목차 개 요 LTE(Long Term Evolution)의 개요 및 기술의 발전방향과, 관련된 중요세부사항 및 기술에 대하여 파악하여, 향후 진행될 4G 사업수행시 관련된 예비지식을 습득하여 공사수행에 필요한 개인의 역량향상을 도모하며, 고객 NEEDS의 신속한 대처와

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1 LTE 개요 및 발전방향 김용구(수도권 중계기지사) ( 水 )

2 목차 개 요 LTE(Long Term Evolution)의 개요 및 기술의 발전방향과, 관련된 중요세부사항 및 기술에 대하여 파악하여, 향후 진행될 4G 사업수행시 관련된 예비지식을 습득하여 공사수행에 필요한 개인의 역량향상을 도모하며, 고객 NEEDS의 신속한 대처와 적기개통 및 최상 품질 제공을 제공하는 예비지침서의 역할을 수행한다. 중요 내역 세부 Activity LTE 개요 및 동향 LTE/SAE VoLTE(Voice over LTE) NSN s Fast Track Voice over LTE One Voice Initiative LTE 무선 접속 기술 - 4G 표준화 일정 - LTE와 WiMAX의 비교 및 구현동향 - 4G의 통신시장 영향 - LTE 개요 및 특징 - LTE Advanced의 표준개발 일정/ 예상방향 - LTE/SAE의 개요 LTE망의 연동 - 구성요소의 세부기능 - VoLTE 중요 이슈 및 접근방향 - IMS방식 - CS Fallback방식 - VoLGA방식 - 개발활동 이력 - Flexi Multimode Base Station -NSN(Nokia Siemens Networks) s Fast Track Voice over LTE NETACT - EPC - - One Voice의 UE와 Network Protocol Stack - 다중접속기술 - 셀 탐색 기술 - Random Access - 채널 멀티 플랙싱 - MIMO 기술 - 1 -

3 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 4G 표준화 일정 Mobile WiMAX (IEEE 802) - 삼성전자, KT, SKT에서 주도 년 IEEE에 국제표준 채택 년 3G 이동통신의 6번째 표준기술 년 국내 상용서비스 시작 LTE (Long Term Evolution) - 노키아 및 유럽 통신업체 주도 - 대부분의 유럽 이통사는 4G로 LTE 선택 가능성이 높음 - LTE: 20MHz 대역에서 DL(100Mbps), UL(50Mbps) 데이터 전송속도를 지원 하는 IP기반의 셀룰러 기술 - LTE Advanced: 100MHz 대역에서 DL(1Gbps), UL(500Mbps) 데이터 전송 속도를 지원하는 무선통신 기술 - LTE Advanced 표준은 2010년 말 완성 계획, 2012년 초기 상용화 목표 국제전기통신연합(ITU) 년 4G 기술을 IMT-Advanced 로 명명 - 고속 이동시 100M bps 이상, 저속 이동 또는 정지시 1G bps 전송속도 보장 ITU는 2009년부터 2010년까지 4G기술 표준화를 위한 기술제안 및 평가작업을 거쳐서 2011년 최종 4G 기술표준을 확정할 계획임. ITU에 서 정의한 4G 요구사항을 충족시키는 기술후보는 LTE 와 WiMAX 2개 기술 존재. 2

4 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 LTE와 WiMAX의 비교 및 구현 동향 구분 LTE WiMAX 구분 구현 동향 개요 기술 특징 GSM/WCDMA 계열의 4G 기술 OFDM 기반의 데이터 서비 스 이동 중 100Mbps이상 지원 인텔을 중심으로 한 표준화 된 무선 Broadband 기술 OFDM기반의 데이터 서비 스 이동 중 100Mbps 이상 지원 (wave3) CDMA Verizon(미국): 2010년 700MHz 대역의 LTE 상용 화 예정 KDDI(일본): 현재 WiMAX 사업자에 지분 참여 중 이나 향후 LTE 도입 예상 Sprint Nextel(미국): WiMAX 채택, Clearwire와 JV로 2008년 9월 좀(Xohm) 서비스 시작 사업자 동향 상용화 일정 WCDMA 사업자, CDMA 사 업자 등 대부분의 기존 이통 사가 채택 예정 -2009년말: NTT DoCoMo -2010년: Verizon -2012년: AT&T 이통사는 Sprint Nextel이 서비스 예정. 유선사업자가 초고속인터넷 의 무선확장으로 활용 2009 ~ 2010년 도입예정 (현재 국내 및 일부 국가에서 는 최대 20~30Mbps 수준의 wave1, 2서비스 제공 중) WCDMA 비무선 NTT DoCoMo(일본): 2009년말 LTE 서비스인 Super 3G 상용화 예정 SoftBank(일본): HSPA+ 도입 후 LTE 진화 계획 Vodafone(영국), Orange(프랑스), T-Mobile(독일): 유럽 이통사는 LTE를 지지하며, 2012년 상용화 예정이나 HSPA+ Upgrade에 따라 상용시기는 가 변적임. 일부 유선사업자, 케이블사업자: WiMAX를 통해 이동통신시장 진입 모색중 인텔: 네덜란드 신규 WiMAX 사업자인 Worldmax 에 투자(2008년 9월 유럽최초 WiMAX 개시) LTE 계열와 WiMAX 계열은 기술적으로 유사하며 모두 최대 데이터 전송성능과 상용화 시기 등에서도 큰 차이를 보이고 있지 않은 상황 이나 국내외 이통사의 4G계획을 살펴보면 WCDMA, CDMA 사업자가 모두 LTE를 지지하고 있음 3

5 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 LTE 기술 개요 개요 WCDMA의 확장기술로서 3GPP가 개발하고 있는 차세대 이동통신 기술규격 핵심 기술로 OFDM과 MIMO 채용하여 전송속도와 주파수 이용효율이 대폭 향상 수평적인 네트워크 구성을 통해 전송지연(latency)도 단축 정지시 최대 1Gbps, 이동시 최대 100Mbps 데이터 속도 제공 진화방향: WCDMA HSPA HSPA+ LTE 추진 현황 4세대 이동통신은 정지시 1Gbps, 시속 120km 이동시에도 100Mbps 속도로 데이터를 주고 받을 수 있는 Mobile broadband 통신으로 유선과 무선의 구분을 없앨 수 있는 통신 기술 4세대 통신 기술은 LTE, Mobile WiMAX, UMB로 진행이 되다가 UMB 주도하던 퀄컴의 중도 포기로 현재는 LTE, Mobile WiMAX 두 진영으로 발전 è ITU에서 4G 기술로 채택 확정 2009년 12월 스웨덴 TeliaSonera가 세계 첫 상용화 서비스 시작 LTE Mobile WiMAX 2010년~2012년부터 본격적인 상용화 예 참여 업체(미국 Verizon, 일본 DoCoMo, 독일 T-Mobile, 25개국 51개 이동통신사 참여) 기술적 특성 IP 기반으로 기존 기술과의 후방호환성 미제공 WCDMA/CDMA2000/HSPA/EV-DO 등 기존 통신 규격과 후방호환성 지원하지 못함 데이터 통신만 지원, 음성 통신은 VoIP로 제공해야 함 속도의 확장성과 지연의 최소화 RNC 기능을 기지국 내부에 포함하여 패킷 전송시간 단축 최대 전송속도 하향 300Mbps 46Mbps 상향 150Mbps 14Mbps 다중접속방식 하향 OFDMA OFDMA 상향 단일 캐리어 FDMA OFDMA 사용 대역폭 MIMO 1.25~20MHz MIMO 1.4~20MHz Full Duplex Mode 지연시간 기본적으로 FDD (TDD도 활용) 전송지연 최대 5ms 제어지연 최대 100ms 기본적으로 FDD (TDD도 활용) 수초(sec) 본격 상용화 시기 2010~2012년 2009년 [3GPP의 차세대 기술 경쟁 구도] 4

6 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 LTE 특징 UMTS LTE 간단해진 구조 : RNC의 대부분의 기능이 enodeb로 편입, UMTS의 RNC 없어짐, enodeb가 Evolved Packet Core에 직접 연결됨 UMTS LTE Mobile State 축소 :Idle, Activate, Detached 의 3가지로 축소 5

