근래 전 세계적으로 스마트 폰의 수요가 급증하면서 기존의 3G 표준에 비해 높은 데이터 전송률을 제공하는 long term evolution (LTE) 서비스가 활발히 보급되고 있다. 특히, 이동통신 강국인 우리나라는 LTE의 최신 릴리즈인 LTE-Advanced (LTE-A) 서비스를 최근 시작하였다. 높은 데이터 전송률을 얻기 위한 LTE와 LTE-A 시스템의 핵심기술로 다중입출력 안테나 (multiple-input-multiple-output; MIMO)기술을 들 수 있다. MIMO 기술은 주파수와 전력의 증가 없이 안테나 수에 비례하는 채널용량을 얻을 수 있는 장점으로 큰 주목을 받아왔으며 다양한 측면에서 진화 발전이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 단일사용자 MIMO에서 다중사용자 MIMO, 그리고 최근 주목받고 있는 대용량 MIMO까지 MIMO기술의 이론적 배경 및 시스템을 구현하기 위해 필요한 고려사항들을 살펴본다.
2012년 12월 30일에 아날로그 TV 방송이 종료됨에 따라 UHF 디지털 여유 대역(698-806MHz)이 LTE(Long Term Evolution)와 같은 이동통신용으로 활용이 가능해졌다. 본 대역이 LTE로 할당되었다고 가정하고 IMT-Advanced 기술 평가를 위하여 개발한 LTE 어드밴스트 시스템 레벨 시뮬레이터를 이용하여 LTE와 인접 DTV 대역과의 간섭 평가를 수행하였다. UHF 디지털 여유대역에 LTE가 서비스 될 경우 LTE 단말이 DTV 수신기에 주는 간섭과 DTV 송신기가 LTE 기지국에 간섭 평가를 통해 공유 조건을 연구결과로 제시한다. 아울러 연구결과에 의한 공유조건은 본 대역에서 LTE 시스템이 구현될 때 네트워크 제어 알고리즘에 활용가능하다.
전 세계적으로 스마트폰이 널리 보급되고 있으며, 이에 따라 이동통신망에서 데이터 통신의 수요가 폭증하고 있다. 이를 수용하기 위하여 전 세계적으로 LTE-Advanced와 같은 차세대 이동통신 서비스가 보급되고 있다. 이러한 LTE-Advanced 기지국을 구현함에 있어서 DU(digital unit)와 RU(radio unit)로 분리된 형상의 기지국이 많이 사용되고 있다. 이때에 DU와 RU를 연결하는 네트워크 구간인 Fronthaul 구간에 기존에는 CPRI(common public radio interface)라는 디지털 광통신 기술로 구현되어 왔으나, 폭증하는 데이터 수용을 감당하기에는 그 한계에 다다른 상태이다. 따라서, 본 논문에서는 이 구간을 아날로그 광통신 기술인 RoF(Radio over Fiber)로 구현하여 폭증하는 전송용량을 경제적으로 수용할 수 있는 방안을 연구하였다. 또한, LTE-Advanced 이동통신망의 Fronthaul 구간을 RoF로 구현하기 위한 기술적인 요구사항을 연구하였다.
본 고에서는 20MHz 대역에서 다운링크 100Mbps, 업링크 50Mbps의 데이터 전송속도를 지원하는 IP 기반의 셀룰러 기술인 LTE 및 IMT - Advanced 요구사항을 만족하는 최초의 규격이 될 것으로 보이는 LTE-Advanced에 대해서 살펴보았다. LTE 기술의 이론적인 하향링크 최대 성능은 20MHz 대역폭에서 약 326Mbps 정도이다. 최근까지 전 세계 대규모 이동통신사들이 LTE를 차세대 네트워크 표준으로 채택하고 구체적인 상용화 일정 발표 및 시범테스트에 돌입하고 2010년 현재 5개 이동통신 사업자는 상용서비스를 실시하고 있다. 실질적인 4세대인 LTE-Advanced 기술은 2011년 3월 중에 마무리되고, 빠르면 2012년에 설치되기 시작할 것이다. 차세대 이동통신 표준화 동향 중에서 특히 3GPP LTE 표준화 동향 시장 및 서비스 동향을 살펴본다. 또한 ETRI가 개발한 3GPP LTE 단말 모뎀 개발 현황을 살펴보았다.
