The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39A
no.2
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pp.69-76
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2014
Multiple-input and multiple-output (MIMO) technique is used in many communication fields in order to increase the channel capacity. However, this MIMO system has difficulty of miniaturization of antenna size due to the multiple RF chains Also, multiple RF chain raises some problems which increase power consumption at RF circuit and degrade the system performance due to the interference between RF chains. Because of these reasons, beamspace MIMO (BS-MIMO) technique with only single RF chain was proposed for MIMO transmission. This BS-MIMO system basically uses electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna. Existing ESPAR antenna has a 5-element structure. So, it is possible to do only $3{\times}3$ MIMO transmission. Therefore, in order to extend BS-MIMO dimension, extension of ESPAR antenna structure is essential. In this paper, we show that BS-MIMO dimension can be increased according to the extension of structure of the ESPAR antenna, as in the conventional MIMO techniques. For example, we show that it is possible to design the $7{\times}7$ BS-MIMO transmissions with the 13-element ESPAR antenna. Also, when the number of parasitic elements of ESPAR antenna increases by two elements, MIMO dimension is expanded by 1.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39A
no.10
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pp.579-584
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2014
In this paper, we propose beamsapce MIMO(mulitple input multiple output) system using patch ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) antenna. When using conventional monopole ESPAR antenna, we have advantages cost of hardware and power consumption of RF cirsuit because of single RF chian. But it is difficult to apply to small portable mobile device. Therefore we design patch ESPAR antenna in order to reducing volume and analyze performance of BS MIMO system that is able to MIMO communication with single RF chain. In This paper, we confirm beam pattern of designed patch ESPAR antenna is steered as ${\pm}15^{\circ}$ elevation angle. Furthermore, we design BS MIMO system using this ESPAR antenna and confirm BER performance of this system.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.26
no.8
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pp.710-717
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2015
In this paper, we design an array antenna structure based on a patch ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) antenna with three elements for reliable communication in high-speed railway wireless communication. The ESPAR antenna consists of the active element with a single RF-chain and the parasitic elements surrounding an active element. The ESPAR antenna is capable of beamforming by adjusting the reactance of the parasitic element. We propose a vertical array antenna structure based on the patch ESPAR antenna and simulate it according to the change of the number of antennas and the distance between antenna rows. The simulation results show that we can get the maximum beam gain and highest directivity when the distance between antenna rows is ${\lambda}$.
In this study, an electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna via analog radio frequency (RF) switches for a single RF chain MIMO system is presented. The proposed antenna elements are spaced at ${\lambda}/64$, and the antenna size is miniaturized via a dielectric radome. The optimum reactance load value is calculated via the beamforming load search algorithm. A switch simplifies the design and implementation of the reactance loads and does not require additional complex antenna matching circuits. The measured impedance bandwidth of the proposed ESPAR antenna is 1,500 MHz (1.75 GHz-3.25 GHz). The proposed antenna exhibits a beam pattern that is reconfigurable at 2.48 GHz due to changes in the reactance value, and the measured peak antenna gain is 4.8 dBi. The reception performance is measured by using a $4{\times}4$ BPSK signal. The measured average SNR is 17 dB when using the proposed ESPAR antenna as a transmitter, and the average SNR is 16.7 dB when using a four-conventional monopole antenna.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39A
no.2
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pp.77-85
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2014
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.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.25
no.7
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pp.737-746
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2014
Recently, researches about MIMO(Multi-Input Multi-Output) system are being studied actively due to high-capacity and high-speed communication. However, MIMO system has many RF(Radio Frequency) chains according to many array antennas. So, MIMO system has disadvantages such as high-complexity and high-power-consumption. Also, it is impossible to miniaturize the antenna dimension. In order to solve these problems, beamspace MIMO system using ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) antenna was proposed. It is possible to reduce the complexity and the power-consumption, because it has single RF chain by using one active antenna and several parasitic elements. In this paper, in order to improve the security, for the first time, chaos communication algorithm is applied to QPSK modulated beamspace MIMO system using ESPAR antenna. We define as chaos QPSK beamspace MIMO system, and evaluate the SER performance. Also, we confirm that QPSK symbols can be made by changing the reactance values of parasitic elements, and evaluate the SER performance of this system.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.10
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pp.885-892
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2013
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.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39A
no.5
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pp.220-228
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2014
ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) antenna is the technique for overcoming the problems of space limitation and energy efficiency due to the multiple RF-chain. Conventional MIMO system with multiple antenna requires a large number of RF-chain for transmitting the multiple data because it transmits the data in proportion to the number of antenna. Beamspace MIMO system using the ESPAR antenna which has single RF-chain was proposed for solving the problems caused by using the multiple antenna and RF-chain. In this paper, therefore we propose 2x2 beamspace MIMO system using the 16, 64-QAM modulation and evaluate the performance of this system to reveal that it is possible that beamspace MIMO system can use not only PSK modulation but also QAM modulation. We confirm that QAM symbol can be generated by adjusting reactance of parasitic elements and making reactance set and also we confirm that performance of beamspace MIMO system is similar to the conventional MIMO system by transmitting the QAM symbol made by reactance set through the simulation.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.12
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pp.1061-1068
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2013
In this paper, we propose a $M{\times}M$ beam-space multiple input multiple output (BS-MIMO) system using electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna. Conventional MIMO method required multiple RF chains because it map the transmission signals onto multiple antennas. So, conventional MIMO system has high cost for design and high energy consumption at RF circuit. Also, It is difficult to use MIMO system in battery based mobile terminals with limited physical area. In order to solve these problems, BS-MIMO technique which map the data signal onto bases in beam space domain was proposed using ESPAR antenna with single RF chain. This paper, we design and analyze the performance of extended $M{\times}M$ BS-MIMO technique. Simulation results show that the proposed BS-MIMO system has similar BER performance compare to conventional MIMO scheme. Therefore, BS-MIMO system with single RF chain will has a low RF power consumption and low cost for RF hardware design as compared with conventional MIMO technique with multiple RF chains.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.3
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pp.425-431
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2015
Beamspace Multiple-Input Multiple Output(MIMO) system can transmit multiple data by using Electronically Steerable Parasitic Array Radiator(ESPAR) antenna which has single Radio Frequency(RF)-chain. Beamspace MIMO system can reduce complexity of the system and size of antenna in comparison with the conventional MIMO system because of characteristic of ESPAR antenna using the single antenna and the RF-chain. Heretofore, only the research of transmitting single-carrier has been conducted by the use of beamspace MIMO system. Therefore, in this paper, we propose beamspace MIMO system based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) for transmitting the multi-carrier and analysis the performance of this system. We find a proper reactance value which has good performance because proposed system changes the performance by the reactance values of parasitic elements. and we confirm that performance of the proposed system is similar to conventional MIMO system based on OFDM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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