LTE MIMO (Multiple Input Multiple Output)

MIMO는 존재하는 무선 경로 반사로 더 나은 신호 성능 및/또는 더 높은 데이터 속도를 제공하기 위해 LTE 내에서 사용됩니다.

MIMO (Multiple Input Multiple Output)는 시스템 성능을 향상시키는데 사용된 LTE 주요 기술 혁신중 하나입니다. 이 기술은 LTE가 OFDM 사용으로 얻은 것보다 높은 데이터 처리량과 스펙트럼 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 능력을 제공합니다.

MIMO는 필요한 안테나의 수와 처리하는데 시스템을 복잡하게 하지만, 훨씬 더 높은 스펙트럼 효율과 함께 훨씬 높은 데이터 속도를 달성할 수 있습니다. 결과적으로 MIMO는 LTE의 필수 요소로 포함되었습니다.

LTE MIMO 기초

MIMO의 기본 개념은 모든 지상 통신에 존재하는 다중 경로 신호 전파를 사용합니다. 간섭을 제공하는 대신 이러한 경로를 활용하여 이점을 얻을 수 있습니다.

송신기와 수신기 모두에서 다중 안테나 간의 다양한 경로를 보여주는 MIMO 시스템의 일반적인 개요

송신기와 수신기는 둘 이상의 안테나를 가지며 링크의 양쪽에서 사용할 수 있는 처리 능력을 사용하여 두 엔티티 사이에 존재하는 서로 다른 경로를 활용하여 신호 대 데이터 속도의 향상을 제공할 수 있습니다.

■ MIMO에 대한 참고 사항 : 통신 채널의 두 가지 주요 제한 사항은 다중 경로 간섭 및 Shannon의 법칙에 따른 데이터 처리량 제한입니다. MIMO는 송신기와 수신기 사이에 존재하는 다중 신호 경로를 활용하여 정의된 대역폭으로 주어진 채널에서 사용 가능한 데이터 처리량을 크게 향상시킵니다. 일부 복잡한 디지털 신호 처리와 함께 송신기와 수신기에서 다중 안테나를 사용함으로써 MIMO 기술은 시스템이 동일한 채널에서 다중 데이터 스트림을 설정함으로써 채널의 데이터 용량을 증가시킵니다.

MIMO는 향상된 수준의 효율성을 제공하기 위해 Wi-Fi 및 기타 무선 및 셀룰러 기술을 포함한 많은 고속 데이터 기술에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 본질적으로 MIMO는 수신기와 송신기에 다중 안테나를 사용하여 간섭을 유발하기 보다는 항상 추가 데이터를 전송하는 다중 경로 효과를 활용합니다.

LTE MIMO

MIMO 기술의 사용은 LTE 표준의 여러 Release에서 연속적으로 도입되었습니다.

MIMO는 LTE 표준의 초석이었으나 초기에는 Release 8 및 9에서 UE의 다중 송신 안테나는 전력 감소에 관심이 있고 단일 RF 전력 증폭기만 사용할 수 있다고 가정했기 때문에 지원되지 않았습니다.

여러 가지 새로운 계획이 도입되었던 때는 Release 10이었습니다 (UE상의 다중 안테나뿐만 아니라 SU-MIMO에 대한 폐쇄 루프 공간 멀티플렉싱).

LTE MIMO 모드

MIMO가 LTE에서 구현되는 몇 가지 방법이 있습니다. 이는 사용된 장비, 채널 기능 및 링크에 관련된 장비에 따라 다릅니다.

■ 단일 안테나 (Single Antenna) : 이것은 대부분의 기본 무선 링크에서 사용되는 무선 전송의 한 형태입니다. 단일 데이터 스트림은 하나의 안테나를 통해 전송되고 하나 이상의 안테나에 의해 수신됩니다. 사용된 안테나에 따라 SISO (Single In Single Out) 또는 SIMO (Single In Multiple Out)이라고도합니다. SIMO는 수신 다이버시티 (Receive Diversity)라고도합니다.

■ 송신 다이버시티 (Transmit Diversity) : 이 형태의 LTE MIMO 방식은 다중 안테나로부터 동일한 정보 스트림의 송신을 이용합니다. LTE는이 기술에 대해 2개 또는 4개를 지원합니다. 정보는 공간 주파수 블록 코드 (Space Frequency Block Code)를 사용하여 다르게 코딩됩니다. 이 모드는 수신시 신호 품질을 향상시키고 데이터 속도를 향상시키지 않습니다. 따라서, LTE MIMO의 이러한 형태는 제어 채널 및 방송 채널뿐만 아니라 공통 채널에도 사용됩니다.

■ 개방 루프 공간 멀티플렉싱 (Open Loop Spatial Multiplexing) : LTE 시스템 내에서 사용되는 이러한 형태의 MIMO는 2개 이상의 안테나를 통해 전송될 수 있는 2개의 정보 스트림을 전송하는 것을 포함합니다. 그러나, UE로부터 전송된 TRI (Transmit Rank Indicator : 전송 랭크 표시자)가 기지국에 의해 이용되어 공간 계층들의 수를 결정할 수 있지만, UE로부터의 피드백은 없습니다.

■ 폐쇄 루프 공간 멀티플렉싱 (Close Loop Spatial Multiplexing) : 이 형태의 LTE MIMO는 개방 루프 버전과 유사하지만, 이름에서 알 수 있듯이 루프를 닫기 위해 피드백이 통합되었음을 나타냅니다. PMI (Pre-coding Matrix Indicator : 프리코딩 행렬 표시자)는 UE로부터 기지국으로 피드백됩니다. 이는 송신기가 송신을 최적화하기 위해 데이터를 프리코딩하고 수신기가 상이한 데이터 스트림을 보다 쉽게 분리할 수 있게 합니다.

■ 프리코딩 (Pre-coding)을 사용한 폐쇄 루프 (Closed Loop) : 이것은 LTE MIMO의 또 다른 형태이지만, 단일 코드 워드가 단일 공간 레이어를 통해 전송되는 곳입니다. 이것은 폐쇄 루프 공간 멀티플렉싱 (Close Loop Spatial Multiplexing)을 위한 폴백 모드 (Fall-back Mode)로 사용될 수 있으며 빔 형성과도 연관될 수 있습니다.

■ 다중 사용자 MIMO (MU-MIMO) : 이 형식의 LTE MIMO를 사용하면 시스템이 서로 다른 공간 스트림을 다른 사용자에게 타겟팅할 수 있습니다.

■ 빔 형성 (Beam-forming) : 이것은 MIMO 모드중 가장 복잡하며 안테나를 특정 영역에 집중시킬 수 있는 선형 배열을 사용합니다. 이는 특정 UE가 그들의 특정 방향으로 형성된 빔을 가질때 간섭을 감소시키고 용량을 증가시킬 것입니다. 이 경우 단일 코드 워드 (Single Code Word)가 단일 공간 계층 (Single Spatial Layer)을 통해 전송됩니다. 전용 참조 신호 (Dedicated Reference Signal)는 추가 포트에 사용됩니다. 단말기는 안테나상의 공통 기준 신호 (Common Reference Signal)로부터 채널 품질을 추정합니다.