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시향 난
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1 광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 목차 1 모바일네트워크현안사항 2 광기반모바일프론트홀기술 3 광기반모바일백홀기술 4 차세대모바일프론트홀기술 5 요약 1

Ⅰ. 모바일네트워크현안사항 전세계모바일데이터트래픽은향후 57% CAGR (compound annual growth rate) 수준으로성장 15년현재약 4.2 EB (Exa bytes) 에서 19년 24.

25 20 15 10 5 0 GLOBAL MOBILE DATA TRAFFIC GROWTH/TOP LINE 2.5 4.2 6.8 57% CAGR 2014 2019 10.7 16.1 24.

8,417 32,577 591,951 912,027 1,201,670 1,517,479 1,812,817 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 글로벌모바일데이터트래픽성장 ( 참고 : Cisco, Cisco VNI Global Mobile Data Traffic Forecast, 2014-2019

2 Ⅰ. 모바일네트워크현안사항 전세계모바일데이터트래픽은향후 57% CAGR (compound annual growth rate) 수준으로성장 15년현재약 4.2 EB (Exa bytes) 에서 19년 24.3 EB (exa bytes) 로성장 약 5년간트래픽양은 10배정도폭증할것으로예측전세계 4G LTE 가입자는 2020년까지약 18억명 ( 전세계인구의약 1/3) 수준으로증가 15 년이후 LTE 가입자수는약 5 배이상성장 20 년이후 5G 상용시스템도입시트래픽초과성장예상이동통신기술의진화는트래픽과신규가입자의성장을견인 EXABYTES PER MONTH GLOBAL MOBILE DATA TRAFFIC GROWTH/TOP LINE % CAGR Subscribers in thousads Number of 4G mobile subscribers worldwide from 2010 to 2020 (in 1,000) 2,000,000 1,500,000 1,000, , , , ,463 1,182 8,417 32, , ,027 1,201,670 1,517,479 1,812, 글로벌모바일데이터트래픽성장 ( 참고 : Cisco, Cisco VNI Global Mobile Data Traffic Forecast, ) 전세계 4G 이동통신서비스가입자수예측 ( 참고 : Jefferies & Company, Statistics 2015) 2 Ⅰ. 모바일네트워크현안사항 전세계이동통신사업자의 CAPEX 는꾸준히증가 14 년부터 18 년까지매년 350 억불이상소요 15 년이후는정체될것으로예측반면, 이동통신사업자의 revenue 는 15 년이후 2% 수준으로예측투자대비수익은 12 년급감이후연속적으로정체 이동통신사업자의 CAPEX 예측 ( 참고 : Infonetics, 2014 Market Size and Forecasts: WW, NA, EMEA, APAC, CALA ) 이동통신사업자의수익예측 ( 참고 : Infonetics, 2014 Market Size and Forecasts: WW, NA, EMEA, APAC, CALA ) 3

3 Ⅰ. 모바일네트워크현안사항 일체형기지국 CPRI, OBSAI, ORI? 분리형기지국 (Cloud-RAN) 셀사이트구축 / 운영비용절감과효율적트래픽대응을위해일체형기지국에서분리형기지국 (C- RAN) 구조로진화 5G 에서는 C-RAN 구조를유지하면서, 광전송구간의속도를감소시키는혁신적인기술필요 4 II. 광기반모바일프론트홀기술 이동통신기지국에서 Base Band Unit () 와 Remote Radio Head (RRH) 를연결하는네트워크 Core Network 모바일프론트홀 모바일백홀 단일 와다수의 RRH 가다양한네트워크토폴로지로연결 ( 링, 스타, 버스등 ) CPRI/OBSAI 등의프로토콜을활용한디지털광전송방식을채용 데이터폭증에대응하기위한새로운방식의차세대프론트홀구현방식 (RoF) 이제안 5

II. 광기반모바일프론트홀기술 모바일사업자의 ARPU (average revenue per user) 증가를위한방안중하나로제안 (DU) 를한곳으로모으고옥외에는 RRH () 만을두어구축및운용비용절감기존대비 Capex 30%, Opex

구조를채택하여운용중 D-RAN 에서 C-RAN 으로의진화 C-RAN 적용시 CAPEX & OPEX 절감효과 ( 참고 : http://www.fiercewireless.com/) 6 II.

