SU-MIMO와 MU-MIMO의 차이점

무선 기술의 작동 방식을 이해하려면 먼저 무선이 전통적으로 작동하는 방식을 이해해야 합니다. 가정, 기숙사 또는 사무실에 있든 무선은 공유 매체이며, 많은 다른 무선 장치가 모두 한번에 하나의 무선 안테나 하드웨어로 데이터를 주고 받고 패킷을 주고 받습니다. 전통적으로, 액세스 포인트는 한번에 하나의 장치에만 패킷을 보내거나 받을 수 있었습니다. 그러나 무선 하드웨어는 패킷을 너무 빨리 보내고 받을 수 있기 때문에 좋아하는 웹 사이트를 로드하거나 Netflix 스트림을 시청할때 심지어 가정의 다른 사람과 공유할 때에도 속도 저하를 느끼지 못할 수도 있습니다.

그러나 단일 무선 안테나에서 더 많은 사용자를 추가하거나 스카이프 통화와 같이 특정 네트워크 패킷을 추가하거나 온라인 멀티 플레이어 게임을 로드할때, 패킷이 긴급하게 전송 및 수신되는데 매우 의존적인 경우 사용자가 "지연"을 경험할 수 있습니다. 하드웨어는 한번에 하나의 장치로만 송수신할 수 있고 장치에서 장치로 송수신하기 위해 스위치를 전환해야 하기 때문에 장치에서 패킷을 충분히 빨리 보내거나 받을 수 없는 경우 이러한 지연이 발생합니다. 그리고 그동안 다른 사람들은 대기자 명단에 올라갑니다.

이때 부하가 많은 네트워크에서 지연을 완화하는데 도움이 되는 SU-MIMO 및 MU-MIMO가 제공됩니다. SU는 Single User의 약어이며, MU는 Multiple User의 약어입니다. 또 MIMO는 Multiple-Input Multiple-Output의 약어입니다.

이러한 무선 표준은 기존의 무선 병목 현상, 즉 한번에 하나의 장치에서 패킷을 보내거나 받을 수 있는 기능을 완화하기 위해 작동합니다. SU-MIMO를 사용하면 단일 장치가 한번에 패킷을 보내고 받을 수 있으며, MU-MIMO는 한 번에 여러 장치에서 데이터를 주고 받을 수 있으며, 대기 목록을 줄여 장치로 데이터를 보내는 작업을 효과적으로 수행할 수 있습니다.

SU-MIMO는 802.11n 표준과 함께 제공되는 선택적 기술입니다. 단일 사용자 MIMO는 한번에 하나의 장치간에 여러 데이터 스트림을 보내거나 받아야 합니다. 이 기술을 사용하려면 송수신 안테나가 다중 안테나와 함께 MIMO 기술을 지원하는 송수신 Wi-Fi RF가 필요합니다.



MU-MIMO는 802.11ac 표준의 웨이브 2에서만 사용할 수 있게 되었습니다. 이 기술을 통해 Wi-Fi는 이전 버전 (SU-MIMO)과 비교할때 단일 장치 대신 여러 개의 스트림을 동시에 다른 Wi-Fi 장치로 전송할 수 있습니다. 'MU'의 또 다른 이점은 MIMO 데이터 스트림중 하나를 수신하는 Wi-Fi 장치가 여러 개의 안테나를 가질 필요가 없으므로 단일 안테나가 있는 장치라도 이를 지원한다는 것입니다. 그러나 수신 Wi-Fi 장치는 MU-MIMO 기술을 지원해야 합니다.

MU-MIMO는 무선 기술의 미래입니다. 표준 구현 비용이 거의 들지 않으며 다른 것을 수정하지 않고도 막힌 네트워크에 눈에 띄는 영향을 미칩니다. 이제 장치는 패킷을 가져오고 보내기 위해 훨씬 더 짧은 시간만 소요되며, 전반적으로 보다 효율적인 무선 네트워크를 만듭니다. 하지만 모든 문제가 해결되지는 않습니다. 무선은 항상 공유 매체이며, 장비가 워크로드에 대해 등급이 지정되지 않은 경우 파장 혼잡, 간섭 및 순수한 과밀화와 같은 다른 요인에 의존 할 수 있습니다.

