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Transcription

1 목 차

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3 목 차 LTE 표준기술검색길라잡이 제 / 목 / 차 / 례 1. 서론 GPP 표준화절차 GPP 개요 GPP의조직및구성 GPP 회의 표준화진행과정 GPP 규격문서생성및변경 LTE 개요 LTE 진화과정 LTE의요구사항 LTE의주요기술 LTE의물리계층주요기술 프레임구조 동기화및셀탐색 다운링크 RS 업링크 RS 물리방송채널(Physical Broadcast Channel, PBCH) 물리다운링크공유채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH) 물리멀티캐스트채널(Physical Multicast Channel, PMCH) Random Access PRACH(Physical Random Access Channel) 제어채널 LTE의다중안테나기술 자원할당 Interference Coordination LTE 표준문서의활용 GPP ftp 서버의구성및활용 개인 DB 구축과정 LTE 표준문서검색방법 검색사례 결론 149 참고문헌 i

4 목 차 LTE 표준기술검색길라잡이 표 / 차 / 례 [ 표 1] 워크아이템의상태 13 [ 표 2] 버전숫자의의미 16 [ 표 3] 3GPP 규격버전의의미 17 [ 표 4] 범위에따른표준규격의구분 18 [ 표 5] 버전번호와해당릴리즈 18 [ 표 6] CR의카테고리 20 [ 표 7] LTE의주요성능요구사항 82 [ 표 8] 시스템대역폭이 RB인경우 SRS 대역폭형태 9 5 [ 표 9] PDSCH의전송모드 26 [ 표 10] 랜덤액세스프리앰블포맷 71 [ 표 11] PRACH 프리앰블포맷에대한프레임형태및셀반경 17 [ 표 12] CFI 코드워드 37 [ 표 13] PDCCH 포맷 47 [ 표 14] DCI 포맷 75 [ 표 15] PUCCH 영역의개수 7 [ 표 16] PUCCH의업링크제어정보포맷 97 [ 표 17] 시간영역에서직교스프레딩코드 84 [ 표 18] PUCCH 포맷 1/1a/1b 데이터와 RS에대한직교스프레딩코드의 SF 5 8 [ 표 19] PUCCH RB 포맷 1/1a/1b 자원인덱스할당( =1) 87 [ 표 20] PUCCH RB 포맷 1/1a/1b 자원인덱스할당( =2) 88 [ 표 21] PUCCH RB 포맷 1/1a/1b 자원인덱스할당( =3) 88 [ 표 22] 동일한 PUCCH RB에서 ACK/NACK와 CQI의다중화 9 8 [ 표 23] 코드워드의 layer 매핑 69 [ 표 24] 자원할당타입 0의 RBG 크기 9 [ 표 25] TSG 별해당디렉토리 109 [ 표 26] 회의디렉토리의각하위디렉토리의의미 109 [ 표 27] CR 상태값의의미 10 [ 표 28] TSG 워킹그룹별문서명 1 [ 표 29] LTE 규격문서의상위분류 12 [ 표 30] LTE 규격문서의세부분류 13 ii

5 목 차 LTE 표준기술검색길라잡이 그 / 림 / 차 / 례 [ 그림 1] 3GPP의조직 9 [ 그림 2] 3GPP 워크플랜작성예 14 [ 그림 3] CR 문서의양식 21 [ 그림 4] 3GPP 무선통신의진화과정 27 [ 그림 5] LTE FDD 방식무선프레임구조 73 [ 그림 6] LTE의시간- 주파수자원구조(normal CP 인경우) 8 3 [ 그림 7] LTE TDD 방식무선프레임구조 93 [ 그림 8] LTE TDD방식무선프레임의형태 04 [ 그림 9] 셀서치과정 42 [ 그림 10] FDD에서 PSS와 SSS 프레임구조 2 4 [ 그림 11] TDD에서 PSS와 SSS 프레임구조 3 4 [ 그림 12] FDD 셀에서주파수-시간영역에서 PSS와 SSS 프레임구조 4 4 [ 그림 13] SSS 시퀀스매핑 54 [ 그림 14] cell-specific RS 배치 6 4 [ 그림 15] 안테나개수가 2개인경우 cell-specific RS 배치 7 4 [ 그림 16] 안테나개수가 4개인경우 cell-specific RS 배치 7 4 [ 그림 17] UE-specific RS 9 4 [ 그림 18] MBSFN RS 9 4 [ 그림 19] 시퀀스그룹플래닝 51 [ 그림 20] PUSCH DM RS의업링크서브프레임구조 5 5 [ 그림 21] PUCCH DM RS의업링크서브프레임구조 55 [ 그림 22] SRS 심볼을포함한업링크서브프레임구조 65 [ 그림 23] RPF가 2인 SRS 심볼구조 7 5 [ 그림 24] PBCH 구조 06 [ 그림 25] contention-based 랜덤액세스절차 6 6 [ 그림 26] RAR 윈도우의타이밍 76 [ 그림 27] 메시지3 전송타이밍 68 [ 그림 28] Contention-free 랜덤액세스절차 9 6 [ 그림 29] PUSCH, PUCCH와 PRACH 다중화 0 7 [ 그림 30] 포맷 0/2에서의 PRACH CP와 GT 0 7 [ 그림 31] 다운링크제어채널의시간-주파수영역 27 [ 그림 32] REG에의 PCFICH 매핑 37 [ 그림 33] PHICH 신호 67 [[ 그림 34] PHICH 직교코드를 OFDM 심볼에매핑하는예 iii

6 목 차 [ 그림 35] PUCCH 영역의개수가짝수인경우와홀수인경우의구조 87 [ 그림 36] PUCCH RB에 PUCCH 포맷의물리매핑 08 [ 그림 37] 포맷 2/2a/2b에서의 CQI 채널구조 18 [ 그림 38] HARQ ACK/NACK 에대한성상도 2 8 [ 그림 39] ACK/NACK 구조 58 [ 그림 40] shortened PUCCH ACK/NACK 구조 6 8 [ 그림 41] PUCCH 포맷 1/1a/1b에서의 ACK/NACK와 SR의성상도 1 9 [ 그림 42] 제어시그널링과 UL-SCH 데이터의다중화 2 9 [ 그림 43] 비트맵타입 0에의해지정된 PRB 10 [ 그림 44] 비트맵타입 1에의해지정된 PRB 10 [ 그림 45] 3GPP ftp 서버의루트디렉토리 107 [ 그림 46] 3GPP ftp 서버의디렉토리구조 108 [ 그림 47] 인터페이스와해당표준문서 14 [ 그림 48] TS 문서이력화면 15 [ 그림 49] 표준문서의표준변경이력화면 15 [ 그림 50] 기고문예시 17 [ 그림 51] 63차회의의회의록내용 18 [ 그림 52] 3GPP ftp 서버접속화면 121 [ 그림 53] 3GPP 웹사이트의단순검색화면 123 [ 그림 54] 3GPP 웹사이트의단순검색결과 124 [ 그림 55] 3GPP 검색초기화면 125 [ 그림 56] Advanced 검색초기화면 126 [ 그림 57] Menu Assisted 검색초기화면 127 [ 그림 58] Natural language 검색초기화면 128 [ 그림 59] 기고문검색결과 129 [ 그림 60] 이동식데스크바에서의검색어추가에따라검색결과 130 [ 그림 61] 기고문요약파일 131 [ 그림 62] 엑셀의찾기메뉴를이용한기고문검색 132 [ 그림 63] 엑셀의필터링기능을이용한기고문검색 13 [ 그림 64] 2010년제출된기고문리스트 134 [ 그림 65] 선언특허검색화면 135 [ 그림 66] 기고문검색결과 139 [ 그림 67] R [ 그림 68] R [ 그림 69] PUCCH의자원할당에관한표준문서 14 [ 그림 70] 3GPP 웹사이트에서검색조건입력 145 [ 그림 71] Advanced search 에의한검색결과 [ 그림 72] R [ 그림 73] R iv

