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여정 사
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1 전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 펨토셀기술동향 A Technical Trend Analysis of Femtocell New ICT 방송통신융합기술특집 김준식 (J.S. Kim) 박남훈 (N.H. Park) 김영진 (Y.J. Kim) 펨토셀시스템연구팀선임연구원펨토셀시스템연구팀팀장이동컨버전스연구부부장 목차 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 펨토셀구조 Ⅲ. 펨토셀기술동향 Ⅳ. 결론 가정또는사무실과같은실내의음영지역을해소하고한정된주파수자원을효율적으로사용하여다수의사용자에게보다좋은무선환경을제공함으로써대용량데이터전송서비스를가능하게하는초소형기지국연구에대한요구가많아지고있다. 이에따라, 이동통신기지국의신규설치시기지국자체적으로또는인접한기지국간의자동협업을통하여기지국간간섭을최소화하고기지국의용량을증대시켜서셀커버리지를최적화하는기술에대한연구가필요하게되었다. 이를위한방안으로셀반경을극도로줄여댁내또는소규모비즈니스환경에알맞은무선환경을제공하려고하는펨토셀서비스는보다나은무선환경을필요로하는사용자요구에적극대응하고, 사업자의사업기회를확대하며, 서비스의질적양적개선측면에있어서가장중요하게고려해야할기술이다. 본고에서는이러한펨토셀관련주요기술적이슈를정리하고현재진행되고있는기술동향에대하여살펴보고자한다. 32 C 2009 한국전자통신연구원

2 김준식외 / 펨토셀기술동향 Ⅰ. 서론 최근정보통신의발전과멀티미디어기술의보급이진행되면서가정이나사무실등실내에설치되어기존네트워크와의융합형태를통해이동성과대용량전송을보장하면서이동통신망에접속하는기지국기술이거론되고있다. 또한, 이동통신서비스영역확대와사용자서비스의성능향상및기지국의용량증대를제공하면서사용자에게저렴하고다양한이동통신서비스를지원하는새로운이동통신서비스기술이기지국에서요구되고있다. 이와같은추세에따라, 단말기하나로실외에서는이동통신망을접속하고실내에서는유선전화망이나 IP 네트워크를통해통화할수있는유무선통합서비스인 FMC( 유무선통합 ) 서비스와이동통신망을사용하되집안등특정지역에서이동통신요금을유선보다저렴하게설정해유선서비스를일부대체할수있는서비스인 FMS( 유무선대체 ) 서비스가본격화되고있다. 이를위해서는이동통신기지국셀의신규설치시기지국자체적으로또는인접한기지국간자동협업을통하여인접기지국과의간섭 (interference) 을최소화하여기지국의용량을 용어해설 CAPEX(Capital Expense): 서비스제공을위한설비투자비용으로서미래의이윤을창출하기위해지출된비용 OPEX(Operational Expense): 운영비용, 소모성으로지출되는비용 Self-configuring: 기지국추가설치시기지국내부의구성에따른설치파라미터를자체적으로생성하여기지국초기자동설치와운용전단계로인접기지국식별및관계설정 / 등록, 코어망과의연결설정등을진행한다. Self-optimizing: 인접기지국간신호및트래픽유형의정보를활용하여기지국신호세기를제어하고, 핸드오버파라미터를최적화한다. Self-monitoring: 기지국내부또는인접한기지국감시를통하여수집된정보 ( 트래픽, 라우팅등 ) 를통하여서비스성능저하가되지않도록또는시스템다운이발생하지않도록자체적으로조절 / 제어한다. 증대시키고셀커버리지를최적화하는기술에대한연구가필요하게되었다. 특히셀반경을가정내또는사무실의방하나의공간등으로극도로최소화한환경하에서사용자요구에적극적으로대응하고, 셀을추가설치할때소요시간의단축및운용에따른비용을절감하여사업자의 CAPEX/OPEX 를감소시키며, 장비제조업체의신규시장창출및사용자서비스의질적개선을고려한무선환경을제공하기위한방안으로초소형기지국인펨토셀 (femtocell) 에대한관심이집중되고있다. 펨토셀에대한표준화요구는 2007년초 3GPP [1] 에서표준화아이템으로제안되었으며, 2007년 6월부터 3GPP2[2] 에서본격적인이슈로펨토셀에대한표준화활동이진행되었다. 3GPP에서는펨토셀을 HNB라부르고있으며, TSG-RAN WG4 의주도하에 WCDMA를기반으로한 3G HNB와 LTE 기반의 LTE HeNB 에대한표준화가논의되고있다. 또한, 3GPP2에서는매크로셀간의인터페이스와기존망의영향을최소화하는방법등이주요이슈가되고, CS/PS 서비스를위한망구조 (network architecture), 인터페이스운영 (interface management), 핸드오버방식 (handover scheme), 액세스시스템선택 (access system selection) 및동기화 (synchronization) 등의다양한문제가논의되면서표준화활동을먼저시작한 3GPP2가 3GPP 보다펨토셀표준화에선도적인위치를차지하게되었다. 펨토셀은사용자및사업자에게여러가지의미를줄수있는기술로, 셀을작게구성하고주파수재사용률을획기적으로올려서기존의유선광대역서비스에서제공한대용량서비스를무선에서도저렴한비용으로제공함으로써장소에상관없이고속의데이터서비스를받을수있다는것에의미가있으며이를통해 3G 이후새로운서비스의도입및차세대이동통신시장확대의기반이될가능성을제시하였다. 또한, 신규기지국을설치할때기지국구성을자동으로설정하고, 운영중에인접한기지국및단말과무선환경에관련된데이터를교환하여운용정보를자동으로최적화함으로써기지국의용량증대 C 2009 한국전자통신연구원 33

전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 Network Management Server Evolved Packet Core 및커버리지확대를가능하게해주는 SON 기술에대한표준화는이제막논의를시작하였고, 3GPP에서연구항목 (study item) 으로선정되어진행중에있다.

