO nonlinear systems.

Adaptive Fuzzy Output Feedback Control based on Observer for Nonlinear Heating, Ventilating and Air Conditioning System

백재호,황은주,김은태,박민용 한국지능시스템학회 2009 INTERNATIONAL JOURNAL of FUZZY LOGIC and INTELLIGE Vol.9 No.2

A Heating, Ventilating and Air Conditioning (HVAC) system is a nonlinear multi-input multi-output (MIMO) system. This system is very difficult to control the temperature and the humidity ratio of a thermal space because of complex nonlinear characteristics. This paper proposes an adaptive fuzzy output feedback control based on observer for the nonlinear HVAC system. The nonlinear HVAC system is linearized through dynamic extension. State observers are designed for estimating state variables of the HVAC system. Fuzzy systems are employed to approximate uncertain nonlinear functions of the HVAC system with unavailable state variables. The obtained controller compares with an adaptive feedback controller. Simulation is given to demonstrate the effectiveness of our proposed adaptive fuzzy method.

다중 안테나를 이용하는 다중 홉 시스템의 안테나와 중계기 선택 기법

김렴,공형윤,Kim, Lyum,Kong, Hyung-Yun 한국인터넷방송통신학회 2011 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.11 No.2

본 논문에서는 각 홉에서 다중 안테나를 가지는 노드 간 채널 환경을 고려하여 가장 좋은 성능을 가지는 하나의 안테나와 하나의 중계기를 동시에 선택하는 시스템을 제안하며, 제안된 시스템의 성능을 분석한다. 다중 채널을 통해 다수의 수신 신호를 받아 MRC(Maximal Ratio Combining) 기법을 이용하여 다이버시티를 얻는 일반적인 시스템은 상대적으로 열악한 채널을 통과하는 신호 또한 수신하며, 이는 곧 시스템의 성능 저하로 이어지는 결과를 얻는다. 제안하는 시스템은 송신단-중계기, 중계기-수신단 간의 모든 채널 환경을 고려하여 가장 좋은 채널을 통해서만 데이터를 전송함으로써 열악한 채널을 통과하는 신호의 수신을 차단함으로써 성능을 향상시킨다. 따라서 가장 좋은 채널상의 안테나와 중계기를 동시에 선택하는 과정을 거치며, 이를 구현하기 위해 단일 중계기만을 선택하고 각 홉에서는 단일 안테나만을 이용할 수 있는 알고리즘을 제안한다. In this paper, we propose antenna and relay selection system by considering channel environment between nodes. Each node has multiple antennas in each hop. And, we analyze the performance of proposed system. A General MIMO system receives signals through multiple channels and obtains diversity gain. But MIMO system causes performance degradation due to poor received signals. The proposed system consider transmitters-relays channels, relays-receivers channels and select a best channel. This channel selection prevents performance degradation and increase total system's performance. Therefore, we must select best antennas and a best relay, simultaneously.

System-Level Performance of Limited Feedback Schemes for Massive MIMO

최용인,이재원,임민중,강충구,남준영,고영조 한국전자통신연구원 2016 ETRI Journal Vol.38 No.2

To implement high-order multiuser multiple input and multiple output (MU-MIMO) for massive MIMO systems, there must be a feedback scheme that can warrant its performance with a limited signaling overhead. The interference-to-noise ratio can be a basis for a novel form of Codebook (CB)-based MU-MIMO feedback scheme. The objective of this paper is to verify such a scheme’s performance under a practical system configuration with a 3D channel model in various radio environments. We evaluate the performance of various CB-based feedback schemes with different types of overhead reduction approaches, providing an experimental ground with which to optimize a CB-based MU-MIMO feedback scheme while identifying the design constraints for a massive MIMO system.

IEEE 802.11a 기반의 MIMO-OFDM 시스템을 위한 채널 추정 기법

안치준,안재민 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.6A

본 논문에서는 Multiple Put-Multiple output Orthogonal Frequency Division Multiplexing(MIMO-OFDM) 시스템을 위한 채널 추정 기법으로 space-time block c첨ing(STBC) 기법과 space-frequency block coding(SFBC) 기법을 제안한다. 제안된 방식은 각 송신 안테나에서 서로 직교성을 갖는 훈련 심볼을 전송함으로써 수신 안테나에서는 각 송수신 안테나 사인의 채널 계수를 추정한다. 제안된 알고리즘은 IEEE 802.11a 시스템 기반의 MIMO-OFDM 시스템에 적용해 성능 개선 효과를 확인해 보았다. 그 결과 제안된 방법이 기존의 방법보다 더 정확한 채별 계수 추정이 가능함을 확인할 수 있었다. 모의실험은 기존의 추정기법과 제안된 추정 기법이 적용된 시스템을 50ns 와 150ns 의 RMS 지연 확산을 갖는 다중 경로 페이딩 환경에서 수행되었으며 각 변복조 방식에 따른 비트 오류 성능 개선 정도를 확인해 보았다. Channel estimation schemes are proposed for Multiple Input-Multiple output Orthogonal Frequency Division Multiplexing(MIMO-OFDM) systems based on the physical layer specification of the IEEE 802.1 la. By combining the space-time block coding(STBC)/ space-frequency block coding(SFBC) techniques with the transform domain interpolation, the proposed algorithms achieve more accurate channel coefficients for the MIMO channels such that improve the BER performance. The performance improvements of the proposed algorithms are evaluated by simulations under the various multipath fading channel environments and various transmission rates.