무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법 document_id A220623047489

최근 정보통신 서비스의 보편화와 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장, 그리고 고품질 서비스의 출현 등으로 인해 무선통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이에 능동적으로 대처하기 위해서는 통신 시스템의 용량을 증대시키는 한편 데이터의 전송 신뢰도를 높여야 한다. 무선통신 환경에서 통신 용량을 늘리기 위한 방안으로는 이용 가능한 주파수 대역을 새롭게 찾아내는 방법과, 주어진 자원의 효율성을 높이는 방법을 생각해 볼 수 있다. 이 중 후자의 방법으로 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보하여 다이버시티 이득을 취하거나, 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 늘리는 이른바 다중 안테나 송수신 기술(Multiple Input Multiple Output Antenna;이하 MIMO)이 최근 큰 주목을 받으며 활발하게 개발되고 있다. 일반적으로 MIMO 기법은 통신시스템의 신뢰도를 높이거나 전송 효율을 향상시키기 위해 고려되며, 빔형성 기법(beamforming), 공간 다이버시티 기법(spatial diversity), 및 공간 다중화 기법(spatial multiplexing)으로 크게 세가지로 분류 할 수 있다. 신뢰도를 높이기 위해 여러 개의 송신안테나를 이용하는 빔형성 기법과 공간 다이버시트 기법은 일반적으로 단일 데이터 스트림을 여러 개의 송신 안테나를 통해 전송하며, 전송효율을 높이기 위해 사용되는 공간 다중화 기법은 여러 개의 데이트 스트림을 동시에 여러 개의 송신 안테나를 통해 전송한다. 공간 다중화 기법에서 동시에 전송되는 데이터 스트림의 개수를 공간 다중화율(spatial multiplexing rate)이라 하는데 공간 다중화율은 송수신 안테나의 개수와 채널 상황에 따라서 적절하게 선택되어야 한다. 일반적으로 최대로 얻을 수 있는 공간 다중화율은 송신 안테나 개수와 수신 안테나 개수 중 작은 값에 의해 제한되며, 채널의 상관도가 높아지면 작은 공간 다중화율을 사용한다. 공간 다중화 기법을 사용하는 경우 가상 안테나 시그날링 기법을 적용하면 여러 가지 이득을 얻을 수 있다. 예를 들면, 가상 안테나 시그날링 기법을 적용하게 되면 여러 개의 데이터 스트림의 채널환경을 동일하게 되므로 강인한 채널상태 정보(Channel quality information : CQI)를 제공할 수 있게 되고 나쁜 채널상황을 가진 데이터 스트림의 신뢰도를 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 가상 안테나 시그날링 기법이 적용되는 물리 안테나들에서의 송신 전력이 거의 일정하게 유지할 수 있게 된다. 상세히 살펴보면, 물리적 송신 송신 안테나들은 세트를 이루어 복수 개의 빔들을 만드는데, 이들 각각의 빔들은 각각의 가상 안테나에 해당한다. 서로 다른 빔들은 모든 물리적인 안테나들로부터 똑같은 전력을 전송하도록 할 뿐만 아니라 채널 특성을 보존하도록 생성된다. 기본적으로, 만들어진 가상 안테나의 총 수는 이용가능한 공간 다이버시티 또는 공간 다중화율을 지칭한다. 이 수는 또한 공간 채널들을 측정하기 위해 필요한 오버헤드(overhead)의 양을 지칭한다. 이하에서 물리적 송신 안테나의 수를 Mt, 물리적 수신 안테나의 수를 Mr, 이용가능한 가상 송신 안테나의 수를 Me라 하고 동시에 송신되는 레이어들을 M으로 나타낸다. 여기서, 레이어는 독립적으로 부호화되고 변조된 송신 심볼을 의미한다. 한편, 통신시스템의 신뢰도를 높이거나 전송 효율을 향상시키기 위한 공간 처리 기법으로 프리코딩 기법이 있다. 프리코딩 기법은 다중안테나 시스템에서 공간 다중화율에 상관없이 사용할 수 있는 기법으로서 보통 채널의 신호대잡음비(signal to noise ration:SNR)의 크기를 높여주는 기법이다. 일반적으로 송신단에서 현 채널환경에 가장 적절한 행렬 또는 벡터를 데이터에 곱하여 전송하는데, 여기서 곱해지는 행렬 또는 벡터는 수신단으로부터 피드백 받아 사용하거나, 또는 송신단에서 하향링크의 채널정보를 알 수 있는 경우 알맞은 행렬 또는 벡터를 계산하여 사용할 수 있다. 이러한 프리코딩 기법은 가상 안테나 시그날링 기법과 결합하여 사용할 수 있는데, 적절한 형태로 결합하여 사용하지 않으면 프리코딩 행렬 또는 벡터의 변형을 가져와 시스템의 성능을 크게 저하시키게 된다. 아래에서 그 예를 설명한다. 도 1은 종래의 프리코딩 기법과 가상 안테나 시그날링 기법을 동시에 적용한 방식의 구조를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 프리코딩 기법을 먼저 적용한 후 가상 안테나 시그날링 기법을 적용한 방법으로 프리코딩 행렬을 이용하여 채널의 평균 신호대 잡음비를 높인 후 전송 전에 가상 안테나 시그날링을 통해 각 스트림의 데이터 심벌을 섞어주어 데이터 스트림간에 동일한 채널을 겪도록 하여 가상 안테나 시그날링 이득을 얻도록 하였다. 그러나 이 방식은 프리코딩 후 가상 안테나 시그날링을 하게 되므로 사용된 최적의 프리코딩 행렬이 가상안테나 적용으로 인해 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.