7 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 LTE 특징 EPC (Evolved Packet Core) Overall 구조 MME (Mobility Management Entity): Identities, mobility states 등을 관리 SAE ( System Architecture Evolution): 기존 core network의 upgrade - 급속한 성장세의 IP traffic을 수용하기 위한 새로운 packet switched 기술: higher date rates, low latency 등 - IMS 수용 - 다양한 3GPP radio access 기술(UTRAN, GERAN)을 제공 - Non-3GPP Access (WiMAX, WLAN) 수용 - LTE와 SAE는 3GPP Release 8의 가장 필수적인 요소로써 같은 일정으로 specification 정의 중 6

8 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 LTE Advanced의 표준개발 일정/ 예상방향 [ LTE-Advanced 표준화 일정 ] 2008년 10월: 초기버전 제안서를 ITU-R에 제출 2009년 중반: 최종버전 제안서 제출 2010년 말: 최초 완성도 높은 규격자료 완성 후 ITU-R 제출계획 [LTE-Advanced 표준의 목표는? 기존 LTE보다 한층 더 전송속도를 높이고,셀 커버리지 및 용량 확대를 비롯한 로컬 액세스 기술을 강화하는 한편, 업링크 액세스 방식,셀 경계에서의 간섭 제어 및 MBMS(M Ultimedia Broadcast Multicast Service) 제어 기술 등 기존 LTE Rel.8의 성능을 개선하는 것이다. 중요 요구사항은 아래와 같다. - 낮은 CAPEX/OPEX - 수행목표 : NGMN 추천 - Self orgnising/ optiming Network(SON) - 유용하고 넓은 확장성 ITU에서 정의한 IMT-Advanced의 요구사항을 수용하기 위한 후보기술을 3GPP에서는 LTE-Advanced로 명명하고 2007년부터 표준화 작업을 본격적 으로 진행하여 2011년 초에 최종 규격화를 목표 7

9 Ⅰ. LTE 개요 및 동향 4G의 통신시장 영향 1. 이통사의 주요 수익기반의 변화 가능성 도래 - 현재 데이터서비스 비중이 이통사 매출 중 20% 수준이나 4G 전환 후 데이터 서비스이용이 대폭 늘어날 가능성 있음. - 주파수당 데이터 전송량 증대로 네트워크 전송효율이 향상될 것으로 예상 - 데이터 전송의 원가부담 감소 -> 데이터 요금이 저렴 - 저렴한 데이터 요금제가 데이터 서비스 활성화의 기폭제 역할 수행 => 주 수익기반이 음성전화에서 데이터 서비스로 급속하게 전환될 가능성 도래 2. 통신사업자의 사업범위 확대 예상 - 전송성능의 한계로 인하여 대용량 데이터 통신이 필요없는 분야로 한정되어 있던 타산업과의 연계가 대폭 확대될 전망. (ex. 고품질 영상이나 음악 컨텐츠를 활용한 엔터테인먼트 산업과의 연계도 가능) 3. 다양한 유무선 융합 서비스 등장이 예상 - 4G 환경에서는 무선통신도 전송성능의 경쟁력을 확보하여 유선에서 제공되던 서비스도 무선에서 제공될 수 있는 환경 구축 (유무선의 구분이 모호해질 것임) - 전송속도 문제로 인하여 주로 유선에서 제공되던 고화질 영상 컨텐츠가 모바일 기기에서 제공이 가능해지기 때문에 PC, TV, 휴 대폰에서 동일한 컨텐츠를 이용할 수 있는 융합 서비스 출시가 예상됨 기존 3G 네트워크를 활용하는 방안 - LTE 서비스 지역에서 CDMA EDVO망을 철거해도, CDMA x망(음성)은 유지될 것으로 전망 - 데이터 서비스는 LTE를 통해서 제공 4-2 새로운 방식의 음성서비스 구현방안(VoLTE) 실제구현 방법은 아래와 같은 3가지를 통해서 가능함. IMS 응용 CS (Circuit-Switch) Fallback) VoLGA (Voice over LTE via Generic Access) 8

10 Ⅱ. LTE/SAE LTE/SAE 개요 HSS MRF CSCF AS Evolved Packet Core Evolved UTRAN S6a MME S1-MME enodeb P-GW IMS & Other Operator IP Service S11 S5 S1-u X2 SGi S10 S-GW S1 enodeb MME S1-MME Uu PCRF [ 특징 ] 1. Evolved UTRAN의 enodeb와 Core Network의 Gateway의 2 Tier Model을 기반으로 함. - enodeb: 기존 UMTS의 NodeB와 RNC의 기능과 유사 - Gateway: 기존 시스템의 SGSN/GGSN의 기능을 보유 2. Access Network와 Core Network 사이에 서로 다른 인터페이 스를 제공함. - 기존 UMTS: RNC와 SGSN사이에 lu 인터페이스만이 존재 - SAE: Control Signal 처리를 수행하는 MME와 GW가 분리된 구조를 가져 S1-MME와 S1-U 2개의 인터페이스 제공 [ Network Elements & Function ] 1. S-GW(Serving Gateway): - 3GPP망에서 이동성 관리를 위한 anchor point - enodeb와 P-GW(PDN GW)간의 데이터 Path를 유지 2. P-GW(Packet Data Network Gateway): - 3GPP망과 Non-3GPP망과의 이동성 관리를 위한 지향점 - Policy enforcement - Packet filtering - Charging Support 3. MME (Mobility Management Entity) - Distribution of paging message to enodeb - Idle State mobility control - SAE bearer control - NAS 시그널 링의 무결성 보호와 암호화 LTE 표준화와 병행하여 네트워크 구조를 결정하고 異 기종 망간의 핸드오버를 지원하기 위한 기술인 System Architecture Evolved (SAE) 라는 이름으로 표준화를 진행중에 있으며, SAE는 3GPP시스템을 IP기반의 다양한 Radio Access Technology를 지원하는 시스템으로 발전시키기 위한 작업을 통칭함. SAE는 packet-optimized system, higher-data-rate, lower-latency를 지원하는 시스템 지향

11 Ⅱ. LTE/SAE Network 구성요소의 세부기능 구분 기능 설명 구분 기능 설명 enb (Evolved NodeB) MME (Mobility Managem ent Entity) 주파수 자원 관리 Scheduling Network Access Security (PDCP) EPC Network Selection EPC Access Mobility UE Tracking & Reach-ability 입장 및 전달 control RF 측정 리포팅 UE의 동적자원 배분 Pages & broadcast 정보의 전달 IP header 압축 사용자 정보 암호화 MME Selection at UE attachment User Plane routing to SAE-GW Attachment & Service Request 보안 및 증명 MME Selection for Intra-LTE handovers SGSN Selection for 3GPP I-RAT handover 관측 지역 리스트 관리 (Idle or Active) MME S-GW (Serving- Gateway) P-GW (PDN- Gateway) 운반 관리 Packet Routing & Forwarding between EPC & eutran Local Mobility Anchor for inter enb handover I-RAT Mobility Anchor Function 합법적 차단 UE IP Address Allocation Policy Enforcement (QoS) Charging Support 합법적 차단 Mobility Anchor between 3GPP & Non-3GPP access System Dedicated Bearer establishment PDN GW & SAE GW Selection 3GPP 2G/3G Handover Optimized Handover Procedures (e.g. in LTE-CDMA) LTE/SAE의 Network Element는 enodeb(enb), Mobility Management Entity(MME), Serving-Gateway(S-GW), Packet Data Network Gateway(P-GW)로 구성 10

12 Ⅱ. LTE/SAE LTE망의 연동 3GPP Release 8 IMS & Other Operator IP Service SGi Gi P-GW S-GW S5/S8 S11 LTE/3GPP S4 S12 S3 GERAN/ UTRAN GGSN SGSN Gn/Gp Gb S1-U MME RNC BSC S1-MME lub A enodeb NodeB BTS LTE/W-CDMA UE W-CDMA UE LTE 네트워크와 GERAN 또는 UTRAN 네트워크와의 상호 연동을 위해서는 아래와 같은 Node의 업그레이드가 필요함 1. SGSN LTE 네트워크의 S-GW와 MME와의 연동을 위한 S3과 S4 인터페이스를 지원하기 위해서 Legacy SGSN의 업그레이드가 필요. 2. RNC S12 인터페이스를 지원하기 위해서 Legacy RNC의 업그레이드가 필요. 11

