In millimeter wave (mmWave) wireless communication systems with multiple antenna arrays, direction of arrival (DOA) of received signal is required to use beamforming technique to overcome high path-loss in free space and obtain enough signal to noise ratio (SNR). However, without knowledge of DOA of signal, joint DOA estimation and signal detection are required for successful data transmission in beamforming system. Hybrid beamforming system composing of analog radio frequency (RF) combiner and digital baseband combiner has been proposed to reduce high complexity of digital beamforming system by using small number of RF chains which reduce dimension of signal. In spite of benefits in hardware complexity, reduced dimension may yield both performance degradation of DOA estimation and loss of received SNR as compared to digital beamforming systems. To reduce SNR loss and mitigate both DOA estimation and signal detection performance loss, we propose a beam selection method for RF combiner design. Simulation results show the performance of hybrid beamforming systems with proposed beam selection method achieves the performance of digital beamforming systems.
다수의 배열 안테나를 사용하는 밀리미터파 무선 통신 시스템에서 수신 신호의 방향각은 자유 공간의 높은 경로 손실을 극복하고 충분한 신호 대 잡음비 (SNR) 를 얻기 위한 빔 형성에 필요하다. 한편, 빔 형성 시스템에서 채널 정보가 없는 경우에는 통신을 위해 각 채널 경로의 방향각과 경로 이득을 추정해야 한다. 하이브리드 빔 형성 시스템은 아날로그 RF combiner 와 디지털 baseband combiner 로 구성되며, 디지털 빔 형성 시스템의 높은 하드웨어 복잡도를 감소시키기 위해 제안되었다. 안테나 개수보다 적은 수의 RF chain 을 사용함으로써 수신 신호의 dimension 을 줄이고 복잡도를 낮출 수 있지만, 디지털 빔 형성 시스템과 비교해서 수신 SNR 이 감소하여 방향각 추정 성능이 열화될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 SNR 열화를 줄이고 방향각 추정 및 신호 검출 성능을 하드웨어 제약이 없는 디지털 빔 형성 시스템에 근접할 수 있도록 하는 빔 선택 방법을 제안하고, 이를 통해 RF combiner 을 설계하였다. 실험 결과를 통해 제안 방법을 이용한 하이브리드 빔 형성 시스템의 성능이 디지털 빔 형성 시스템의 성능에 근접함을 보였다.