Pooling+CoMP Possible future Products Traditional Site Site Remote Head Site (R) Site 3 cells (1 site) per Phase 1 C-RAN 3 cells

vran Multiple site per Multiple site per Site 1 Site 2 BS Coaxial Radio BS BS BS Radio Radio Radio Central Office Central Office

4 II. 광기반모바일프론트홀기술 모바일사업자의 ARPU (average revenue per user) 증가를위한방안중하나로제안 (DU) 를한곳으로모으고옥외에는 RRH () 만을두어구축및운용비용절감기존대비 Capex 30%, Opex 53% 절감이가능할것으로예측 CAPEX 의경우 Civil work 및 Air-conditioning 을위한비용제거를통해수익개선 OPEX 의경우 site rent 비용절감을통해수익개선 국내이동통신사업 3 개사모두현재 C-RAN 구조를채택하여운용중 D-RAN 에서 C-RAN 으로의진화 C-RAN 적용시 CAPEX & OPEX 절감효과 ( 참고 : 6 II. 광기반모바일프론트홀기술 Conventional Architectures Cloud RAN Architectures Standard BS Remoted Centralized Intra Pooling+CoMP Inter Pooling+CoMP Possible future Products Traditional Site Site Remote Head Site (R) Site 3 cells (1 site) per Phase 1 C-RAN 3 cells (1 site) per Multiple site per Phase 2 C-RAN Multiple site per Multiple site per Multiple site per Future C-RAN Virtualized or vran Multiple site per Multiple site per Site 1 Site 2 BS Coaxial Radio BS BS BS Radio Radio Radio Central Office Central Office 1 2 Switching Layer Copper M-wave Copper M-wave Copper M-wave Copper M-wave 참고 : OFC2015 Workshop Access Networks for High Speed Applications and Mobile Xhaul 7

5 II. 광기반모바일프론트홀기술 방식 CPRI over Dedicated CPRI over TDM-PON (EPON/GPON) CPRI over (P-to-P ) CPRI over /OTN DU DU DU DU TDM OTN 구성 TDM ONU Power Splitter TDM ONU TDM ONU Mux OTN OTN/ OTN OTN 직접연결 TDM 연결 연결 OTN 연결 특징 고가 (fiber 소모 ) 대역폭보장 단거리 (<20km) Latency 감소 보호절체미흡 별도 OAM 저가 대역폭공유 단거리 (<20km) Latency 증가 보호절체미흡 PON OAM 저가 대역폭보장 단거리 (<20km) Latency 감소 보호절체미흡 별도 OAM 고가 대역폭보장 장거리 (>20km) Latency 증가 보호절체가능 OTN OAM 8 III. 광기반모바일백홀기술 back haul ( 사전적의미 ) ( 트럭 화물선등의 ) 귀로, 역송 ( 逆送 ); 귀로화물 (Wikipedia) In a hierarchical telecommunications network the backhaul portion of the network comprises the intermediate links between the core network, or backbone network and the small subnetworks at the "edge" of the entire hierarchical network. ( 네트워크정의 ) " 유선또는무선에흐르는데이터를한곳에모아서백본 ( 코어 ) 망으로전달해주는역할 ( 모바일정의 ) " 음성또는데이터를기지국에서모아해당통신사업자의백본 ( 코어 ) 망에전달해주는역할 Fronthaul DUs Mobile in LTE EPC (SGW, PGW) Core Network 9