13 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) VoLTE(Voice over LTE) 중요 이슈 음성서비스 구현방식 중요이슈 방식 설 명 비 고 CS Fallback방식 IMS (ONE Voice) VoLGA 사용자가 전화를 발/수신 할때 LTE Network상의 음성 트래 픽을 2G/3G 네트워크로 넘기는 방식 LTE Network으로는 데이터만 전송, 기존 2G/3G 오버레이 Network가 회선교환방식 음성 트래픽을 담당 3GPP 표준 LTE Network상의 음성 및 SMS 트래픽을 IMS 플랫폼에서 처리 GAN (Generic Access Network)을 통해서 LTE에서 회선교 환 방식의 SMS 및 음성 트래픽 전송 과도기적 솔루션으로 미봉책 수준, 음성통화 대기시간을 늘린다는 지적 존재. 음성관련 표준 부재 IMS 기술 자체가 아직 성숙되지 못했으며, 고비용 예상 IMS로밍 및 상호접속에 대한 에코시스템이 아직 갖춰지지 않음 향후 5년간 IMS 실현이 불가능할 것이라는 지적 제기 09년 7월 2번째 규격발표, => 올해 말까지 3번째 및 최종규격 개발공개 이통사는 T-Mobile만이 참여, 이통업계 지원부족 NSN의 Fast Track 자사의 MSC서버에서 소프트웨어 업데이트나 VoIP 기능을 활성화함으로써 SIP를 활용해 음성 트래픽을 처리 음성서비스를 위한 요구사항 1. 기존 2G/3G 음성서비스 만큼의 통화품질 및 성능 지원 2. 유선과 무선, 특히 현재 무선 음성서비스에서 통신사업자와 통신기술간 상호운용성 제공 3. 로밍 지원 4. 빠른 연결(Quick Call Setup) LTE가 차세대 기술로 언급되고 있지만 이를 활용하여 어떤 새로운 서비스나 매출을 창출시킬 수 있는지는 불명확한 상태임. 이통사의 입 장에서 가장 높은 수익을 창출하는 서비스는 음성서비스일 것이며, SMS역시 광고 뿐 아니라 데이터 및 로밍 서비스의 중요한 역할을 수 행하고 있음으로 이에 대한 지원기술에 대한 부분이 고려되어야 함 LTE 망에서 음성 서비스를 위한 여러 가지 방식이 제안되고 있으며 음성 서비스 매시업 관점에서 IMS(One Voice)가 유력한 대안으로 떠오르고 있음 12

14 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) VoLTE(Voice over LTE) 이슈 해결 위한 접근 방향 이슈 해결 위한 접근방향 LTE는 과도한 정보 트래픽으로 조직되었으며, voice or SMS를 위해 창조되지 않았다 Voice-over-WiMAX는 아직 장비나 기본적인 관점에서 확정되지 않았다 Potential Support of Voice over LTE Short-Term Mid-Term Longer Term Circuit Switch (CS) Fallback IP-based LTE doesn t support legacy CS Leverage 2G/3G for traditional voice? Circuit-switch-over packet VoLGA: based on UMA and adoption is low 2G/3G likely to continue to support voice and SMS? IP Multimedia System (IMS) IMS for wireless is still being defined: Voice is not yet a mandatory requirement 높은 4G 자본 비용과 음성가입자의 평균수입 감소와 함께, 2012년까지 Voice-as-an-application은 오늘날의 사용자에게 우선시 되지는 않을 것이다. 13

15 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) CS Fallback 방식 CS Fallback 방식 CS Fallback 방식의 기본 연결도 (4) Voice call (3) Response to mobile terminating voice call 3G Core Network CS Fallback방식이란? LTE 망에 등록한 단말이 기본 통화(Voice Call)을 시도할 경우 기존 망(3G Circuit Switch 망)을 이 용해 기본 통화 서비스를 제공하는 방식 (NTT DoCoMo, KD야) 3G (2) Switch to 3G(CS) LTE (1) Mobile terminating voice call LTE Core Network Control signal(c-plane) Voice-call data(u-plane) Data는 LTE Network 이용하고, Voice는 2G/3G Network 이용 - 장점( 검증된 기술, 저렴한 비용) - 단점( Call Setup 시간 지연, MSC 변경 필요, LTE 망은 데이터 전용, Multi-mode 단말 필요) LTE 망에 접속한 MS에게 착신 호가 유입되면 LTE 망에서 MS에게 Paging을 시도하면 MS는 CS 망으로 Switching이 되 고, CS 망으로 착신에 대한 응답을 수행하여 이후 Call 제어는 CS에서 진행 CS Fallback 방식은 Circuit Switched MSC와 LTE Core 네트워크간의 Signaling Channel을 생성하여 Voice와 같이 Circuit 기반의 서비스를 수행할 때 2G/3G Network으로 fallback하여 처리하는 방식임. 14

16 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) CS Fallback 방식 CS Fallback 방식 CS Fallback 방식의 Network 구조 Iups Iucs S1-MME SG SN Switching S1-U radio S- GW S 4 G s MS C/ VLR D G r SGs S 3 S11 M ME S5 3G Core Network HLR (AuC) S6a Gf Gf P- GW EI R Gr IW F S13 CS Fallback을 위해서는 3G CS domain과 EPC 사 이에 combined mobility management functions 과 3GàLTE로 terminating functions 제공하기 위 한 Network 구성이 필요 연동 인터페이스 LTE 망과 기존 CS 망과의 Signal 처리를 위한 연동 인터페이스/프로토콜/메시지 및 Diameter와 MAP 메시지의 Mapping Table LTE 3G CS/PS 인터페이스 프로토콜 MME SGSN S3 GTP S-GW SGSN S4 GTP MME HLR S6a Diameter 3G LTE Evolved Packet Core U-Plane interface C-Plane interface MME AuC S6a Diameter MME EIR S13 Diameter MME MSC/VLR SGs SGsAP CS Fallback 방식은 Circuit Switched MSC와 LTE Core 네트워크간의 Signaling Channel을 생성하여 Voice와 같이 Circuit 기반의 서비스를 수행할 때 2G/3G Network으로 fallback하여 처리하는 방식임. 15

17 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) CS Fallback 방식 변경이 필요한 Network Node SGSN Gs Iu-cs MSC Server A S3 SGs MME Iu-ps Gb S1-MME 1. UE E-UTRAN/EPC 접속 뿐만 아니라 CS Domain으로 접속을 위하여 GERAN 또는 UTRAN으로 접속하는 기능이 추가되어야 함. EPS/IMSI Attach, update, detach에 대한 통합절차를 지원이 필요 CS domain 서비스를 위해 CS fallback과 SMS 절차를 지원이 필요 2. MME UE로부터 수신된 GUTI 또는 default LAI에서 LAI와 VLR Number 를 얻는 기능을 추가해야 함 MSC/VLR쪽으로 SGs association을 유지해야 함 EPS detach시점에 IMSI detach를 수행해야 함 CS서비스를 위해 MSC가 UE로 page할 때 enodeb쪽으로 paging 절차를 시작해야 함 3GPP 규격에서 정의한 SMS 절차를 지원해야 함 UTRAN GERAN E-UTRAN 3. MSC MME쪽으로의 SGs association을 유지해야 함. SMS 절차를 지원해야 함 Uu Um LTE-Uu UE 4. E-UTRAN Paging Request와 SMS를 UE쪽으로 전달 대상 CS의 가용한 셀로 UE의 경로를 배정 CS Fallback 기능을 지원하기 위해서는 위의 그림과 같은 네트워크 Node에 추가적인 기능 지원 필요. 16

