셀간 간섭(inter-cell interference)은 셀로 통신 커버리지를 분할하는 개념 정립 단계인 셀룰러 이동통신 초기 단계에서부터 해결해야 할 문제였고, 초기 FDMA/TDMA에서는 간섭 회피를 통한 비교적 비효율적인 주파수 재사용, 이후 CDMA에서는 일정 비트율 음성 호에 적합한 간섭 평균화를 통해 해결했다. 최근 활발하게 표준화가 진행되는 패킷 기반 OFDM 방식에서는 CDMA와 비슷하게 확산을 통한 심벌 수준의 간섭 평균화 내지는 호핑을 통한 부호화 블록 수준의 간섭 평균화를 수행할 수도 있으나, 대부분의 의견은 직교 자원을 있는 그대로 이용하여 확산 없이 셀 내 심벌 간 직교성에 손상을 입히지 않는 방식이 대용량 데이터 전송용 트래픽 채널에 적합하며, 저속 이동 단말의 경우에는 랜덤 호핑보다는 채널 정보를 활용하여 자원 관리를 수행하는 것이 유리하다는 것이다. 그래서 최근의 OFDM 방식에서는 전체적으로 가능하면 간섭 회피를 통해 셀간 간섭 문제를 다루고, 부가적으로 간섭 평균화를 적용하는 것이 추세라고 할 수 있다. 이에 간섭 회피를 연구했던 CDMA 이전 시스템의 기술들이 다시 조명되고, 최신 기술 수준에 맞는 새로운 방식이 제안되고 있다.

기술 개요

셀간 간섭을 관리하는 기술은 크게 간섭 랜덤화, 간섭 제거, 간섭 조정/회피로 구분할 수 있다. 간섭 랜덤화 기법은 셀고유 스크램블링, 셀고유 인터리빙 등을 통하여, 신호 크기가 작지 않은 다른 사용자의 패킷이 채널 복호화 과정에서 영향을 주지 않도록 하는 것이다. 이는 비교적 소극적인 셀간 간섭 대처 방법으로, 기존 CDMA의 간섭 평균화도 이 분류와 관련이 있다. 간섭 제거 기법은 부호화 패킷 단위에서 순차간섭제거(SIC)를 하거나, 심벌 단위에서 다중 안테나 또는 다중 자원을 이용하여 간섭 억제 등을 하는 방식이다. 이 방식의 성능은 내 신호와 간섭 신호의 세기 및 채널 추정 성능과 관련이 깊으며, 주로 하향 링크를 대상으로 하지만 최근에는 상향 링크에 대해서도 적용을 고려하고 있다. 그리고 간섭 조정 기법은 예전 FDMA/TDMA의 주파수 재사용 기법에서 발전된 형태로, 기본적으로는 셀 계획 또는 주파수 계획에 기반하며, 단말의 셀 내 위치 또는 간섭량에 따라 주파수 재사용 계수를 다르게 한다. 또한 간섭의 방향성에 따라 자원 할당을 조정할 수도 있다. 이러한 계열의 기술의 하나로 셀 내부 사용자끼리는 셀간 주파수 재사용 계수 1로, 셀 경계 사용자끼리는 셀간 주파수 재사용 계수 3 등으로 동작시키는 방법이 있는데, 비교적 간단하다는 장점이 있지만 성능 향상이 제한적이라는 단점도 있다. 다른 방법으로 단말과 기지국들 간의 전파 손실 관계를 이용하여 간섭을 보다 세밀하게 조정하는 방법이 있는데, 단말이 인접 기지국들 중 어느 인접 기지국과 가까운가의 관계를 알아내어 그 가까운 인접 기지국이 페널티를 감수할 때 높은 신호 품질(신호대간섭비)로 통신을 수행하는 것이다. 여기서 페널티란 하향 링크의 경우에 기지국 전송 전력을 낮추는 것이 될 수 있겠다.

