셀룰러 네트워크 시스템에서는 4G LTE든 5G NR이든 MIMO(Multiple-Input Multiple Output)와 CA(Carrier Aggregation)가 모두 핵심 기술이지만 차이점은 무엇입니까?

캐리어 어그리게이션은 LTE Advanced 네트워크에 도입된 매우 혁신적인 기술로, 모바일 네트워크가 여러 주파수 캐리어를 하나로 결합하여 전체 캐리어 대역폭을 증가시켜 휴대폰 사용자에게 더 큰 데이터 속도를 제공할 수 있습니다. 처음에 3GPP Release 8 기반 LTE 네트워크는 반송파 집계를 지원하지 않았지만 LTE 네트워크는 유연한 대역폭 구성을 지원하므로 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz 및 20MHz와 같은 다양한 대역폭의 주파수 반송파를 사용할 수 있습니다.

LTE-Advanced의 릴리스 10은 반송파 어그리게이션(대역 내 연속 및 대역 간)을 도입한 최초의 LTE 버전으로, 5×20MHz를 표준 CA로 사용하지만 두 개의 사업자에게만 해당됩니다. 2012년에 도입된 LTE-Advanced 릴리스 12는 대역 내 비연속 반송파 어그리게이션을 지원합니다. 최대 100MHz 대역폭의 유연한 대역폭으로 최대 5개의 주파수 반송파 집계를 지원합니다. 100MHz 대역폭도 이미 인상적이지만 LTE-Advanced Pro 네트워크는 더 높은 사양의 캐리어 어그리게이션 구성을 가져왔습니다. 더 큰 캐리어 크기가 필요한 다운링크에서 최대 3Gbps의 처리량을 제공하는 것을 목표로 합니다. 3GPP 릴리스 13은 최대 32개의 반송파 어그리게이션을 가능하게 하고 최대 640MHz의 최대 대역폭에 도달하는 LTE-Advanced Pro 네트워크를 도입합니다.

캐리어 어그리게이션은 LTE-Advanced 네트워크에서 이미 제시된 핵심 기술이지만 LTE의 진화를 통해 1Gbps 이상의 사용자 데이터 속도를 달성할 수 있지만 5G 네트워크에서는 캐리어 어그리게이션이 멀티 기가비트 5G로의 진화를 지원하고 사용자 데이터 속도는 약 4Gbps 이상에 도달합니다.

캐리어 어그리게이션에 대해 이야기한 후 MIMO가 정확히 무엇인지 살펴보겠습니다.

무선 네트워크에서 두 개의 무선 노드는 무선 채널을 통해 데이터를 보내고 받기 위해 통신하며, 이 채널은 일부 무선 스펙트럼을 사용합니다. 그러나 많은 지역에서 적합한 스펙트럼이 부족하고 더 많은 스펙트럼을 사용하는 것은 비실용적입니다.

MIMO는 Multiple Input Multiple Output의 약자로 스펙트럼을 늘리지 않고 용량을 늘릴 수 있는 고급 안테나 기술이므로 4G LTE, LTE-Advanced 및 LTE-Advanced Pro 네트워크에서 널리 채택됩니다. MIMO는 공간 다중화, 안테나 다양성 및 빔포밍을 통해 데이터 속도와 신호 품질을 효과적으로 향상시킵니다.

MIMO는 4G LTE의 공간 다중화 원리에 중점을 두고 있으며, 이는 공간적으로 분리된 여러 안테나(공간 분할 다중화)를 통해 통신이 발생한다는 것을 의미합니다. 한편, MIMO는 안테나 다이버시티를 통해 다중 경로 페이딩의 영향을 최소화하여 모바일 신호의 품질을 향상시킵니다.

또한 MIMO는 빔포밍 기술의 이점을 누리며 여러 안테나가 동일한 수신기로 신호를 전송하여 수신기가 더 강한 신호를 수신할 수 있도록 합니다. LTE 네트워크는 다운링크와 업링크에 서로 다른 MIMO 구성을 사용하며 송신기와 수신기 모두 이러한 구성을 지원해야 합니다.

3GPP 릴리스 8에 따르면 원래 LTE 네트워크는 다운링크에서 4×4 MIMO 구성을, 업링크에서 2×2 MIMO 구성을 지원합니다. 4×4 다운링크 구성은 기지국 송신기의 4개의 안테나 요소가 휴대폰으로 신호를 보내고 휴대폰 수신기의 4개의 안테나 요소가 신호 수신을 담당한다는 것을 의미합니다. 업링크 전송은 휴대폰에서 기지국으로 다시 이루어집니다.

LTE-Advanced 및 LTE-Advanced Pro 네트워크는 다운링크에서 8×8 MIMO 구성을, 업링크에서 4×4 MIMO 구성을 사용합니다. 요약하자면, MIMO와 캐리어 어그리게이션은 현대 셀룰러 네트워크에서 고유하고 중요한 역할을 하며 사용자에게 더 빠르고 안정적인 통신 경험을 공동으로 제공합니다. 5G(NR) 네트워크에서는 더 높은 구성과 다중 사용자 MIMO를 사용하는 Massive MIMO라는 고급 MIMO가 채택됩니다. Massive MIMO는 초고속 밀리미터파 5G의 핵심 조력자이자 기본 구성 요소가 되었습니다.

Massive MIMO로 간주되어야 하는 안테나 수를 정의하는 고정된 정의는 없지만 8×8개 이상의 안테나가 있는 시스템은 일반적으로 Massive MIMO 시스템으로 간주되며 8×8 숫자는 8개의 전송 안테나와 8개의 수신 안테나를 나타냅니다. 일반적으로 MIMO는 안테나 기술 역할을 하며 반송파 집계와 다른 강조점을 가지고 있습니다. 

반송파 집계는 주파수 반송파를 결합하는 데 중점을 두고 있으며, MIMO는 기존 주파수 반송파를 보다 효율적으로 공간적으로 다중화하여 휴대폰 사용자의 데이터 속도를 높입니다. 캐리어 어그리게이션은 여러 주파수 캐리어를 결합하여 휴대폰에 더 큰 캐리어 대역폭을 할당합니다. 그러나 MIMO는 송신기에서 많은 수의 안테나 요소를 사용하여 여러 병렬 데이터 스트림을 수신기로 보냅니다. MIMO 수신기에는 이러한 데이터 스트림을 수신하기 위해 여러 안테나 요소가 장착되어 있으며 사용자 장치의 출력은 다양한 데이터 스트림을 결합하여 생성됩니다. 이러한 방식으로 각 데이터 흐름은 기지국과 사용자 장비 간의 가상 채널처럼 작동합니다.