[논문 리뷰] Full Duplex Networking: Mission Impossible?

Shuangfeng Han, I Chih‐Lin외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 20.

Full-Duplex Wireless Communications참고 문헌 7인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 5G의 증가하는 모바일 트래픽 수요에 대응하기 위해 풀 듀플렉스(FD) 네트워킹을 해결책으로 제시하며, 간섭 완화 기법, TDD/FDD 하이브리드 프레임 구조, 슈퍼 풀 듀플렉스 기지국을 제안하여 동일 주파수 대역에서 동시에 업링크/다운링크 전송을 가능하게 한다. 이는 고도화된 간섭 제거 및 채널 상호성 복구 기법과 결합될 경우 풀 듀플렉스가 스펙트럼 효율성과 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 시현한다.

ABSTRACT

Mobile traffic is projected to increase 1000 times from 2010 to 2020. This poses significant challenges on the 5th generation (5G) wireless communication system design, including network structure, air interface, key transmission schemes, multiple access, and duplexing schemes. In this paper, full duplex networking issues are discussed, aiming to provide some insights on the design and possible future deployment for 5G. Particularly, the interference scenarios in full duplex are analyzed, followed by discussions on several candidate interference mitigation approaches, interference proof frame structures, transceiver structures for channel reciprocity recovery, and super full duplex base station where each sector operates in time division duplex (TDD) mode. The extension of TDD and frequency division duplex (FDD) to full duplex is also examined. It is anticipated that with future standardization and deployment of full duplex systems, TDD and FDD will be harmoniously integrated, supporting all the existing half duplex mobile phones efficiently, and leading to a substantially enhanced 5G system performance.

연구 동기 및 목표

• 2010년에서 2020년 사이에 예상되는 막대한 모바일 트래픽 증가 문제를 해결하기 위해, 5G 네트워크의 전환적 솔루션을 제공한다.
• 반중계 통신의 근본적 한계를 극복하기 위해 동일 주파수 대역에서 동시에 전송과 수신을 가능하게 한다.
• 풀 듀플렉스 시스템에서의 간섭 상황을 분석하고 실세계 구현을 위한 실용적인 완화 전략을 제안한다.
• 기존 반중계 장치와의 후행 호환성을 보장하기 위해 TDD와 FDD 방식을 통합된 풀 듀플렉스 프레임워크에 통합한다.
• 채널 상호성을 유지하고 효율적인 풀 듀플렉스 운영을 가능하게 하는 수신기/송신기 아키텍처를 설계한다.

제안 방법

• 풀 듀플렉스 시스템에서의 간섭 상황, 특히 자기 간섭과 사용자 간 간섭을 분석한다.
• 자기 간섭을 억제하고 링크 품질을 유지하기 위한 후보 간섭 완화 기법을 제안한다.
• 풀 듀플렉스 모드에서 시간분할중계(TDD)와 주파수분할중계(FDD)를 모두 지원할 수 있는 간섭에 강건한 프레임 구조를 설계한다.
• 일관된 전송과 수신에 필수적인 채널 상호성 복구를 위한 수신기/송신기 구조를 개발한다.
• 각 섹터가 TDD 방식으로 작동하여 다중 비드 범위에서 풀 듀플렉스 운영을 지원하는 슈퍼 풀 듀플렉스 기지국의 개념을 도입한다.
• TDD와 FDD 원리를 풀 듀플렉스로 확장하여 5G 시스템 내에서 원활한 통합을 위한 운영을 조율한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 풀 듀플렉스 무선 네트워크에서 자기 간섭과 사용자 간 간섭을 효과적으로 완화하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 풀 듀플렉스 시스템에서 TDD와 FDD의 효율적 공존을 가능하게 하는 프레임 구조 설계는 어떤 것인가?
• RQ3 풀 듀플렉스 수신기/송신기 아키텍처에서 채널 상호성을 어떻게 유지하고 복구할 수 있는가?
• RQ4 섹터 수준의 TDD 작동을 지원하기 위해 슈퍼 풀 듀플렉스 기지국을 구현하기 위해 필요한 아키텍처 수정 사항은 무엇인가?
• RQ5 기존 반중계 이동 단말기 기기를 지원하기 위해 TDD와 FDD를 풀 듀플렉스에서 어떻게 조화롭게 통합할 수 있는가?

주요 결과

• 효율적인 간섭 완화 기법과 함께 풀 듀플렉스 네트워킹은 5G 네트워크에서 스펙트럼 효율성과 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
• 간섭 완화 기법은 자기 간섭을 억제하고 동시에 전송 및 수신을 신뢰성 있게 가능하게 하기 위해 필수적이다.
• TDD와 FDD 방식을 모두 지원할 수 있는 간섭에 강건한 프레임 구조를 설계할 수 있다.
• 채널 상호성을 복구하는 수신기/송신기 구조는 정확한 채널 상태 추정을 가능하게 하고 링크 신뢰성을 향상시킨다.
• 슈퍼 풀 듀플렉스 기지국 개념은 각 섹터가 TDD 방식으로 작동하면서도 다중 비드 범위에서 풀 듀플렉스 운영을 지원할 수 있도록 한다.
• 향후 표준화 과정에서 TDD와 FDD를 풀 듀플렉스에서 조율함으로써 기존 반중계 이동 단말기 기기와의 호환성을 확보할 수 있다.