와이맥스 미모
WiMAX MIMO | 이 글은 검증을 위해 인용구가 추가로 필요하다.– · · · (2009년 4월)(이 템플릿 |
WiMAX MIMO는 표준 IEEE 802.16 구현을 위한 기술 브랜드명인 WiMAX에 MIMO(Multiple-input Multiple-output Communications) 기술을 사용하는 것을 말한다.
배경
와이맥스
WiMAX는 표준 IEEE 802.16의 구현을 위한 기술 브랜드명으로, PHY(물리층)와 MAC(중간 접근 제어층)에서 무선 인터페이스를 명시하고 있으며, 다양한 채널 대역폭의 지원 및 적응형 변조 및 코딩의 지정은 차치하고, MIMO 안테나에 대한 지원도 명시하고 있다.좋은 NLOS(Non-line-of-sight) 특성을 로비데이션한다.
참고 항목: 와이맥스 포럼
미모
MIMO는 Multiple Input과 Multiple Output을 의미하며, 기지국에 안테나가 여러 개 있고 모바일 장치에 안테나가 여러 개 있는 기술을 말한다. 대표적인 다중 안테나 기술 사용으로는 안테나가 2개인 휴대 전화, 안테나가 2개인 노트북(예를 들어 화면 왼쪽과 오른쪽에 구축된 것)과 복수의 새싹 안테나가 있는 CPE 기기가 있다.
주된 셀룰러 네트워크 구현은 기지국에 여러 개의 안테나를, 모바일 장치에 하나의 안테나를 설치하는 것이다. 이것은 모바일 라디오의 비용을 최소화한다. 모바일 기기 내 무선주파수(RF) 부품 비용이 내려가면서 모바일 기기 내 두 번째 안테나가 보편화될 수 있다. 현재 Wi-Fi 기술(예: IEEE 802.11n)에는 여러 개의 모바일 기기 안테나가 사용되고 있는데, WiFi 지원 휴대 전화, 노트북 및 기타 기기에는 두 개 이상의 안테나가 있는 경우가 많다.
WiMAX의 MIMO 기술
MIMO 기술을 활용한 WiMAX 구현이 중요해졌다. MIMO 기술을 사용하면 수신 성능이 향상되고 전송 속도 및 도달률이 향상된다. 또한 MIMO의 구현은 WiMAX에 스펙트럼 효율의 현저한 증가를 제공한다.[1]
MIMO 자동협상
802.16 정의 MIMO 구성은 각 개별 기지국과 이동국 간에 동적으로 협상된다. 802.16 규격은 서로 다른 MIMO 기능을 가진 모바일 방송국의 혼합을 지원하는 기능을 지원한다. 이는 다양한 공급업체 모바일 방송국의 다양한 기능을 활용하여 섹터 처리량을 극대화하는 데 도움이 된다.
스페이스 타임 코드
802.16 규격은 Transmit Diversity(스페이스 타임 코드)로 통칭되는 Transmission Diversity(전송 다이버시티)의 MISO 기법을 지원한다. 이 방법으로 송신기에는 2개 이상의 안테나를, 수신기에는 1개의 안테나를 채용한다. 다중 수신 안테나(thus MIMO)를 사용하면 STC 전송 신호의 수신을 더욱 향상시킬 수 있다.
Transmit Diversity rate = 1(802.16 표준의 "Matrix A"와 같은 기호를 사용하는 경우 서로 다른 데이터 비트 별자리가 두 개의 다른 안테나에서 전송된다. 동일한 두 개의 별자리의 결합 및/또는 역은 다음 기호가 진행되는 동안 동일한 안테나로 다시 전송된다. STC를 사용한 데이터 전송 속도는 기준 사례와 동일하다. 수신된 신호는 전송 중복으로 인해 이 방법으로 더욱 견고하다. 이 구성은 수신 안테나 2개와 송신기 안테나 1개의 경우와 유사한 성능을 제공한다.