7 1. 서 론 LTE 표준기술검색길라잡이 1. 서 론 1

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9 1. 서 론 1 서 론 지난수년간우리나라는아날로그방식에의하여통신서비스를시작한후, 2 세대, 3 세대이동통신서비스를구현하면서, 이동통신기술에있어서눈부신발전을이루었다. 이동통신서비스의영역이과거에음성중심에서데이터중심으로이동하면서, 와이브로, LTE, UMB 등새로운통신규격들이계속나타나고있으며, 이와관련된특허출원도 지속적으로증가하고있다. 최근출원되는이동통신관련특허의특징은 3세대및 4세대이동통신표준규격에 관련된출원이라는점이다. 특히, PCT 출원의경우에는 LTE 등차세대이동통신표준 규격에관련된특허가급증하고있는데, 이는우리나라기업들이과거외국의기술을 모방하여제조되는단계를벗어나, 직접국제표준화회의에적극적으로참여하고 관련된특허출원도활발히하고있는점에기인한다. 이동통신분야는기술이어렵기때문에명세서를이해하기도힘들지만, 새로운표준이 나타날때마다심사관이지속적으로표준동향을파악해야하는애로점이있었다. 특히, 표준화업무를수행한경험이없어서표준문서에익숙하지않는심사관들이 이통통신표준특허를심사하는것은쉽지가않은것이현실이다. 표준문서의경우에는 기술적인의미가잘나타나있지않고단지규격만이나열되어있기때문에, 직접표준화 업무를수행하지않은심사관이쉽게접근하거나이해하기어려운측면이있다. 표준 규격에대하여각기술요소간의연관관계를명확히이해하지못하는경우, 명세서로 부터정확한기술적특징을이해하기어렵고, 특정표준기술을인지하더라도그에따른 표준문서를찾기가어렵다. 또한, 표준문서에서의용어와특허에서의용어가서로 상이한경우도있기때문에, 명세서에서도출된검색어만으로는표준문서를검색하기는 어려운실정이다. 본가이드는이와같은심사관의어려움을조금이나마해소하기위한취지로작성 되었으며, 구체적인구성은다음과같다. 3

10 1. 서 론 먼저, 3GPP 에서표준화과정에서의일반적인내용을기재하였으며, 3GPP의조직 구성, 표준화절차, 문서의종류등을다루었다. LTE는 3GPP 에서계속진행되는다양한 3 세대이동통신표준프로젝트에해당한다. 따라서, LTE 에서진행되는표준화과정은 3GPP 의일반적인절차를따르고있기때문에, 3GPP 에서표준화과정의전반적인진행과정, 서버에서제공되는파일의이름, 표준 문서의제목이의미하는바를이해한다면, 심사관들이기고문의제목을통해서어느 기술분야에해당하는것인지알수있고, 특정기고문이이전의기고문과관련이있는지 판단하는데에도도움이될수있다. 다음으로는, LTE 의주요기술을나열하였다. 통상적으로, LTE 기술중에서 RAN1, RAN2에해당되는부분이특허로출원되는경우가많고그중에서도 RAN1이가장 중요하다. 따라서, RAN1 을중심으로주요요소기술들을요약하였다. LTE 관련특허의경우, LTE 시스템에서특정문제를해결하거나개선하기위한특허가 출원이되고있기때문에, LTE 시스템에대한전반적인이해가선행되지않으면, 기술 내용을파악하기어려운경우가많다. 비록, LTE 의규격문서가공개되어있기는하지만, 표준규격작업에참여하지않은제3 자가이해하기는쉽지않다. 본가이드에서는이와 같은애로점을해소하기위하여, LTE 의주요기술들을소개하였다. 본가이드에기재된 기본개념이나용어들을이해한다면, 특허명세서의내용파악이용이하고, 적절한 선행기술을효율적으로검색할수있을것이다. 마지막으로, 표준문서를효율적으로검색하는방법에대하여다루었다. 3GPP 웹사이트에서제공하는표준문서고급검색기능을이용하는방법, 3GPP ftp 서버에서 제공하는표준문서를개인 DB화한후구글데스크톱을이용하여표준문서를검색 하는방법, 엑셀 DB 화일을이용하여검색하는방법을살펴보고, 구체적인사례를통하여 표준문서를검색하는과정을살펴보았다. 4

11 2. 3GPP 표준화절차 LTE 표준기술검색길라잡이 2. 3GPP 표준화절차 GPP 개요 GPP의조직및구성 GPP 회의 2.4. 표준화진행과정 GPP 규격문서생성및변경 5

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13 2. 3GPP 표준화절차 2 3GPP 표준화절차 GPP 개요 3GPP 는 ARIB( 일본), CCSA( 중국), ETSI( 유럽), ATIS(US), TTA( 한국), TTC( 일본) 등 각나라의표준화단체로구성된 3세대파트너쉽프로젝트 를의미한다. 3GPP 는 1998 년 12월에각국표준화단체가 The 3rd Generation Partnership Project Agreement 에협약함으로써최초로발족되었다. 초기에 3GPP 에서업무영역은진화된 GSM 코어네트워크와무선접속기술(UTRA: Universal Terrestrial Radio Access) 을기초로 3G 이동통신시스템의기술규격 (Technical Specification) 과기술보고서 (Technical Report) 를준비하거나승인하고이를유지하는 것이었다. 그후, 3GPP 의업무영역이확대되어, GSM(Global System for Mobile communication) 기반의무선접속기술 (GPRS: General Packet Radio Service, EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution) 을비롯한 GSM 기술규격과기술보고서를유지및발전시키는것까지포함하게되었다. 7

