계산이 클럭 속도의 물리적 한계에 도달하면 멀티 코어 아키텍처로 전환합니다. 통신이 전송 속도의 물리적 한계에 도달하면 다중 안테나 시스템을 사용하게 됩니다. 과학자와 엔지니어가 5G 및 기타 무선 통신의 기반으로 다중 안테나를 선택하게 된 이점은 무엇입니까? 기지국에 안테나를 추가하려는 초기 동기는 공간적 다양성이었지만, Tx 및/또는 Rx 측에 다중 안테나를 설치하면 단일 안테나 시스템에서는 예측할 수 없었던 다른 가능성이 열리게 된다는 사실이 1990년대 중반에 발견되었습니다. 이제 이와 관련하여 세 가지 주요 기술을 설명하겠습니다.
**빔포밍**
빔포밍은 5G 셀룰러 네트워크의 물리 계층이 기반으로 하는 주요 기술입니다. 빔포밍에는 두 가지 유형이 있습니다.
LoS(Line-of-Sight) 또는 물리적 빔포밍이라고도 알려진 기존 빔포밍
NLoS(Non-Line-of-Sight) 또는 가상 빔포밍이라고도 알려진 일반화된 빔포밍
두 가지 유형의 빔포밍에 대한 아이디어는 여러 안테나를 사용하여 특정 사용자에 대한 신호 강도를 향상시키는 동시에 간섭 소스의 신호를 억제하는 것입니다. 비유하자면, 디지털 필터는 스펙트럼 필터링이라는 프로세스를 통해 주파수 영역의 신호 내용을 변경합니다. 비슷한 방식으로 빔포밍은 공간 영역에서 신호 내용을 변경합니다. 이것이 공간 필터링이라고도 불리는 이유입니다.
물리적 빔포밍은 소나 및 레이더 시스템의 신호 처리 알고리즘에서 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이는 전송 또는 수신을 위해 공간에서 실제 빔을 생성하므로 신호의 도착 각도(AoA) 또는 이탈 각도(AoD)와 밀접한 관련이 있습니다. OFDM이 주파수 영역에서 병렬 스트림을 생성하는 방식과 유사하게 기존 또는 물리적 빔포밍은 각도 영역에서 평행 빔을 생성합니다.
반면, 가장 단순한 구현에서 일반화된 또는 가상 빔포밍은 신호 전력이 특정 사용자를 향해 최대화되도록 적절한 위상 조정 및 이득 가중치를 사용하여 각 Tx(또는 Rx) 안테나에서 동일한 신호를 전송(또는 수신)하는 것을 의미합니다. 특정 방향으로 빔을 물리적으로 조종하는 것과 달리 전송 또는 수신은 모든 방향에서 발생하지만 핵심은 다중 경로 페이딩 효과를 완화하기 위해 수신 측에 신호의 여러 복사본을 건설적으로 추가하는 것입니다.
**공간 다중화**
공간 다중화 모드에서 입력 데이터 스트림은 공간 영역에서 여러 병렬 스트림으로 분할되며, 각 스트림은 서로 다른 Tx 체인을 통해 전송됩니다. 채널 경로가 거의 상관 없이 Rx 안테나에서 서로 다른 각도에서 도착하는 한 디지털 신호 처리(DSP) 기술은 무선 매체를 독립적인 병렬 채널로 변환할 수 있습니다. 이 MIMO 모드는 현대 무선 시스템의 데이터 속도를 대폭 증가시키는 주요 요인이 되었습니다. 왜냐하면 독립적인 정보가 동일한 대역폭을 통해 여러 안테나에서 동시에 전송되기 때문입니다. ZF(Zero Forcing)와 같은 감지 알고리즘은 변조 기호를 다른 안테나의 간섭으로부터 분리합니다.
그림에서 볼 수 있듯이 WiFi MU-MIMO에서는 여러 데이터 스트림이 여러 전송 안테나에서 여러 사용자에게 동시에 전송됩니다.
**시공간 코딩**
이 모드에서는 단일 안테나 시스템에 비해 시간과 안테나 전반에 걸쳐 특수 코딩 방식이 사용되어 수신기에서 데이터 속도 손실 없이 수신 신호 다양성을 향상시킵니다. 시공간 코드는 다중 안테나가 있는 송신기에서 채널을 추정할 필요 없이 공간적 다양성을 향상시킵니다.
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게시 시간: 2024년 2월 29일