채널 상태 정보

〈모바일통신시스템〉 수업 노트

무선 신호는 채널 $h$ 를 겪으면서 신호가 왜곡되므로, Tx와 Rx는 서로 사이에 성립된 통신 채널의 상태를 파악해야 한다. 채널의 상태를 제대로 파악해야 통신 참여자들은 송수신 신호를 보정하여 무선 통신의 품질을 보장할 수 있다.

채널 상태 정보(CSI; Channel State Information)

채널 상태 정보(CSI; Channel State Information)는 통신 채널의 상태를 나타내는 정보로, Tx와 Rx가 서로 사이에 성립된 통신 채널의 특성을 파악하는 데 사용된다. CSI는 채널의 임펄스 응답, 주파수 응답, 신호 감쇠, 다중 경로 효과 등 다양한 측면을 포함할 수 있다.

수신단에서의 CSI를 CSIR(CsI at the Receiver)이라고 하고, 송신단에서의 CSI를 CSIT(CSI at the Transmitter)라고 한다.

수신단에서의 CSI: CSIR

송신 측에서 미리 약속된 신호인 파일럿 신호를 보내면, 수신 측에서 이 신호를 받아 신호가 겪은 채널을 추정한다. 이렇게 추정한 결과가 CSIR이다.

송신단에서의 CSI: CSIT / Full CSI

송신측이 CSI를 알고 있으면 송신신호를 사전 보정(pre-equalization)하거나 특정한 안테나/빔을 우선 사용하여 전송 품질을 개선할 수 있다.

CSIT의 획득

CSIR은 Rx 측에서 파일럿 신호의 기대값과 실제값을 비교하여 추정해내지만, Tx 측에서는 이렇게 획득한 값을 알 수 없다. 때문에 Tx 측에서 CSI를 획득하려면 추가적인 과정이 필요하다.

채널 상호성

신호의 업링크와 다운링크가 동일한 주파수, 동일한 시간에 이루어지는 경우, 채널이 업링크와 다운링크에서 동일하게 작용할 것이라고 가정할 수 있다. 이러한 가정을 채널 상호성이라고 한다. 채널 상호성이 성립한다면,역으로 Rx 측에서 파일럿 신호를 전송하고 Tx 측에서 이를 수신하여 채널을 추정할 수 있다.

이러한 전략은 보통 동일한 주파수 대역 내에서 시분할하여 업링크와 다운링크를 사용하는 TDD 시스템에서 사용된다. 반면, 서로 다른 주파수 대역에서 업링크와 다운링크를 사용하는 FDD 시스템에서는 채널 상호성이 성립하지 않으므로, 다른 방법으로 CSIT를 획득해야 한다.

피드백

업링크와 다운링크가 같은 시간 동안 다른 주파수를 사용하는 주파수 분할 시스템, FDD 시스템에서는 채널 상호성이 성립하지 않는다. 이 때는 Tx 측에서 파일럿을 통해 신호를 직접 추정하여 결과를 Tx 측에 전달해주어야 한다.

이 상황에서는 채널 정보를 압축하여 양자화해 보내기 때문에 정보의 손실이 발생하고, 피드백 전달 과정 역시도 채널을 거치기 때문에 정보 손실이 발생한다.