41. SRS - Beamforming

 

CSI-RS에 이어 SRS에 대해서 알아보자.

 

0. CSI-RS를 이용한 빔포밍

영상 속 CSI-RS를 이용한 빔포밍

 

물리 계층에서 CSI-RS와 SRS는 상위 계층으로 연결되지 않고 독립적으로 프로세싱된다고 했다. CSI-RS의 경우 gNB가 우선적으로 소리치고 UE가 정보를 제공해주는 DL 채널을 이용하는 방식이었다. UE로부터 얻은 정보(PMI, CQI, RI 등)들로 gNB는 빔포밍을 하게된다. 

 

주목할 점은 gNB는 UE가 주는 정보에만 의존하여 빔포밍을 한다는 것이다. 그저 전송받은 값을 이용하여 그 정보대로 빔포밍을 만들기 때문에 정보에 대한 정확도가 매우 중요하다.

 

1. SRS(Sounding Reference Signal)

SRS는 사운딩 기준 신호로 CSI-RS와 비슷하게 기지국에 자신의 채널 상태를  알려주기 위해 사용하는 신호이다.  차이점은 CSI-RS와 다르게 SRS는 UL 채널을 이용하여 gNB가 정보를 얻는다는 점이다.

영상 속 Reciprocity 빔포밍 설명 그림

 

이 신호를 이용해서도 빔포밍을 할 수 있는데, SRS를 이용한 빔포밍을 Reciprocity 빔포밍이라고 한다. 이런 이름이 붙여진 이유는 TDD를 사용하기 때문이라고 영상 속에서 말하고 있다. FDD를 쓰면 DL과 UL의 대역폭이 다르기 때문에 SRS를 보낸다고 해서 채널 상태가 같다고 보장할 수 없다.

 

하지만 TDD를 사용하면 시간축만 다르고 같은 대역폭을 사용하기 때문에 UL 상태를 보고 DL 상태를 유추할 수 있게 된다. 따라서 시간과 UL, DL 간에 서로 상호적인 역할을 해서 Reciprocity라는 이름이 붙여진게 아닌가~싶다. (내 생각)

 

1-1. Reciprocity Beamforming 장단점

장점

SRS를 통해 UL 채널로 정보를 받기 때문에 Channel 측정 값이 매우 정확하다. 따라서 더 좋은 빔포밍을 할 수 있게 된다.

 

단점

UE에서 보내는 신호이기 때문에 UE가 더 많은 부담을 지게 된다. (UE의 안테나들을 통해 SRS신호를 보내기 때문)

TDD를 사용할 때만 가능한 빔포밍이다.

UE의 전력이 안테나만큼 세지 않기 때문에 기지국과 가까워야 신호 전송이 가능하고 채널 상태가 좋을 때만 가능하다.

(UE가 직접 보내기 때문에 UL CH가 좋지 않으면 그만큼 정보가 의미가 없다!)

 

1-2. Antenna Switching

위의 단점을 해결하기 위해서 handset(UE)는 어떤 행동을 취할 수 있을까??  그림을 보면서 이해해보자

 

영상 속 Antenna Switching 설명 그림

 

그림과 같이 기존 UE들은 1T4R 시스템을 가지고 있었다. (1T4R은 1 transmit, 4 Receive의 약자로 하나의 송신 안테나와 네 개의 수신 안테나를 가진 시스템을 뜻한다.) 따라서 handset은 하나의 송신 안테나만 가지고 한 곳에만 SRS를 보낼 수 있었다.

 

요즘은 SRS Tx Switch를 이용하여 하나의 UE에 들어있는 여러 안테나들을 시간별로 선택하여  서로 다른 SRS 신호를 전송할 수 있게 되었다. 즉, 한 UE에서 더 많은 SRS 신호를 보낼 수 있게 된 것이다. ( SRS 송신 기간 동안 수신 안테나를 송신안테나로 전환하여 SRS 신호를 보낸다!)

 

왼쪽 그림을 보면 시계방향 화살표를 따라서 ant 4부터 ant 1까지 순차적으로 연결되는 것을 볼 수 있다. 이것으로 UE는 여러 SRS 신호를 각기 다른 안테나에게 보낼 수 있게 된다.

 

1-3. 더 자세히..

그림과 같은 예시를 통해 SRS를 이용한 빔포밍을 수치적으로 한번 알아보자.

영상 속 안테나 스위칭 설명 그림

 

TDD 패턴이 5ms 동안 DL,DL,DL,Special,UL와 같이 진행된다고 가정해보자. DL, UL은 Downlink, Uplink Channel이고 S는 Special Channel로 SRS신호를 보낼 수 있는 채널이다. 

 

이때 SRS periodicity가 20ms면 이 시간 동안 SRS 신호는 몇 개가 갈 수 있을까??  답은 4개이다.

5ms 동안 한 개의 SRS 신호를 받을 수 있으니 20ms 동안 총 4개의 SRS 신호를 받을 수 있는 것이다.(5ms x 4 = 20ms)

 

 

이번 포스팅은 SRS에 초점을 두기보단 SRS를 이용한 빔포밍과 안테나 스위칭을 통한 다수의 SRS 신호를 보내는 것에 대해 배워보았다. 내용이 조금 부실하다고 쓰면서도 느꼈는데.. 이 부분은 시간이 되면 꼭 다시 찾아봐야겠다.

 

배우는 걸 정리하는 블로그이기에 틀린 부분, 오류가 있다면 댓글로 고쳐주면 정말 좋을 것 같다. 태클 환영!  

 

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원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=vJq18VcI8mQ&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=42