DFT spread OFDM은 OFDM 방식의 주요한 장점을 보유하면서 낮은 cubic metric 특성을 가지는 전송 방식이다. 이러한 특성으로 인해 DFT spread OFDM은 3GPP LTE 시스템의 상향 링크 기본 전송 방식으로 채택되었으며, 3GPP LTE-Advanced 시스템에서도 이의 확장된 형태의 전송 기술이 기반이 되어 표준화가 진행되고 있다. 또한 LTE-Advanced 상향 링크에서는 성능 향상을 위해 MIMO 전송을 지원하는데, MIMO 전송에 있어서도 DFT spread OFDM의 낮은 cubic metric 특성을 유지하기 위해, 하향 링크 MIMO 방식과는 다소 다른 형태로 표준이 진행되고 있다. 본 고에서는 이러한 관점에서 3GPP LTE 시스템의 상향 링크 전송 기술인 DFT spread OFDM 기술을 소개하고, LTE-Advanced 시스템의 상향 링크 표준화 동향을 소개한다.
최근 무선통신의 발전과 스마트 폰 사용자의 급격한 증가로 인하여 멀티미디어 콘텐츠에 대한 사용이 증가되면서 트래픽 량과 네트워크 속도 증가에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이를 위해 LTE, LTE-Advanced, Mobile WiMAX 등 차세대 이동통신 플랫폼 및 연관 기술들이 많이 제안되고 있다. 이에 따라 차세대 이동 통신 프로토콜 개발 단계부터 안정화 단계까지 프로토콜 검증 및 분석을 위한 프로토콜 분석기가 필요하게 되었다. 본 논문에서는 LTE-Advanced 망에서 L3 프로토콜들을 분석할 수 있는 분석기를 제안한다. 제안하는 분석기는 연동 메시지를 XML 메타데이터로 기술하여 분석 시 활용하며, ASN.1 인코딩된 연동 메시지나 바이너리 인코딩된 메시지를 디코딩하여 분석할 수 있는 기법을 적용하였다. 자체 설계된 LTE-Advanced 망과의 연동 테스트를 통해 본 시스템을 검증하였다.
본 논문에서는 현재 활발한 상용화가 진행 중에 있는 LTE시스템의 표준기술에 대해서 현재의 현황을 간략히 조사하고 향후 LTE-Adv로 진화하는데 이슈가 되고 있는 핵심기술의 내용에 대해 살펴보고자 한다. 핵심적인 요구사항 중의 하나로 주파수 사용효율을 높여서 폭증하고 있는 모바일 트래픽의 수용과 보다 안정된 성능을 갖춘 시스템 표준의 구비가 필요한 시점에 이르렀으며 점진적으로 안정된 고속화의 요구에 대응하는 표준화 결과물들에 대한 이해가 매우 중요하게 되었다. 이에 따라 본 논문에서는 LTE/LTE-Adv 시스템의 특징에 대해 살펴보고 중요 기술적 이슈에 대해 진행된 표준화된 사항들을 정리한다. 또한 이러한 시스템의 안정적 동작을 위한 향후 네트워크의 최적화를 위해 필요로 하는 기술적 과제에 대해서 간략히 논의하고자 한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권4호
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pp.451-455
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2014
