MIMO 기초¶
규격 · 개정판
SU-MIMO 공간 다중화: 802.11n (HT, 최대 4 SS) → 11ac (VHT, 8 SS) → 11ax (HE, 8 SS) → 11be (EHT, 8 SS) · STBC·공간 매핑 행렬 Q: Clause 19 (HT PHY) 이후 각 PHY 절
한눈에 보기
MIMO(Multiple Input Multiple Output)는 송신·수신 안테나를 여러 개 써서 같은 주파수·같은 시간에 **여러 데이터 흐름(공간 스트림, SS)**을 동시에 보내는 기술입니다.
- 실내는 반사가 많아 안테나마다 받는 신호가 조금씩 다릅니다. 수신기는 이 차이로 섞여 들어온 스트림들을 풀어냅니다.
- 스트림 수는 송신·수신 안테나 수 중 작은 쪽을 넘을 수 없습니다. 휴대폰이 안테나 2개면 AP가 8개여도 그 휴대폰과는 최대 2 SS입니다.
- Wi-Fi 표기 **"2×2:2"**는 송신 안테나 2, 수신 안테나 2, 공간 스트림 2라는 뜻입니다.
MIMO는 세 가지 방식으로 쓰입니다.
- 공간 다중화 — 스트림을 여러 개 보내 속도를 높임 (SS 2개 → 속도 2배)
- 다이버시티 — 같은 정보를 여러 경로로 보내 튼튼하게 (STBC, MRC 수신)
- 빔포밍 — 신호를 원하는 방향으로 모음 (빔포밍)
공간 스트림과 안테나¶
| 용어 | 뜻 | 예 |
|---|---|---|
| \(N_{TX}\), \(N_{RX}\) | 물리 안테나(RF 체인) 수 | AP 4×4, 휴대폰 2×2 |
| \(N_{SS}\) | 공간 스트림 수 — 독립 데이터 흐름 | 2 |
| \(N_{STS}\) | 시공간 스트림 수 — STBC 적용 후 | STBC 사용 시 \(N_{STS} = 2N_{SS}\) |
| \(N_{LTF}\) | 채널 추정용 LTF 심볼 수 | \(N_{STS}\)에 따라 1, 2, 4, 6, 8 (HE), EHT는 최대 8 |
수신기 검출 방식¶
| 방식 | 계산량 | 성능 | 비고 |
|---|---|---|---|
| ZF (Zero Forcing) | 낮음 | 잡음 증폭 | 채널 역행렬 |
| MMSE | 낮음 | ZF보다 좋음 | 대부분 칩셋의 기본 |
| ML / 구 복호 (sphere decoding) | 높음 | 최적에 가까움 | 고차 QAM·다 SS에서 비용 큼 |
다이버시티 기법¶
| 기법 | 동작 | 이득 |
|---|---|---|
| MRC (최대 비 결합) | 수신 안테나 신호를 SNR 비율로 합침 | 안테나 2개 → 평균 3 dB + 페이딩 완화 |
| STBC (Alamouti) | 심볼 2개를 두 안테나·두 시간에 바꿔 보냄 | 송신 다이버시티. 채널 정보 불필요 |
| CSD (순환 지연 다이버시티) | 안테나마다 다른 순환 지연을 줘 의도치 않은 빔 형성을 막음 | 레거시 프리앰블을 여러 안테나로 보낼 때 필수 |
전문가 노트 — 공간 매핑과 수식
수신 모델. 부반송파 \(k\)에서
\(\mathbf{x}_k\)는 \(N_{STS}\)개 시공간 스트림, \(\mathbf{Q}_k\)는 \(N_{TX} \times N_{STS}\) 공간 매핑 행렬입니다. 표준은 \(\mathbf{Q}\)의 예로 직접 매핑(항등), 간접 매핑(하다마드·푸리에 + CSD), 빔포밍 조향 행렬을 듭니다. 수신기는 LTF로 \(\mathbf{H}_k\mathbf{Q}_k\) 전체를 추정하므로 \(\mathbf{Q}\)를 몰라도 복조할 수 있습니다.
용량. 송신기가 채널을 모를 때
CSD 값. 레거시(non-HT) 필드에는 송신 체인별로 4 체인 기준 0, −50, −100, −150 ns(2 체인은 0, −200 ns)의 짧은 순환 지연이 적용되고, HT 이후 필드에는 스트림별 CSD(0, −400, −200, −600 ns …)가 별도로 정의됩니다. 레거시 필드의 값이 작은 것은 구형 수신기의 채널 추정을 망가뜨리지 않기 위해서입니다. 정확한 값은 각 PHY 절의 CSD 표를 확인하세요.
EHT와 16 SS. 802.11be의 PAR 단계 목표에는 16 공간 스트림이 있었지만, TGbe는 일정 안에 표준을 끝내기 위해 16 SS·Multi-AP 조정·HARQ 같은 "Release 2" 기능을 최종 개정판에서 뺐습니다. 그래서 EHT도 최대 8 SS(EHT-LTF 최대 8 심볼)이며, 흔히 인용되는 "Wi-Fi 7 최대 46 Gbps"는 16 SS를 전제한 초기 목표치입니다. 상용 AP는 대역당 2–4 SS가 대부분입니다. 802.11bn 논의에서도 SS 수 확대보다 Multi-AP 조정이 주된 방향입니다.