18 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) CS Callback방식 적용시 예상 문제점 CS Fallback 방식 구 분 사용자 경험치 (User Experience) 이행 비용과 복잡성 (Deployment Cost & Complexity) 이행 시기와 위험성 (Deployment Timing & Risk) 세부 내용 1. Post-Dial Delay 발생 단말 Device에서 음성 서비스를 제공하기 위하여 강제로 2G 또는 3G 네트워크로 Fallback해야 함으로 그에 따 른 Delay 발생. 2. 음성과 데이터의 복합서비스 전달에 대한 복잡성 RCS(Rich Communications Suite) 서비스와 같이 음성과 데이터 세션이 같은 네트워크상에 운영되어야 하는 서 비스의 경우 LTE에서 지원이 불가할 수 있음. 3. 네트워크 Handover의 증가 LTE 네트워크 적용범위 내에서도 음성 서비스를 지원하기 위해서 잦은 Network Handover가 예상됨으로 그에 따른 서비스 품질 저하가 우려됨 1. MSC 업그레이드에 대한 비용증가 CSFB를 지원하기 위해서 사업자의 기존 네트워크의 MSC 업그레이드가 필수적이며 그에 따른 업그레이드 및 운영비의 증가가 예상됨 2. 시그널 트래픽 수의 증가에 따른 비용증가 음성 서비스를 사용할 때마다 단말기는 2G 또는 3G 네트워크로 Handover해야 하며, 통화가 종료되면 다시 LTE로 돌아와야 함으로 매번 Call을 생성하거나 수신할때마다 Core Network의 시그널링 트래픽의 수가 현저하 게 증가될 것으로 예상 3. 사업자 측면의 복잡성 증가 1. 기존 Network Infra의 업그레드 CSFB 기능을 지원하기 위해서 기존 Network Infra의 업그레이드가 필수적임으로 그에 따른 비용, 시간 및 위험 이 증가 2. 단말 제조사 CSFB 기능을 지원하는 단말기를 제작해야 함으로 그에 따른 비용 및 위험 증가 LTE 망 도입초기에는 기존의 Circuit Switching망이 함께 공존할 것이 때문에 LTE망을 전면 도입하기 전에 순차적으로 도입하면 서 기존 망을 최대한 활용하기 위한 전략의 일환으로 고안된 방법이며, 최소 비용을 통해서 적용이 가능할 것이라는 관점에서 접 근했으나 위와 같은 문제사항이 제기되고 있음.

19 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) SMS와 관련된 이슈사항 CS Fallback 방식 구 분 LTE상용화 시점의 가용성 로밍 지원 지연 메시지(Deferred Message)에 대한 처리 LBS 리소스 사용 규격적인 이슈 시험 시나리오 세부 내용 LTE 의 상용화 시점에 최소한 하나의 Circuit Switch Component가 이용 가능할 것이라고 보장할 수 없으며, MSC는 새로운 시그널 인터페이스(SGs)를 지원하기 위해서 반드시 업그레이드 되어야 한다. 사용자가 외국으로 여행을 갔을 때 로밍이 외국의 LTE 네트워크에서 이용 가능할 지 보장할 수 없다. 사용자가 일시적으로 서비스 범위를 벗어난 경우와 같이 SMS메시지를 즉시 전달할 수 없을 때, SMS Waiting Flag를 설정하여 나중에 단말이 가용 상태가 되면 MSC가 이를 감지하고 대기 중인 메시지를 전달하였던 Mechanism을 사용할 수 없다. 이것은 MME에서 단말이 가용상태가 되었음을 MSC에게 알리지 않기 때문이다. SMS와 Call-ID 질의 기반의 Location Service는 LTE cell-id를 CS네트워크에서 사용할 수 없기 때문에 사용이 가능하지 않음. SMS 전달을 위해 MME와 MSC는 부가적인 SMSC를 포함한다. 리소스적인 관점에서 너무 많은 네트워크 노드 가 사용된다. SMS 전달 직전에 incoming call이 들어와서 fallback 상태가 된 경우의 SMS Delivery와 concatenated SMS delivery에 대한 규격에서 빠져있음. Early LTE를 위한 현재 Test Plan에는 CSFB SMS 시험을 위한 시나리오는 아직 포함되어 있지 않음. SMS의 경우 SGs 인터페이스를 통하여 전달되기 때문에 정확하게는 CS Fallback 방식을 통해서 지원되는 것은 아니며 3GPP에서는 SMS over SGs 규격을 통해서 기능을 제공하고 있음.

20 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) Idle mode에서 SMS 발신 flow 2 MS/UE MME MSC/VLR HLR/HSS EPS/IMS Attach Procedure UE triggered Service Request 3 4a Uplink NAS Transport Uplink Unitdata Downlink NAS Transport Downlink NAS Transport 4 4a 9 Uplink NAS Transport Downlink Unitdata 8 Downlink Unitdata Uplink Unitdata Release Request Forward Short Message Delivery Report SMS- IWMSC 6 7 SC Message Transfer Delivery Report 1. EPS/IMS Attach 절차는 초기에 수행되어짐 2. MS/UE는 Service Request 절차를 시작 CS Fallback 방식 3. MS/UE는 전송될 메시지를 구성하고 Radio Bearer가 활성화된 후에 SMS메시지를 NAS 메시지로 캡슐화하 여 MME로 보냄 4. MME는 SMS메시지를 Uplink Unitdata 메시지로써 MSC/VLR로 전송 4a. MSC/VLR은 UE에게 SMS수신에 대한 응답을 보냄 5-8. TS23.040에 정의된 과정을 통해서 SMS메시지를 SC 에게로 전달하고, SC는 Delivery Report를 돌려줌 9. MSC/VLR은 수신된 Delivery Report를 Downlink Unitdata 메시지에 실어서 MME로 보냄 10. MME는 수신된 Delivery Report를 NAS 메시지로 캡슐 화하여 MS/UE에게로 보냄 UE는 MSC/VLR로 Delivery Report 수신에 대한 응 답을 보냄 13. MSC/VLR은 더 이상 NAS메시지가 tunneled될 필요가 없음을 MME에게로 알려줌. (MME는 S1 Resource 해제를 위하여 Trigger로써 SGs Release Request 메시지를 사용해서는 안됨) 아래의 Service Flow는 Idle 모드에서 발신 SMS에 대한 것이며, ME/UE와 MSC/VLR간의 메시지 Flow는 Memory Available Notification에 폭 넓게 응용될 수 있음. 19

21 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) Idle mode에서 SMS 착신 flow MS/UE enodeb MME MSC/VLR HLR/HSS 7 9b 9c Paging 8 1 EPS/IMSI Attach Procedure 6 Paging Service Request Downlink NAS Transport Uplink NAS Transport Uplink NAS Transport Downlink NAS Transport 5 8a 9a 9d Paging Service Request Downlink Unit data Uplink Unit Data Uplink Unit Data Forward Short Message Delivery Report 위의 Service Flow는 Idle 모드에서 착신 SMS에 대한 것임 Downlink Unit data Release Request 3 SMS- IWMSC 2 SC Message Transfer Send Routing Info for SM 13 Delivery Report 1. EPS/IMSI Attach 절차는 초기에 수행되어짐 SC는 착신 SMS 전송을 시작함. HLR은 SMS서비스 를 위한 Routing Number를 요청하고, SMS메시지는 MS/UE가 접속했던 CS의 MSC/VLR로 전달됨 5. MSC/VLR은 MME로 Paging 메시지를 보냄 6. MME는 Paging 메시지를 각각의 enodeb로 보내기 위 한 Paging 절차를 시작함. 7. MS/UE는 enodeb에 의해서 page됨 CS Fallback 방식 8. UE는 MME로 Service Request 메시지를 보냄. MME 는 S1-AP Initial Context Setup Request 메시지를 enodeb로 보내고, enodeb는 Radio Bearer를 성립함. 8a. MME는 Service Request메시지를 MSC로 보냄 9. MSC/VLR은 전송될 SMS메시지를 구성하고 Downlink Unitdata 메시지로 SMS메시지를 MME에게로 보냄. MME는 NAS 메시지로 SMS메시지를 캡슐화하여 MS/UE로 메시지를 보냄 10. MS/UE는 Delivery Report를 NAS 메시지에 캡슐화하 여 MME로 보냄 11. MME는 Uplink Unitdata 메시지의 Delivery Report를 MSC/VLR로 전달 TS23.040에 정의된 절차에 의거하여 Delivery Report는 SC로 전달됨 절차와 병렬적으로 MSC/VLR은 Delivery Report 메시지에 대한 수신에 대한 응답을 MS/UE에 게로 보냄 16. MSC/VLR은 더 이상 NAS메시지가 tunneled될 필요 가 없음을 MME로 알림. 20