14 2. 3GPP 표준화절차 GPP 의조직및구성 3GPP 의참여자는파트너, 개별회원, 참관인, 게스트로구분된다. 3GPP 의파트너는조직파트너(Organization Partner) 와시장대표파트너(Market Representation Partner) 로구분된다. 조직파트너는지리적위치에관계없이모든표준화 단체에게개방되어있다. 조직파트너는표준을정의하고확정할수있으며, 파트너쉽프로젝트협약에서명 한다. 표준은시장의요구사항을고려해야하는데, 이를위하여시장대표파트너 (Market Representation Partner) 를별도로두고있다. 시장대표파트너는조직파트너에의해 3GPP 에참여하도록요청되며, 시장요구 사항의관점에서조언을할수있으나, 조직파트너가갖는표준의확정권한이나 파트너쉽프로젝트협약에서명하는권한을갖고있지않다. 조직파트너는시장대표파트너가 3GPP 에참여하도록초청할수있다. 시장대표파트너쉽은지리적위치에관계없이모든단체에게개방되어있으며, 각단체는기존파트너에게직접서신을보내어, 시장대표파트너가될수있다. 3GPP 의개별회원이되려면, 조직파트너의회원자격이있어야한다. 개별회원은 3GPP 기술규격작업에참여할수있다. 향후에파트너가될자격을가지고있는단체는조직파트너에의하여참관인으로 승인될수있다. 참관인은조직파트너나 PCG 회의에한명의대표자를보낼수있고, TSG 회의에 여러명의대표자를보낼수있다. 참관인의대표자는문서를받거나배포할수는 있으나, 규격, 보고서, Work Item 기술, 워크플랜에변경을하거나 TSG 관리하의 문서를제출하는것은허용되지않는다. 게스트는조직파트너에의하여일정기간동안개별회원이될자격이있다고승인 될수있다. 게스트는 TSG 와그범위안의그룹회의에대표자를둘수있다. 대표자들은문서를 받을수는있으나, 결정을하거나토의에참여할수없고, 문서를배포하지못한다. 8

15 2. 3GPP 표준화절차 [ 그림 2] 3GPP의조직 3GPP 는 PCG(Project Co-ordination Group) 와 TSG(Technical Specification Groups) 로 구성된다. TSG 는필요시워킹그룹을만든다. TSG 에는 TSG GERAN, TSG RAN, TSG SA, TSG CT 로구성되어있다. 3GPP 초기에는 TSG RAN, TSG SA, TSG CT 만이있었으나, 3GPP 의업무영역이확대되면서, TSG GERAN 이추가되었다. 조직파트너는필요시에전체 3GPP 회원이참여하는회의를소집할수있으며, 3GPP 범위의승인및유지, 파트너쉽프로젝트기재사항의유지, TSG 그룹의생성과 중단에대한결정, TSG 에의해요청된범위와기간의허가, 조직파트너의자금 요청에대한허가, 조직파트너에의해제공되는인력과자금을 PCG에할당하는 직무를수행한다. 조직파트너와시장대표파트너는파트너쉽프로젝트합의의유지, 3GPP 파트너쉽적용의허가, 3GPP 해산과관련된직무를수행한다. 9

16 2. 3GPP 표준화절차 PCG는 PCG 의장과부의장의임명, 조직파트너에의해제공된인력과재정을 TSG 에할당, 3GPP 지원팀의관리, 파트너쉽프로젝트의워킹절차의변경의제안및 승인, 전체작업과정에서전체스케줄결정, 합의된 3GPP 범위및목적에의하여 제안된 Work Item 에시작과중단의최종채택, TSG 의장과부의장의임명및해임, 조직파트너에의해수신된 3GPP 관련 IPR 선언등록의유지의직무를수행하며, 필요시전체 3GPP 회의를소집할것을결정한다. 조직파트너는의장, 부의장을제외하고, 최대 5명의대표자가 PCG에참여할수 있고, 각시장대표파트너당최대 3 명의대표자, TSG 의의장, 부의장, 최대 3명의 ITU 대표자, 각참관인별로한명의대표자가 PCG 에참여할권리를갖는다. PCG 회의는매년적어도두번개최되고, 예정일전적어도 30 일이전에소집통지, 협의사항초안, 관련문서가배포된다. TSG는시장대표파트너에의해제안된시장요구사항을고려하여 3GPP 규격과기술보고서를준비, 승인, 유지한다. 기술 TSG는투표에따라선출된 TSG 의장과부의장의임명을 PCG 에제안, TSG 워킹 그룹생성, 새로운워킹그룹의위원장임명, TSG 내의자원할당, 업무를파트너에게 할당하는업무를수행한다. 기술업무들의조정을용이하도록하기위하여, TSG 회의는일반적으로 PCG 회의와 동일한시기에동일한장소에서개최된다. 따라서, TSG 회의역시 1년에두번개최되는 것이일반적이다. 조직파트너의대표자, 시장대표파트너의대표자, 개별회원의대표자, 참관인의 대표자, 게스트의대표자는 TSG 에참여할수있는권리를갖는다. 워킹그룹은서브워킹그룹 (SWG) 을구성할수있고, 서브워킹그룹의장을임명 한다. 기술규격과기술보고서는 에게배포된다. TSG 에의해작성되고, 승인된후에는참여하는조직파트너 기술규격과기술보고서가확정되면, 관련된 TSG 에의하여변경제어(change control) 상태가되며, TSG 에의해허용되는변경요구사항 (change request) 에의해수정이가능 하다. 10

17 2. 3GPP 표준화절차 GPP 회의 TSG와 WG 회의는정규회의(ordinary meetings) 와특별회의(ad hoc meetings) 로 구분된다. 정규회의는 TSG나 WG 의통상적인업무가수행되는회의이며, 그룹의의장에의해 주재가되며, 회의개시일로부터적어도 6 개월전에공지가된다. TSG와 WG 회의는번호순서대로진행되고, 두개의정규회의사이에새로정규 회의가추가되어야한다면, 새로추가된회의는숫자뒤에 bis 를추가하여구분한다. WG나 TSG의특별회의는특정주제를처리하기위하여 WG의결정혹은 WG가 속하거나관련된 TSG의결정에의하여소집되며회의전적어도 21일전에의장에 의해서공지된다. 특별회의는별도로 WG 에의하여위임이된사항이아니라면, 상위 그룹에의해결정된범위를변경하거나확장하지못한다. TSG와 WG 회의문서는 xminnzzzz 의형식의제목을갖으며, 각문자가의미하는 내용은다음과같다. x : 해당하는 TSG 를표시하며, R(Radio Access Network), N(Core Network), S(Service and System Aspects), T(Terminals), G(GSM/EDGE Radio Access Network), C(Core network and Terminals) 중하나의문자를기재한다. m : WG 을나타내며, 통상 1,2,3 중하나의숫자를갖는다. TSG 자체인경우에는 P 가기재된다. I : 통상하이픈 (-) 을기재하고, 문헌이제출되는회의의특성에따라서브그룹을 나타내는다른문자를기재하기도한다. nn : 두개의숫자로년도를나타낸다. zzzz : 문서의고유숫자이다. 따라서, 문서제목이 S 이라면, TSG SA의 SA WG1 에서 06년에제출된 357 번째문헌이라는것을의미한다. 문서의파일이름은문서제목과동일하며, zip 으로압축되어있다. 예를들어, 문서의제목은 S 이라면, 파일 S zip 에저장되어있다. 11

