13장. CoMP(다중 지점 조정/송신)

※ 4G LTE-Advanced Pro and The Road Road to 5G 한국어 판 내용을 바탕으로 정리한 것입니다.

 

 

공간적 재사용(spatial reuse)은 무선통신 시스템의 핵심 원리이며

LTE에서는 동일한 시간-주파수 자원이 서로 다른 위치의 서로 다른 통신에 동시에 사용될 수 있는 것을 의미한다.

하지만 동일한 시간-주파수 자원을 통한 송신은 서로 간에 간섭을 야기한다.

 

상향링크에서 특정 링크가 겪는 간섭 레벨은 원하는 신호를 송신하는 단말의 위치에 달려 있지 않으며,

대신 간섭 신호를 송신하는 단말의 위치에 달려 있다.

 

네트웍 지점들 사이의 조정을 고려할 때, 두 가지 주요 구축 시나리오를 생각할 수 있다.

① Homogeneous 구축에서의 조정: 매크로 구축 노드들 사이의 조정

*매크로노드: 기지국, coverage 넓음

② Heterogeneous 구축에서의 조정: 매크로노드와 그 아래 구축된 저출력 노드들(low-power node) 사이의 조정

*저출력 노드: 피코노드, 조그마한 기지국

 

참고로 13장에서는 첫번째 시나리오인 homogeneous 구축의 조정에 대해 다룬다.

 

네트웍 지점 사이의 조정 가능 여부를 결정하는 중요한 요인 중 하나는

가용한 백홀(backhaul) 연결 및 백홀에서의 지연(latency)이다.

*백홀: 기지국을 직접 코어망으로 연결하는, 기지국과 기지국의 연걸 지점이다.

매우 동적인 조정은 당연히 조정을 하는 지점 사이에 낮은 지연을 요구하며,

이것이 무조건 가능한 예의 하나는 조정하는 네트웍 지점이 동일한 국사의 섹터인 경우이다.

→ 국사내 조정(intra-site coordination)

그러나 지리적으로 떨어져 있는 송신 지점 사이에서도 이러한 매우 낮은 지연을 가진 연결이 가능할 수 있다.

 

LTE 네트웍 지점 사이의 조정에 관련된 3GPP활동은

Release 8의 셀 간 간섭 조정(inter-cell interference coordination, ICIC)는 eNodeB간 X2 시그널링에 초점을 두었으며

Release 10-13의 다중 지점 조정/송신(multi-point coordination/transmission)은

새로운 무선 인터페이스 기능 및 단말기 능력에 초점을 두었다.

 

 

 

셀 간 간섭 조정(inter-cell interference coordination, ICIC)

 

인접한 eNodeB 사이에서 각자 eNodeB의 스케줄링 전략/상태 등을 교환할 수 있도록 메시지를 정의한다.

상향링크 간섭 조정을 도와주기 위하여 High Interface Indicator(HII)와 Overload Indicator(OI)와 같은

두 가지 메시지가 LTE Release 8에서 정의되었다.

 

HII, OI의 X2 시그널링에 기반한 상향링크 셀 간 간섭 조정의 예

 

HII는 eNodeB가 간섭에 대하여 높은 민감도를 가지는 자원 블록에 대한 정보를 제공한다.

비록 eNodeB가 인접한 eNodeB로부터 수신된 HII에 대해서 어떻게 반응해야 하는지

명시적으로 규격화되어 있지는 않지만, HII를 수신한 eNodeB 입장에서는

해당 자원 블록에 자신도 셀 가장자리 사용자를 스케줄링하는 일은 피하는 것이 적절한 동작이 될 것이다.

따라서 HII는 너무 낮은 SIR 상황이 발생하는 것을 피하려는 ICIC를 위한 선제적인(proactive) 도구라 볼 수 있다.

 

OI는 후차적인(reactive) ICIC 도구이다.

OI는 셀에서 서로 다른 자원 블록이 경험하는 상향링크 간섭을 3가지 레벨(Low/Medium/High)로 알려준다.

 

RNTP의 X2 시그널링에 기반한 하향링크 셀 간 간섭 조정의 예

하향링크에는 ICIC를 지원하기 위하여 Relative Narrowband Transmit Power(RNTP)가 정의되어 있다.

RNTP는 각 자원 블록에 대하여 자원 블록의 상대적인 송신 전력이 특정 레벨을 넘는지의 여부를 알려준다.

 

 

 

다중 지점 조정/송신(multi-point coordination/transmission)

 

CoMP는 ICIC와 달리 CoMP를 위한 eNodeB 간의 특정한 시그널링에 대해서 논의하지 않고,

여러 가지 조정 방법을 도와주기 위하여 무선 인터페이스 기능을 만들고 단말기 기능을 만드는 데 초점을 두었다.

 

LTE 하향링크를 위한 여러 가지 CoMP 방식은 크게 두 가지 그룹으로 나눌 수 있다.

 

다중 지점 조정: 송신 지점 사이의 스케줄링 및 링크 적응 등은 조정이 이루어질 수 있으나

송신 자체는 하나의 특정 송신 지점으로부터 이루어지는 방식이다.

 

다중 지점 송신: 하나의 단말에 대한 송신 자체가 여러 개의 송신 지점으로부터 이루어질 수도 있는 방식이다.

송신은 서로 다른 송신 지점 사이에서 동적으로 스위칭하여 이루어질 수도 있으며

아니면 아예 복수 개의 지점으로부터 함께 이루어질 수도 있다.

