가상 전이중 Virtual Full-Duplex 중계전송 기법

개요

5G 이동통신 핵심기술 중 하나인 전이중 전송기술의 이득을 성취할 수 있는 새로운 접근 방법인 가상 전이중 중계전송 기법에 대해 알아보고자 한다. 이것은 아직 실제적인 제약들을 해결해야 하는 전이중 중계전송 기술의 대안으로 반이중 half-duplex 중계기 2개를 하나의 가상 중계기로 고려함으로써 네트워크 차원에서는 송신과 수신이 동시에 이루어지도록 하여 전이중 중계전송의 효과를 얻는 기술이다.

 

먼저, 중계기에서 메모리를 고려하지 않고, 2개의 중계기를 번갈아 가면서 사용하는 2경로 two-path 교차 alternating 중계전송 기법을 살펴보고, 중계기에 버퍼를 장착한 다수 중계기 네트워크에서 가상 전이중 중계전송 기법에 대해 알아본다.

Virtual Full-Duplex

주요 내용

전이중 full-duplex 전송 기술은 5세대 이동통신 핵심 키워드이다. 상향링크와 하향링크를 동시에 전송하는 기술로서 기존 통신방식의 2배 전송률을 달성할 수 있기 때문에 이미 포화상태에 접어든 물리계층 수율 throughput 성능을 한 단계 더 진화시킬 수 있을 것으로 기대되는 기술이다. 이상적으로는 모든 통신노드가 서로 송수신을 동시에 할 수 있으면 모든 링크에서 2배의 전송률을 성취할 수 있지만, 현재까지는 주로 중계노드에 전이중 전송 기술을 적용하여 소스노드로부터 데이터를 수신함과 동시에 이전 시간슬롯에서 수신한 데이터를 목적노드로 송신하는 많은 연구들이 진행되어 왔다.

 

동향

최근에서는 실제로 IEEE 802.15.4, WiFi, Software Defined Radio (SDR) 기반의 하드웨어 플랫폼에서 3GPP LTE 통신프로토콜로 전이중 중계전송을 구현하는 연구들도 진행되어 왔다. 이런 전이중 중계전송 구현 연구에서 주된 쟁점은 중계노드에서 송신한 신호가 자신의 송신안테나와 매우 근접한 수신안테나로 다시 들어오는 강한 자기간섭 Self-inter ference 의 제거이다. 간섭량이 상당하기 때문에 현존하는 가능한 모든 간섭제거 기술을 결합하는 접근을 취하게 된다.

 

즉, 아날로그 송신신호를 되먹임 feedback 시켜서 제거하는 하드웨어적 간섭 제거기술, 안테나의 위치를 잘 배치하여 방사패턴이 서로 상쇄되도록 하는 안테나 구분 antenna separation 기술, 간섭채널의 무선 채널정보를 추정하고 송신신호를 설계하여 간섭이 미리 제거될 수 있도록 하는 디지털 간섭제거 기술들이 총체적으로 적용된다. 하지만 하드웨어 소자의 불완전함, 다양한 무선채널 대역폭 및 중심 주파수, 복잡한 다수노드 간섭상황 등으로 아직은 특수한 환경에서만 구현이 가능한 수준으로 실제 시스템에 적용하기 위해서는 보다 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 전망된다. 따라서 다른 방식으로 전이중 중계전송을 구현할 수 있는 연구들이 진행되어 왔다.

 

대표적으로 소스노드, 2개의 중계노드, 목적노드로 구성된 4노드 중계전송 네트워크에서 하나의 중계노드는 수신, 다른 중계노드는 송신을 동시에 수행하도록 하고 이러한 동작을 매 시간슬롯에서 중계노드들이 송신과 수신의 역할을 서로 번갈아 가면서 하는 2경로 two-path 교차 alternating 중계전송 기술이 제안되었다. 이 기술은 2개의 중계기가 연속적으로 역할을 서로 바꾸어 수행하기 때문에 연속 중계전송 successive relaying 으로도 알려져 있다. 또한, 다수 중계기가 존재하는 네트워크로 확장하여 중계기 선택 다이버시티 selection diversity 으로도 알려져 있다. 또한, 다수 중계기가 존재하는 네트워크로 확장하여 중계기 선택 다이버시티를 얻고, 중계기가 간 간섭 제거 성능을 높이는 연구도 진행되었다. 다수 중계기 네트워크에서는 다수 중계기 중에서 최적의 송신 중계기, 수신 중계기 쌍을 선택하고, 나머지 중계기는 중계기 간 간섭제거에 활용하는 방식이 제안되었다.