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현주 은
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1 표준 시험인증기술동향 전주성 1. 머리말우리나라의이동통신산업계는단기간에급성장하여 CDMA, WCDMA, LTE 등이기종이동통신네트워크를동시에운용중이며, 2013년 9월통계기준으로 54,248,638명의가입자를확보해전체인구를추월하고있다. 특히 2011 년 7월부터 LTE 이동통신서비스를시작한이후전체이동통신가입자중 47% 의점유율을보여, 머지않은시일내에고속데이터중심의 LTE 서비스로시장개편이불가피한실정이다. 전체가입자중스마트폰비율은 67.5% 로급격한증가추이를나타내고있어라이프스타일자체를바꿔가는변혁을견인하고있다. 이동통신네트워크의지속적인발전과더불어우리생활에필수적인위치정보서비스기술도많은변화가나타나고있다. 위치정보는산업적서비스측면뿐만아니라공익적인목적을위해서도중요한가치를가진다. 국민의생명과자산을보호할수있도록 2005 년소방방방재청및해양경찰청을시작으로, 2012 년에는경찰청에서도구인구난뿐만아니라사회적범죄대응을위해위치정 보를활용할수있도록위치정보법개정을추진했다. 본고는 LTE 네트워크기술및위치측위고도화기술표준그리고국내통신사업자및관련산업계에서의대응방안에관해고찰하고자한다. 2. LTE 표준및기술동향 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 는 GSM, WCDMA, HSPA 및 LTE 등의기술표준을제정하는국제표준화단체이다 년말까지 LTE 에대한표준화작업을마쳤으며, 현재는 LTE 기술을보완해 IMT-Advanced 의요구조건을만족하는 LTE- Advanced 기술표준화작업을진행하고있다. 3GPP 에서는 Release 라는형태로규격의업데이트를지속적으로진행하고있다. 3GPP TSG RAN WG1 에서물리계층 (Physical Layer), WG2 에서무선프로토콜 (Radio Interface Protocol) 표준화를진행하며, 3GPP TSG SA(Service and System Aspects) WG2에서코어네트워크구조를결정하고이기종망간의핸드오버를지 /

2 UTRAN SGSN LTE-Uu GERAN S1-MME E-UTRAN S1-U S3 MME S11 S10 HSS S6a S4 Serving Gateway S12 S5 Gx PDN Gateway PCRF SGi Rx Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) [ 그림 1] LTE 시스템기본모델 (TS23.401) 원하기위한 SAE(System Architecture Evotion) 표준화가진행되고있다. 2.1 LTE 시스템구성 LTE 시스템은 E-UTRAN(Evolved-Universal Terrestrial Radio Access Network), Serving-GW, PDN-GW, MME(Mobility Management Entity) 등으로구성된다. 주요시스템의기능을좀더상세하게살펴보면다음과같다. E-UTRAN(Evolved-Universal Terrestrial Radio Access Network) 은기지국 (enodeb) 을의미하며, 물리층, MAC 층, RLC 층, RRC 의기능을포함하고있다. 또헤더압축, 사용자영역의암호화, MME 선택, 업링크의베어러속도조정, 업링크 / 다운링크의베어러레벨에서의어드미션제어, 업링크에서의패킷마킹등의기능을수행한다. Serving-GW 는 E-UTRAN에대한인터페이스를종단하는게이트웨이이며, enodeb 내의핸드오버, 3GPP(LTE-CDMA/WCDMA) 간핸드오버에서 MAG(Mobility Anchor Gateway) 기능, 패킷버퍼링 / 라우팅, 과금지원등을수행한다. PDN-GW 는 PDN에대해 SGi 인터페이스로종단하는게이트웨이이다. Serving-GW 와달리 Non-3GPP 시스템과의인터워킹, 사용자마다패킷필터링을실행해단말의 IP 주소할당, 업링크 / 다운링크에서의트 랜스포트레벨로의패킷마킹, UL/UD 의속도변경, DHCPv4, DHCPv6 기능을갖고있다. MME 는 SAE 에서핵심적인모빌리티제어기능을하 며, HSS 를통해사용자인증을실행함과동시에단말 의 Idle 모드에서단말관리, Non-3GPP 액세스네트 워크간의모빌리티제어기능을하고있다. [ 그림 1] 은 3GPP TS 에서제시한 LTE 시스템기본모델을 나타낸것이다. 2.2 LTE 기술동향 3GPP Release 8 기술인 LTE 성능은기존 HSPA 통 신방식대비획기적인성능을갖고있으나, 최근모바일 트래픽폭증에따른사회적트렌드변화는 LTE-A 가 등장하게되는계기가되었다. LTE-A 는 3GPP Release 10 으로분류되며, LTE 기술과는차별화될수있는기 술들이제안되어표준작업과상용서비스가동시에 < 표 1> 통신방식별비교 구분 HSPA LTE LTE-A Downlink 최대속도 28Mbps 100Mbps 1Gbps Uplink 최대속도 11Mbps 50Mbps 500Mbps 표준 Release 7 Release 8 Release 10 채널대역폭 5MHz 1.4~20MHz ~100MHz MIMO 없음 4X4 8X8 대기시간 ~50ms ~10ms ~5ms 접속방식 CDMA DL:OFDMA UL:SCFDMA DL:OFDMA UL:SCFDMA TTA Journal Vol