18 2. 3GPP 표준화절차 2.4. 표준화진행과정 3GPP 워크프로그램은 TSG에의해정의된 Work Item 으로구성된다. 초기스터디를통하여기술보고서 (TR) 가작성되는데, 기술보고서는추가되는기능에 대한타당성조사를수행하고, 조사결과가긍정적이라면, 기존시스템에추가되는 새로운혹은진화된기능에대한 Work Item(Feature-type Work Items) 이생성된다. 타당성조사에서는기술적인내용뿐만아니라상업성이있는지도검토하게되고, 그분석에따라기존시스템에추가될수있는새로운 정의된 Feature 를정의하게된다. Feature 는기술적으로명확하게기재될필요는없고, 통상적으로서비스 측면의개념을나타낸다. 즉, 고객에게제공할수있거나, 제조사에게수익을증대시킬 수있는개선된서비스를구체화하게되며, TSG-SA WG1 에서이를다룬다. Feature 는과제의최상위목표라고볼수있고, 정확한기능을구체화하기위하여 더단순한요소나 Building Block Building Block 으로세분화된다. 은단일시스템요소에통상적으로포함된기술적인기능의일관성 있는집합을나타내며, Feature 를다시구분한것이다. Building Block 은기술적인용어로정의되며, 통상전체시스템의구조를이해하여 야만기술이가능하다. Building Block은 terminal 이나 call control 과같은단일물리 혹은논리구조나단일프로토콜로제한이되는것이일반적이며, 하나의 Building Block 은다른 Feature 에서다시사용될수있다. Building Block 을구현하기위해, 기능들은더작은 task 로세분화할필요가있는데, Building Block 을범위와스케줄에따라작업아이템으로구분한것이 Work task 이다. Work task 의결과물은새로운기술규격혹은기술보고서, 기존기술규격과기술 보고서에대한 CR(Change Request) 이다. Work task 는작업내용을가장하위레벨에서분류한것이고, 기간을산정할수 있다. Building Block 을구성하는모든 Work task 의스케줄이추정되면, 상호의존 관계를감안하여상위 Building Block 과상위 Feature 의전체스케줄을차례대로 추정할수있다. 스터디아이템이나 Feature 에대한작업은다수의 TSG 에포함된다수의워킹 12

19 2. 3GPP 표준화절차 그룹에의하여수행되나, Building Block 은하나의 TSG 에의해서수행되고, Work task 는단일워킹그룹에의해수행된다. Feature, Building Block, Work task 은 Work Item 을구성하는구체적인형태가되고, Work Item은 Study Item, Feature, Building Block, Work task을포함하는일반적인 용어이다. Work Item 은정확한범위의정의, 예상스케줄, 보고자, Work Item 구현에참여하는적어도네명의회원조직이필요하다. 을지원하고 Work Item 의이름은 Work Item 정의에기록되고, TSG 가새로운 Work Item 을승인 하면, 3GPP 워크프로그램에진입한다. 3GPP 워크프로그램은모든개별회원이이용가능하고, 새로운 Work Item 은 3GPP 워크프로그램으로진입하는달의다음달말까지 new 라고표시된다. 새로운 Work Item은이기간동안개별회원이나파트너로부터반대가있지않으면 PCG에의하여 채택된다. 기간이종료되면, 반대여부에상관없이 new 표시가제거된다. [ 표 1] 워크아이템의상태 상태설명워크플랜에표시 NOT TSG approved Work in Progress Frozen Stopped 초안 Work Item 으로 TSG 에의해서 승인이되지않은상태 TSG 에승인이되어관련된워킹 그룹에서작업중 TSG 에승인이되고, 작업이완료 되어확정됨. 동일한 Work Item 코드를이용하여반드시필요한 변경만이허용됨 Work Item 이완성되지않은상태 에서중단됨. 동일한 Work Item 코드를이용하여더이상의변경은 허용되지않음. 기존에허용된 변경은 CR에의하여제거되지 않은한규격에포함됨 Work Item 은워크플랜에포함되고, level of approval 은공란이되거나. WG 으로표시된다. Work Item 은워크플랜에포함되고, level of approval 은 TSG 로표시 된다. %complete 는100% 미만이어야 한다. Work Item 은워크플랜에포함되고, %complete 는 100% 이어야한다 워크플랜은 Work Item 이중단된 TSG 회의를기록한다. ( 이전의관례는워크 플랜에서 Work Item 을완전히삭제함 ) 13

20 2. 3GPP 표준화절차 Work Item 이일정기간( 통상적으로 6 월) 동안더이상진전이없다면자동적으로 종료되고, 그 Work Item 은워크프로그램에 stopped 라고표시되며, 표시되는기간은 Work Item 이처음표시된달의다음달말까지이다. 이기간동안개별회원의반대가 없다면, Work Item은 PCG 에의하여종료된다. 규격의변경은오류를수정하거나규격에서일치하지않은부분을변경하는경우와 시스템을개선하는변경을하는경우( 예를들어, 새로운서비스나 feature 를추가하거나, 기능을개선하거나비용을절감하는경우) 로구분된다. 오류를수정하는경우에는 직접적인 CR에의해수행되고 Work Item 에서다루지않으나, 개선을하는경우에는 TSG의승인을거쳐서 Work Item 에서다루어진다. 표준을개선할필요가있을때, 대표자는 Work Item 기술서를 TSG 혹은 TSG WG에 제출한다. 예외적으로, Work Item 기술서를제출하지않고 CR를 TSG 서브그룹혹은 TSG 에제출하는경우에는가상의 Work Item 으로간주하며, Technical Enhancement 라고한다. [ 그림 3] 3GPP 워크플랜작성예 14

21 2. 3GPP 표준화절차 새로운서비스, 특징, 기능을제안하고자할때에는 TSG SA 에서주로담당하고, 필요한경우에는관련된 Work Item에대해서다른 TSG 에서담당한다. 성능을개선 하고자하는경우에는해당 TSG WG 에서담당한다. Work Item은통상새로운규격을 생성하거나, 기존규격에대한 Change Request 가생성된것을의미한다. Work Item의상태는 3GPP 워크플랜에기록이되며, 구체적인내용은표1 과같다. Work Item 별로세부진행상황과완료예정일등에대한정보는 3GPP ftp 서버의 WORK_PLAN 디렉토리 ( ) 에저장된파일을통해서알수있다. 15

