MIMO   Multiple Antenna Technology, Multiple Input Multiple Output   다중 안테나 기술

1. 다중 안테나 또는 MIMO 기술

  ㅇ 송수신 양단 또는 한쪽에, 2 이상의 복수의 안테나를 사용
     - (SISO SIMO MISO MIMO)

  ㅇ 다 차원의 신호 처리 기술을 결합시킴
     - 기존의 디지털통신은, 주로 시간 차원 만의 신호처리 위주이었으나,
     - MIMO는, 시간 차원 뿐만아니라 공간 차원의 신호처리를 결합한 것

  ※ 1990년대초 벨 연구소에서 처음 거론, BLAST MIMO 개발
     - BLAST 기술 (Bell Lab Layered Space Time)


2. MIMO 특징

  ㅇ 무선통신 상의 다중경로를 적절하게 대처,활용 가능
     - 즉, 공간 다이버시티, 공간 다중화
     - 위 둘 중 어느 것을 강조하느냐에 따라, 시스템 구성이 달라질 수 있음  ☞ LTE 전송 모드

  ㅇ 여러 다양한 효과를 볼 수 있음
     - 페이딩 영향 감소, 용량 증대, 고속화, 커버리지 넓힘 등의 효과를 얻는 다중 안테나 기술

  ㅇ 특히,
     - 과거 단일 안테나 구조(SISO)와 달리, 
     - 주파수 대역폭 및 송신 전력을 증가시키지 않아도, 
     - 채널용량을 크게할 수 있음


3. MIMO 필요성

  ㅇ 특히, 이동 통신 채널에서 겪는, 장애(페이딩) 요소에 대한 대처(다이버시티)
     - 페이딩 현상 : 다중경로 발생에 기인함
        . 주파수 선택적 페이딩, 주파수 비선택적 페이딩, Fast Fading, Slow Fading 
     - 페이딩 대처 : 다이버시티 기법 사용
        . 공간 다이버시티(안테나 다이버시티)(*), 주파수 다이버시티, 시간 다이버시티 

  ㅇ 또한, 채널용량 증대
     - 방식 : 공간 다중화


4. MIMO 성능 이득(잇점)  :  (다중 안테나 사용시 얻을 수 있는)

  ※ ☞ MIMO 장점 참조
     - 공간 다이버시티 이득 (Spatial Diversity Gain)
        . 페이딩 영향 감소, 다이버시티 효과 달성 등 신뢰성 제고됨
           .. 수신 안테나 다이버시티 : (과거부터 사용되던 방식)
           .. 송신 안테나 다이버시티 : Alamouti Space Time Coding
        . 공간 다이버시티 성능 향상  (Diversity Order)
           .. max(Nd) = NtNr
     - 공간 다중화 이득 (Spatial Multiplexing Gain)
        . 대역폭 증대 없이도, 고속화,대용량 전송 가능으로 수율 제고
        . 공간 다중화 성능 향상 (Spatial Stream)
           .. Nstream = min(Nt,Nr)
     * 한편, 공간 다이버시티 이득,공간 다중화 이득 간에 상충관계(Tradeoff) 존재함
     - 빔포밍 이득 (Beamforming Gain)
        . 어레이 이득 (Array Gain) 및 간섭 제거 이득 (Interference Reduction)
 
  ㅇ 한편, MIMO 단점으로는, 
     - 다수의 안테나 사용으로, 초기 구축 비용 증가 등


5. MIMO 주요 기술 분류

  ※ ☞ MIMO 기술 분류 참조
     - (안테나 구성)  SISO SIMO MISO MIMO
     - (사용자 수)  SU MIMO MU MIMO
     - (공간 스트림 수)  
        . 공간 스트림 1개 만 사용
        . 공간 스트림 복수 개 사용
     - (채널 정보 필요 유무)  
        . Open Loop MIMO (수신측 만)
           .. (다이버시티 이득 例) STTC, STBC (Alamouti Space Time Coding 등)
           .. (공간 다중화 이득 例) BLAST
        . Closed Loop MIMO (수신측 채널 추정 정보를 송신측에 귀환시킴)
        . Blind MIMO (송신기,수신기 어느쪽도 채널정보 알지못함)


6. MIMO 안테나 구조

  ㅇ 상용 표준 중 사용 가능한 MIMO 안테나 구조의 例)
     - 802.11n (Wi-Fi)  : 4 x 4 
     - 802.16e (WiMAX)  : 4 x 4
     - HSPA+            : 2 x 2
     - LTE              : 4 x 4
     - LTE-Advanced     : 8 x 8
     - 802.11ac (Wi-Fi) : 8 x 8


7. [참고사항]

  ㅇ MIMO 이용 요건 : 송신기 or 수신기 or 둘다 채널 상태 정보를 알아야 함    ☞ CSI (CSIR, CSIT)

  ㅇ MIMO 채널 용량 계산 : 1999 Emre Telatar가 유도한 바 있음

  ㅇ MIMO 기술 대부분이 OFDM과 결합하여 사용됨
     - OFDM의 여러 부반송파들 각각을 주파수 비선택적 페이딩 채널로 만든 후 MIMO 기술 적용