[논문 리뷰] 3D Channel Modeling between Seaborne MIMO Radar and MIMO Cellular System.

Awais Khawar, Ahmed Abdelhadi외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 16.

Radar Systems and Signal Processing참고 문헌 17인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 해상 MIMO 레이더와 MIMO 셀룰러 시스템 간의 스펙트럼 공유를 위한 3차원 공간 채널 모델을 제안하며, 레이더 웨이브폼을 채널의 영공간에 투영시켜 고유값-노킹 기반 간섭 감소를 가능하게 한다. 시뮬레이션 결과, 고유값-노킹이 기존의 공간-노킹보다 간섭 감소 성능에서 뛰어나며, 레이더 목표 탐지 및 빔패턴 해상도를 향상시킨다.

ABSTRACT

Spectrum sharing between radars and cellular systems is an emerging area of research. In this paper, we model channel between a seaborne MIMO radar and MIMO cellular system. We model a 2D channel to capture the azimuth aspect of the spectrum sharing scenario. Our channel modeling methodology allows MIMO radar to place accurate nulls in the azimuth location of base stations (BS), thus, protecting them from harmful radar interference. We use a projection based approach, where radar waveform is projected onto null space of channel, for mitigating radar interference to BSs. This is also known as an approach based on eigen-nulling which is different from spatial-nulling commonly employed by radars. We show through simulations that the proposed spatial channel model allows eigen-nulling which performs superior to traditional spatial-nulling for interference mitigation. The proposed channel model can be leveraged to use eigen-nulling that enhances target detection and beampattern resolution of MIMO radar while mitigating interference to BSs.

연구 동기 및 목표

• 공유 스펙트럼 환경에서 해상 MIMO 레이더가 셀룰러 기지국에 유해한 간섭을 유발하는 문제를 다루기.
• 스펙트럼 공유에 관련된 수평각 및 전파 특성을 반영한 3차원 공간 채널 모델을 개발하기.
• 기지국 방향으로 레이더 에너지를 정확히 노킹하여 셀룰러 네트워크의 간섭으로부터 보호하기.
• 고유값-노킹이 기존의 공간-노킹 기법에 비해 간섭 감소 성능에서 확보하는 성능 향상을 조사하기.
• 셀룰러 시스템과의 공존을 확보하면서도 MIMO 레이더의 목표 탐지 및 빔패턴 해상도를 향상시키기.

제안 방법

• 해상 MIMO 레이더와 MIMO 셀룰러 기지국 간의 공간 전파 특성을 반영한 3차원 채널 모델링 프레임워크를 개발하기.
• 레이더 웨이브폼을 채널 행렬의 영공간에 투영하는 기반 기반 접근법을 사용하여 고유값-노킹을 구현하기.
• 고유값 분해를 지원하도록 채널 모델을 수립하여 기지국 방향에 대응하는 영공간을 식별할 수 있도록 하기.
• 고유값-노킹을 레이더 웨이브폼 설계에 통합하여 기지국 방향으로 방사되는 에너지를 억제하기.
• 간섭 감소 및 빔패턴 직접성 측면에서 고유값-노킹과 기존의 공간-노킹 간 성능을 시뮬레이션하기.
• 채널 모델을 활용하여 공존 조건 하에서 레이더 해상도 및 탐지 성능 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 해상 MIMO 레이더와 셀룰러 기지국 간의 전파 환경을 정확히 표현하기 위해 3차원 공간 채널 모델을 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ2 고유값-노킹이 셀룰러 기지국 방향으로의 간섭 억제에서 기존의 공간-노킹 기법에 비해 어느 정도 뛰어나게 성능을 향상시키는가?
• RQ3 제안된 채널 모델이 MIMO 레이더의 목표 탐지 및 빔패턴 해상도 향상에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 채널 모델의 공간 정확도가 간섭 감소 기법의 효과성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 모바일 및 해상 레이더 시스템을 포함한 실세계 스펙트럼 공유 시나리오에서 고유값-노킹을 효과적으로 구현할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 3차원 채널 모델은 해상 MIMO 레이더와 셀룰러 시스템 간의 스펙트럼 공유에 필수적인 수평각 의존성 전파 특성을 성공적으로 반영한다.
• 채널 모델에 의해 가능해진 고유값-노킹은 기존의 공간-노킹 기법에 비해 뛰어난 간섭 억제 성능을 달성한다.
• 고유값-노킹의 적용은 MIMO 레이더의 빔패턴 해상도를 향상시키고, 셀룰러 기지국이 존재하는 환경에서 목표 탐지 성능을 향상시킨다.
• 레이더 웨이브폼을 채널 행렬의 영공간에 투영하는 것이 기지국 방향으로 방사되는 에너지를 효과적으로 최소화한다.
• 시뮬레이션 결과, 고유값-노킹은 주로드의 직접성을 유지하면서도 셀룰러 기지국 방향의 부로드를 억제함을 확인하였다.
• 채널 모델은 간섭 인지 레이더 웨이브폼 설계를 지원하여 레이더 성능을 저하시키지 않으면서도 셀룰러 네트워크와의 공존을 보장한다.