The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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Beamspace MIMO System Using ESPAR Antenna with single RF chain

단일 RF chain을 갖는 전자 빔 조향 기생 배열 안테나를 사용한 빔 공간 MIMO 시스템

  • Received : 2013.07.29
  • Accepted : 2013.10.04
  • Published : 2013.10.31
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Abstract

The main advantage of ESPAR antenna is that ESPAR antenna requires only a single RF chain for reduction of transceiver's hardware complexity, as compared to conventional MIMO system. In conventional MIMO system, each data symbol is mapped to each antenna. But, each data symbol is mapped to each orthogonal basis pattern in ESPAR antenna system. In this paper, we design beamspace MIMO system using ESPAR antenna with single RF chain for MIMO system of low-complexity and low power consumption. And then, we analyze performance of beamspace MIMO according to each PSK modulation. Performance of beamspace MIMO system is similar to performance of conventional MIMO system. As a result of analyzing the performance of beamspace MIMO system using higher-order PSK modulation. we can confirm that performance characteristic of beamspace MIMO system with low complexity and low power consumption is similar to digital communication of signal domain.

최근 기존의 배열 안테나를 사용하는 MIMO(multi-input multi-output) 시스템의 단점을 극복하기 위하여 1개의 능동 소자와 주변의 기생 소자를 이용하는 ESPAR(electronically steerable parasitic array radiator) 안테나에 대한 연구가 이루어지고 있다. 이 안테나의 가장 큰 장점은 단지 1개의 RF(radio frequency) chain만을 사용하는 것이다. 단일 RF chain을 사용하기 때문에 하드웨어 복잡도가 높지 않다. ESPAR 안테나를 사용하는 빔 공간 MIMO 시스템의 경우 각각의 직교 기저 패턴에 심볼을 맵핑하여 송신한다. 본 논문에서는 저 복잡도, 저 전력의 MIMO 시스템을 위해 단일 RF chain을 사용하는 ESPAR 안테나를 이용하여 시스템을 구성하고 각각의 위상 편이 변조에 따른 성능을 분석한다. 빔 공간 MIMO 시스템은 기존의 MIMO 시스템과 유사한 성능을 낸다. BPSK(binary phase shift keying), QPSK(quadrature phase shift keying), 8PSK, 16PSK, 32PSK의 고차 변조에 대한 시스템 성능을 분석한 결과, 빔 공간 MIMO 시스템이 저 복잡도와 저 전력소비로 기존 신호 도메인의 MIMO 시스템과 유사한 성능 특성을 가지는 것을 확인하였다.

Keywords

References

  1. V. Barousis, A. G. Kanatas, and A. Kalis, "Single RF MIMO systems: exploiting the capabilities of parasitic antennas," in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. (VTC Fall), pp. 1-5, San Francisco, U.S.A., Sep. 2011.
  2. O. Alrabadi, A. Kalis, C. Papadias, and A. G. Kanatas, "Spatial multiplexing by decomposing the far-field of a compact ESPAR antenna," in Proc. IEEE 19th Int. Symp. Personal, Indoor, Mobile Radio Commun. (PIMRC 2008), pp. 1-5, Cannes, France, Sep. 2008.
  3. A. Kalis, A. G. Kanatas, and C. Papadias, "An ESPAR antenna for beamspace-MIMO systems using PSK modulation schemes," in Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC '07). pp. 5348-5353, Glasgow, U. K., June 2007.
  4. A. Kalis, A. G. Kanatas, and C. Papadias, "A novel approach to MIMO transmission using a single RF front end," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 26, no. 6, pp. 972-980, Aug. 2008. https://doi.org/10.1109/JSAC.2008.080813
  5. J. Lu, D. Ireland, and R. Schlub, "Development of ESPAR antenna array using numerical modelling techniques," in Proc. 3rd Int. Conf. Computational Electromagn. Its Applicat. (ICCEA), pp. 182-185, Beijing, China, Nov. 2004.
  6. T. Ohira and K. Gyoda, "Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming," in Proc. IEEE Int. Conf. Phased Array Syst. Technol., pp. 101-104, Dana Point, U.S.A., May 2000.
  7. V. Barousis, A. G. Kanatas, A. Kalis, and C. B. Papadias, "Closed-loop beamspace MIMO systems with low hardware complexity," in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf (VTC Spring 2009), pp. 1-5, Barcelona, Spain, Apr. 2009.
  8. H.-G. Jeon, J. Bae, and D. Lee, "Prior maximum likelihood detection verifier design in MIMO receivers," J. Korean Inst. Commun. Inform. Sci. (KICS), vol. 33, no. 11, pp. 1063-1071, June 2008.
  9. O. N. Alrabadi, J. Perrruisseau-Carrier, and A. Kalis, "MIMO transmission using a single RF source: theory and antenna design," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 2, pp. 654-664, Feb. 2012. https://doi.org/10.1109/TAP.2011.2173429