공간 멀티플렉싱
802.16 규격은 또한 송신 다양성 비율 = 2(802.16 표준에서 "매트릭스 B")로도 알려진 공간 멀티플렉싱(SMX)의 MIMO 기법을 지원한다. 이 방법은 두 개의 안테나를 통해 동일한 비트를 전송하는 대신 기호에 따라 첫 번째 안테나에서 하나의 데이터 비트를 전송하고 두 번째 안테나에서 다른 비트를 동시에 전송한다. 수신기에 안테나가 두 개 이상 있고 신호 품질이 충분한 한 수신기는 신호를 분리할 수 있다. 이 방법은 송신기와 수신기 모두에 추가적인 복잡성과 비용을 수반한다. 단, 송신 안테나 2개와 수신 안테나 2개로 수신 안테나가 1개뿐인 스페이스 타임코드를 이용해 비교 시스템보다 2배 빠른 데이터 전송이 가능하다.
공간 멀티플렉싱의 WiMAX 망 이용
Spatial Multiplexing의 한 가지 특별한 용도는 신호 품질이 가장 좋은 사용자에게 이를 적용하여 전송하는 시간을 줄이는 것이다. 신호 품질이 너무 낮아서 공간적으로 다중화된 신호를 해결할 수 없는 사용자는 기존 전송을 유지한다. 이를 통해 운영자는 일부 사용자에게 더 높은 데이터 요금을 제공하거나 더 많은 사용자에게 서비스를 제공할 수 있다. WiMAX 규격의 동적 협상 메커니즘은 이러한 사용을 가능하게 한다.
안테나 4개가 있는 WiMAX MISO/MIMO
802.16 규격은 안테나 4개의 사용도 지원한다. 세 가지 구성이 지원된다.
WiMAX 4 안테나 모드 1
속도 = 1로 안테나 4개를 사용하여 데이터는 기호당 4번 전송되며, 여기서 데이터는 결합되거나 반전될 때마다 전송된다. 이것은 데이터 속도를 변경하지 않지만, 신호에 보다 견고성을 부여하고 오류율의 급격한 증가를 방지한다.
WiMAX 4 안테나 모드 2
안테나 4개를 사용하는 속도 = 2를 사용하면 데이터 전송 속도는 두 배가 될 뿐, 동일한 데이터가 두 번 안테나를 사용하는 경우보다 두 번 전송되기 때문에 견고성이 높아진다.
WiMAX 4 안테나 매트릭스 C 모드
네 개의 안테나를 통해서만 사용할 수 있는 세 번째 구성은 매트릭스 C로, 기호당 네 개의 안테나로부터 서로 다른 데이터 비트가 전송되어 기준 데이터 속도의 4배를 제공한다.
| 데이터 속도 | |||||
| 1배 | 2배 | 4배 | |||
| 4 | STC (매트릭스 A) | STC & SMX (매트릭스 B) | SMX 전용 (매트릭스 C) | ||
| 수 전송 안테나 | 2 | STC (매트릭스 A) | SMX (매트릭스 B) | 가능하지 않은 | |
| 1 | 베이스라인 케이스 | 가능하지 않은 | 가능하지 않은 | ||
| Rx | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 4 | STC (매트릭스 A) | 2xSMX(매트릭스 B) STC + 2xMRC(매트릭스 A) | 2xSMX(매트릭스 B) STC + 3xMRC(매트릭스 A) | 4xSMX (매트릭스 C) | |
| Tx | 2 | STC (매트릭스 A) | 2xSMX(매트릭스 B) STC + 2xMRC(매트릭스 A) | 2xSMX(매트릭스 B) STC + 3xMRC(매트릭스 A) | STC + 4xMRC (매트릭스 A) |
| 1 | 베이스라인 케이스 | 업링크: 업링크 상호협력 MIMO 다운링크: MRC | MRC | MRC | |
참고: MRC(Maximum Ratio Combining)는 벤더 재량권이므로 속도와 범위를 개선한다. WiMAX에서는 기지국의 MRC를 수신 빔포밍이라고도 한다.
