[이동통신] 다중 안테나 기술 MIMO란?

미모(MIMO)는 무엇인가

우리는 단말기를 사용할 때 기지국으로 무선신호를 보내 무선네트워크를 사용하게 된다. 이때 단말기가 사용하는 주파수, 안테나, 채널에 따라서 데이터의 속도나 용량이 크게 차이날 수 있다.

 

MIMO (Multiple Input Multiple Output)

다중 입출력을 뜻하는 MIMO는 다중안테나 기술이라고도 불리며 기지국과 단말기가 여러 안테나를 사용해 안테나 수가 늘어남에 따라 통신할 수 있는 용량을 늘릴 수 있다. 따라서 이동통신에서 채널 손실과 사용자간의 간섭을 최소화할 수 있는 기술이다.

 

기지국과 단말기가 무선으로 통신하는 경우 안테나를 이용해 주파수를 통해서 정보를 주고받는다.

만약 하나의 안테나만 사용하는 경우 주파수의 폭과 전력이 제한되어 하나의 기지국에서 여러 사용자와 연결하게 되면 채널손실이나 사용자끼리의 간섭 등 여러 문제가 생길 수 있다.

 

이 문제를 해결할 수 있는 방법으로 MIMO를 주로 사용한다.

기지국에 여러개의 안테나를 장착하거나, 단말기가 여러개의 안테나를 사용하게 함으로써 한정적인 자원의 폭을 늘리고동일시간, 동일주파수에서 신호를 분리하여 마치 채널의 용량이 커진듯한 효과를 얻을 수 있다.

 

 

 

 

 

MIMO의 주요 기술

 

▶ 공간 다이버시티 기술 (Spatial Diversity) = SD

= 공간의 다양성, 여러개의 안테나에서 동일한 데이터를 전송해 신뢰도 향상

(안테나 다이버시티 라고도 불린다.)

공간의 다양성이라고 불리는 이 기술은 2개 이상의 안테나를 사용해 다양성을 가진다.

송수신 기지국에 여러개의 안테나를 설치해 서로 다른 채널을 사용하게 만든 다음, 동일한 데이터를 전송한다. 그 중에서 페이딩 영향이 가장 적고 품질이 양호한 것을 선택하거나, 여러 채널에서 받은 데이터를 합성하는 방식이다.

 

 

페이딩 (fading)

= 전파가 움직이는 위치에 장애물이 있을 경우나, 전달 거리가 멀어져 지연시간이 길어지는 현상으로 인해 전파가 전달되는 과정에서 환경에 변화가 생기는 것

 

 

▶ 공간 다중화 (Spatial Multiplexing) =SM

= 단일 주파수에서 여러 안테나를 사용해 다양한 경로에 다른 데이터를 동시에 전송한다.

(안테나 수만큼 용량 증가)

데이터 처리율을 높이기 위해 사용하는 기술로 시간이나 주파수를 쪼개는 것이 아닌, 공간을 쪼개서 다중화하는 기술이다. 분리된 공간에서 다수의 물리채널을 이용해 독립된 데이터를 동시에 전송한다.

 

송신측에서는 여러 종류의 정보를 여러개의 안테나를 이용해 동시에 전송하고,

수신측에서는 정보를 종류별로 나누어 개별적으로 관리한다.

채널의 공간을 가득 채워 전송하기 때문에 대용량 전송이 가능하고, 여러 데이터를 한번에 전송하기 때문에 데이터의 다중화가 가능해진다. 따라서 주파수나 전력을 높이지 않아도 채널을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

 

 

 

 

MIMO 안테나 구성 종류

 

1. SU-MIMO (개별 사용자)

 

한 명의 사용자가 무선서비스를 수신하는 것을 의미힌다.

만약 송신측에서 여러 안테나를 사용한다면 한명의 사용자가 모두 사용하게 되어 안테나의 수에 따라 데이터 속도를 배로 상승시킬 수 있는 방식이다.

 

 

 

2. MU-MIMO (다중 사용자)

 

말그대로 여러 사용자가 동시에 무선으로 접속할 수 있는 환경을 말한다.

송신신호를 여러명이 나누어 사용하기 때문에 접속자 수에 따라 알맞게 자원이 분배된다.

많은 사용자가 동시에 서버에 접속하려 하는 경우, 시스템은 우선순위를 나누어 하나씩 처리하기 때문에 사용자들은 기다림을 감수할 수밖에 없었다.

 

이후 MU-MIMO 방식은 여러 사용자가 동시에 접속시도를 하더라도 현재의 자원을 나누어 분재하기 때문에 많은 요청을 한번에 수용할 수 있다.

 

 

 

 

3. 빔포밍

안테나의 빔이 연결된 해당 단말기에만 비추는 방식이다.

일반 기지국은 안테나의 빔이 왼쪽 그림처럼 넓은 공간을 비추어 해당 공간안의 사용자를 모두 수용할 수 있는 방식이다. 이때 사용자들 간의 신호간섭이 빈번하게 발생하게 된다.

 

빔포밍은 오른쪽 그림처럼 연결된 단말기에만 개별적으로 안테나의 빔을 비추는 방식이다. 이렇게 되면 사용자간의 다른 안테나 빔을 수용하여 신호간섭을 최소화할 수 있으며 기지국의 통화용량을 증가시킬 수 있다.