5G 뉴 라디오(NR)는 향상된 모바일 광대역(eMBB) 서비스와 대규모 기계형 통신(mMTC)과 같은 기능을 제공한다. 다중입력 다중출력(MIMO) 전송은 이러한 기능을 가능하게 하는 데 필수적인 기술로서, 충분한 수의 소자들로 구성된 안테나 배열을 사용하여 원하는 사용자 위치로 정확하고 높은 이득을 갖는 빔을 생성한다. 향후의 새로운 서비스에서는 다양한 형태의 이동 단말이 서로 다른 위치에 등장할 것으로 예상되며, 빔포밍은 이러한 방향성의 다양화를 수용할 필요가 있다. 그러나 기존 배열 구조를 활용하는 것은 3차원 공간에서 임의의 수신기 위치로 신호를 전송하는 데 한계가 있다. 따라서 등방적(isotropic) 방식으로 정확한 빔을 형성할 수 있는 새로운 유형의 배열이 요구되며, 이에 상응하는 전송 전략을 규명할 필요가 있다. 본 논문에서는 3차원 균일 구면 배열(Uniform Spherical Array; USA)의 구성과 활용을 조사한다. 이러한 배열을 위한 빔포밍 벡터와 기저 코드북을 정의하고, 생성된 빔의 특성을 기존 배열이 생성하는 빔과의 비교를 통해 분석한다. 빔 간 간섭을 최소화하기 위한 배열 파라미터를 결정하고, 배열의 적절한 구성을 사용하여 다사용자 전송 성능을 평가한다. 또한 실제 환경에서의 합-전송률(sum-rate) 성능을 제시하기 위해 안테나 소자에 방사 패턴을 적용한다.

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