3 전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 Network Management Server Evolved Packet Core 및커버리지확대를가능하게해주는 SON 기술에대한표준화는이제막논의를시작하였고, 3GPP에서연구항목 (study item) 으로선정되어진행중에있다. 본격적인논의는 2009년에활발하게진행되고있으며 2012년이후에는본격적인시장이형성될것으로예상된다. ( 그림 1) 은 3GPP에서표준화가진행중인 LTE- Advanced 시스템을기반으로한펨토셀기술개념도로서 LTE-Advanced 펨토셀의 SON 기술은기지국추가설치시기지국내부의구성에따른설치파라미터를자체적으로생성하고기지국초기자동설치와운용전단계에서인접기지국식별, 관계설정 / 등록및코어망 (core network) 과의연결설정등을진행하는 self-configuration( 기지국구성자동설정 ) 기술과인접기지국간신호및트래픽유형정보를활용하여기지국신호세기를제어하고핸드오버파라미터를최적화하는 self-optimization( 기지국운용자동최적화 ) 기술을포함한다. 이러한기술과더불어 LTE-Advanced 펨토셀은이동성 (mobility) 기술과 CSG를이용한펨토셀기지국선택기술및셀간간섭회피기술등이적용된다. 1. 펨토셀 LTE-Advanced Macrocell Self-configuration LTE-Advanced Femtocell LTE-Advanced Femtocell Self-optimization LTE-Advanced Femtocell ( 그림 1) LTE-Advanced 시스템을위한 SON 및펨토셀기술개념도 Ⅱ. 펨토셀구조 Femto BS Broaband (xdsl, Cable, Fiber Fast Ethernet) 펨토셀은가정이나사무실등옥내에설치된브 로드밴드망을통해이동통신코어망에접속하는초소형이동통신기지국이다. 펨토셀의명칭은 10의마이너스 15승 (100조분의 1) 을의미하는 펨토 와이동전화의통신가능범위를일컫는 셀 의합성어이며, 셀반경 10 미터이하의커버리지를제공할수있는기지국을의미한다 [3]. 펨토셀은실내커버리지를확대하고통화품질을향상시키며다양한유무선융합서비스를효율적으로제공할수있는다양한장점을가지고있다. 또한, 가입자및관련사업자측면에서펨토셀은많은이점이있다. 우선, 가입자가얻을수있는이점은기존이동통신사업자가서비스를제공하지못하던실내나지하까지도양질의통화품질을보장받는서비스를제공받을수있는것이다. 그리고증가된데이터전송률과호출시간감소로통화품질이높아지며, 허가받은주파수를사용하기때문에비인가대역을사용하는 Wi-Fi 보다연결속도가빠르고안정성이높다. 지속적인신규통신서비스출현과고품질화에따른통신비부담이증가하는상황에서유무선융합을통한통신비절감은펨토셀이기존가입자뿐만아니라새로운가입자들을유도할수있는중요한요인이다 [3]. ( 그림 2) 는현재의 3GPP 시스템상에서구성가능한펨토셀의여러가지망접속방식을도시한것으로서, 펨토셀은기본적으로기존의이동통신망으로의직접또는간접접속을원칙으로하고있으나, 망설계의유연함을제공하기위하여 IMS 망접속도고려되고있다 [4]. 펨토셀에요구하는기본기능은먼저 self-configuration에따른 plug & play 기능이지원되어야한다. 여기에는 IP address, RF/Radio 파라미터, 네트워크파라미터, 소프트웨어설치등이포함되며, 인증, 승인을포함한보안절차도운영자의도움없이수행되어야한다. 장기적으로펨토셀은가정및사무실에서유무선의음성및데이터서비스를통합제공하기위한방안으로활용될수있다. 사용자의편의를위하여매크로또는펨토셀간의음성 / 데이터서비스에대한연속성 (hand-in/hand- 34 C 2009 한국전자통신연구원

4 김준식외 / 펨토셀기술동향 Iub 인터페이스를통하여 RNC 에접속 UMTS HSDPA UE xdsl xdsl ISP Network Secure Gateway Iub Cellular Network Iu-cs RNC Iu-cs MSC/MGW Iu-ps Concentrator 를통해 Core 망접속 Iu-ps UMTS HSDPA UE xdsl xdsl ISP Network Concentrator SGSN SIP/IMS 기반접속 SIP Phone UMTS HSDPA UE xdsl xdsl ISP Network ( 그림 2) 3GPP 시스템에기반한펨토셀접속방식 IMS Network SIP Gateway SMLC CBC UE CPE Uu HNB UE HNB HNB GW SEGW GANC CPE Generic IP Access Network User Equipment Home NodeB Home NodeB