LTE (Long Term Evolution) 및 LTE-A (Long Term Evolution-Advanced) 망에서는 사용자에 대한 시스템 용량 향상을 위해 펨토셀(femto-cell)을 이용한 계층적(hierarchical) 셀 구조를 고려하며, LTE/LTE-A에서 고려되는 펨토셀은 일반적으로 특정 개인 및 집단에 제한된 접속을 허용하는 배타적 접속(Closed Subscriber Group; CSG) 펨토셀로 구현된다. 하지만 이러한 배타적 접속 펨토셀이 보편화되기 위해서는 배타적 접속 펨토셀로의 진입(inbound) 핸드오버(handover) 지연시간 문제를 해결해야 한다. 특정 단말(User Equipment; UE)에게만 접속이 허용된 배타적 접속 펨토셀은 제한된 지역에만 분포하여 셀 검출 시도의 빈도가 낮을 수 밖에 없으므로 일반적인 매크로셀(macro-cell)에 비해 셀 검출에 보다 많은 시간이 소요되며, 이로 인한 진입 핸드오버 지연이 발생한다. 이러한 배타적 접속 펨토셀에 대한 검출을 고려하지 않은 LTE/LTE-A 단말을 이용하여 접속이 허용된 배타적 접속 펨토셀 검출을 시도할 경우 현재 표준에서 제시하는 셀 검출에 대한 성능 기준을 충족시키지 못할 수 있으며, 따라서 본 논문에서는 현재 LTE/LTE-A 표준에 따른 기본적인 셀 검출 방식을 이용하여 LTE 배타적 접속 펨토셀에 대한 검출 성능평가를 수행하고 문제점을 분석하여, LTE 배타적 접속 펨토셀에 대한 진입 핸드오버 지연 문제를 해결할 수 있는 근거를 제시하고자 한다.
3GPP($3^{rd}$ Generation Partnership project)는 3세대 이동통신인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)의 초기 표준화 이후 HSPA(High Speed Packet Access), MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service) 등의 기술 개발로 UMTS시스템을 지속적으로 발전시켜 왔다. 그리고, 최근 새로운 무선 접속 기술을 기반한 LTE(Long Term Evolution)시스템에 대한 표준화를 완료하고 ITU-T(International Telecommnunications Union-Radio)의 IMT-Advanced 요구사항을 만족하는 LTE-Advanced 시스템에 대한 연구를 진행하고 있다. 한편 LTE-Advanced 표준의 목표인 무선 전송속도를 한층 더 높이고, 단위비용(cost per bit)을 더욱 낮추고, 셀 커버리지 및 용량을 확대하기 한 저출력의 피코셀, 펨토셀, 무선중계기들을 이용하여 실내외의 소규모 영역을 서비스하도록 하는 heterogeneous network에 대한 국제 표준이 활발히 논의되고 있다. 그러나 여러 셀이 혼재하는 경우 셀들간의 신호 간섭이 발생하여 사용자의 통신 품질이 크게 저하될 우려가 있다. 본 고에서는 heterogeneous network 와 관련하여 국제 표준 LTE-Advanced에서 논의되고 있는 간섭 제어 기법에 대해 소개한다.
매크로셀과 펨토셀로 중첩 구성된 LTE 펨토셀 망은 매크로셀 영역을 확대시키고 증가된 패킷 용량을 수용할 수 있다. 특히 이동 멀티미디어 서비스는 지연 및 손실에 의해 서비스 연속성이 영향을 받기 때문에 이동 멀티미디어 서비스의 QoS 요구사항을 유지하기 위한 효율적인 자원 관리 방안이 필요하다. 본 논문에서는 LTE 펨토셀 망에서 멀티미디어 서비스의 효율적인 QoS를 제공하기 위한 방안의 하나로 수락 제어와 부하 제어와 밀접하게 연계된 자원 할당 방안을 제안한다. 제안된 방안은 매크로셀 및 펨토셀내 자원 점유 상태의 변화에 따라 부하제어를 수행하고 실시간 서비스에는 자원 점유의 우선권을 주며, 비실시간 서비스에 대해서는 버퍼링을 통하여 최대 자원을 일시적으로 할당하는 방식을 적용한다. 제안된 방안의 성능을 시뮬레이션에 의하여 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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