진행되고있다. LTE/LTE-A의핵심기술은다음과같다. 채널대역폭 : 최대 20MHz까지지원하므로, 이에비례하여전송속도도고속으로가능하다.

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

MIMO(Multiple Input Multiple Out) 기술 : 송신측 안테나와수신측안테나사이의공간통신로에송신측다중안테나로부터다수의신호가보내져수신측다중안테나에수신되게하는방식을사용하여,

데이터의변조방식 : 기존 HSPA 에서 16QAM 변조방식인반면, 64QAM 변조방식을채택하는데한번에 4비트의신호전송을동시에 6비트전송이가능하도록지원한다.

3 진행되고있다. LTE/LTE-A의핵심기술은다음과같다. 채널대역폭 : 최대 20MHz까지지원하므로, 이에비례하여전송속도도고속으로가능하다. 즉 100Mbps 전송속도를실현하기위해서는단방향에서 20MHz 대역이필요하며, 기존통신방식서비스와공용으로사용하지못하므로 LTE 전용주파수대역이필요하다 신호전송방식 : OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 사용으로주파수와시간에의해사용자를다중화할수있어부호화에의해사용자를다중화하는기존통신방식에비해서광대역으로사용하는경우복수사용자의트래픽을보다효율적으로처리가능하다. MIMO(Multiple Input Multiple Out) 기술 : 송신측 안테나와수신측안테나사이의공간통신로에송신측다중안테나로부터다수의신호가보내져수신측다중안테나에수신되게하는방식을사용하여, 고속데이터의송수신지원을가능하게한다 (LTE 4X4, LTE-A 8X8 다중안테나사용 ). 데이터의변조방식 : 기존 HSPA 에서 16QAM 변조방식인반면, 64QAM 변조방식을채택하는데한번에 4비트의신호전송을동시에 6비트전송이가능하도록지원한다. 무선릴레이 (Relay): 저출력기지국을통한서비스커버리지확장과기지국가장자리에서의전송효율을개선시킨다. 캐리어집성 (Carrier Aggregation): 둘이상의주파수를결합해최대 100MHz 까지의전송대역폭과스펙트럼집성을지원하고자 LTE-advanced 에서 중앙제어 자율분산제어 유선전송로 광선로 중심 인접 [ 그림 2] 협력통신기술구성 Coherent/Non-coherent 전송 특정사용자에메인빔제어다른사용자에널 (Null) 제어 (a) 빔포밍 / 협력스케줄 즉석셀선택 (b) 조인트전송 (c) 동적전송지점선택 [ 그림 3] 협력통신의기술분류 /