이와 같은 간섭 조정 기법에 대해 부정형의 셀 배치, 변하는 트래픽 상황, 셀 추가/삭제 등의 환경 변화에 적응할 수 있도록 semi-static하게 셀별 자원 할당 상황을 변경할 수 있도록 하는 것이 제안되었고, 표준화에서는 구체적인 자원 할당 알고리즘은 기지국 구현 이슈인 경우가 대부분이지만 그러한 여러 가지 알고리즘이 동작할 수 있는 시그널링 환경을 제공하는 것이 논의되어야 한다. 그래서 3GPP LTE에서는 2007년부터 2008년에 걸쳐 여러 방식에 대한 동작 환경을 제공하기 위해 RAN1이 주가 되어 상향 링크에 대해서는 HII(High Interference Indicator), 하향 링크에 대해서는 RNTPI(Relative Narrowband Tx Power Indicator)를 정의했고, 이들은 셀별로 특정 자원에 대해 높은 간섭을 지정하거나 낮은 전송 전력을 지정하는 것이다. 이외에 상향 링크에 대해 큰 간섭 상황을 알리는 OI(Overload Indicator)가 정의되어 있다. 이러한 정보들은 각 기지국이 인접 기지국들로 알리게 된다. HII나 RNTPI는 3GPP LTE에서 다루어졌지만 IEEE 802.16m 표준 회의에서도 기고문을 통해 언급이 되었다.

3GPP LTE-Advanced나 IEEE 802.16m은 IMT-Advanced를 지향하고 있으며, IMT-Advanced 환경에 대해서는 위에서 언급한 기술들 외에도 여러 후보 기술들이 제안되고 있다. 특히 많은 곳에서 제안하고 있는 기술이 coordinated multi-point transmission, multi-cell MIMO, network MIMO 등으로 부를 수 있는 기술로, 세부적으로 조금 다를 수는 있겠지만 기본적으로 distributed antenna 또는 multi-cell antenna를 이용하여 셀 경계 사용자 문제를 해결하는 것이다. 여기에는 아직 dynamic coordination을 위한 backhaul delay 문제가 논의점으로 남아 있고, 해결이 어려운 시스템 환경에 대해서는 closed-loop MIMO 대신 open-loop MIMO 수준만을 이용하는 것도 한 방법이 될 수 있을 것이다. 그리고 이전의 셀간 간섭 조정 기법을 multi-cell을 관장하여 한꺼번에 처리하는 것도 이야기되고 있으며, 그 외에도 여러 후보 방법들이 있을 수 있다.

향후 전망

셀간 간섭 관리 기술은 전체 시스템 성능에 영향이 매우 크지만 구현 이슈인 부분이 많아서 표준화는 많이 이루어지지 않는다. 하지만 그 중요성으로 인해 표준화 초기 단계에서 여러 가지 가능한 방법들에 대한 논의와 기고문 토의가 필요하며, 그러한 방법들이 구현될 수 있는 환경을 표준에서 제공해야 한다. 3GPP LTE에서는 이러한 문제를 최근에 적극적으로 다루었으며 IEEE 802.16에서도 이전에 어느 정도까지는 해결을 위해 노력한 측면이 있으나, IMT-Advanced를 지향하는 3GPP LTE-Advanced와 IEEE802.16m에서는 셀간 간섭 또는 셀 경계 사용자 문제를 매우 중요하게 여기고 초기 단계에 많은 기고문들이 발표되고 있다. 기술적으로는 현재는 두 표준화 단체에 발표되는 기고문들의 내용이 거의 겹친다고 볼 수 있는데, 향후 표준화 진행에 따라 차이점이 생기는 것도 물론 가능하다. 앞으로 개별 기술군에 대한 성능 결과가 제시되면서 기술별 우열이 생길 소지가 있으며, 특히 시스템 환경이 바뀜에 따라 구현 가능한 기술군이 달라질 수 있어서 이 부분에 대한 관찰이 필요하다.