Gateway Security Gateway Generic Access Network Controller Customer Premise Equipment Out of Scope Up Iu-pc TR-069 Iu-bc HNB GW (a.k.a GANC) SEGW HNB Mgmt System Iu-cs Iu-ps Wm MSC SGSN AAA Proxy/ Server HPLMN/VPLMN Wd HPLMN(Roaming Case) D /Gr HLR ( 그림 3) LTE 시스템에기반한 Home NodeB 기능구조 out) 이보장되어야하고, 액세스제어 (access control) 에의한사용자접속제어가가능하여야한다. 여기에는여러가지서비스가존재할수있는데등록된사용자와일반사용자를구분하여접속허용 여부를결정하게되며제공되는서비스의차별을둘수도있다. 이때단말은접속이가능한펨토셀을인식할수있어야하고, 반대로펨토셀은연결이허용된단말 / 사용자에게만접속을허용해야한다. 또한 C 2009 한국전자통신연구원 35

5 전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 Uu Up Iu-cs CC/SS/SMS CC/SS/SMS MM MM RRC RRC GA-RRC GA-RC GA-RRC GA-RC RANAP RANAP TCP TCP RLC RLC Remote IP Remote IP MAC MAC IPSec ESP Transport IP Transport IP IPSec ESP Transport IP Signaling Transport Layers (TS ) Signaling Transport Layers (TS ) L1 L1 Access Layers Access Layers Access Layers UE HNB Generic IP Network HNB-GW MSC ( 그림 4) LTE 시스템에기반한프로토콜구조 펨토셀이 DSL 또는브로드밴드등의유선망과접속되므로고속데이터전송을위한서비스가제공되어야하고이에따른 QoS 제어가가능해야한다. 펨토셀기반의서비스시나리오에따라차별화된과금 (charging/billing) 방안및신뢰성있는데이터를제공할수있어야하고, 펨토셀 -펨토셀, 펨토셀 - 기지국간간섭완화를위한자원배분및스케줄링방안을확보하여야한다. 펨토간간섭완화를위해서는빔포밍 (beam-forming), 구동제어 (activation/ inactivation) 방안등이검토되고있다. 마지막으로기존단말의음성호를 IMS 호로전환하여제공하기위한방안이있어야한다. 이것은음성호의연속성측면에서핸드오버시나리오와함께제공되어야할기능이다 [5]. ( 그림 3) 과 ( 그림 4) 는현재 3GPP에서표준화가논의되고있는 LTE 시스템기반의펨토셀인 Home NodeB의기능구조및프로토콜구조의예를도시하고있다 [6]. 2. SON SON은서로다른개체들이결합하여상호작용함으로써더좋은효과를기대하는 self-organization 의개념을이용하여네트워크를더안정적이고효율적이면서확장가능하게구성하는것을목적으로한다. 특히차세대이동통신망에서는펨토셀같은노드들이서비스제공자 (service provider) 에의해지정된최적의위치에설치되는것이아니라, 사용자가설치하는것으로미리셀설계를할수없으므로노드스스로가주변환경을탐지하여최적화를수행하여야한다. 따라서이때의 SON은노드를옥내및옥외에설치할때노드가스스로네트워크에접속하고, 주변환경에따라적절히셀플래닝 (cell planning) 을수행하는기능을갖춘네트워크로정의할수있다. SON은구조화측면에서요소들이특정한방법으로조직화되고상호작용하면서기능측면에서전체시스템이특정한목적을만족시켜야한다. 즉, 이동통신기지국셀의신규설치및최적화를기지국자체적또는인접한기지국간자동협업을통하여진행하여기지국용량증대및커버리지를확대하는기술로서, 서비스로는이동통신기지국계열 (macrocell, multi-hop relay, HeNB) 시스템및장비에서 selfconfiguration, self-optimization 기술을통하여사업자의비용을감소하고, 기지국용량증대및커버리지확장그리고사용자서비스성능향상을제공 36 C 2009 한국전자통신연구원

