1. 문제
NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)의 개념과 작동 원리를 설명하고, 기존 OMA(Orthogonal Multiple Access) 방식과의 차이점을 비교하시오. 또한, NOMA의 장점과 단점을 기술하시오.
2. 답안
2.1 NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)의 개념
NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)는 비직교 다중 접속 방식으로, 동일한 주파수 및 시간 자원을 다수의 사용자가 공유하는 방식이다. 기존 OMA(Orthogonal Multiple Access) 방식에서는 사용자를 주파수(FDMA), 시간(TDMA), 코드(CDMA) 등으로 구분하여 자원을 배분하지만, NOMA는 동일한 자원 내에서 여러 사용자가 중첩된 신호를 동시에 전송하도록 하여 스펙트럼 효율을 극대화하는 기술이다.
NOMA는 주로 전력 도메인 NOMA(Power-Domain NOMA) 방식이 사용되며, 이는 사용자의 채널 상태에 따라 서로 다른 전력 수준을 할당하는 방식이다.
2.2 NOMA의 작동 원리
NOMA는 전력 도메인에서 다중 접속을 수행하며, 이를 위해 SIC(Successive Interference Cancellation, 연속 간섭 제거) 기술을 활용한다.
① 송신 측 (Base Station, 기지국) 동작
- 사용자의 채널 상태를 측정한 후, 채널 상태가 좋은 사용자(Strong User)에는 낮은 전력, 채널 상태가 나쁜 사용자(Weak User)에는 높은 전력을 할당한다.
- 동일한 주파수 및 시간 자원을 공유하면서, 서로 다른 전력으로 신호를 중첩하여 전송한다.
② 수신 측 (User Equipment, 단말) 동작
- 강한 사용자(Strong User):
- 자신이 수신한 신호에서 약한 사용자의 신호를 먼저 검출한 후 제거(SIC 수행).
- 자신의 신호만 남으면 이를 복조하여 데이터 복원.
- 약한 사용자(Weak User):
- 높은 전력으로 전송된 자신의 신호를 직접 복조하여 데이터 복원.
- 강한 사용자의 신호는 상대적으로 작아서 간섭으로 인식하고 무시.
이 과정을 통해 동일한 주파수 및 시간 자원을 사용하면서도 다수의 사용자가 동시에 데이터를 수신할 수 있다.
2.3 OMA(Orthogonal Multiple Access)와의 차이점
| 구분 | OMA (직교 다중 접속) | NOMA (비직교 다중 접속) |
|---|---|---|
| 자원 할당 방식 | 주파수(FDMA), 시간(TDMA), 코드(CDMA) 등을 이용하여 사용자를 분리 | 동일한 주파수와 시간 자원을 공유하며, 전력 차이를 이용하여 사용자를 분리 |
| 동시 사용자 수 | 하나의 자원 블록(Resource Block) 당 한 명의 사용자만 사용 가능 | 하나의 자원 블록에서 여러 사용자가 동시에 접속 가능 |
| 간섭 문제 | 사용자가 분리되어 있어 간섭이 적음 | SIC 기법을 사용하여 간섭을 제거해야 함 |
| 스펙트럼 효율 | 낮음 (사용자가 증가할수록 자원 재사용이 어려움) | 높음 (같은 자원에서 다수의 사용자 지원 가능) |
| 복잡도 | 낮음 | 높음 (SIC 처리가 필요) |
2.4 NOMA의 장점과 단점
① 장점
- 스펙트럼 효율 증가: 동일한 주파수 자원에서 다수의 사용자가 접속 가능하여 주파수 이용 효율이 향상됨.
- 대규모 연결 지원: IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 환경에서 많은 기기를 동시에 연결하는 데 유리함.
- 저지연 통신 가능: 사용자가 자원을 기다리지 않고 동시에 통신할 수 있어 지연이 감소함.
- 페어링(Pairing) 효과: 높은 채널 품질을 가진 사용자와 낮은 채널 품질을 가진 사용자를 함께 사용하여 성능 최적화 가능.
② 단점
- SIC 복잡도 증가: 강한 사용자는 SIC를 수행해야 하므로 수신단에서의 연산량이 증가함.
- 간섭 문제 발생: SIC가 완벽하지 않으면 신호 검출 오류가 발생할 수 있음.
- 공정성 문제: 전력 배분에 따라 특정 사용자가 불리할 수 있음.
- 전력 제어 필요: 사용자의 채널 상태를 지속적으로 추적하여 전력 할당을 최적화해야 함.
3. 어린이 버전 요약
NOMA는 여러 사람이 한 개의 마이크를 동시에 사용하는 방법이에요!
- 기존 방식(OMA): 한 사람씩 차례로 마이크를 사용해요.
- NOMA 방식: 키 큰 사람은 작은 목소리(낮은 전력), 키 작은 사람은 큰 목소리(높은 전력)로 말해요.
이렇게 하면 여러 사람이 동시에 이야기해도 키 큰 사람은 작은 목소리를 먼저 듣고 지워버린 뒤 자기 목소리를 듣고, 키 작은 사람은 그냥 자기 목소리를 듣는 방식이에요!
NOMA의 좋은 점은 많은 사람이 동시에 말할 수 있어요. 하지만 어려운 점은 키 큰 사람이 다른 목소리를 잘 지워야 해요.