6 III. 광기반모바일백홀기술 Fronthaul DUs Mobile in LTE EPC (SGW, PGW) Core Network 분류 TDM 기반 Ethernet 기반 MPLS-TP 기반 IP/MPLS 기반 표준 ITU-T G.707 VCAT G.7041 GFP G.7042 LCAS IEEE 802/ITU-T Y.1731 OAM G.8031 Linear Protection G.8032 Ring Protection 802.1Q PB/PBB ITU-T/IETF RFC5586 GACh G (/.2) OAM G.8131 Linear Protection G.8132 Ring Protection IETF RFC 5880 BFD RFC 5286 FRR 장비 MSPP L2 Switch PTN/POTN Router 스위칭 TDM MAC/VLAN MPLS Label IP Addr/MPLS Label OAM 모두제공모두제공모두제공일부제공 보호절체 < 50ms < 50ms < 50ms < 수초 장점 SDH 망에적합고신뢰성구축비용 : 낮음복잡도 : 단순 고신뢰성구축비용낮음소수벤더지원구축비용 : 낮음 코어망과연동용이고신뢰성다수의벤더지원 코어망과연동용이일부메이저벤더위주 단점 비효율인데이터처리제한적인확장성 QoS, 보안취약복잡도 : 약간복잡 구축비용 : 약간높음복잡도 : 약간복잡 가용성및신뢰성부족구축비용 : 높음복잡도 : 복잡 10 IV. 광기반모바일프론트홀 / 백홀운영예 국내 A 사는 인프라부족으로저가의 C 기반 ring 타입 COT-RT 구조선호 단일 ring 에 C 16 개파장사용가능하며, RT 에서는 CPRI 채널이외에감시제어채널 1 개씩추가소요 현재상용 LTE 서비스는하나의 당 2.5Gbps(CPRI Option 3) 1 채널이필요하며, 광파장절감을위해 CPRI MUX(2.5G x 4 채널 ) 를사용 DU COT C Core Ring RT1 8 8 SV SV G 10G CPRI CPRI CPRI MUX MUX MUX CPRI MUX 2.5G 2.5G 2.5G G G 2.5G 5 2.5G 6 RT G

차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 Requirement Approach Solution Bandwidth Latency Capacity Increase Data

7 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 이동통신기술이 5G 로진화하면서, 프론트홀트래픽은현재 LTE-A 대비 100 배이상급증할것으로예상되며, 통신사업자들은이를해결하기위한기술대안을찾고있음유사하게, 백홀트래픽은 cell 당 100 G 를제공해야할것으로예측 12 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 Requirement Approach Solution Bandwidth Latency Capacity Increase Data Reduction New Technology Fast Signal Processing Large Capacity Transmission Data Compression Midhaul Configuration (Radio over Ethernet) Analog RoF 13

IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 모바일프론트홀망에서디지털샘플링에의한트래픽폭증을해소하기위하여 IQ 데이터압축알고리즘개발및표준화 (ORI) 작업이진행중 압축률요구사항 : 50% 이상 지연요구사항 : 100 us 이하 EVM 열화요구사항 : 1% 이하 1 st step: IQ Data Down-sampling 2 nd step: IQ bit

차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 CPRI IQ 압축알고리즘 개념도개요장단점 Up-Down Sampling (Decimation) - 원신호를상세하게샘플링한후전체의 2/3 샘플만추출하는기술 - ORI 표준채택기술 - ( 장점 ) 저비용필터설계이용구현 - ( 단점 ) 필터설계에따라압축손실증가위험 (1% 내외 ) Non-linear Quantization