6 김준식외 / 펨토셀기술동향 한다. 핵심기술은주변기지국및단말정보를수집 / 측정하여성능향상및트래픽균형제어를하는 SON 기술을말한다. 유선통신분야에서자율적구성 (autonomous configuration) 및라우팅테이블자동구성등과개념적으로유사하지만, 이동통신분야에서 SON 기술은 radio/transport 파라미터구성이나파라미터최적화그리고기지국용량최적화 / 커버리지확장과같은이동통신기지국계열에서다르게접근되어야한다. SON은기술적인측면에서크게 3단계로분류된다. 1 셀플래닝단계를거치지않고, 초기설치프로파일에근거하여자체적으로무선기지국의설치 (IP 획득, 기지국인증, 액세스게이트웨이와결합 ) 와무선자원파라미터설정등의 self-configuration 기술, 2 인접한기지국신호를측정하거나, 기지국내의가입자단말로부터주변기지국정보를수집하는등인접기지국수집및식별을통하여인접한기지국리스트최적화와가입자및트래픽변화에따른커버리지, 용량확대를위한스스로무선자원을최적화하는 self-optimization 기술, 3 그리고기지국내부및인접한기지국모니터링을통하여수집된정보 ( 트래픽, 라우팅등 ) 를통하여서비스성능저하가되지않도록자체적으로조절 / 제어하는 selfmonitoring 기술이라할수있다. Self-organization은 < 표 1> 에서와같이 5가지범위로구분지어질수있고, 보통다음 4가지기본적인요소를활용하여운영한다 [7]. Positive feedback( 긍정적피드백 ) Negative feedback( 부정적피드백 ) Balance of exploitation and exploration( 정보수집, 활용의균형 ) Multiple interactions( 다중상호작용 ) < 표 1> Self-organization 의범위 Self-healing - 자동적인탐지, 위치설정, Failure 수정 Self-configuration - 현재상황에부합하는적절한설정 Self-management - 장비또는네트워크의유지관리 Self-optimization - 방법및파라미터결정의최적화 Adaptation - 주변환경의변화에대한적응 이는 self-organization 시스템의노드가환경을관찰하고다른노드와상호작용함으로써수집한정보를활용하고균형을맞추면서동작한다는것을의미한다. SON에대한많은논문및표준문서들을보면무선이동통신망에서의 self-organization이다음과같은주기를가지고있는걸알수있다. 우선, 각각의노드들이무선환경을감지한다. 여기서환경에대한감지는각각의노드가위치기반의정보를수집하고, 이를특정중앙노드에게전송하거나하지않는다. 지역적인정보만으로동작을결정하고개별적으로최적화하는알고리듬을적용한다. 이렇게결정된동작을실행에옮겨서시스템을혹은노드를재구성해주고, 각각의노드들이계속적으로환경을모니터링하고있으므로이웃의노드들이변화를감지할수있다. 즉주변노드들도변화를감지하여 selfoptimization을수행하고자신의설정을변경하는과정을수행하게된다. 이렇게각각의요소들이변화에적응하고재구성하는과정을주고받으면서상호작용하게된다. 또한이러한동작들이전체적인시스템의목적을만족시키는방향으로이루어진다 [8]. 각각의노드가지속적으로환경에대해모니터링을하고 positive feedback 혹은 negative feedback을받는다. Negative feedback이올경우새로이최적화를수행하여야한다. 이는 self-healing 에해당하는것으로 SON 기술에서는갑작스러운변화가나타날때도노드의수가증가할때도안정적으로동작할수있어야한다. 이러한펨토시스템은서비스제공측면에있어서장점이있는반면많은수의기지국이필요하다는점에서설치와운용을위한비용이크다는약점을지닌다. 또한단순히중앙집중식의관리만으로는각셀에서시시각각발생하는환경변화에효과적으로대응하는데어려움이있다. 따라서이에대한대안으로현재진행중인표준화작업에서는펨토시스템에대한 SON의적용이중요한이슈로다루어지고있다. 실질적으로펨토셀에적용되는 SON의동작은 ( 그림 5) 에서와같이기지국에전원을넣고 RF 송신 C 2009 한국전자통신연구원 37

7 전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 Self-configuration (pre-operational state) Self-optimization (operational state) 전원공급또는케이블연결 1 단계 : 기본설정 2 단계 : 초기 radio 설정 3 단계 : 최적화 / 적응 1. IP 주소설정및 OAM 탐지 2. 인증 3. GW 설정 4. 소프트웨어내려받기 ( 파라미터내려받기 ) 1. 이웃목록설정 2. 서비스영역 / 용량과관련한파라미터설정 1. 이웃목록최적화 2. 서비스영역및용량최적화 인간의관여를최소화이를기반으로한 SON 시스템은사용자가별도의도움없이설치운영하여야하기때문에 O&M의측면에서의관리방법이중요하다. 