22 2. 3GPP 표준화절차 GPP 규격문서생성및변경 기술규격은 3GGP 에의해서생성된다. TSG 내부의계속되는작업에의해작성된문서는공식적인 TSG 승인후에도변경될 수있다. TSG 가문서의내용을변경한다면, 문서는배포일과버전을변경하여다시 공개된다. 문서의버전은 Version x.y.z 와같이표기되며, x,y,z 의의미는표2 와같다. [ 표 2] 버전숫자의의미 Field Use 설명 x major 0: draft 1: TSG 에정보를제공하기위하여제출된문서 ( 규격의완성도는 60% 정도임 ) 2: TSG 에승인을받기위하여제출된문서 ( 규격의완성도는 80% 정도임 3 이상: change control 중에있는승인된문서 y technical 기술적개선, 수정등모든변경에대하여숫자가증가한다. Change Conrtol 에서 TSG가하나혹은그이상의 CR 를허가하는경우숫자가증가하고, major 필드가증가할때마다 0 으로리셋된다. z editorial 교정에의하여규격이변경될때증가하고, technical 0 으로리셋된다. 필드가증가할때마다 규격의 major 필드(x) 값이 0, 1, 2 라는것은그규격이초안이거나철회된것이고, TSG 내부적으로정해진다. 만일, 규격의 major 필드(x) 값이 2 이상이라면, TSG WG Change Control, TSG Change Control, closed, withdrawn 상태라는것을의미한다. 기술규격은 3GPP TS aa.bbb 와같이표기되고, 기술보고서는 3GPP TR aa.bbb 와 같이표기된다. UMTS Release 1999 이후의규격은 aa가 21 이상의값을가지고, 36은 EUTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) 에사용되며, LTE에 해당된다. 16

23 2. 3GPP 표준화절차 [ 표 3] 3GPP 규격버전의의미 0.x.y x.y (x>0 또는 y>0) x.y (x>0 또는 y>0) x.y.z (x 3) 초안( 혹은철회) TSG 내부 규격에대하여 TSG에정보가제공되지않은상태임 규격의 major 버전은 TSG change control 상태가아님 초안( 혹은철회) TSG 내부 규격 1.0.0은 TSG에제출됨 정보를제공하거나, 정보제공하여승인된상태 규격의 major 버전은 TSG change control 상태가아님 초안( 혹은철회) 초기버전 1.0.0은 TSG에정보제공을위하여제출됨 규격의 major 버전은 TSG change control 상태가아님 초안또는철회 TSG 내부 초기버전 1.0.0은 TSG에정보제공을위하여제출됨 버전 2.0.0은 TSG에승인을위하여제공됨 규격이아직승인되지않음 규격의 major 버전은 TSG change control 상태가아님 초안 TSG 내부 초기버전 1.0.0은 TSG에정보제공을위하여제출됨 초기버전 2.0.0은 TSG에승인을위하여제공되었으나아직승인되지 않음 규격의 major 버전은 TSG change control 상태가아님 TSG Change Control 혹은 closed 상태 TSG 내부혹은공개되도록승인됨 초기버전 1.0.0은 TSG에정보제공을위하여제출됨 규격의초기 major 버전이존재한다면, TSG change control, closed, withdrawn 상태임 다수의규격을모아서 이동통신시스템은특정 Release 로그룹화한다. Release 를구성하는모든규격의집합에의하여구현되며, 그룹내의표준화과정에서새로운기능을추가하여, 이전 Release 와구별된다. Release 는버전형식에서첫번째필드값에의해구별된다. 17

24 2. 3GPP 표준화절차 [ 표 4] 범위에따른표준규격의구분 Field Use 설명 aa.bb Release 4 이전 GSM 시스템에적용되는규격 3GPP 에서관리하기는하나, Release 1999 되지않음 이후에진행이 aa.0bb aa.1bb 2G와 3G에적용되는규격 GSM 규격이기술적으로변경된규격혹은새로운규격 aa의범위가 21~39 인경우: 해당 GSM 규격은 [aa-20].[bb] 로표시된다. 예) 3GPP TS 는 GSM 를대체한다. aa의범위가 41~59 인경우: GSM aa.bb 에해당한다. aa의범위가 21~39 인경우: 해당 GSM 규격은 [aa-20].[bbb-100] 으로표시된다. 예) 3GPP TS 는 GSM 에기초한다. aa의범위가 41~59 인경우: Release 4 이후의새로운 GSM 규격 aa.2bb ~ aa.7bb 새로운규격일반적으로 Release 4 이전의 GSM 규격과관련없음 aa.8bb aa.9bb 공개되지않을예정인기술보고서공개할예정인기술보고서 파트너조직에의하여공개되지않을예정인문서 [ 표 5] 버전번호와해당릴리즈 Change Control 하의규격 규격번호형식과버젼 GSM Phase 1 aa.bb v3.y.z GSM Phase 2 aa.bb v4.y.z GSM Phase 2+ Release 1996 aa.bb v5.y.z GSM Phase 2+ Release 1997 aa.bb v6.y.z GSM Phase 2+ Release 1998 aa.bb v7.y.z GSM Phase 2+ Release 1999 (pure GERAN-based system) pure UTRAN-based system and common UTRAN- & GERAN-based systems Release 1999 aa.bb aa.bbb v8.y.z v3.y.z GERAN- & UTRAN-based systems Release 4 aa.bbb v4.y.z GERAN- & UTRAN-based systems Release 5 aa.bbb v5.y.z GERAN- & UTRAN-based systems Release 6 aa.bbb v6.y.z GERAN- & UTRAN-based systems Release 7 aa.bbb v7.y.z 18

25 2. 3GPP 표준화절차 그룹에서새로운규격이생성되면, 보고자가임명된다. 보고자는 vesrion 형식의초안과다음의수정된버전(version 0.1.0, 0.1.1, 0.1.2, 등) 을작성한다. version 0.1.0, 0.2.0, 와같이 technical 버젼필드가증가하면서작성된새로운 초안은책임이있는그룹에제출되고, version 0.i.1, 0.i.2 는초안을작성한그룹의내부 문서이다. 규격이충분히완성되면, 지원팀은 version 1.0.0으로전환하여 TSG 에제출된다. 이때, version 은이전 version 0.y.z 와는기술적으로차이가나지않는다. 규격이 TSG 에승인되는수준까지완성되도록, version 1.y.z와같은추가적인초안이작성 된다. TSG 가공식적으로규격을승인하면, TSG 에직접속하는경우가아니라면, TSG 서브그룹의책임하에있게된다. 책임있는그룹이 Change Control 을할수있을정도로초안이완성되었다고판단 하면, 가장최근의 version 1.y.z는 version 2.0.0으로변경되어 TSG에승인을위하여 제출된다. 이때, vesrion 2.0.0은 version 1.y.z 와기술적으로동일하다. TSG 가초안을승인하지않으면, 추가로초안 version 2.y.z 가책임있는그룹에의해서 작성되고, TSG 가초안을승인하면, 승인된 version 은 version x.0.0 으로변환되며, x 값은시스템별로 Release 의해당되는값을갖는다. 규격은 TSG Change Control 상태에진입하고, Change Request에의하여변경이 되고, TSG 에의해승인된다. CR 이승인되면, 중간숫자는증가하고가장오른쪽숫자는 0 으로리셋된다. 예를들어, 7.2.0에서 으로변경된다. 규격이 TSG 에의해승인되어 vesion x.0.0 (x 3) 이작성되면, change control 이고려 되며, 기술적인측면에서규격의변경은 change request 에의해가능하다. CR 은개인에의해제안이되며, 책임있는워킹그룹이수행한다. WG이변경에동의 하면, WG 간사는 CR에유일한참조번호를할당하고지원팀이관리하는 CR 데이터 베이스에세부내용을입력한다. CR이 TSG 에의해거절되더라도, 동일한 CR 번호는다시사용할수없고, TSG 간사는 TSG 의 WG에의해승인된모든 CR을합쳐서 TSG 의승인을받는다. TSG 의승인후에, 지원팀은처음규격에 TSG에의해승인된 CR 의변경을통합하여편집하고, 규격의 새로운버전은 3GPP 파일서버에서이용이가능하다. 19

