8. 빔포밍(Beamforming)

지난 포스팅에서 Massive MIMO 기술을 설명하면서 빔포밍을 언급했었다.

 

오늘은 그 빔포밍에 대해 알아보겠다. (+ SSB도)

 

1. 빔포밍

여러 안테나가 신호를 한 곳에 집중시켜 쏘게 되면 빔처럼 신호가 한 방향에 집중된다.이렇게 여러 안테나를 통해 신호의 세기를 특정방향으로 강화해주는 기술을 빔포밍이라고 한다.

 

무대에서 스포트라이트를 받는 배우를 생각해보자. 여러 빛이 한곳에 모여 다른 곳은 어둡게, 배우가 있는 중앙은 빛이 모여 아주 환하게 비추어 준다. 스포트라이트처럼 빔포밍도 한 곳으로만 신호를 증폭시키고 나머지 부분은 약화시킨다.

영상 속 빔포밍 설명 그림

안테나가 하나인 경우 신호는 반원 모양으로 신호를 보낸다. 하지만, 안테나 두 개가 모여서 간섭을 적절히 사용하면 가운데, 오른쪽 그림처럼 신호가 집중된다.

 

이때 빔포밍을 통해 만든 빔을 Main Lobe라고 하고, 원하지 않았지만 만들어진 빔을 Side Lobe라고 한다. 오른쪽 그림처럼 안테나가 많을 수록 신호를 한 곳으로 더 얅고 길게 모을 수 있다. 

 

따라서 빔포밍은 에너지를 한 곳에 집중해서 더 멀리, 더 정확하게, 간섭없이 보낼 수 있는 기술인 것이다.

 

2. Massive MIMO와 Beamforming

이전 포스팅에서 mmWave를 통해 Massive MIMO가 가능해졌다고 했었다. 그 Massive MIMO과 빔포밍 기술의 연관성을 한번 살펴보자.

 

우선 빔포밍은 한 곳으로 빔을 모아 쏘게된다. 4G까지는 기지국의 coverage까지만 UE(User Equipment : 단말기)가 통신이 되었다면, 5G부터는 빔 포밍을 통해서 더 먼 곳에 있는 UE와도 통신이 가능하게 되었다. 하지만, 1 빔 = 1 UE라면 한 명만 통신이 가능하지 않은가? 

 

많은 UE에게 빔을 쏘려면 안테나가 많이 필요하고 안테나가 많으려면 Massive MIMO가 필요하게 된다. 따라서 이러한 한계를 Massive MIMO를 통해서 극복할 수 있다.

영상 속 빔포밍 설명 그림 (+Massive MIMO의 필요성)

그림처럼 좌-우로 움직이는 빔포밍도 있지만 상-하-좌-우로 움직이는 3d 빔포밍이 있다는 것도 알아두자.

 

 

3. SSB

이 후 포스팅에서 SSB에 대해서 별도로 다루겠지만 영상에서 나왔으니 한번 적어보겠다.

 

SSB를 알려면 먼저 CRS를 알아야 한다. 

 

CRS란, Cell reference signal의 약자로, Cell이 자기 자신이 계속 UE에게 알려주는 신호이다. (Cell은 기지국에서 쏘는 신호가 갈 수 있는 범위라고 이해하자)

따라서 CRS는 쉽게 말해서 셀의 고유번호, 이름 정도로 생각해주면 된다.  

 

위 사진의 왼쪽 그림에서 기지국이 신호를 반원 모양으로 쏘고 있다. 저 반원의 범위가 Cell이고 UE들은 저 Cell 안에 들어가면 CRS를 통해 어떤 Cell에 들어왔는지 알게 된다.

 

Cell마다 이름이 없으면 어떻게 될까??

Cell마다 이름이 없으면 UE는 자기가 현재 어디에 있는지를 모르게 되고, 따라서 통신하는데 큰 어려움을 겪게 된다. 따라서 Cell 마다 구분을 지어주기 위해서 CRS를 기지국이 지속적으로 발생시킨다.

 

5G에서는 빔포밍을 사용하여 각 UE에게 한 개의 빔을 쏘게 된다. Cell 처럼 CRS를 쏠 수 없기 때문에 5G에서는 SSB라는 것을 쏘개된다. SSB는 Synchronization Signal Block이라는 뜻으로 5G 버전 CRS라고 이해하면 될 것 같다.

 

자세한 포스팅은 다음에 SSB 단독 포스팅에서 적어보겠다.

 

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원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=U7QfpAMIL3I&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=9