초기설치및전체적인시스템을운영하는데필요한구성관리, 효율적이고최적화된운영을위한성능관리, 장애가발생했을경우이를감지하고사업자에의해서원격진단을가능하게하는오류관리, 안전한데이터의전달을위한보안관리, 오류및시스템상황분석을위한추적 (trace) 관리, 동작상황검증및에러복구확인을위한테스트관리등으로나누어볼수있다 [8]. ( 그림 5) Self-configuration 과 Self-optimization 동작흐름 준비상태까지완성하기위한기지국초기화과정과자동설치프로그램에의해시스템동작에필요한기본정보를세팅하는등의기본적인동작을포함하는 self-configuration 범주의기능과단말 / 기지국의 ( 성능 ) 측정기능을이용하여네트워크를자동최적화하는절차및 optimization/adaptation 과정등펨토셀운영중에작동이가능한 self-optimization 범주로나누어져운영된다. 각각의단계는상태에따라천이되며, 최적화단계에서는초기설정단계에서작성된이웃목록및서비스영역그리고용량에대한최적화과정이수행되어적용된다 [9]. 기존의셀룰러시스템에서는중앙집중식관리를통하여동일한시스템파라미터를사용함으로써모든기지국과단말기들이동작한다. 또한변경사항이발생하는경우전체시스템에대한재정의가필요하였다. 이에반해 SON 시스템에서는기본적으로다음과같은설계개념을바탕으로한다. 각기지국및단말기가속한지역에적합한각각의파라미터로동작 (QoS, handover, neighbor cell list, frequency & power allocation) ㄱ 환경변화에따른해당파라미터의효율적인적응방법 동작과정을최소화하면서최적화수행 (control signaling & distributed operation) ㄱ 1. 기술적이슈 Ⅲ. 펨토셀기술동향 펨토셀은현재앞에서언급했던표준화단체들을통해규격이적립되어가고있는단계의기술이고요구사항및기반기술에대한정리가진행중에있으므로이와관련하여좀더구체적으로논의가진전되고있는 3GPP2에서의표준화이슈를통해현재의기술동향을정리하면다음과같다. 구조 (architecture) 및기본기능 (basic functionality), 이동성 (mobility), RF 이슈 O&M, Self-optimization, Self-configuration Identification/QoS/Scalability 및 Security EPC/SON을위한네트워크동기화 핸드오버절차및관련파라미터설정 간섭제어방안 등이지만, 전반적으로는상위요구사항외에는결정된사항이없고아직까지는거의모든이슈들이오픈되어있는상태이다 [10]. 가. 네크워크구조이슈 1) 회선서비스 (circuit service) 회선서비스관련해서는대략두가지안으로의 38 C 2009 한국전자통신연구원

8 김준식외 / 펨토셀기술동향 견이정리되고있는상태이다. 삼성, Huawei, Qulacomm 등이제안한 MSC/MGW 와펨토셀간의인터페이스를 IOS 규격으로정의하자는안과 Tarara, Airvana, ALU 등이제안한 IMS 기반의인터페이스안이그것이며, 중간적인입장에서 phased approach 를통해 1단계에서는 IOS 인터페이스로정리하고, 2 단계에서 IMS 인터페이스를도입하자는안도논의되고있다. 2) 패킷서비스 (packet service) 패킷서비스관련된제안도크게두가지로나뉘어있다. 삼성, Huawei, KDDI 등이회선서비스와마찬가지로 IOS 인터페이스를도입하자고주장하는데반해, Airvana와 ALU 등은 PCF를펨토셀로통합하고, PDSN과펨토셀사이의인터페이스를정의하자고주장하는스플릿 (split) 구조를제안하고있는데, 이에대한논의는향후좀더진행되어야할것으로보인다. 나. Radio 이슈 1) 간섭제어펨토셀과매크로망의셀이계층적구조를가지면서생기는간섭문제, 펨토셀간의간섭문제, 그리고펨토셀내부의간섭문제등은네트워크의적용과성능구현에필수적인고려요소이지만, 아직까지뚜렷한해결책이나개선방안이제시되고있지못하다. 다만, 몇몇제조업체에서펨토- 매크로간간섭의시뮬레이션 / 분석결과를제시하고있는상황이다. 2) 시스템선택 (system selection) 계층적셀구조하에서매크로망을선택할지, 혹은내부에무수하게많이존재하는펨토셀중어느셀을선택할지를정하는방법또한중요한표준화이슈이며다음과같이나눌수있다. 펨토셀비컨 (beacons) 선호로밍 (roaming) 리스트 선호사용자영역 (user zones) 첫번째, 펨토셀비컨방식은 pilot, sync, paging 채널 (channels) 등을통해펨토셀을구별하도록하는방법으로비컨파워가클경우에는스펙트럼오염 (spectrum pollution) 을일으킬가능성이높으며, 너무낮을경우에는셀감지신뢰도가떨어질수있다는단점이생길수있다. 따라서이를적절히배분하여활용할수있는방안이필요하다. 두번째, 선호로밍리스트방식은찾고자하는 RF 밴드나채널의리스트로이루어진애퀴지션테이블 (acquisition table) 과 SID(System ID), NID (Network ID) 의조합으로이루어진시스템리스트 (system list) 를활용하여주변의펨토셀들을관리하는방법이다. 