26 2. 3GPP 표준화절차 CR 양식의첫장에는버전과함께목표규격, CR 의소스, 제안된변경이허용되지 않은이유, 제안된변경사항의카테고리등이표시된다. frozen 되지않은규격의 major 버전의 CR은표6 과같이구분된다. [ 표 6] CR의카테고리 카테고리의미설명 A 이전 release 의수정 카테고리 F CR이이전 Release 에서승인되는경우에만사용이된다. 이전 Release 란동일한 3GPP 규격의이전 major version 혹은대응되는 GSM 규격의 major version 을의미한다. B feature 의추가혹은삭제 새로운 feature 가 release 에추가된다. 통상 Work Item에대응된다. alignment CR 인경우를제외하고는, frozen release 에는사용되지않는다. C feature 의기능변경 기능변경은확인된 Work Item 에대응된다. alignment CR 인경우를제외하고는, frozen release 에는사용되지않는다. D 편집 구현에영향을미치지않는다. frozen release 에는허용되지않는다. E ( 사용되지않음) F 수정 1: 규격의오류수정 2: 규격의모호한부분을수정 3: (void) 4: 이전에허가된 CR에서오류를수정 5: 새로운기능을추가하지않고, 규격사이의일치하지 않는부분을수정 frozen major 버전의규격에대한 CR 은단순히수정하거나 ( 카테고리 A, 카테고리 F), Alignment CR에의하여규격을추가하거나제거함으로써 release의합의된기능에 일치시키는것이다( 카테고리 B, 카테고리 C). CR은 CR 양식에서변경의내용을표시하고, 규격에서변경에의하여영향을받는 부분은별도로첨부하게되는데, 제안된변경은 revision mode 에의하여표시된다. 20

27 2. 3GPP 표준화절차 [ 그림 4] CR 문서의양식 TSG 는각각의 CR에대하여판단한결과를 Approved, Postponed, Rejected 중하나로 표시한다. Approved 는규격에포함이되는것을의미하고, Postponed 는원칙적으로허가가 되지만, TSG 워킹그룹에의해수정되어서다시제출될것을요구하고, Rejected 는 허용이되지않으며, 책임있는그룹이더논의할것을요구한다. TSG 회의가종료되면, 지원팀은회의에서제출된 CR의세부결과를포함하는 리스트를발행하는데, 리스트는회의보고서에부록으로첨부된다. 규격에승인된 CR 이하나라도있을시에는규격의새로운버전이생성된다. 규격에서단순히편집상의오류가있는경우, editorial 필드가증가하며, 규격의 change history 에서명확히설명된다. 21

28 2. 3GPP 표준화절차 TSG 가규격이충분히확정된것으로결정되면 frozen 으로간주된다. 이경우 반드시필요한오류의수정만이가능하다. ( 새로운 major 버전이새 feature 를포함할 수도있다.) TSG 가규격이더이상계속되지않는다고결정하면, 규격은 closing 되고, 더이상의 CR 는고려되지않는다. ( 동시에, 더높은 major 버전이개발될수있다.) 특정규격이다른규격과모순되는등의이유로혼란을준다면, 사용하지않는 규격은철회하여야하며, 규격은 withdrawing 된다. 규격은 release 별로동시에다수의버전으로존재할수있다. 원칙적으로, 규격의 release 는해당 major 버전필드를갖는모든규격을포함한다. 따라서, 규격이완성 되기위해서는이전 release 버전과내용이동일하다할지라도, 새로규격이작성될 필요가있다. 새로운규격은 TSG가최종적으로 release가완성이되었다고선언한 후에생성된다. 새로운 release 의 feature 요구사항을만족시키기위하여기술적변경이필요한경우 에는새로운 release 에해당하는규격의새로운버전은 CR 에의하여생성된다. 다음 release 로진행되면서규격이제외되기도한다. 이경우책임있는그룹은다른 규격이제외된규격을참조하지않도록검토하여야한다. 그룹이이전 release 에있는규격에오류를수정하는 CR 을생성하면, 규격의다음 release 에도동일한변경이필요한지확인하여야한다. CR이여러개의 release에 영향을주는해당규격각각에대하여 라고한다. CR 이생성되는데, 이를 mirror Change Requests GSM phase 2+ 규격은 1996 년부터 1999 년까지매년 release 로그룹핑되었다. 3세대 규격은 1999년최초로 release 로그룹핑되었고, 그이후의 release는반드시매년 생성되지는않았기때문에, release 4, release 5와같이버전의 major 필드에따라서 명명된다. 22

29 2. 3GPP 표준화절차 규격은파일로관리되고, 파일의이름은 aabbb-xyz.eee 와같은형식을갖는다. aabbb 는규격번호에해당하고, xyz 는버전번호에해당하고, eee는워드파일의 doc 와같은확장자를의미한다. 저장공간을줄이기위하여, 소스파일은압축되어 있으므로, 파일확장자는 zip 이된다. 파트가다수개인규격은 aabbb-n-xyz.eee 와같은파일이름을갖게되고, n은파트 번호를의미한다. 규격이다수개의소스파일로구성되어있는경우에하나의문서는몇개의작은 파일로나누어지고, 각파일은괄호안에파일번호를나타내는문자를추가하여구별 하며, aabbb-xyz(m).eee 와같은형식을갖는다. m의값은 0~9, a~z 까지갖게되며, 알파벳 a,b,c 등은차례대로 10,11,12 등을의미한다. 규격의초안버전은 aabbbdxyz.eee 와같이하이픈대신 d 로대체하여구별된다. 예 ) zip : 규격 버전 4.2.0의압축파일 m-6g2.doc: 파트 22 version 의소스파일 ( 숫자 10~35 까지는각각알파벳 a~z 로표시한다. 따라서, m은 22 를의미하고, g는 16 을의미한다.) (1).doc, (2).doc: 두개의파일이규격 버전 을구성 하고, zip 으로압축된다 (1).doc, (2).zip: 소스텍스트파일과압축된 TTCN 파일이며, version 을구성한다. 23

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31 3. LTE 개요 LTE 표준기술검색길라잡이 3. LTE 개요 3.1. LTE 진화과정 3.2. LTE의요구사항 3.3. LTE의주요기술 25

