:: MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술


 이동통신의 전송 용량을 극대화시키기 위한 기술 개발은 송신 다이버시티와 멀티유저(multi-user) 다이버시티를 결합하거나, 협력(cooperative) 중계를 동시에 고려하는 방향으로 최근 발전하고 있는 추세이다. 이 방법들은 모두 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 시스템을 응용하는 것으로 그 성능은 시변하는 MIMO 채널의 공간적 특성에 의존하는 것으로 알려져 있다. 또한, 이 방법들의 성능은 PHY 계층 전송방식 뿐만 아니라 MAC 계층의 알고리즘에도 크게 의존하는 것으로 알려져 있다. “MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술”은  

로 구성되는 개념으로 아래 (표1)에 그 특징과 핵심 사항이 요약 되어 있다. “MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술”은 MIMO 채널 연구 → 다이버시티 전송 → 시스템 레벨 최적화 → 셀 플랜으로 이어져야하는 MIMO 이동통신 기술의 핵심 체인을 정의하는 것이다.   

 

(표1) MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술의 특징

세부기술내용

기술의 특징

핵심 사항

MIMO 모바일
채널 모델링 및 채널 시뮬레이션기술

• 차세대 이동통신 시스템 성능 평가를 위해 필수적인 기술임
 

• 새로운 전송 방식의 성능을 평가하려면 늘 새로운 모델이 필요함
 

• 아주 다양한 전파 환경에 따라 다양한 채널 모델 및 파라미터가 존재함  

• Space, time, frequency 3차원 (혹은 4차원) 축으로 변화하는 채널에 대한 모델링으로 큰 복잡도를 지님 
 

• 실측 채널 데이터 값을 잘 설명할 수 있는 채널 모델링이 필요함
 

• 채널 모델의 상관관계 함수 해석 기술이 필수적임
 

• 참조 성능(reference performance)을 정확하게 만족시키는 채널 시뮬레이터 설계가 핵심임
 

• 실시간 시뮬레이션 혹은 시뮬레이션의 효율성 증대를 위한 채널 시뮬레이터의 빠른 채널 발생 속도가 핵심임

MIMO 다이버시티 응용 전송 기술

• 차세대 이동통신 시스템의 용량 증대를 목표로 연구되는 대표적인 기술임
 

• 다중 안테나의 시변하는 spatial correlation의 정도에 따라 성능이 변화함
 

• 따라서, 다양한 형태의 다이버시티 응용 전송 기술이 존재함

• 이론적인 연구와 표준화 작업은 활발하나 송신 다이버시티 기술의 경우 기지국 설치의 복잡도가 증가하므로 이의 해결을 위한 실제적인 응용 기술 연구가 시장 확대를 위해 필수적임
 

• MIMO채널 환경에 따라 다양한 형태의 다이버시티 전송 기술을 복합적으로 최적화하는 것이 필요함
 

• MIMO전송을 위한 feedback 정보가 필요한 경우 그 오버헤드를 최적화하는 것이 필수적임
 

• 새로운 MIMO 다이버시티 소스(예, cooperative diversity, multiuser diversity 등)를 찾아내어 결합하는 연구가 필수적임

MIMO 모바일
셀 플랜닝 및 셀 운용 기술

• MIMO 시스템으로 서비스하기 위해 셀 커버리지와 커패시티, QoS (Quality of Service)를 시뮬레이션을 통해 찾아냄
 

• 이를 통해 기지국 개수, 전송 파워 등의 물량 산출이 특징임
 

• LLS와 SLS, QoS coverage mapper로 구성되어, 통신계층간 파라미터들의 상호 영향을 알 수 있음.

• 정확한 채널 시뮬레이터 제작 기술이 핵심적임
 

• LLS (Link Level Simulation)와 SLS (System Level Simulation) 간의 효율적인 인터페이스 설계가 핵심적임
 

• SLS시 용량을 극대화하거나 정책적으로 주어진 QoS를 만족시키는 효율적인 스케줄링 알고리즘을 설계하는 것이 핵심적인 사항임
 

• 다양한 MIMO 전송 기술을 시스템 차원에서 정량적으로 비교할 수 있는 핵심적인 기술임

 

• Cross-layer 무선 자원 파라미터의 통합 최적화도 핵심적인 기술임.

 

“MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술”은 현재 모든 이동통신시스템 관련 연구 논문의 절반 이상을 차지하고 있는 분야라고 할 수 있을 정도로 핵심적인 기술이다. 최근까지는 다이버시티 전송 방식에 대한 연구들이 주류를 이루었으나, 특히 3G/4G, IEEE 802.16/20 등에 MIMO 기술들이 표준화되면서 실제 서비스 제공 및 운용의 관점에서 채널 특성과 전송 시스템과의 관계에 대한 시뮬레이션 결과들이나 시스템 레벨 최적화 및 셀 플랜에 대한 결과들이 해결해야 하는 문제에 대한 것으로 주목 받기 시작하고 있다. 뿐만 아니라, (표2)에 정리된 것과 같이 이 기술은 WLAN/MAN, 3G/4G 셀룰러, 홈 네트워크 등 모든 종류의 이동통신 및 무선통신 시스템에 적용 가능한 것으로 현재 및 미래 통신시스템의 기반 기술이다.

 

(표2) MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술의 중요성

세부기술내용

활용되는 분야

기반성

핵심성

MIMO 모바일 채널 모델링 및 채널 시뮬레이션기술

표준적인 MIMO 모바일 채널 모델링 및 시뮬레이션 방법을 통해 차세대 이동통신시스템 성능을 공정하게 비교

• 표준화 절차에서 항상 필요
 

• 설계 성능 검증시 항상 필요  

• 성능 최적화를 위해 없어서는 안되는 기술

MIMO 채널 환경에서 기지국 및 단말기 제작시 동작 성능 확인을 위한 시뮬레이터 제작

MIMO 다이버시티 응용 전송 기술

송수신 다이버시티 기술을 통한 이동통신시스템의 용량 증대

• 3G/4G, WiBro,
WLAN, WiMax등 모든 이동통신시스템의 전송 용량 증대 기술로 공통적으로 활용 가능

• 최근 3년간 이동통신시스템 분야 논문의 50% 이상을 점유

협력 통신 등을 이용한 홈네트워크, 고정 무선 액세스 릴레이(Fixed radio access relay) 등에서의 서비스 커버리지 증대

MIMO 모바일 셀 플랜닝 및 셀 운용 기술

MIMO 환경의 멀티 셀 시뮬레이션을 통한 기지국 물량 산출 및 신규 서비스 로드 예측, 전력 할당 최적화

• 전송 성능 극대화


• 최종 성능 이득 확인

최적인 셀 운용을 위한 통신 계층간 무선 자원 파라미터 값 계산

 

 “MIMO 채널 모델링 및 그 응용 기술”은 3G 혹은 차세대 이동통신 시스템을 연구하는 국내외 대학, 연구소, 기업, 모든 곳에서 활발하게 연구되고 있다. 특히, 최근 삼성전자의 투자 여력 증대와 WiBro 와 HSDPA 등의 국내 마켓 활성화로 인하여 국내 MIMO 기술 수준이 꾸준히 발전하고 있다. 하지만, MIMO 채널 모델에 관한 해석 기술이나, 셀 플랜 기술 수준은 국외와 아직 큰 차이가 있다고 보여 진다. WNL의 모든 멤버들은 현재도 이를 극복하기 위해서 연구에 집중도를 높이고 있다.