다중안테나 시스템에서의 데이터 전송 방법 document_id A220623034677

최근에는 무선통신 시스템의 성능과 통신용량을 극대화하기 위하여 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이 주목받고 있다. MIMO 기술은 지금까지 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 채택해 송수신 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방법이다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다. MIMO 기술은 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 그 결과, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다. MIMO 기술에는 송신 다이버시티(transmit diversity), 공간 다중화(spatial multiplexing) 및 빔형성(Beamforming) 등이 있다. 송신 다이버시티는 다중 송신 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 전송 신뢰도를 높이는 기술이다. 공간 다중화는 다중 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 동시에 전송하여 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속의 데이터를 전송할 수 있는 기술이다. 빔 형성은 다중 안테나에서 채널 상태에 따른 가중치를 가하여 신호의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 증가시키기 위해 사용된다. 이때, 가중치는 가중치 행렬(weight matrix)로 표시할 수 있고, 이를 프리코딩 행렬(precoding matrix)이라 한다. 프리코딩 행렬은 기지국과 사용자 간에 직접 전송될 수 있고, 또한 프리코딩 행렬 인덱스(precoding matrix index; PMI)가 전송될 수 있다. 공간 다중화는 단일 사용자에 대한 공간 다중화와 다중 사용자에 대한 공간 다중화가 있다. 단일 사용자에 대한 공간 다중화는 SU-MIMO(Single User MIMO)라고도 하며, 다중 사용자에 대한 공간 다중화는 SDMA(Spatial Division Multiple Access) 혹은 MU-MIMO(Multi User MIMO)로 불린다. MIMO 채널의 용량은 안테나 수에 비례하여 증가한다. MIMO 채널은 독립 채널로 분해될 수 있다. 송신 안테나의 수를 Nt, 수신 안테나의 수를 Nr 이라 할 때, 독립 채널의 수 Ni 는 Ni ≤ minNt, Nr이 된다. 각각의 독립 채널은 공간 계층(spatial layer)이라 할 수 있다. 랭크(rank)는 MIMO 채널 행렬의 영이 아닌 고유값(non-zero eigenvalue)의 수로, 다중화될 수 있는 공간 스트림(spatial stream)의 수로 정의될 수 있다. 프리코딩 행렬은 랭크가 1인 경우에 프리코딩 벡터(precoding vector)가 될 수 있다. MU-MIMO 시스템에서 다중 사용자에 대한 무선자원은 페어링(Pairing)될 수 있다. 페어링은 다중 사용자에게 주파수 영역(frequency domain) 또는 시간 영역(time domain)에서 전체 또는 일부분을 겹쳐서 무선자원을 할당하는 것이다. 다중 사용자는 겹쳐진 무선자원을 주파수 영역 또는 시간 영역으로 나누어 사용할 수 있다. MU-MIMO 시스템에서 송신 안테나의 수만큼 사용자의 데이터를 페어링할 수 있다. 예를 들어, 4개의 송신 안테나를 가지는 기지국은 2 내지 4명의 다중 사용자를 페어링할 수 있다. 하나의 사용자는 페이링된 무선자원 영역에서 자신의 데이터 이외에 다른 사용자의 데이터는 간섭(interference)으로 작용하게 된다. 자신의 데이터에서 다른 사용자의 데이터에 의한 간섭을 효과적으로 처리할 수 있는 방법이 요구된다.