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33 3. LTE 개요 3 LTE 개요 3.1. LTE 진화과정 3GPP 에서, 무선접속기술은세가지로구분된다. 2세대 GSM/GPRS/EDGE 는 TDMA/FDMA 에기반을두고있다. 3세대 UMTS 는 CDMA 을기반으로하고있으므로 WCDMA(Wideband CDMA) 라하기도한다. LTE는 OFDM(Orthhogonal Frequency- Division Multiplexing) 을기반으로하고있으며, 이동통신표준의가장진화된형태 이다. [ 그림 5] 3GPP 무선통신의진화과정 LTE 시스템은최초설계단계에서회선스위칭방식대신패킷스위칭방식으로구현 되었으므로, 무선인터페이스에서음성뿐만아니라다양한서비스를구현할수 있도록서비스의범위가확장될수있다. 또, 무선인터페이스뿐만아니라코어 네트워크까지도패킷스위칭방식이구현되어있다. 27

34 3. LTE 개요 3.2. LTE 의요구사항 LTE 요구사항은 2005 년에확정이되었으며, 구체적인내용은다음과같다. - 호설정시지연의최소화 - 유저데이터레이트증가 - 셀경계면에서의비트레이트증가 - 주파수효율을향상시켜서비트당비용감소 - 주파수를유연하게활용 - 네트워크구조단순화 - 상이한무선접속기술간에끊김없는이동성 - 단말의전력소모최소화 시스템성능요구사항 LTE 의업링크, 다운링크에서요구되는성능은다음과같다. [ 표 7] LTE의주요성능요구사항 구분파라미터요구사항 다운링크 업링크 시스템 최대전송율 최대주파수효율 평균셀주파수효율 셀경계면의주파수효율 방송주파수효율 최대전송율 최대주파수효율 평균셀주파수효율 셀경계면의주파수효율 유저플레인레이턴시 연결셋업레이턴시 운용대역폭 VoIP 용량 > 100 Mbps > 5 bps/hz > bps/hz/cell > bps/hz/user > 1bps/Hz > 50 Mbps > 2.5 bps/hz > bps/hz/cell > bps/hz/user < 10 ms < 100 ms MHz 60 session/mhz/cell 이상 다운링크에서는대역폭이 20MHz인 FDD에서 2 2 공간다중화를하고셀에서 10 명의사용자가있다고가정한것이고, 업링크에서는 20MHz FDD에서단일안테나로 전송하고셀에서 10 명의사용자가있다는것을가정한것이다. 28

35 3. LTE 개요 최대전송율과최대주파수효율 최대전송율은가장높은변조및코딩기술을사용하고, 안테나개수가최대일때, 단일사용자에게전체대역폭을할당한다는가정하에사용자당최대전송율로 정의된다. 최대주파수효율은최대전송율을사용된주파수대역으로나눈것이다. LTE 시스템에서다운링크와업링크의최대전송율은 20MHz 의대역에서 100MHz 와 50MHz 이고, 최대주파수효율은각각 5와 2.5 bps/hz 이다. 이때, 단말기는수신 안테나가 2 개이고, 송신안테나가 1 개인경우를가정한것이다. 통상적으로무선통신기술을비교할때, 최대데이터전송속도가통신시스템의 성능을판단하는주요한기준이된다. 단말이기지국근처에있을때는이웃셀로부터의 간섭량이작고 MIMO와같은기술을효율적으로사용할수있기때문에최대전송 속도를구현하는것이용이하다. 하지만, 단말이셀경계면에있거나, 이동하는경우에도 최대전송속도를구현하는것은쉽지않다. 일반적인이동통신시스템에서는주요파라미터가이상적인경우를가정하여시스템 성능을표시하는데, LTE 시스템에서는이와달리 LTE 시스템의주요파라미터가일반적인 조건에서시스템성능을표시하고있다 셀스루풋과주파수효율 셀단위의성능은네트워크운용자가요구하는셀의개수에영향을주고, 전체시스템 구축비용와밀접한관련이있다. 셀단위의요구사항으로평균셀스루풋(bps/cell), 주파수효율(bps/Hz/cell), 평균 사용자스루풋 (bps/user), 주파수효율(bps/Hz/user), 셀경계면의사용자스루풋 (bps/user) 및주파수효율(bps/Hz/user) 이정의된다. LTE에서는셀당사용자가 10명으로시스템부하가상대적으로높고각사용자가 계속해서데이터를전송하는경우를가정하여셀의주파수효율을정의한다. 기지국은 송수신안테나로각각 1 개인경우를가정한다. 2 개를사용하고, 단말은수신안테나가두개이고송신안테나는 29

36 3. LTE 개요 VoIP 용량 VoIP 와같은실시간트래픽은지연에민감하므로, LTE 와같은패킷기반시스템에서는지연을일정범위이내로하는것이매우중요하다. 시스템용량요구사항은특정트래픽모델에서시스템요구에만족되는 VoIP 사용자의수로정의된다. 이때, VoIP 패킷중 2% 이상이 50ms 이내에단말기에 성공적으로도착하지않는경우시스템요구에만족되지못한것으로본다. VoIP 시스템용량은사용자의 95% 이상이시스템요구에만족된경우, 셀당사용자의수로정의될수있다 이동성과셀범위 LTE 시스템요구사항에서단말이 350km/h 의속도로이동하는경우에도서비스가 가능하여야하며, 주파수대역에따라서최대 500km/h 까지도지원되어야한다. 이동성을만족하기위하여셀간핸드오버에서단말이지연과패킷손실없이음성 통화가가능하여야한다. 이동성은통상적인셀반경이 5km 인경우까지지원되어야하며, 셀의범위가 100km 인 경우까지정상적인동작이가능하여야한다 방송모드성능 LTE 는모바일 TV 와같은고속멀티미디어방송/ 멀티캐스트서비스 (MBMS) 을지원할 수있는효율적인방송모드를지원하도록요구된다. 방송성능요구사항은전체영역에서시스템의커버리지가 98% 라는가정하에 실현가능한시스템스루풋(bps) 과주파수효율(bps/Hz) 에의하여정의된다. 시스템 커버리지가 98% 라는것은전체커버리지영역중 2% 영역에서는패킷에러율이 1% 이상이어서 outage 가됨을의미한다. 30

37 3. LTE 개요 유저플레인레이턴시 유저플레인레이턴시는데이터패킷이처음전송된시점에서물리계층 ACK이 수신된시점사이의평균시간으로정의된다. round-trip 레이턴시는 one-way 유저 플레인레이턴시에 2 를곱한값이다. LTE 시스템은 IP 계층 one-way 데이터패킷레이턴시가최적의조건에서 5ms 이하가되도록요구된다 제어플레인레이턴시 제어플레인레이턴시는상이한 LTE 상태사이에천이하는데요구되는시간으로 측정된다. LTE 에서는두개의주요상태, 즉 RRC_IDLE 과 RRC_CONNECTED 가있는데, idle에서 active 로변경하는데 100ms 이하가되도록요구된다. 31