세번째, 선호사용자영역을활용하는방법은사용자의단말기가특정지역의펨토셀에만접속하는패턴이있다는특징을활용하여, 선호영역을설정하고, 그선호영역에사용자가들어올때매크로셀에우선하여펨토셀을찾도록하는방법이다. 이외에도다수의제안들이시스템선택방안으로제시되고있으나, 현재는논의만진행되고있다. 다. 핸드오버이슈핸드오버관련해서는허용범위에관한논의가주를이루고있다. 현재까지논의된바로는펨토셀에서매크로망으로진행하는경우의핸드오버는필수로하고나머지경우, 즉매크로망에서펨토셀로들어오는경우와펨토셀간의핸드오버인경우등은선택적으로적용하도록하자는의견이대세이다. 그밖에몇몇제조업체에서해당절차에대한제안을제출하고있어파라미터정리와함께향후논의사항으로제시되고있다. 라. 동기화이슈펨토셀에동기를공급하기위한방법은시스템의운용의신뢰성을높이는데최우선적으로고려되어 C 2009 한국전자통신연구원 39

9 전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 야할사항이나아직까지는뚜렷한해결책이나오지는않고있다. 주로 IEEE-1588이제안하는패킷망상의동기분배방식이나매크로망에서동기화신호를받아오는방법등이고려되고있다. 현재패킷망상의타이밍솔루션 (timing solution) 을정리하기위해활동하는표준화단체는 ITU-R SG 15에서 G.8261을가지고 Timing over Packet 과 Synchronous Ethernet 주제의작업을진행중이며, IEEE에서는 1588 버전 2 작업을마무리짓고있는중이다 [10]. < 표 2> 와 < 표 3> 은각각 3GPP 에서논의중인펨토셀및 SON 관련표준문서로서현재는많은부분이보완되어야할상황이다. TR 문서에서제안하는펨토셀요구사항은다음과같다 [6],[11],[12]. H(e)NB는다른채널을사용하는사용자의성능을심각하게열화시켜서는안된다. H(e)NB는기존의 (e)utran 과동일한채널을사용할수있어야하며, 이러한경우에있어서기존의시스템대비심각한성능열화가있어서는안된다. H(e)NB는독립적으로존재하거나또는같은지역에여러개의 H(e)NB가존재하는경우에도 Study 문서구분 Requirement Architecture & Function < 자료 >: 3GPP 문서구분 Use Case Concept & Requirement < 자료 >: 3GPP < 표 2> 펨토셀관련표준문서 < 표 3> SON 관련표준문서 - TR (RAN3) - TR (SA5) - TR 23.8xx - TS TS LTE Home enodeb - SP , SP TR TS (SA1) - TS (SA1) - R3.020 (RAN3 internal) - TS (RAN2/3) - R3.020(RAN3 internal) - TS (RAN2/3) LTE Home enodeb 같은성능을제공해야한다. 기존의단말기를수용할수있어야한다. 단말이 H(e)NB를찾는경우에단말은매크로셀보다펨토셀에우선권을가지고있다. 2. 기술동향유럽의대표적이동통신사업자인영국보다폰 (Vodafone) 그룹은 2008년 1월가정용주택과사무실의음영지역해소를위하여펨토셀기술을테스트했다. 보다폰은펨토셀전문장비업체인 Ubiquisys의제품을검토한것으로보도되었고, 전문가들은보다폰의이러한시도가펨토셀기술문제를해결하는데도움이될것이라전망하고있다. 영국의또다른이동통신사인 T-모바일은 Huawei로부터장비를공급받아펨토셀장비에대한테스트를시작하여최근에시험을완료하였다. 북유럽의대표적이동통신사인 TeliaSonera 는 2008년봄, 스웨덴등 2개시장에서펨토셀장비를시험하기위하여이미 2개의벤더를선정하였으며, 엔드유저를대상으로현장테스트를개시할예정이다. TeliaSonera는스웨덴, 노르웨이, 덴마크등북유럽시장에서운용중인 UMA 기반 Wi-Fi/GSM 듀얼모드 FMC 서비스인 Home Free 를펨토셀과통합하여서비스를향상시킨다는전략이다. 에릭슨 (Ericsson) 의경우 3G 서비스를지원할수있는펨토셀솔루션을발표하였다. 이솔루션은가정용액세스포인트 (access point), 초소형 GSM 기지국을포함한모델로서, GSM 및 W-CDMA 단말을지원하며, Wi-Fi 및 ADSL 인터페이스를포함하고있다. 또한 plug & play 방식을지원하며, IP 백홀망에연결하는구조를가지고있다. 이러한솔루션은이동통신사들이실내거주자들을대상으로저렴한요금제를제공할수있는기회를제공한다. 노키아지멘스 (Nokia Siemens) 는오픈인터페이스기반의게이트웨이형펨토셀을제공하고있다. 노키아지멘스의펨토게이트웨이와 RadioFrame의 OmniRadio CPE를결합함으로써펨토셀운영경비 40 C 2009 한국전자통신연구원

