1. 빔 포밍, 빔 형성 (Beamforming)
ㅇ 다수 안테나에 의해, (또는, 어레이 안테나에 의해)
- 원하는 때 원하는 특정 방향 만으로 방사/수신하는, (즉, 원하는 지향성을 갖도록)
- 전파 빔을 만들어내는 기술
ㅇ 특정 방향/패턴(모양)으로, RF 에너지의 집속화
2. 빔 포밍의 잇점
※ (빔 포밍은, 다중 안테나 기술에서, 운용 가능한 주요 기능 중 하나 임)
ㅇ 공간 필터링 (Spatial Filtering)
- 공간적인 필터링 기능이 가능 함
. (즉, 원하는 특정 방향으로 만 지향성을 높이는 등)
ㅇ 공간 다중화 (Spatial Multiplexing)
- 공간적으로 멀티플렉싱을 가능케 함
. (즉, 공간 채널 상에 여러 신호를 함께 결합시켜 보냄으로써 전송용량 증대)
3. 빔포밍의 구분
ㅇ 고정,동적이냐에 따라,
- 고정형 빔 포밍 : 섹터 안테나 등
. Static Beamforming
- 적응형 빔 포밍 : 스마트 안테나, MIMO 등
. Dynamic Beamforming
. Transmit Beamforming (TxBF)
ㅇ 구현 방식에 따라,
- 단일 안테나에 의한 구현
. 반사기, 개구 면적, 배플(Baffle,흐름 방향을 바꾸는 판) 등에 의해 지향성을 높힘
- 배열 안테나에 의한 구현
. 2 이상의 안테나 소자들을 동시에 사용 조정하여 지향성을 높힘
4. 동적인 빔포밍
ㅇ 이의 구현을 위해, 시시각각 변하는, 채널 정보를 알 필요 있음
※ ☞ 채널 상태 정보 (CSI, Channel Status Information) 참조
- 망(기지국)쪽에서 하는 채널추정, 스케줄링 등을 도와주기 위해,
- 이동단말쪽에서의 지원 기능 => 무선 채널 상태에 대한 상향 피드백 보고 기능
- 즉, 하향 링크의 상태에 대해, 단말측에서의 품질 측정 및 보고 기능 임
5. 빔포밍의 이득 (Beamforming Gain)
ㅇ 어레이 이득 (Array Gain)
- 채널 상태 정보에 따라 여러 송신기 중 가장 이득이 높은 채널 송신기로 송신하는 등
. 채널 정보를 알고서 공간 신호처리를 통해,
. 다중 채널로 전송되는 신호 중 원하는 수신 신호의 SNR를 최대화 가능
- 전송 채널 상태 정보(CSI)의 송신기 쪽으로 귀환되는지 여부에 따라,
. 개루프 방식,폐루프 방식으로 구분
ㅇ 간섭 제거 이득 (Interference Reduction)
- 여러 다중 경로를 통해 전송되는 신호 중 유난히 큰 간섭을 받는 경로 신호에 감쇠
를 줌으로써 얻게되는 이득
6. [무선 LAN] Transmit Beamforming (TxBF : 전송 빔포밍)
ㅇ 전송 빔포밍 옵션은, 802.11n 에서, 처음 도입
- 802.11ac 에서는, 802.11n 구현 경험에 따라, 해당 옵션이 크게 단순화됨
ㅇ 반드시, 송신기는 MIMO 채널 정보를 알아야 함
- 수신 능력 개선을 위해, 채널상태정보(CSI)에 입각하여,
- 송신 신호 진폭에 가중치 계수를 적용하게 됨
ㅇ 특징
- 주요 장점 : 저 비용, 저 복잡성으로, 장치의 링크 성능을 크게 개선할 수 있음
- 안테나 기술이라기 보다는, 디지털 신호 처리 기술 임
. 1 이상의 송신 안테나에, 같은 신호를 위상을 달리한 가중치된 신호를 송출하고,
. 수신기에서는 수신 신호들을 합성하여, 최적 신호 수신이 가능케 함 ☞ MRC 참조
- 전송 빔포밍은, 전송 안테나의 수가 공간 스트림의 수보다 많을 때 사용 가능
- 전송 빔포밍은, 통상적으로 통신 장애 요인인 다중 경로 통신을 의도적으로 발생시킴
. 그 결과, 신호 대 잡음비(SNR)가 높아지고, 수신된 진폭이 증가하게 됨
- 4 X 2 TxBF 例)
. AP -> 무선노드 : 4 x 2 전송 빔포밍
. 무선노드 -> AP : 2 x 4 SDM 및 MRC
ㅇ 한편, 802.11n 표준은,
- 송신 가중치 행렬을 결정하는 특정 접근 방식을 규정하지 않음
- 다만, 가장 일반적인 접근 방식은, 특이값 분해(SVD)를 사용하여 송신 가중치를 계산하는 것임
ㅇ 채널 측정 (Channel Sounding)
- 무선 통신에서 송신기와 수신기 간의 채널상태정보를 측정,평가하는 과정
. 수신기는, 패킷의 프리앰블 부분에 있는 HT-LTF로부터 채널을 추정함
.. HT-LTF의 긴 훈련 심볼에 해당하는 각 공간 스트림에 대한 채널 추정을 계산함
- 송신기는 사운딩 프레임을 전송하고,
. 수신기는 이 프레임을 수신하여 채널 상태를 추정
.. 수신기는 자신이 추정한 채널 상태 정보를 송신기로 피드백 함
ㅇ 위상 조정 (phase adjustment)
- 송신기는 수신기로부터 피드백된 채널 상태 정보를 기반으로,
. 각 안테나에서 전송할 신호의 위상과 진폭을 조정하여,
. 수신기에서 신호가 최대한 강하고 명확하게 수신되도록 함
ㅇ 피드백 종류
- (전송 빔포밍 TxBF은, 송신기,수신기로부터의 암시적 피드백 또는 명시적 피드백에 의존)
. implicit TxBF (암시적 피드백 : 802.11n 만 적용. 이후 버전에서는 미 적용)
. explicit TxBF (명시적 피드백)