참고 항목: Space Time Coding 및 Spatial Multiplexing
WiMAX에 적용된 기타 고급 MIMO 기술
업링크 공동 작업 MIMO
관련 기법을 Uplink Collaborative MIMO라고 하는데, 여기서 사용자는 동일한 주파수로 동시에 송신한다. 이러한 유형의 공간 멀티플렉싱은 모바일 장치에 다중 송신 안테나를 요구하지 않고 섹터 처리량을 향상시킨다. OFDMA에서 이와 관련하여 일반적인 비 MIMO 방법은 OFDMA 시간 빈도 지도의 서로 다른 지점에서 서로 다른 이동국을 스케줄링하는 것이다. 공동 공간 멀티플렉싱(Collaborative Spatial MIMO)은 같은 장치의 여러 안테나에서 다중 데이터 스트림이 전송되는 일반 공간 멀티플렉싱과 견줄 만하다.
WiMAX 업링크 협업 MIMO
WiMAX의 경우 Uplink Collaborative MIMO는 각각 하나의 안테나를 가진 서로 다른 두 개의 장치를 가진 공간 멀티플렉싱이다. 이러한 전송장치는 제어된 상황에서 의도적인 중첩이 발생하도록 두 장치 모두 시간과 주파수로 동기화되어야 한다는 의미에서 협력하고 있다. 그러면 두 개의 데이터 스트림이 서로 간섭하게 된다. 신호 품질이 충분히 좋고 기지국의 수신기가 최소 2개의 안테나를 가지고 있는 한, 두 개의 데이터 스트림을 다시 분리할 수 있다. 이 기술은 가상공간 멀티플렉싱이라고도 불린다.
어댑티브 안테나 스티어링(AAS), A.K.A. 빔포밍
WiMAX와 함께 사용할 수 있는 MIMO 관련 기법을 AAS 또는 빔포밍이라고 한다. 복수의 안테나와 복수의 신호를 채용한 후, 원하는 스테이션으로의 전송을 개선할 목적으로 빔을 형상화한다. 원하는 사용자에게 가는 신호가 증가하고 다른 사용자에게 가는 신호가 감소하기 때문에 결과적으로 간섭이 감소한다.
주기적 지연 다양성
WiMAX 시스템에서 사용할 수 있지만 802.16 규격의 범위 밖에 있는 또 다른 MIMO 관련 기법은 주기적 지연 다양성으로 알려져 있다. 이 기법에서는 하나 이상의 신호가 전송 전에 지연된다. 신호는 안테나 2개에서 나오기 때문에 멀티패스 페이딩으로 인해 각 스펙트럼이 혹과 노치로 특징지어 수신 스펙트럼이 다르다. 수신기에서 신호는 결합되며, 이는 조인트 수신으로 인해 더 낮은 스펙트럼 혹과 더 적은 스펙트럼 노치가 발생하기 때문에 수신을 개선한다. 신호가 특정 전력 수준에서 평평한 채널로 가까이 갈수록 얻을 수 있는 처리량은 더 높아진다.
WiMAX MIMO의 무선 적합성 시험
WiMax Forum은 무선 적합성 시험(RCT)이라고 불리는 PY와 MAC 규격 준수를 위한 일련의 표준 적합성 시험 절차를 가지고 있다. 무선 인터페이스의 특정 구현의 모든 기술 측면은 먼저 RCT를 거쳐야 한다. 일반적으로 RCT에 시험 절차가 없는 IEEE 802.16 표준의 어떤 측면도 아직 광범위하게 구현되지 않은 것으로 가정할 수 있다.
WiMAX MIMO의 실리콘 구현
WiMAX MIMO를 지원하는 RFIC를 만드는 기업으로는 인텔, 베셈[1], NXP 반도체, PMC-Sierra 등이 있다.
참고 항목
참조
- 루웨이 M.A. 잘루와 샘. P. Alex, "EEE 802.16e 시스템의 평가 방법론과 성능" 2006년 12월 7일 오렌지 카운티 공동 장(ComSig), IEEE 통신 및 신호 처리 협회에 발표. http://chapters.comsoc.org/comsig/meet.html에서 이용 가능:
- 알렉스, S.P.; Jalloul, L.M.A.; "IEE802.16e/WiMAX에서의 MIMO의 성능 평가," 2008년 4월, Vol.2, No.2, 페이지 181–190, 신호 처리에서 선택된 주제에 대한 IEEEE 저널
- ^ "2.7.1 Throughput and Spectral Efficiency". wimax.com. Retrieved 2008-03-03.