4 포함시킨다. 협력통신 (CoMP: Coordinated Multi-Point): 기지국간서로협력해간섭을최소화하면서주변셀들을스케줄링하거나, 다중안테나시스템을이용하여단말에가해지는간섭을최소화해전송효율성을 3. LTE 네트워크기반위치측위기술이동통신네트워크기반의위치측위표준은 3GPP, 3GPP2, OMA 등표준추진단체와측위특성에따라 < 표 2> 와같이구분할수있다. 증대시키는기술이다. 특히국내통신사업자는복 잡한이기종네트워크운용과사용자밀집도가높은지역이많아협력통신과같은간섭제어기술도입은필연적이며, 현재본격적인상용추진을위해준비중이다. 3GPP TR 에서협력통신에대한기술표준적합성을진행하고있고, 협력통신적용에대한 4가지시나리오를정의했다. < 표 2> 측위기술별표준비교 표준단체표준규격방식구분측위기술 3GPP RRLP(Radio Resource LCS Protocol) RRC(Radio Resource Control) LPP(LTE Positioning Protocol) 제어평면 3GPP2 IS-801, J-STD-036 제어평면 OMA SUPL(Secure User Plane Location) 사용자평면 GNSS, 네트워크측위 (OTDOA, E- ID) 네트워크측위 (AFLT) GNSS, 네트워크측위 (AFLT, E- ID) 시나리오 1 은기지국내의섹터간협력통신이며, 시나리오 2는기지국사이에광케이블을구성하여기지국간협력통신이며, 시나리오 3은저전력 (Remote Radio Head, 저출력소형기지국 ) 가각각의셀아이디를가지는경우이고, 시나리오 4는저전력 들이모두기지국과같은셀아이디를가지는경우를정의했다. 여기서시나리오 1, 2 는동종네트워크, 시나리오 3, 4는이기종네트워크를가정하고있다. 3GPP LTE 네트워크기반측위기술표준인 3GPP TS LTE Positioning Protocol에서사용자단말 () 과측위서버간측위보조정보가전송되는제반규격을 LPP로규격화했다. 위치측위기술은 E-CID(Enhanced ID), OTDOA(Time Difference of Arrival), A-GNSS(Global Navigation Satellite System) 로정의했으며, 제어평면과사용자평면의위치측위솔루션을동시에지원할수있 는것이특징이다. LTE 네트워크기반측위기능은 E- 협력통신을위해지원하는전송지점간협력방식은 [ 그림 3] 과같이세가지범위를포함하고있다. SMLC(Evolved Serving Mobile Location Centre) 에서주관하고있다. [ 그림 4] 는제어평면및사용자평 협력스케줄링은다른전송지점에미치는간섭을 감소시키기위해신호를전송하는시간또는주파 수자원을적절히전송지점간조절한다. Reference Source GNSS signals(b) LPP 협력빔포밍은다른전송지점에미치는간섭을감소시키기위해신호를전송하는빔방향을적절히전송지점간조절한다. 조인트프로세싱은복수의전송지점들이한개의단말에동시전송또는단말의채널상태를고려하 Target Device LTE radio signals(a) Mesurements(A, B or A+B) or Location Assistance Data Reference Source Location Server E-SMLC/ SLP 여동적으로전송지점변경한다. [ 그림 4] LPP 구성도 ( 제어평면및사용자평면 ) TTA Journal Vol

5 면을위한 LPP 구성도를나타낸다. LTE 네트워크기반측위기술인 E-CID, OTDOA, A-GNSS 에대해알아보자. E-CID 기술은기지국과단말사이의거리정보를추가해측위정확도를개선한방법이며, 단말과기지국으로부터몇몇중요한정보들이필요하다. 단말측정파라미터는송수신시간차, 경로손실, CPICH RSCP, CPICH Ec/No 가필요하다. 기지국측정파라미터는 RTT(Round Trip Time) 이며, 모든액티브기지국에서측정이가능해야하고지형적으로분산된기지국들에서의 RTT 측정은 3각측량을통해단말의위치를찾을수있다. OTDOA 기술은단말의서빙기지국으로부터전송된신호와인접한기지국으로부터전송된신호와의도달된시간차를이용해단말의위치를추정하는기술이다. [ 그림 5] 에서기본적인 OTDOA 측위기술개요도를나타내었다. 추정된전송신호의시간차는거리로변환되어위치추정에활용된다. 최종적인단말의위치추정은서빙기지국과인접하는두개의기지국간의거리차이가일정한지점을두기지국을중심으로두개의쌍곡선을그리고이쌍곡선의접점을단말의위치로결정한다. 단말의위치추정이도달되는시간차를이용한쌍곡선을기반으로산출하므로, 최소 2개이상 의 OTDOA 측정값이필요하다. OTDOA 를이용한위치측위기술에서는단말과기지국간의상대적인거리차로인해전파의근거리 / 원거리문제로인접기지국에서전송되는신호를수신하지못하는가청성문제가발생할수있다. 이러한기지국신호의가청성문제해결을위해 OTDOA 기술에서는 IPDL(Idle Period Downlink) 방식을도입하여개선하는데, 짧은아이들시간주기동안하향링크채널의전송을일시적으로중지하고그시간동안에단말이다른기지국신호를수신할수있도록한다. A-GNSS 는항법위성신호를이용해위치측위를수행하는과정에서이동통신망으로부터측위보정정보를제공받아보다신속하고정확한위치추정을하는서비스기술이다. 특히이동통신단말내에 GPS 뿐만아니라 Glonass 항법위성까지수신가능한통합칩이출시되었으며, 조만간 QZSS, Galileo 항법위성등으로확장될예정이다. [ 그림 6] 은 3GPP TS 에제시된 LBS 시스템구성도이다. 현재국내이동통신사업자들이운용하고있는 CDMA/WCDMA/LTE 네트워크에서위치정보는 GMLC(Gateway Mobile Location Centre) 를중심으로제공되고있다. 모든위치정보의클라이언트가접속하는첫번째관문역할과 HLR 로부터라우팅정보를 RTT Circle Node B-(c) Node B-(b) Node B-(a) Estimated Position Region OTDOA Hyperboloid Um Uu LTE-Uu GERAN A Gb S1 UTRAN E-UTRAN LMU *Note 8 2G- MSC 2G- SGSN 3G SGSN MSC server MME SLs E-SMLC SLm PPR *Note 3 S SLP *Note 7 Lpp E-CSCF MI LRF GMLC *Note 6 Lid Lh/SLh HSS *Note 1 Lc Proprietary Le Le PMD *Note 4 gsmscf *Note 2 Proprietary OSA-LCS OSA API LIMS- IWF *Note 5 External LCS Client [ 그림 5] OTDOA 측위기술 [ 그림 6] LBS 시스템전체구성도 /