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.

Multi-User MIMO (MU-MIMO) 개요

인터넷은 점점 더 우리 생활의 중심이 되어갑니다. 영화 관람, 비디오 게임 및 가족과의 비디오 채팅은 모두 연속적인 액세스가 필요합니다. 그러나 무선 랩탑, 데스크탑, 스트리밍 장치 및 스마트 TV로 데이터를 전송하는데는 추가적인 대역폭을 필요로 합니다. 이를 위해 라우터가 장치간에 대역폭을 균등하게 분배하는 새로운 기능인 MU-MIMO 기술이 필요합니다.

What Is MU-MIMO?

"MIMO"는 "다중 입력, 다중 출력 (Multiple-Input, Multiple-Output)"의 약자로 대역폭이 라우터에 의해 분리되어 개별 장치로 전송되는 방식을 나타냅니다. 대부분의 최신 라우터는 "SU-MIMO" 또는 "단일 사용자, 다중 입력, 다중 출력 (Single User, Multiple-Input, Multiple-Output)"을 사용합니다. 이 라우터를 사용하면 한 번에 하나의 장치만 데이터를 수신할 수 있습니다. 즉, 한 사람이 Netflix를 시청하고 다른 사람이 Youtube를 시청하는 경우 똑같은 시간에 두 스트림을 동시에 시작하는 경우 한 장치가 우선 순위를 얻고 다른 장치는 첫 번째 장치가 몇 비트의 데이터를 버퍼할 때까지 대기해야 한다는 것을 의미합니다.

보통, 당신은 이런 대기시간을 알지 못할 것입니다. SU-MIMO 라우터는 한 번에 하나의 스트림만 열 수 있지만 아주 빨리 연속으로 처리하므로 육안으로 볼때 견고한 데이터 스트림처럼 보입니다.

반면에 "MU-MIMO" 라우터 ("Multiple User, Multiple-Input, Multiple-Output")는 이 대역폭을 개별 스트림으로 분리할 수 있습니다. MU-MIMO 라우터는 2×2, 3×3 및 4×4의 세 가지 유형으로 나뉩니다. 이는 가구의 각 장치에 대해 생성할 수 있는 스트림 수를 의미합니다. 이렇게 하면 MU-MIMO 컨베이어가 한 번에 4 방향으로 동시에 전송할 수 있습니다. 너무 기술적이지 않아도, 이것은 각 장치가 4×4 MU-MIMO에서 최대 4개의 총 "자체" 라우터를 얻는 것과 같습니다.

가장 큰 이점은 각 스트림이 주기적으로 (매우 간단하지만) 회전 장치가 한번 돌기까지 걸리는 시간에 의해 중단되는 대신 MU-MIMO 라우터가 네 개의 장치에 대해 신호를 일정하게 유지할 수 있으며 공정하게 동시에 다른 사람의 속도를 손상시키지 않으면서 대역폭을 각각 분산시킵니다.

The Drawbacks of MU-MIMO

대부분의 네트워크 관련 기능과 마찬가지로 하나의 큰 단점이 있습니다. MU-MIMO가 실제로 작동하려면 라우터와 수신 장치가 서로 통신하기 위해 완전한 MU-MIMO 호환성을 가져야 합니다.

현재 MU-MIMO 라우터는 새로운 802.11ac 무선 프로토콜을 통해서만 브로드캐스트할 수 있습니다. 이는 많은 장치가 아직 지원되지 않음을 나타냅니다. 즉, MU-MIMO 기능을 가진 라우터에 비용을 지불하더라도 이 기능을 사용할 수 없을 수도 있습니다.

또한 사용 가능한 스트림을 최대화하는 문제가 있습니다. 현재 MU-MIMO는 네트워크에 다섯번째 장치를 추가하는 경우, 이 스트림은 SU-MIMO 라우터와 같은 방법으로 다른 장치와의 스트림을 공유할 수 있을 것이라는 점에서 이슈가 있습니다.