22 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) VoLGA 개요 VoLGA 방식 Tel SMS VMS Circuit Services MSC BSC GERAN Packet Services VANC RNC EPC UTRAN LTE VoLGA방식이란? 교환기로부터의 회선교환 트래픽을 LTE 네트워크 상의 IP 터널을 통해 전송하는 방식 (T-Mobile) Data는 LTE Network 이용하고 Voice는 2G/3G Network 이용 -장점 : 빠른 서비스(기존 시스템 변경 無 ), Low Risk, Low Investment, LTE 망을 통한 Voice & Data 제공 - 단점: 표준 채택 無 로 인한 사업지 지지 無 VoLGA는 음성과 메시징 서비스를 패킷 교환 상의 회선 교환(Circuit-switch-over-packet) (CS 음성 또는 문자메시 지 트래픽이 LTE상에서 터널링되는 방식) 방식을 통해서 이미 존재하는 3GPP GAN (Generic Access Network) 표 준을 기반으로 LTE access network로 전송 VoLGA Forum 2009년 3월 결성 VoLGA Forum은 이동통신사로서는 T-Mobile만이 유일하게 지지. 이 VoLGA기술이 기술표준 사양으로 LTE를 추진하는 모체인 3GPP의 인증을 받으려면 통신사들의 지지가 더 필요한 실정 Voice over LTE via Generic Access Network은 VoLGA Forum에 의해서 정의되었으며, 기본 개념은 Gateway에 의해서 기존의 MSC(Mobile Switching Center)와 LTE 네트워크로 연결되어 CS기반의 서비스를 제공하는 것임. 21

23 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) VoLGA의 구조도 VoLGA 방식 GSM Access GSM/ MSC A UMTS/ Iu MSC UMTS Access 1. Network 관점의 VoLGA 새로운 Network Element인 VANC(VoLGA Access Network Controller)가 기존의 Interface와 Network Element들을 수정 없이 재사용 함. 2. LTE Network 관점의 VoLGA VANC는 Signaling과 user data traffic (Voice Packet)을 SGi interface 를 사용하여 Packet Data Network Gateway (P-GW) 와 연결하여 전송 HLR/ HSS S6a D VANC SGi Rx PCRF 3. CS Network 관점의 VoLGA VANC는 GSM MSC와 A-interface로 연결, UMTS MSC와 Iuinterface로 연결 VANC는 GSM의 BSC, UMTS의 RNC와 같은 역할 LTE가 Voice 및 SMS, 기타 서비스를 지원하기 위해서 기존 GSM/UMTS Network는 변경이 필요 없음 LTE Access MME S-GW P-GW Gx 4. VANC (VoLGA Access Network Controller) CS domain의 BSC (VoLGA A-mode) 또는 RNC (VoLGA Iu-mode)처럼 동작 PCRF의 Application Function (AF)처럼 동작 Security Gateway (SeGW) 기능 신규 네트워크 노드인 VANC (VolGA Access Network Controller)를 통해서 기존의 인터페이스와 네트워크의 수정 없이 재사용하여 VoLTE 를 해결하는 방법으로써 위와 같은 구조함. 22

24 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) VoLGA 방식 VoLGA 포럼의 특징 1. 특징 VolGA forum은 LTE 상의 GSM과 UMTS의 circuit-switch 서비스를 확장하는 방안으로 접근 VoLGA는 3GPP Generic Access Network (GAN) 표준을 기반으로 모바일 가입자가 음성과 SMS(다른 circuit-switch 서비스와 함 께)를 GSM, UMTS와 LTE access network 사이에서 유연하게 제공 VoLGA는 모바일 사업자(Operator)에게는 다가올 LTE access network에서 최대 수익을 가져올 음성과 SMS 서비스 제공에 low-cost와 low-risk 부여함 투명한 Full service 지원 LTE 상에 모든 circuit 서비스들 지원 LTE 상에서 IMS RCS와 결합서비스(CS+IMS) 지원 LTE와 GSM/UMTS 사이의 active call의 handover 지원 LTE femtocell 지원 2. Low risk, low investment 3GPP GAN 표준 기반 MSC들과 운영 시스템 변경 필요 없음 현존하는 voice 상호 접속 시스템 유지 3. 장점 VoLGA는 현존하는 네트워크 컴포넌트들을 업데이트 할 필요 없는 점들이 매우 빠르고 유연하게 시장 진입을 가능하게 함 VoLGA는 추가적인 개발 없이 circuit-switch의 서비스들을 가능하게 함 (=>그 중 SMS가 모바일 사업자에게 주요 수익 창출 가능) 모바일 device 면에서 현존하는 GAN protocol stack을 대부분 재사용함으로써 개발 단축 유연한 글로벌 로밍 4. 단점 VoLGA는 아직 3GPP의 work item 비선정 23

25 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) Handover GSM Access HLR/ HSS LTE Access GSM/ MSC S6a D A MME VANC Sv Iu SGi S-GW P-GW UMTS/ MSC UMTS Access VoLGA 방식 1. 단말이 LTE 네트워크로 register할 때, MME로 SR-VCC 기능의 사 용을 알려서 Mobile Device가 LTE coverage를 벗어난 경우 hand over를 수행해야 함을 Network에게 인지시킨다. 2. Base station (enodeb)에서 mobile device가 2G 또는 3G 셀에서 서비스 되는 것이 낫다고 감지했을 때, 시그널의 강도 측정을 모바 일 Device에게 지시할 수 있다. 측정된 결과 또는 선 정의된 값에 의해서 enodeb는 MME에게 2G 또는 3G 셀로 handover하도록 알린다. 3. MME는 Handover될 가입자의 ID와 목적 Cell-ID등과 같은 정보가 포함된 메시지를 Sv 인터페이스를 사용하여 VANC로 보낸다. VANC에서는 수정없이 MSC로 이 메시지를 보낼 수 있다. 4. VANC는 지정된 target cell로 표준 GSM 또는 UMTS으로의 핸드 오버 메시지를 생성하기 위해서 MME로부터 수신된 메시지를 사 용한다. 만약 target cell이 VANC로써 같은 MSC와 연결되어 있다면, Target Cell은 로컬 핸드오버를 준비하고 핸드오버는 cell이 준비 되자마자 실행된다. MSC의 관점에서는 표준 GMS 또는 UMTS 의 핸드오버와 다르지 않다. Target Cell이 다른 MSC와 연결되어 있는 경우 표준 inter-msc 핸드오버 절차가 시작된다. Handover를 위해서 사용되는 Sv 인터페이스는 VANC에서 사용이 종료됨으로 MSC에서는 이를 지원할 필요가 없다. (MSC의 기능 추가를 위한 upgrade가 필요없음) VOLGA는 사용자가 LTE 서비스 범위를 떠날 때 UMTS 또는 GSM 네트워크로 진행중인 통화를 hand over하기 위한 기능을 제공함. Handover 메커니즘은 3GPP TS23.216의 Signal Radio Voice Call Continuity(SR-VCC) 규격을 사용한다. 24

