3GPP2에서는 지난해 7월 UMB 2.0을 승인하고, UMB(Ultra Mobile Broadband) 성능 검증을 위한 실험이 진행 중이다. IMT-Advanced의 후보기술로 제출하기 위해 UMB enhancement를 계획하고 있으며 올해 8월까지 각사의 제안서를 받을 예정이다. 현재 NTAH(Next technology ad hoc)을 구성하여 향후 IMT-Advanced에서 사용될 기술에 대해 초기 연구를 하고 있으며 advanced MIMO 관련 다양한 기술이 제출되었다. 여기에서는 충돌 회피 빔성형(Collision avoidance beamforming)에 대해 논하고자 한다.

충돌 회피 빔성형 기술

UMB뿐 아니라 LTE, WiMAX의 이동통신 표준에는 다중 안테나를 사용한 빔 성형 기술이 채택되어 있다. 그러나 기존에 사용되는 빔 성형 기술은 스케쥴러가 주변 셀들의 빔 성형을 고려하지 않고 각 셀들이 독립적으로 빔 성형을 지원함으로써, 셀 간 빔들이 랜덤하게 충돌하였다. 빔 성형에 사용되는 프리코더는 단말의 피드백에 의해 결정되는데, 이 때 단말은 자신의 서빙셀의 채널 상태만 고려하여 프리코더를 선택하고 이를 피드백 하였다. 빔들이 랜덤하게 충돌함으로써 인접셀 간섭이 발생하게 되고 주파수 효율을 감소시키는 원인이 되었다.

충돌 회피 빔성형 기술은 주변의 셀들간 빔의 충돌이 최소화 되도록 스케쥴링하는 기술이다. 이를 위해 주변 셀들은 고속의 네트웍으로 연결되어 coordination 되어야 한다. 단말은 서빙셀의 최적 프리코더뿐만 아니라, 강한 간섭을 주는 주변 셀의 최대 간섭 프리코더를 추정하여 피드백 한다. 이를 위하여 프리코더 코드북은 기지국과 단말간에 미리 약속이 되어 있는 것으로 한다. 기지국은 피드백 되어진 서빙셀과 인접셀의 프리코더 정보를 통해 스케쥴링할 단말과 사용할 프리코더를 결정한다. 이를 통해 빔 충돌이 최소화 되고 인접셀 간섭이 감소하여 전체 셀 및 셀 edge throughput을 증가시키게 된다.

그림 1은 세개의 셀이 연결되어 주 스케쥴러에 의해 coordination되는 구조를 나타낸다.

<그림 1> 충돌 회피 빔성형 기술 구성 예

충돌 회피 빔성형 기술 성능

그림 2는 2개의 셀이 coordination 되어 있는 경우를 가정하여 충돌 회피 빔성형 기술(CA-BF)의 성능을 보였다. 평균 20%의 주파수 효율이 증가함을 볼 수 있다. Coordination이 되는 셀의 수가 증가할수록 이득은 더욱 증가하리라 예측되며, 반면 단말에서 기지국의 피드백 해야할 정보의 양도 증가하게 된다.

<그림 2> 충돌 회피 빔성형 기술 성능

결론

셀 edge 성능을 증가시키는 유효한 기술로 FFR(fractional frequency reuse)가 있으나, 이는 전체 셀의 throughput을 감소시키며 edge의 성능을 증대시키는 기술이다. 반면 충돌 회피 빔성형 기술은 셀 및 셀 edge의 throughput을 동시에 증대시키는 기술로서 더욱 의미가 있다. Distributed antenna나 remote base station 등 기지국이 가까운 거리에 위치에 있는 경우 해당 기지국들은 고속의 network로 묶어 coordination하는 것이 가능하다. 3GPP2에서는 이에 대한 활발한 논의가 있었으며, 좀더 실제 환경에서의 실험 결과를 가지고 추가 논의하기로 하였다.