10 김준식외 / 펨토셀기술동향 와번들링상품출시비용, 매크로셀의트래픽부담을경감시켜 ARPU를증가시킬것으로예상하고있다. 프랑스의통신사업자인 FT는이동통신분야자회사인 Orange 를통해펨토셀벤더들에게지역크기별펨토셀물량도입에따른비용을파악하기위한제안서 (RFP) 를발송하였다. FT는펨토셀장비를사용자들에게대여하는방식으로제공할계획이다. FT는펨토셀을통해더많은사용자들을확보하고나아가홈영역의전체통신수요를커버하려는전략을가지고있다. 피코셀 (Picocell) UMA 전문업체인 IP Wireless 는유선사업자와의경쟁을위해 3G 펨토셀기지국인 Oyster 를선보였다. 이는우편엽서크기의초소형기지국으로, 가입자의집안또는실내에설치된유선광대역망을통해연결되며, 가입자단말장비와관계없이 3G용단말에대하여최대 7 Mbps 를지원한다. NextPoint는자사의펨토셀게이트웨이와네트워크전문솔루션업체인 ZTE의 UMTS 제품결합을통해펨토셀솔루션을발표하였다. 양사의결합서비스를통해가정과직장과같은실내음역지역의수신성능을대폭개선함과동시에이동통신망가입자에게보다신뢰성있는무선접속서비스를제공할수있게되었다. 미국의모토롤라 (Motorola) 가 2007년 2월펨토셀전문벤처인 Netopia 를인수한데이어, 인터넷검색업체인 Google이또다른펨토셀업체인 Ubiquisys에지분을투자하기로결정하였다. 구글 (Google) 의 Ubiquisys 지분매입은 700 MHz 주파수확보, 스프린트넥스텔 (Sprint Nextel) 과의 WiMAX 제휴에뒤이어이동통신시장에참여하기위한포석으로풀이된다. 세계최대의 DSL 모델업체인 Thomson 은펨토셀장비개발을위해유럽의노키아지멘스네트워크와손을잡았으며, Wi-Fi 라우터업체인 Netgear 는소수의관련기업 (Airvana, PicoChip, Radio- Frame Networks, Ubiquisys 등 ) 과함께펨토셀표준화및시장확산을지원하는단체인펨토포럼 (Femto Forum) 을발족했다. 미국 3위의이동통신업체인스프린트넥스텔은덴버와인디애나폴리스에서세계최초의펨토셀상용서비스인 Airave 를 2007년 9월실시하였다. 장비는삼성에서자체개발한 유비셀 (UbiCell) 을구입하여사용하였다. 이서비스는월정액 15달러의정액요금제로무제한통화를제공한다. 스프린트넥스텔은 2008년까지미국전역으로서비스를확대할계획이라고한다. 사용가능단말에제한은없으며 Cdma2000-1x로구현된단말은모두가능하다. 이서비스의기지국은초고속인터넷망에접속된다. NTT DoCoMo의경우 2007년 7월전용 IP 망을이용하여펨토셀기지국접속테스트를실시한바있으며, SoftBank Mobile은 FTTH/AOSL 을 IP 백홀로사용하여이동통신망에접속하고트래픽은인터넷을경유하는시험을실시하였다. 양사의도입형상은비슷하지만추진전략은상당히다른면이있는데, NTT DoCoMo는기존서비스의서비스커버리지확장에목표를두고있는반면, 소프트뱅크모바일 (SoftBank Mobile) 은신규서비스도입과홈네트워크게이트웨이로활용할예정이다. 소프트뱅크모바일에서는 Ubiquisys 로부터 3G 펨토셀을공급받아 2009년에펨토셀서비스를시작할것이라고발표하였다. 한편주파수간섭문제가심할것으로예상되어적극적으로나설생각없다며소극적인행보를보이고있는 KDDI도국내벤처기업인콘텔라를펨토셀공급업자로선정하는등펨토셀시장진입을위한기반을마련중이라할수있다. 일본 NEC는영국의 Ubiquisys 사의장비를이용해펨토셀솔루션을제시하였다. 이소형기지국은 ADSL 및 FTTH 회선을이용해 IP 백홀을구현하였다. 중국의대표적인네트워크사업자인 Huawei에서는펨토셀부문에서가장적극적으로개발에나서고있다. 2009년 1월싱가포르의제 2 이동통신사업자인 StarHub와 3G W-CDMA 기술을이용한펨토셀서비스를시작하였다. 또한일본 emobile 과도펨토셀출시를위한협력이진행중이어서해외에서 C 2009 한국전자통신연구원 41

11 전자통신동향분석제 24 권제 3 호 2009 년 6 월 의펨토셀시장은초기상태로진입하고있는상황이다 [3]. 현재까지세계각국의펨토셀개발현황은 FMC, FMS 서비스등이서로경쟁적으로혼재되어장비개발등이진행되고있는상황이고, 기타의여러가지융합서비스및솔루션이제안되고있는상황이다. Ⅳ. 결론 펨토셀은현재표준을정하고있는단계의기술이지만미국, 유럽, 일본등과같은세계각국의이동통신주요기업들은이미시제품을내고펨토셀도입을추진하고있으며, 국내에서도상당한관심을보이고있다. 아직까지펨토셀에대한연구가매우미흡하기때문에본고에서는성장잠재력을지니고있는펨토셀에대한정의, 기술현황, 업체동향을정리함으로써현재의펨토셀현황에대하여이해를돕고자하였다. 펨토셀은아직까지구체적인시장을형성하지못하고있으며표준조차정해지지않았기때문에명확한시사점을제안하기에는아직까지미흡한점이많다. 