26 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) LTE상에서 발신 Vocie Call Flow 11 UE VANC MSC 1 GA-CSR- Dedicated GA-CSR connection 성립 GA-CSR Uplink Direct Transfer(CM Service Request) 3 Authentication Ciphering Configuration GA-CSR Uplink direct Transfer (Setup) Complete L3 Info (CM Service Request) GA-CSR Uplink direct Transfer (Call Proceeding) GA-CSR ACTIVATE Channel 5 GA-CSR ACTIVATE Channel ACK Activate second EPS bearer for user data Assignment Request GA-CSR ACTIVATE Channel Complete Assignment Response 13 GA-CSR DL DIRECT TRANSFER (Alerting) GA-CSR DL DIRECT TRANSFER (Connect) GA-CSR DL DIRECT TRANSFER (Connect Ack) 17 Voice Traffic (Via second EPS bearer) UE와 VANC간의 Connection을 성립한후 Idle상태를 Dedicated 상태로 connection을 변경하기 위하여 메시지를 보낸다. 2. MSC와의 Connection을 생성하기 위하여 CM Request 메시지를 보낸다. 3. VANC은 CM Request 메시지를 수신한 후 A-Interface 또는 Iu- Interface상의MSC와 전용의 signaling connection을 생성한다 MSC는 사용자 인증과 ciphering 활성화를 수행한다. VoLGA 방식 6. UE는 착신자의 번호와 기타 정보가 포함된 setup 메시지를 보낸 다. 7. MSC는 Call Proceeding 메시지를 사용하여 request에 응답한다. 8. MSC에서는 VANC가 GMS BSC 또는 UMTS RNC와 동일하게여 져서 VANC로 CS Bearer Channel을 생성하는 Assignment Request 메시지를 보낸다. 9. VANC를 Assignment Request메시지를 음성메시지를 IP패킷을 통해서 교환하기 위해서 Activate Channel메시지로 변환하여 전 송한다 일단 Mobile Device에서 Voice Data Stream을 위한 준비가 되 면 Assignment Response메시지를 MSC로 보낸다 Call이 성립된 후에, MSC는 Alerting과 Connect 메시지를 보 낸다. Voice Path는 성립되고 통화를 시작할 수 있음. Voice Signal은 UMTS MSC의 경우에는 IP기반의 데이터 flow 또는 ATM에 의해서 GSM MSC의 경우에는 A인터페이스의 64kbit/s TDM Timeslot으로 전송되며, VANC는 LTE로 전송하기 위하여 이 data stream을 IP Pakcet으로 변환한다.

27 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) VoLGA 방식 포럼 활동 및 규격화 동향 2008년 2009년 T-Mobile and Kineto 예비조사 완료 관계사관의 예비 프로모션 진행 VoLGA 발전 정책 공개 1 st Output Stage 1 완료 3월 2 nd Output Stage 2 완료 6월 3 rd Output Stage 3 완료 월 3GPP CSoEPS 소개 TR study item 동의 in CSoEPS TR summary Next Step Introduce to 3GPP VoLGA 포럼에서는 VoLGA에 대한 세부 규격을 2009년 4월 stage1(requirement)에 이어 6월 stage2(architecture), 9월에 stage3(protocol) 까지 완성하였음. 26

28 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) Stage1 ( Requirement) 구 분 영향 Entity Interface 요구 사항 세부 내용 1. Terminal EPS bearer와 동일한 시그널링 사용(SMS) PDN 연결 신호에 대한 전용 bearer(voice Call) 2. VANC (VoLGA Access Network Controller) UE 연결관리 BSC/RNC와 같은 방식으로 MSC를 향한 CS handover 기능 지원 3. EPS VoLGA 시그널링과 사용자 bearer에 적합한 QoS 기 능 지원 VoLGA bearer를 제어하기 위해서 3GPP 규격에 따라 Policy Control and Charging (PCC) 지원 필요 CS Network에서 반드시 Handover 지원 E-UTRAN은 Header Compression on the user plane (RoHC) 지원 1. MSC와 VANC간 인터페이스 Iu over ATM Iu over IP A over TDM A over IP 2. UE와 VANC간 인터페이스 UE와 VANC 사이가 IP 기반이면 IPv4 only, IPv6 only and IPv4/IPv6 오퍼레이션 가능 구 분 서비스 요구 사항 세부 내용 VoLGA 방식 1. Resource 관리 VoLGA Connectivity Management EPS bearer management & PCC 2. CS Service 지원 MO/MT voice calls, Emergency calls, Video telephony, Supplementary Services, CAMEL services SMS, USSD, TTY, Customized Alerting Tones, Circuit Switched Data, G3 Fax 3. 이동성 VoLGA는 CS idle 모드에서 E-UTRAN 내에서와 E- UTRAN과 GERAN/UTRAN사이의 이동성 지원 4. 위치 기반 서비스 빌링, 긴급 전화, 논리적인 위치에 따른 전화 및 애플리 케이션 합법적인 차단, 기타 위치 서비스 5. Emergency Call 서비스 USIM과 함께 긴급 서비스 지원 6. 충전/사기탐지/차단 7. 로밍 지원 VPLMN으로 로밍 지원 2009년 4월에 VoLGA Stage1에서 정의된 Requirement의 세부내역 27

29 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) Stage2 VoLGA 방식 [ Non-roaming architecture ] UE Z1 LTE Uu E- UTRAN S1-c S1-u S6a MME S-GW Gx Sv SGi PCRF HOSF Z3 VANC SeGW Rx Sv A or Iu-CS Wm AAA Server D MSC Server MSC/ VLR D HLR/ HSS 사업자는 E-UTRAN Coverage하에 CS Service의 연결제어를 하는 기 존 CS domain entity인 MSC/VLR을 그대로 재사용 한다. VANC는 UE에서 EPS가 제공하는 일반적인 IP 연결 방식을 사용하여 MSC/VLR로 Access가 가능하도록 한다. VANC는 A-interface ("VoLGA A-mode") 또는 Iu-CS interface ("VoLGA Iu-mode")를 사용하여 MSC/VLR에 연결할 수 있다. EPS 관점에서, VANC는 Application function으로 보여지고, UE와 VANC사이의 Z1 interface는 TS 에 정의되어 있는 Up interface 기반이다. VPLMN에서 제공되는 VoLGA 서비스 UE LTE Uu E- UTRAN S1-c S1-u MME S-GW S6a Sv SGi HOSF Z3 VANC SeGW Sv A or Iu-CS MSC Server MSC/ VLR [ Roaming architecture ] 1. VPLMN에서 제공되는 VoLGA 서비스 Visited PLMN에서 VoLGA 서비스 가 지원된다면, PDN Gateway (P-GW), Serving VANC와 MSC/VLR는 VPLMN에 위치되며, VPLMN 의 VANC는 A-Interface 또는 Iu-CS 인터페이스를 이용하여 MSC/VLR와 연결됨 Gx Rx Wm Z1 PCRF AAA Server D VPLMN D HPLMN HLR/ HSS 28

30 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) Stage2 (Roaming-Architecture 2/2) Stage2 (Functional Entities) VoLGA 방식 HPLMN에서 제공되는 VoLGA SMS Entity E-UTRAN 기 능 VoLGA를 지원하기 위한 추가적인 기능 요구사항 없음 UE LTE Uu E- UTRAN S1-c S1-u MME S-GW S6a MME S-GW 와 P-GW VoLGA를 지원하기 위한 추가적인 기능 요구사항 없음 VoLGA를 지원하기 위한 추가적인 기능 요구사항 없음 Z1 VPLMN HPLMN Gxc V-PCRF S9 S8 SGi P-GW Gx H-PCRF VANC Rx Wm AAA Server A or Iu-CS D MSC/ VLR D HLR/ HSS HOSF UE AAA Server Handover의 경우 HOSF는 HO가 MME로부터 요청이 오 면 VoLGA 또는 IMS/SRVCC를 위한 것인지 결정하고 요 청에 따라 VANC나 MSC Server로 라우팅한다. VANC에 registration 기능 VANC를 통한 MM(Mobility Management)과 CM(Connection Management)을 위한 CS와 연관된 NAS 절차 VANC와 통신 할 때 보안 적용 VoIP 기능 UE가 SeGW에 보안 tunnel 을 이용해 초기화 할때 EAP- AKA를 이용해 인증하는 서버 [ Roaming architecture ] 2. HPLMN으로부터 제공되는 VoLGA SMS UE가 로밍을 했을 때 HPLMN에서 VoLGA SMS가 지원된다면, PDN Gateway (P-GW), Serving VANC 그리고 MSC/VLR는 HPLMN에 위 치되며, HPLMN의 VANC는 A-interface 또는 Iu-CS interface를 이용 하여 MSC/VLR과 연결됨 MSC Server PCRF MSC/VLR TS 규격의 기능이지만, VoLGA를 위해 사용되지 않음 (그림에서는 HOSF의 기능을 설명하기 위하여 기술 된 것임) TS 규격의 기능이며, 사업자(Operator)가 PCC를 지원할 경우에 적용 VoLGA를 지원하기 위한 추가적인 기능 요구사항 없음 29