 

 

우선 다중 지점 조정부터 알아보자.

 

링크 적응 조정(coordinated link adaptation)

 

링크 적응이란 해당 송신이 겪을 것으로 예상하는 순시 채널 상태에 대한 추정/예측을 토대로하여

데이터 속도를 동적으로 결정하는 것을 말한다.

즉, 링크 적응 프로세스에 인접한 송신 지점의 송신에 대한 정보를 활용하여

특정 자원에 어떤 데이터 속도로 송신을 할 것인지를 결정하는 것을 말한다.

 

LTE에서는 링크 적응이 네트웍 단에서 이루어지므로 단말이 제공한 CSI 보고를 활용하여 링크 적응을 결정한다.

이때 단말은 인접한 송신 지점의 송신 결정에 대한 서로 다른 경우에 해당하는 서로 다른 CSI 보고를 제공해야 한다.

이를 위해서는 단말은 복수 개의 CSI 프로세스(multiple CSI process)가 설정되어야 한다.

하나의 CSI 프로세스는 각 안테나 포트에 하나씩 해당되는

여러 개의 CSI-RS 및 간섭 추정을 위한 한 개의 CSI-IM으로 이루어져 있다.

*CSI-RS: 기지국이 나에게 쏘는 신호가 어떻게 오는지 측정하기 위한 신호, 채널 상태 추정

 

참고로 인접한 송신 지점이 송신을 하지 않는 경우일 때

즉, 내 단말이 non-zero-power CSI-RS, 상대 단말이 zero-power CSI-RS일 때

기지국이 나에게 주는 신호가 얼마나 망가지나를 파악하며,

인접한 송신 지점이 송신을 하는 경우일 때

즉, 내 단말이 zero-power CSI-RS, 상대 단말이 non-zero-power CSI-RS일 때

상대방이 나에게 피해주는 정도를 파악한다.

 

복수 개의 CSI 프로세스는 CoMP 및 여러 가지 빔포밍 방식을 지원하는 데 크게 도움이 되지만

확장성이 부족하다는 단점이 있다.

 

 

 

스케줄링 조정(coordinated scheduling)

 

동적 링크 적응	스케줄링 조정
- 실제 송신 결정이 송신 지점 사이에서 조정되는 지의 여부에 상관없이 적용이 가능 - 간섭 레벨을 보다 잘 추정하기 위해 송신 지점 사이에서 정보를 교환	- 송신 지점 사이의 실제적인 송신 결정을 조정 - 간섭 레벨 자체를 줄이고 제어하기 위해 송신 지점 사이에 정보를 교환하고 조정

Dynamic Point Blanking: 스케줄링 조정을 통하여 인접한 송신 지점의 서비스를 받는 특정 단말이 겪는 간섭을 줄여주기 위해 동적으로 특정 시간-주파수 자원의 송신을 하지 않을 수 있다.

→ 전력 제어 조정(coordinated power control): 특정 자원에 대하여 동적으로 송신 출력을 조절

→ 빔포밍 조정(coordinated beamforming): 특정 자원에 대하여 동적으로 송신 방향을 조절

 

 

 

다음으로 다중 지점 송신에 대해 알아보자.

 

동적 지점 선택(Dynamic Point Selection, DPS)

 

송신은 단일 송신 지점으로부터 이루어지지만 해당 송신 지점이 동적으로 변경될 수 있다.

하향링크의 동적 지점 선택 동작을 도와주기 위해, 단말은 복수 개의 송신 지점에 대한 CSI 보고를 제공해야 한다.

따라서 서로 다른 프로셋의 CSI-RS 집합은 서로 달라야 하며,

동적 지점 선택이 이루어지고 있는 서로 다른 송신 지점에 의하여 송신되는 CSI-RS에 해당되어야 한다.

또한 이는 PDSCH 매핑 및 서로 다른 reference 신호 사이에서 quasi-co-location을 어떻게 가정하는 지에 있다.

*quasi-co-location: 단말이 하나의 안테나 포트에서 수신하는 신호의 광범위 특성들이

다른 안테나 포트에서 수신하는 신호들의 광범위 특성들과 모두 또는 일부가 같다고 가정

 

 

 

동시 송신(Joint Transmission)

 

같은 data를 복수 개의 송신 지점이 동일 단말로 동시에 전송하는 것을 의미한다.

 

동시 송신은 두 가지 경우로 나눌 수 있다.

 

coherent 동시 송신: 네트웍이 동시 송신에 관여하는 여러 송신 지점으로부터

해당 단말로 자세한 채널정보를 알고 있으며 이에 따라 전송 weight를 선택하는 것을 가정한다.

빔포밍에 참여하는 안테나가 서로 다른 송신지점에 해당하는 형태로 생각할 수 있다.

(빔포밍의 종류로 생각할 수 있다.)

참고로 현재 LTE 규격은 적어도 명시적으로는 coherent 동시 송신을 지원하지 않는다.

 

non-coherent 동시 송신: 네트웍이 동시 송신에 있어서 이와 같은 자세한 채널 정보를 사용하지 않는 것을 가정한다.

즉, 기지국 간의 정보 교환이 존재하지 않는다.

따라서 non-coherent 동시 송신의 이득은 단지 동일 단말에 전송하는 복수 개의 송신 지점의 전력이 합쳐지는

전력 이득(power gain)이 된다.

 

 

 

상향링크 다중 지점 조정/수신은 하향링크와 동일한 원리를 적용한다.