앞으로의연구에서는현재기술적으로미진한부분에대한보완과시장및서비스등의개발에도노력하여 SON 및펨토셀기술의활성화방안을제시할것이다. GSM Global System for Mobile communications G/W GateWay HeNB Home envolved NodeB HNB Home NodeB IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineer IMS IP Multimedia Subsystem IOS Internetwork Operating System ISP Internet Service Provider ITU International Telecommunication Union LTE Long Term Evolution MGW Media GateWay MSC Mobile Switching Center O&M Operation and Maintenance PCF Packet Control Function PDSN Packet Data Serving Node PS Packet Switching PSDN Public Switched Data Network QoS Quality of Service RF Radio Frequency RNC Radio Network Controller SGSN Serving GPRS Support Node SIP Session Initiation Protocol SON Self Organizing Networks TSG-RAN Technical Specification Group-Radio Access Networks UMA Unlicensed Mobile Access W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access Wi-Fi Wireless Fidelity xdsl x Digital Subscriber Line 3GPP AOSL ARPU CPE CS CSG DSL EPC FMC FMS FTTH FT 약어정리 3rd Generation Partnership Project Authorized Organizational Stockage List Average Revenue Per Unit Customer Premises Equipment Circuit Switching Closed Subscriber Group Digital Subscriber Line Evolved Packet Core Fixed Mobile Convergence Fixed Mobile Substitution Fiber To The Home France Telecom 참고문헌 [1] [2] [3] 노미진, 김주성, 유무선통합시대의펨토셀동향및비즈니스모델, 전자통신동향분석, 제23권제2 호, 2008년 4월, pp [4] 류원, Fixed Mobile Convergence Technology, 유무선통신융합네트워크 Femtocell Network 학술대회, June [5] 제2회유무선방송통신네트워크단기강좌, Femtocentric LTE and WiBro Evolution Network, C 2009 한국전자통신연구원

12 김준식외 / 펨토셀기술동향 [6] 3GPP TR R3.020 v0.9.1, Home (e)nodeb; Network Aspects(Release 8), Nov [7] [8] 고정하, 박경민, 윤강진, 김영용, SON의개념및기술개요, 정보통신기술, Vol.22, Nov [9] 3GPP TS V8.6.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall Description; Stage 2 (Release 8), [10] 박평규, Femto Cell, TTA 저널, 114호, [11] 3GPP TR v8.2.0, 3G Home NodeB Study Item Technical Report, Sep [12] 상영진, 김광순, 펨토셀자기구성기술동향, 한국통신학회, Dec C 2009 한국전자통신연구원 43

슬라이드 1

슬라이드 1 Fixed Mobile Convergence Technology 2008. 6. 24. 류원 (wlyu@etri.re.kr) 융합미디어인프라연구팀방송통신융합연구부문 1 목차 FMC 및 Femtocell 개요 FMC 표준화동향시장및국내외사업자동향 Femtocell적용분야및예상서비스 FMC 및Femtocell서비스전략맺음말 2 FMC Fixed Mobile Convergence