6 < 표 3> LTE 측위기술별특성비교 측위기술 환경제한 단말영향 기지국영향 시스템영향 응답시간 정확도 CID 없음 없음 없음 없음 2~3sec 500~1,000m E-CID 없음 작음 작음 작음 3~7sec 200~300m OTDOA 외곽 / 산악 중간 중간 중간 3~7sec 70~150m A-GNSS 실내 큼 작음 중간 9~12sec 10m 응답시간 Rel-8 Rel-9 Rel-10 E-CID CID AoA 요구및인증등록기능을수행하며, MSC 혹은 MME 로부터위치정보를전달받는기능을한다. 3GPP Release 8/9/10 LTE 네트워크기반다양한측 위기술에대해 QoS 를 [ 그림 7] 에서나타냈다. 측위정 확도와응답시간을서비스특성을고려해적절히선택 하는것이바람직할것이다. AECID [ 그림 7] LBS 측위기술의 QoS LTE 네트워크기반측위기술별특성을비교해보면, 측위정확도측면에서는 A-GNSS 기술이우수한반 면응답시간이느리며환경적인제한이뒤따른다. 반면 OTDOA 기술은외곽지역이나인구밀집도가낮아기 지국분포가적은지역에서는가청성문제가존재하므 로품질편차가크게나타날수있다. < 표 3> 에서대표 적인측위기술을비교했다. E-CID 와 OTDOA 의결과 는도시기준의측위정확도이다. A-GNSS UTDOA OTDOA 측위정확도 위치측위기술고도화를선도하고있다. 그동안국내외이동통신사업자는비교적단순한 LBS 사업위주의위치측위플랫폼을운용하고있었으나, LTE 네트워크구축으로인해다양한측위솔루션을확보할수있는계기가되었다. 위치정보는정보보호와관련산업활성화라는상반된기능을동시에갖고있다. 그러므로법률적논리로만접근하면규제강화가올바른선택일수있겠으나, 위치정보가갖는공익적기능을고려한다면기반산업활성화를위해더욱박차를가해야할것이다. [ 참고문헌 ] [1] 3GPP TS , General Packet Radio Service(GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN) access(release 10) [2] 3GPP TR , Coordinated multi-point operation for LTE physical layer aspects(release 11) [3] 3GPP TS , Stage 2 functional specification of User Equipment();positioning in UTRAN(Release 11) [4] 3GPP TS , Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E- UTRA);LTE Positioning Protocol(LPP)(Release 10) [5] 3GPP TS , Functional stage 2 description of Location Services(LCS)(Release 11) [6] 전주성, LBS 단말개발동향및향후대응전략, TTA Journal 123 호, ~6. [7] Ericsson White paper, positioning with LTE, maximizing performance through integrated sotions, 맺음말 이동통신네트워크기술의진화와단말고사양화는 TTA Journal Vol

<4D6963726F736F667420576F7264202D2032303133303330385FB1E2BCFAB5BFC7E2BAD0BCAE2DB8F0B9D9C0CF20B3D7C6AEBFF6C5A92DC3D6BFCF2E646F6378>

<4D6963726F736F667420576F7264202D2032303133303330385FB1E2BCFAB5BFC7E2BAD0BCAE2DB8F0B9D9C0CF20B3D7C6AEBFF6C5A92DC3D6BFCF2E646F6378> 2013-03-08 모바일 네트워크 기술 동향 모바일 네트워크의 개념과 기본적인 배경 지식에 대해 소개하고, 최근 업계 동향을 살펴봄 목차 1. 모바일 네트워크 개요...2 2. 3G 네트워크 기술 소개...4 3. LTE-A 최신 동향...7 최완, wanne@etri.re.kr ETRI 차세대콘텐츠연구소 콘텐츠서비스연구실 ETRI 차세대콘텐츠연구소 콘텐츠서비스연구실