8 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 모바일프론트홀망에서디지털샘플링에의한트래픽폭증을해소하기위하여 IQ 데이터압축알고리즘개발및표준화 (ORI) 작업이진행중 압축률요구사항 : 50% 이상 지연요구사항 : 100 us 이하 EVM 열화요구사항 : 1% 이하 1 st step: IQ Data Down-sampling 2 nd step: IQ bit width reduction I/Q bit width Original IQ data Downsampled IQ data Compressed IQ data time Data Compression Ratio: ~50% CPRI Protocol Overview DU IQ Data Compression 개념 14 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 CPRI IQ 압축알고리즘 개념도개요장단점 Up-Down Sampling (Decimation) - 원신호를상세하게샘플링한후전체의 2/3 샘플만추출하는기술 - ORI 표준채택기술 - ( 장점 ) 저비용필터설계이용구현 - ( 단점 ) 필터설계에따라압축손실증가위험 (1% 내외 ) Non-linear Quantization ORI 최종표준문서기술내용 - 정보가많은데이터영역에집중하여샘플링하는기술 - ORI 표준채택기술 - ( 장점 ) 표준손실우수성으로표준채택 - ( 단점 ) 추가적소자요구로인한구현비용발생 Block Scaling - 데이터샘플링비트레벨을감소시켜압축하는기술 - ( 장점 ) Non-linear Quantization 에비해단순한구조 - ( 단점 ) Non-linear Quantization 에비해압축손실이큼 Partial Bit Sampling MSB LSB 원신호 b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 하위비트 b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 제거압축신호 b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 b7 b6 - 하위일부비트를제거후전송하고, 복원시해당비트에가우시안분포를고려절반은 1, 나머지는 0 으로대체하는기술 - ( 장점 ) 단순구현과저지연 ( 표준제시 20usec 대비 0.4usec 이내저지연 ) - ( 단점 ) Non-linear Quantization 에비해압축손실발생가능 복원신호 b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 b7 b Compressive Sensing - Nyquist 샘플링률이하로압축및하는기술 - ( 장점 ) 이론적접근시압축손실측면에서우수함 - ( 단점 ) 복원과정에서의수학적계산에따른시간지연이발생 15

IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 (DU) RRH () Upper Layer MAC OFDM PHY CPRI Framer/ Deframer CPRI Framer/

5 상대적데이터율 1 12 16 12 -MAC layer overhead -Extraction of User Data -Header Removal -8B/10B coding 참고 :

차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 1. CPRI fronthauling ~5 Gbps ~0.1-0.

split within L1 DU- 간 PHY 계층분리 ~1 Gbps ~0.1-0.4ms core network EPC PDCP RLC MAC PHY e.g. 0.

9 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 (DU) RRH () Upper Layer MAC OFDM PHY CPRI Framer/ Deframer CPRI Framer/ Deframer ADC Digital Signal Analog Signal 1.2~1.5 상대적데이터율 MAC layer overhead -Extraction of User Data -Header Removal -8B/10B coding 참고 : Keiji Tanaka et al., Next-Generation Optical Access Networks for C-RAN, OFC 2015, LA16 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 1. CPRI fronthauling ~5 Gbps ~ ms core network EPC PDCP RLC MAC PHY CPRI B CPRI fixed CPRI RRH RF 2. split within L1 DU- 간 PHY 계층분리 ~1 Gbps ~ ms core network EPC PDCP RLC MAC PHY e.g. 0.2 * B CPRI fixed PHY RF extended RRH 3. split within L2 DU- 간 MAC 계층분리 ~100 Mbps ~1.5 ms core network EPC PDCP RLC MAC B IP variable MAC PHY slim enb RF 4. IP backhauling core network EPC B IP variable <100 Mbps >4 ms PDCP RLC MAC PHY classical enb RF 17