31 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) IMS 방식 LTE 환경에서 IMS (IP Multimedia Subsystem) 구조도 IMS(0ne Voice)방식이란? IMS CSCF AS PCRF HSS IP Network MGCF MGW PSTN LTE Access 망과 EPC Packet Core 망 이외 VoIP 제 공을 위한 IMS 망을 구축하여 Circuit 망을 이용하지 않고 기본 통화 서비스 제공하는 방식 (Verizon) Q까지 LTE 네트워크간 국제로밍 및 상호접 속에 대한 사양 개발 완료 예정 P-GW 장점 : Rich Communication Suite 제공(mobile & fixed 환경에서의 서비스 풍부한 서비스) EPC E- UTRAN MME enode B S-GW 단점 : IMS 신규 투자 필요(Market timing) 서비스에 대한 통합 어려움, 음성 표준 부재 IMS 로밍 및 상호 접속에 대한 Eco system 부재 [ IMS 노드 ] 1. CSCF: Call State Control Function 2. HSS: Home Subscriber Server 3. MGCF: Media Gateway Controller Function 4. MGW: Media Gateway 5. PCRF: Policy & Charging Rules Function IMS 네트워크 환경에서 Circuit Switch 기반의 음성을 지원하기 위해서 MGCF를 통해서 PSTN과 연동을 지 원하며, IP-SM-GW를 통하여 SMS를 지원한다. 30

32 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) IMS (IP Multimedia Subsystem) 방식 IMS 방식 Application Server HSS MAP SMS-User Message Translation Domain Selection SMSIP-UE IM-UE IMS Core SIP/ MSRP IM Charging Transport Interworking Message Management Notification Service Interworking Protocol Handling IP-SM-Gateway MAP SMS-GMSC SMS-IWMSC SMS-SC SS7 Network SMS-User SMSIP-UE: IP기반의 SMS를 사용하는 UE IM-UE: IM서비스를 사용하는 UE SMS-User: 기존 SMS서비스를 사용하는 사용자 SMS-GMSC: SMS Gateway MSC SMS-IWMSC: SMS Interworking MSC 3GPP에서 정의하는 IP 네트워크에서 SMS를 지원하기 위한 시스템 구조는 위와 같으며, Transport 레벨의 연동을 통하여 기존 SMS 서비 스와 IP기반의 SMS서비스간의 연동 및 Service 레벨의 연동을 통하여 IM서비스와 SMS서비스간의 상호 연동이 가능함 31

33 Ⅲ. VoLTE(Voice over LTE) IMS 방식 IMS (IP Multimedia Subsystem) 방식 기능적인 Entity SME IP-Short Message-Gateway (IP-SM-GW) IP기반의 UE와 SMS-SC간 SMS메시지를 전달하기 위한 프로토콜 연동을 제공 함. SMS기반의 사용자에게 전달하기 위하여 SMS-SC로 메시지를 발송하거나 IP기반의 UE에게 전달하기 위하여 SMS-SC로부터 메시지를 수신함. OCS CGF/CDF Ro Rf IMS Core IP-SM-GW ISC S-CSCF Mw P-CSCF Gm SC SMS-GMSC/ SMS-IWMSC E / Gd Sh C HSS J Cx HSS -. 가입자당 선 구성된 IP-SM-GW 주소를 저장함. -. IP-SM-GW에게로 단말이 등록했음을 알리는 지시를 관리 -. SRI (Send Routing Information) Query에 대한 응답 수행 -. SMS-GMSC에서 수신한 SRI를 IP-SM-GW로 전달하고, SRI에 대한 응답을 발신으로 전달 -. IP-SM-GW에서 요구된 SRI에 대한 응답으로 MSC 또는 SGSN의 주소와 IMSI를 제공 -. UE가 가용 상태일 때 IP-SM-GW로 Notification 제공 Interface 정의 C 인터페이스 MAP을 사용하며, IP-SM-GW의 주소를 얻기 위한 Interface IP-SM-GW와 HSS간 인터페이스 (Sh, J) -. 메시지 전달을 위해 HSS에게로 Registration/De-registration -. SMS메시지가 전송될 주소를 알기 위하여 HLR/HSS에게로 SRI 전송 -. 현재 MSC 또는 SGSN의 주소와 IMSI를 가져오기 위하여 SRI를 사용 하여 HLR/HSS에 문의 -. 메모리 용량 초과와 같은 상태를 HLR/HSS에 통보 -. HLR/HSS로부터 SMS관련된 데이터를 가져옴 -. J 인터페이스는 SM MAP 메시지를 위하여 SRI 포워딩을 위하여 사용 되기 때문에 필수적임 UE E/Gd 인터페이스 MAP을 사용하며, SMS-GMSC로 연결하기 위한 Interface ISC 인터페이스 IP기반의 UE에게로 수신 메시지를 전달하기 위해서 사용되는 Interface 32

34 Ⅳ. NSN(Nokia Siemens Networks) s Fast Track Voice over LTE NSN의 LTE 개발활동 이력 NSN의 Fast Track Voice over LTE 시점 구현 동향 구분 구현 동향 2004년 2006년 2007년 Siemens와 조인트벤처를 설립하기 전. 노키아는 최초로 자사의 DX200i 하드웨어에 기반한 MSC 서버 모바일 소프트스위치를 개 발한 바 있음 소프트웨어 업그레이드를 통하여 MSC서버가 VoIP를 지원할 수 있게 됨. multi-user, urban field trial에서 173 MB/s 의 peak rate 시연 솔루션 배경 대상 고객사 음성서비스 제공 방식 모기업인 노키아가 지난 몇 년간 개발한 모바일 소 프트스위치에 기반한 솔루션 NSN이 LTE 기지국을 제공하고 있는 80개 이상의 통신사. NSN의 240여개 고객사 MSC 서버에서 소프트웨어 업데이트나 VoIP 기능 을 활성화함으로써 SIP를 활용해 음성 트래픽을 처리할 수 있음 노키아 VoIP 서버를 Fast Track으로 업데이트할 경 우 이통사들은 기존 회선교환 코어 네트워크를 통 해 LTE 네트워크 상의 음성 트래픽을 처리할 수 있 음 이통사들이 IMS 아키텍처를 구축할 경우에도 활용 이 가능함 2009년 9월 상용 LTE 기반 기지국에서 시험통화에 성공했 다고 발표함 장점 VoLGA 솔루션을 이용하기 위해서는 별도의 단말 이 필요한 반면, 다수의 단말들이 이미 SIP를 지원 하고 있기 때문에 Fast Track을 활용할 경우 단말 업데이트를 할 필요성이 줄어듬 Nokia Siemens Networks(NSN)는 LTE 네트워크에서의 음성 및 SMS 서비스 제공 방식에서 VoLGA포럼에는 참여하지 않고 독자노선을 고수하고 있음. NSN은 LTE 음성서비스에 Fast Track Voice over LTE 라 부르는 자체 솔루션을 제공할 예정으로, 통신사가 일정 기간 동 안 기존 3세대(3G) 망을 최대한 활용하면서 기존 망에서 LTE로 smooth한 마이그레이션을 제공하는 것이 사업 전략임. 33

