[논문 리뷰] Capacity of Multiple-Antenna Phase-Noise Channels with Common/Separate Oscillators

M. Reza Khanzadi, Giuseppe Durisi외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 01.

Radio Frequency Integrated Circuit Design참고 문헌 32인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 공통 로컬 오실레이터(CLO)와 별도의 로컬 오실레이터(SLO)라는 두 가지 구성 방식에서 위상 잡음으로 인한 다중 안테나 시스템의 고신호대역비(SNR) 용량을 분석한다. 첫 번째 용량 항은 CLO와 SLO 모두에서 동일하다는 것을 보여주며, 이는 오실레이터 동기화 여부에 관계없이 위상 잡음이 스펙트럼 효율성에 미치는 영향이 본질적으로 동일하다는 것을 시사한다. 이는 하드웨어적 영향는 다를 수 있으나, 기본적인 용량 한계에는 영향을 주지 않는다.

ABSTRACT

In multiple antenna systems, phase noise due to instabiliti es of the radio-frequency (RF) oscillators, acts differently depending on whether the RF circuitries connected to each antenna are driven by separate (independent) local oscillators (SLO) or by a common local oscillator (CLO). In this paper, we investigate the high-SNR capacity of multiple-antenna phase-noise channels for both the CLO and the SLO configurations. Our results show that the first-order term in the high-SNR cap acity expansion is the same for all

연구 동기 및 목표

• 실제 RF 하드웨어 구성에서 다중 안테나 시스템의 위상 잡음 영향을 고신호대역비 용량 측면에서 분석하기.
• 공통 로컬 오실레이터(CLO)와 별도의 로컬 오실레이터(SLO)라는 두 가지 다른 오실레이터 아키텍처 하에서의 용량 한계를 비교하기.
• CLO와 SLO 간의 선택이 고신호대역비 영역에서 기본 용량 한계에 중대한 영향을 미치는지 규명하기.
• 두 구성에 대해 점점 증가하는 신호대역비에 대한 점근적 용량 전개를 유도하고 비교하여 성능 제한 요인을 파악하기.

제안 방법

• 스토케스틱 위상 잡음 프로세스를 사용하여 CLO 및 SLO 구성에서 다중 안테나 위상 잡음 채널을 모델링하기.
• 신호대역비(SNR) 전개에서 첫 번째 항에 중점을 두어 채널 용량의 고신호대역비 점근적 전개를 유도하기.
• 정보이론 및 랜덤 행렬 이론 도구를 활용하여 위상 잡음으로 인한 평균 용량을 분석하기.
• 신호대역비가 무한대에 가까워질 때의 극한 행동을 평가하여 CLO와 SLO 간의 첫 번째 용량 항을 비교하기.
• 각 RF 체인에 영향을 주는 시간 상관 위상 드리프트 프로세스로 위상 잡음을 통계적으로 모델링하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위상 잡음 하에서 다중 안테나 시스템의 고신호대역비 용량은 CLO와 SLO 구성 간에 어떻게 다를까?
• RQ2 위상 잡음 영향을 받는 MIMO 채널의 고신호대역비 용량 전개에서 첫 번째 항은 무엇인가?
• RQ3 공통 오실레이터를 사용하는 것과 독립적인 오실레이터를 사용하는 것이 가용 스펙트럼 효율성에 본질적인 차이를 초래하는가?
• RQ4 위상 잡음의 통계적 성질은 대규모 MIMO 시스템에서 용량 스케일링에 어떻게 영향을 주는가?

주요 결과

• CLO와 SLO 구성 모두에서 고신호대역비 용량 전개의 첫 번째 항은 동일하다.
• 하드웨어적 영향는 다를 수 있으나, 점근적 스펙트럼 효율성 향상은 오실레이터를 공유하느냐 별도로 사용하느냐에 따라 영향을 받지 않는다.
• 위상 잡음은 첫 번째 항 수준에서 오실레이터 동기화 여부와 관계없이 고신호대역비 용량을 제한하는 방식으로 작용한다.
• 오실레이터 아키텍처에 관계없이 용량 스케일링 행동은 동일한 기본 노이즈 프로세스에 의해 지배된다.