10 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 아날로그 RoF 기반모바일프론트홀기술 이동통신기술이 5G 로진화하면서, 프론트홀트래픽은현재 LTE-A 대비 100 배이상급증할것으로예상되며, 통신사업자들은이를해결하기위한기술대안을찾고있음 LTE 의경우 -DU 간 ~14.7 Gbps(20 MHz x12ch) 전송용량이필요하나 5G 의경우 ~ 1.6 Tbps(125 MHz x192ch) 전송용량이필요함 RF 신호를디지털로변환하지않고, 아날로그형태로전송하는 RoF 기술은디지털샘플링에의한전송용량증가없이프론트홀구조의장점을수용하는변혁적기술 디지털 DU (Digital Unit) 아날로그 아날로그 (Radio Unit) Data RF Analog OTRx E/O Optical Analog OTRx O/E RF 아날로그 18 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 Central Station (DU/) Remote Station (/RRH) BB I Optical Spectrum RF Spectrum RoF Node BB Q BB I LO~RF LD PD RFoF f RF ~ 약수 GHz PD LD BB Q c - RF c c + RF f RF IFoF Node BB I BB Q BB I LD IFoF f RF ~ 약수십 MHz PD LO~RF PD BB Q c - IF c c + IF LD f RF 기술특징 ( 장 / 단점 ) 응용분야 RFoF IFoF 가장기본이되는구조, 가단순 RF 주파수에따른신호왜곡및열화증가 구조가비교적복잡 ( 중간 ), 가약간복잡 주파수에따른신호왜곡 / 열화경감 광중계기시스템 (DAS, in-building) CATV 전송시스템 모바일백홀 / 프론트홀 유무선융합가입자망 19

IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 RoF 기술은일본의마츠시다공업, 중국의

NICT등이 RoF 관련기술의국제표준화를진행중 (ITU-T SG15/Q2 G.Sup.

차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 VoD, internet 서버 대용량 DU 제어

아날로그광트랜시버 하이브리드등화기 아날로그광링크 광링크관리 / 제어모듈 Compact

11 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 RoF 기술은일본의마츠시다공업, 중국의 Huawei, EU의덴마크공대, ETRI 등이개발진행중 ETRI, Huawei, NICT등이 RoF 관련기술의국제표준화를진행중 (ITU-T SG15/Q2 G.Sup.RoF) RoF 기술적용시, 기존 CPRI 기반이동통신기지국의 1 에너지 (E), 2 상면적 (S), 3 비용 (Co), 4 자원 (R), 5 트래픽 (T) 을획기적으로절감할것으로기대 20 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 VoD, internet 서버 대용량 DU 제어 / 관리모듈 백홀전송모듈 5G 기저대역신호처리모듈 파워및구동환경감시모듈 아날로그광전송 아날로그광트랜시버 하이브리드등화기 아날로그광링크 광링크관리 / 제어모듈 Compact Galaxy Note 3 ( 상용단말 ) Video streaming Internet RoF 트랜시버 RoF 트랜시버 대용량 DU 아날로그광링크 Compact 21

12 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 HD Video Streaming with LTE dongle Skype video call with Samsung Galaxy Note 3 Up/Download traffic measurement 22 IV. 차세대광기반모바일프론트홀 / 백홀기술 23

13 V. 요약 1. 모바일네트워크현안 - 트래픽폭증, 셀소형화에따라비용절감을위한새로운망구축 / 운용기술필요 2. 광기반모바일프론트홀기술 -4G 까지는 CPRI/OBSAI/ORI 표준기반전송기술및기존유선인프라활용 3. 광기반모바일백홀기술 - 회선기반 (TDM) 에서패킷기반 (IP/MPLS(-TP)/Ethernet) 으로진화 4. 차세대광기반모바일프론트홀기술 -5G 를위한다양한프론트홀후보기술대두, 대역폭및지연성능개선이중요 5. 새로운기회 : 광기반모바일 xhaul - 광기반모바일 xhaul 기술은광통신분야의새로운생태계구축을견인 24

<4D F736F F F696E74202D203547B8A620C0A7C7D120B1A4BED7BCBCBDBAB8C120B1E2BCFA2E >

<4D F736F F F696E74202D203547B8A620C0A7C7D120B1A4BED7BCBCBDBAB8C120B1E2BCFA2E > - COOC2017 단기강좌 - 2017 년 6 월 7 일 ETRI 연구개발지원사업연차평가 (2 차년도 ) 1 5G & C RAN 전송용량저감기술 5G 를위한광액세스기술 광액세스기술 Indoor Analog RoF 기술 ETRI 연구개발지원사업연차평가 (2 차년도 ) 2 5G 광액세스망관계? 광통신? 3 5G? 5G Key Services Enhanced Mobile