3GPP2(The Third Generation Partnership Project 2) TSG-C WG3에서는 지난 7월 회의에서 3G 진화 시스템의 기본틀이 합의되었고, 이에 기반한 많은 요소 기술 개선 방안들이 2007년 1월 회의에서 결정되었다. 요소 기술 개선 방안으로 논의된 기술들은 다중 안테나 기술, 부분 주파수 재사용(FFR:Fractional Frequency Reuse), 방송 지원, VoIP의 효율적 지원을 위한 그룹 자원 할당, 제어채널 상세 설계와 같은 부분들이다. 그 중 이번 1월 회의에서 Huawei, LGE, Motorola, Nortel, Qualcomm, RITT, Samsung, ZTE 8개사가 합의하여 기고문을 발표하고 채택된 다중안테나 기술에 대하여 요약하여 설명하고자 한다.

다중 안테나 기술

진화 시스템에서는 다음과 같은 MIMO(Multi Input Multi Output, 다중 입력 다중 출력) 기술들이 독립적으로 혹은 연계하여 사용될 수 있다.

• 공간 diversity

• Beamforming

• 한 사용자의 공간 다중화

• 여러 사용자의 공간 다중화

공간 diversity는 단말로부터의 CQI(Channel Quality Information) feedback이 페이딩의 영향으로 인해 신뢰도가 낮은 경우 안정적인 동작은 할 수 있다. 또한 지연에 민감한 종류의 traffic을 서비스해야 하는 경우, 채널 상태가 좋아지기를 기다리지 않고 diversity를 이용하여 페이딩에 대처하는 기술로서 유용하다. 송신 diversity는 대표적인 기술로 송신기가 여러 개의 안테나를 가지고 있고 채널 상태를 알지 못하는 경우에 사용할 수 있다.

Beamforming은 다중 안테나에서 채널 상태에 따른 가중치를 가하여 신호의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 증가시키기 위해 사용된다. 송신 beamforming의 경우 채널 상태를 알기 힘들어 별도의 feedback이 필요하며, 이를 어떻게 효율적으로 지원하는지가 시스템 설계의 중요한 요소가 된다.

<그림 1> SM과 SMDA

단일 사용자에 대한 공간 다중화는 SM(Spatial Multiplexing) 혹은 SU-MIMO(Single User MIMO)로 불리며, MIMO 채널의 용량은 안테나 수에 비례하여 증가한다. 다중 사용자에 대한 공간 다중화는 SDMA(Spatial Division Multiple Access, 공간분할 다중접속) 혹은 MU-MIMO(Multi-User MIMO)로 불리며, SM과 SDMA의 개념이 그림 1에 도시되었다.

Precoding

다중 안테나 기술은 그림 2와 같이 precoding을 이용하여 MIMO의 각 레이어를 선형처리함으로써 각 레이어에 송신 빔성형이 가능해진다. 

<그림 2> Precoding을 사용한 MIMO

퓨리에 기반 unitary precoder가 default precoder로 사용되고, 시스템은 precoder codebook을 단말에게 전송하여 원하는 precoder를 사용할 수도 있다. Precoder codebook의 종류에는 다음과 같이 두가지로 분류된다.

             - 조립식(Knockdown) precoder

             - 맞춤식(Rreadymade) precoder

조립식 precoder는 미리 정의되어 있는 소수의 행렬을 이용하여 precoder를 정의하는 방식으로. 단말은 자신이 선호하는 행렬에 대한 인덱스를 피드백하고, 또한 해당 행렬 중 자신이 선호하는 열를 피드백 하고, 기지국은 이를 이용하여 적합한 precoder를 선택한다.

맞춤식 precoder는 미리 정의되어 있는 64개의 행렬을 이용하여 precoder를 정의하는 방식으로, 단말은 자신이 선호하는 행렬에 대한 인덱스만을 피드백하고, 기지국은 랭크에 따라 필요한 만큼 선택된 행렬의 첫번째 열부터 precoder로 사용한다.

결론

현재 채택된 다중 안테나 안은 2-Tx 4-Tx STTD(Space Time Transmit Diversity) 및 precoding, 다중 사용자를 위한 MIMO 등 다양한 종류의 다중 안테나 기술들을 각 사용자에게 맞도록 지원하면서 피드백/시그널링에 대한 오버헤드를 최소화 하도록 설계되었다. 2007년 2월 회의에서 검증을 위한 표준 문서가 제출되고 4월에 정식 표준문서가 발간될 예정이다.