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

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Design of Beamforming Scheme Using Single RF Chain Based on SPA Antenna

SPA 안테나 기반 단일 RF 체인을 사용한 빔포밍 기능 구현

  • Song, Jae-Su (Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI)) ;
  • Seo, Seok (Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI)) ;
  • Kim, Hyung-jin (Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI)) ;
  • Cho, Seong-chul (Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI)) ;
  • Oh, Jung-hoon (Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI))
  • Received : 2016.03.25
  • Accepted : 2016.06.09
  • Published : 2016.06.30
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Abstract

In this paper, we design and implement SPA (Switched Parasitic Antenna) antenna which can control its beampattern using multiple parasitic elements. By applying SPA antenna to wireless communication system and implementing beamforming scheme, we show that SPA antenna can be used to improve the performance of wireless communication systems. SPA antenna consists of a single active antenna and multiple parasitic elements around the active one, and can control its beampattern by switching the parasitic elements. Using this characteristic of the SPA antenna, it is possible to impelemtent beamforming technique with single RF chain, which enables to design low cost, low complexity and low power wireless communication systems. In order to verify the beamforming gain, we measure and analyze the system level performance, such as SNR, PER, and throughput.

본 논문에서는 다수의 기생소자를 사용하여 빔패턴을 제어할 수 있는 SPA(Switched Parasitic Array) 안테나를 설계 및 제작하고, 이를 실제 무선통신 시스템에 적용하여 빔포밍 기능을 구현함으로써 시스템 성능이 향상됨을 확인한다. SPA 안테나는 단일 능동 안테나와 그 주위에 다수의 기생소자들로 구성되는 안테나로서 기생소자의 스위칭을 통하여 빔패턴 제어가 가능한 안테나이다. 이러한 안테나 특성을 이용하면 기존의 다중 안테나 시스템으로 구현되는 빔포밍 기능을 SPA 안테나로 구현이 가능하다. SPA 안테나를 이용한 빔포밍 시스템은 단일 능동 안테나와 단일 RF 체인을 사용하기 때문에 저비용, 저복잡도 및 저전력의 통신 시스템을 구현할 수 있다. 본 논문에서는 SPA 안테나를 통한 빔포밍 이득을 실제 시스템 레벨에서 확인하기 위하여 기 구현된 무선통신 시스템 상에서 SPA 안테나를 적용하는 경우와 기존의 omni 안테나를 사용하는 경우에 대하여 성능 파라미터(SNR, PER, 전송속도)를 측정하여 비교 분석한다.

Keywords

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