35 Ⅳ. NSN(Nokia Siemens Networks) s Fast Track Voice over LTE Flexi Multimode Base Station NetAct - 소프트웨어 업그레이드만으로 기존 W-CDMA/HSPA에서 LTE로 전환 가능한 초소형 기지국 솔루션. - 구조 : 여러 방식에 대응 가능한 제어부 멀티모드 시스템 모 듈 과 60W의 앰프 3대를 탑재한 무선부 RF모듈 로 소형화 - 특징 : - 옥외 설치형으로 캐비닛의 에어컨이 필요 없음 - 안테나 근처에 기지국 설비를 구축하여 전송 손실을 감소시킴 -기지국 관리시스템으로 트래픽이 낮을 때 일부 기지국의 운용 을 정지할 수 있어 소비전력 절감가능 - 하향 데이터 속도 최대 173Mbps의 고속 데이터 통신 구현 - 네트워크 운용 소프트웨어 및 서비스 - 특징 : Self-planning, configuration, optimization, healing. Multi-Vendor 지원 EPC(Evolved Packet Core) - LTE용 코어 네트워크 솔루션 - 2G에서 3G, HSPA, LTE 등 다양한 이동통신 기술 방식을 지원함 년 2월 출시. LTE 시스템의 큰 특징인 플랫 아키텍처 를 채택 - 장점 : : 네트워크를 보다 간소화 : 하드웨어의 도입 비용과 네트워크 운용 비용 절감 : 데이터의 처리 능력은 강화되면서 네트워크 운용 효율도 향상 34

36 Ⅴ. One Voice Initiative(LTE 기술표준안) One Voice의 UE와 Network Protocol Stack Suppl. Services SIP HTTP TCP/IP Bearers/QoS RoHC LTE Codec RTP/ RTCP With VoIP optimizations TCP/IP Bearers/QoS RoHC LTE With VoIP optimizations Suppl. Services SIP HTTP TCP/IP Mobile Device Radio & Access network Servers (IMS) TCP/IP는 UDP를 포함 HTTP는 XCAP 프로토콜을 포함 Codec RTP/ RTCP 전 세계 주요 통신장비 업체와 통신사업자, 단말기 업체가 참여하 는 LTE 기술표준안인 One Voice Initiative 를 마련, LTE 통신망에서 음성통화, 국제로밍, 문자메시지 등을 제공하는 기술적 인 Profile을 공동으로 개발하는 것에 합의함. LTE 기술의 표준으로는 광대역 유선통신망과 LTE 무선통신망 을 동시에 지원할 수 있어 향후 유무선 통합서비스에 최적이라는 평가를 받고 있으며, 기존의 Circuit Switched Telephony Service가 LTE서비스로 변경될 때 서비스 품질, 신뢰성 및 이용 성 등에 대하여 사용자의 기대를 충족시킬 수 있는 가장 적합한 접 근방식으로 IMS기반 솔루션으로 선정함 Technical Profile에 의거하여 LTE voice와 SMS서비스에 대한 상호운영성과 국제 로밍에 대한 보장을 받을 수 있음. One Voice Profile - IMS basic capabilities and supplementary services for telephony - Real-Time media negotiation, transport & codecs. - LTE radio and evolved packet core capabilities. - Functionality that is relevant access the protocol stack and subsystems. AT&T, Orange, Telefonica, Teliasonera, Verizon, Vodafone, Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia Siemens Networks, Nokia, Samsung Electronics 그리고 Sonny Ericsson이 LTE 네트워크에서 음성 및 SMS서비스를 제공하기 위한 방법을 정의 35

37 Ⅵ. LTE 무선 접속 기술 다중접속 기술 및 채널멀티 플렉싱 구 분 세부 내용 1. 다중접속기술 가.상향링크 다중 접속 기술 SC- FDMA LTE 상향링크 무선접속기술로는 FDD/TDD SC-FDMA기술이 채택 기본적으로 OFDMA 기술의 변복조 방식과 유사 송신단 변조과정에서 사용자별로 DFT 처리과정을 수행 수신 복조 과정에서 IDFT처리과정을 수행 그리하여 송신단에서 발생할 수 있는 PAPR을 최소화하고 단일 사용자에게 할당되는 주파수자원을 연속적으로 할당하도록 해주는 역할을 한다. 결과적으로 단말의 전력소모를 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 나. 하향링크 다 중 접속 기술 OFDM CP를 사용하는 전통적인 OFDM 방식을 사용 상향링크 SC-FDMA기술과 부반송파 간격이 동일하다.(f = 15kHz) 그러나 MBMS전용 셀을 지원하기 위한 목적으로 f(low) = 7.5kHz 크기의 부반송파 간격을 추가 지원 두 가지 전송모드 FDD/TDD 모두 지원 FDD를 사용할 경우 사용자 입장에서 특정시간에 한쪽 방향으로만 전송을 가능하게 하는 Half Duplex모드를 지 원할 수 있도록 하였다. 2.채널 멀티 플렉 싱 저속으로 움직이는 UE들에게는 주파수 스케줄링 이득을 얻기 위해서 연속하는 부반송파 군을 할당하여 지역 전송함 고속으로 움직이는 UE들에게는 주파수 다이버시티 이득을 얻기 위해 서 연속하지 않는 부반송파 군을 할당하여 분산 전송함 36

38 Ⅵ. LTE 무선 접속 기술 셀 탐색 기술 구 분 세부 내용 3. 셀 탐색 기술 가. Scalability 를 고려한 동 기채널 구조 시스템에 관계없이 1.25MHz로 고정되어야 시스템 동기 획득 가능 나. Frame 내 SCH 심볼 수 프레임 내에 가능한 심볼 수는 1개 혹은 여러 개 프레임 내 SCH의 개수를 정하는 데 있어서 가장 중요한 요소는 Inter-RAT measurement의 가능성 3G-LTE 단말기는 GSM 혹은 WCDMA와의 듀얼 모드로 동작할 가능성이 매우 높음 이 경우 GSM to 3G LTE(혹은 WCDMA to 3G LTE)로의 핸드오버를 지원해야 하는데 이 경우 GSM과 통신하는 이동 국이 잠시 주파수를 바꿔 3G LTE를 탐색할 수있는 시간은 최대 4.6msec 정도에 지나지 않는다. 이 경우 10msec 프레임 당 동기채널이 1개 밖에 없을 경우 3G LTE 방식의 셀을 탐색할 수 없는 경우도 생길 수 있다. 따라서 Inter-RAT 핸드오버를 지원하려면 적어도 프레임 당 동기채널의 개수가 3개 이상이어야 한다. 37

39 Ⅵ. LTE 무선 접속 기술 MIMO 및 Random Access 기술 구 분 세부 내용 4. MIMO ㆍ채널 상태정보 없이 다중 입출력의 여러 채널에 대한 다이버시티 또는 멀티플렉싱 이득을 얻는 open loop방식 - 다이버시티 이득 및 부호 이득을 얻기 위한 STC(Space Time Coding)방식 - 전송률을 높이기 위해 안테나에 다른 심볼을 병렬적으로 전송하는 spatial multiplexing방식 : 각각의 방식으로 다이버시티 이득과 다중화 이득을 얻을 수 있다. ㆍ 채널 상태 정보에 따라 전력을 조정 및 전송신호에 weight를 곱하는 closed loop 방식 : Closed loop방식은 채널 상태 정보를 이용하므로 Open loop에 비해 용량을 증가시킬 수 있다 기지국과 연결되어 있지 않은 이동국이 기지국에 자원을 요구할 때 쓰임 이동국이 기지국이 보내는 동기채널(SCH)을 통해 하향링크 동기는 맞추고 있으나 round trip delay에 의 상향 링크 동기를 못 맞추고 있어, 자원요구와 상향링크 동기획득을 동시에 해야 하는 비동기 랜덤액세스 5. Random Access 상향링크 동기는 획득한 상태에서 자원만을 요구하는 동기랜덤액세스 (현재 주로 비동기 랜덤액세스를 다루고 있다.) OFDMA와 같은 다중 반송파 방식에 비하여 낮은 Peak to Average Ratio(PAPR)특성을 보이므로 셀 커버리지가 향상되는 장점이 있기 때문 상향링크 물리 채널들의 멀티플렉싱 역시 SC-FDMA의 장점인 단일 반송파 특성을 유지하도록 설정 전송 다이버시티 방식으로는 기지국이 두 개의 단말전송 안테나 중 하나를 선택, 상향링크 전송에 사용하는 안 테나 선택적 다이버 시티 기법을 사용 38