38 3. LTE 개요 3.3. LTE 의주요기술 LTE 무선인터페이스에는멀티캐리어기술, 다중안테나기술, 패킷스위칭의 적용과같은세가지주요한기술이적용되어있다 멀티캐리어기술 LTE 에서는다운링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 가 적용되고, 업링크에서는 SC-FDMA(Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access) 가 적용된다. OFDM 은신호전송대역폭을직교성을가진다수의협대역서브캐리어로구분한후 서브캐리어각각혹은서브캐리어그룹에독립적인데이터를실어서전송하는기술을 의미한다. OFDMA 은 OFDM 방식으로구분된협대역서브캐리어를다수의사용자에게 할당하는다중접속방식이다. OFDM은광대역전송신호를다수의협대역서브캐리어로구분함으로써 ISI(Inter Symbol Interference) 를줄일수있고주파수영역이퀄라이저를사용하여수신기가 간단한장점이있는반면, OFDM 신호의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 가상대적 으로높기때문에선형성이좋은 RF 전력증폭기를사용하여야하므로, OFDM 송신기 설계에비용이많이드는문제점이있다. 그러나, 다운링크에서기지국을설계하는 경우시스템성능이주요한고려사항이고비용에대해서는크게고려하지않으므로, OFDM 방식을사용한다. 업링크에서 OFDM 방식을사용한다면, 모든단말에대하여선형성이좋은전력 증폭기를사용하여야하므로비용측면에서문제가된다. 따라서, 업링크에서는 PAPR 이 낮은 SC-FDMA 를사용함으로써단말기송신기구현에드는비용을줄일수있다 다중안테나기술 LTE 에서는다이버시티이득, 어레이이득, 공간다중화이득을얻을수있도록다양한 다중안테나기술을채택하고있다. 32

39 3. LTE 개요 다이버시티이득은상관도가낮은다수의안테나로신호를수신하면서멀티패스 페이딩을감소시킬수있는것을말한다. 어레이이득은프리코딩이나빔포밍에의하여공간상의특정방향으로에너지를 집중해서신호를송수신하는것을말한다. 공간다중화이득은다수의안테나각각에대하여서로상이한데이터스트림을 전송하여동시에복수개의신호를전송하는것을말한다 패킷스위칭무선인터페이스 LTE 에서는프로토콜스택의모든계층에서패킷기반으로구현되어있다. 시스템 레이턴시를줄이기위하여패킷의길이는 1ms 로짧다. 이와함께주파수및공간 영역에서적응스케줄링, MIMO 적용, 변조및코딩방식의적응적제어와같은기술을 적용하고있다. 33

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41 4. LTE 의물리계층주요기술 LTE 표준기술검색길라잡이 4. LTE의물리계층주요기술 프레임구조 동기화및셀탐색 4.3. 다운링크 RS 4.4. 업링크 RS 4.5. 물리방송채널(Physical Broadcast Channel, PBCH) 4.6. 물리다운링크공유채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH) 4.7. 물리멀티캐스트채널(Physical Multicast Channel, PMCH) 4.8. Random Access 4.9. PRACH(Physical Random Access Channel) 제어채널 LTE 의다중안테나기술 자원할당 Interference Coordination 35

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43 4. LTE 의물리계층주요기술 4 LTE의물리계층주요기술 LTE 규격은 1계층에서 3 계층기술, 네트워크인터페이스, 무선접속망의전체요구 사항등을포함하고있다. 이중특허가주로출원되고있고, 특허와관련이많은부분은 물리계층기술이며, 특히 , 에해당되는부분이중요하다. 따라서, 및 을중심으로주요기술요소들을살펴보기로한다 프레임구조 LTE의프레임구조는타입1과타입2 로구분된다. 타입1은 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식에서의구조이고, 타입2는 TDD(Time Division Duplexing) 방식에서의구조이다. FDD 방식이란, 무선프레임의업링크와다운링크주파수를달리하여전송하는방식을 말한다. TDD 방식이란, 무선프레임을시간축상에서업링크서브프레임과다운링크서브 프레임으로구분하여전송하는것을말한다. 타입1은 FDD 방식의구조이며, 시간-주파수자원은 10ms의무선프레임으로구분 된다. 10ms 의무선프레임은 10개의 1ms 길이의서브프레임으로구분되고, 서브프레임은 2개의 0.5ms 길이의슬롯으로구분된다. [ 그림 6] LTE FDD 방식무선프레임구조 하나의슬롯은시간축상에서 7개혹은 6 개의심볼로구성되는데, normal cyclic prefix 의경우에는 7 개의심볼을포함하고, extended cyclic prefix 의경우에는 6개의 심볼을포함한다. 37

44 4. LTE 의물리계층주요기술 OFDM 심볼의전송은심볼단위로이루어지나 OFDM 심볼이다중경로채널을통해 전송되는동안이전심볼에의한영향을받게된다. 이러한 OFDM 심볼간간섭을 방지하기위해각각의심볼의앞부분에채널의최대지연확산보다긴보호구간 (guard interval) 을삽입한다. OFDM 심볼주기는실제데이터가전송되는유효심볼구간과보호 구간의합이되며, 수신단에서는보호구간을제거한후유효심볼구간동안의데이터를 취하여복조를수행한다. 보호구간에는부반송파의지연에의해발생할수있는 직교성의파괴를방지하기위해유효심볼구간에서마지막구간의신호를복사하여 삽입하게되며이를 cyclic prefix(cp) 라한다. LTE의 normal CP의길이는약 5 s 이고, extended CP의길이는약 17 s 이다. extended CP 는교외지역과같이셀의반경이커서지연확산이긴경우에사용될수 있다. extended CP는 normal CP에비하여 CP 의길이가길어지게되고, 그에따라심볼 개수가 7개에서 6 개로줄어든다. 하나의슬롯은주파수영역에서다수의 슬롯은최소 6개에서최대 110개의 RB 를포함할수있다. RB(resource block) 으로구성되며, 하나의 [ 그림 7] LTE의시간- 주파수자원구조(normal CP인 경우 ) 하나의 RB은주파수상에서 12 개의서브캐리어를포함하고, 시간상에서는 normal cyclic prefix 인지혹은 extended cyclic prefix 인지에따라 7개혹은 6개의심볼을포함 38

45 4. LTE 의물리계층주요기술 한다. 총 하나의서브캐리어는 15kHz 를점유하기때문에, 하나의 RB를전송하기위해서는 180kHz 가필요하게된다. 자원의가장작은단위는 RE(Resource Element) 이다. RE는하나의 OFDM 심볼동안 지속되는하나의서브캐리어를의미한다. 따라서, 하나의 RB는 normal CP의경우 7개의심볼에 12개의서브캐리어를곱한값인 84개의 RE 로구성되고, extended CP의 경우에는 6개의심볼에 12개의서브캐리어를곱한값인 72개의 RE 로구성된다. 슬롯의구조는업링크와다운링크모두동일하다. 다만, 업링크에서는자원할당이 연속적이어야하지만, 다운링크의경우비연속적으로자원을할당하는것이허용된다. 타입2는 TDD 방식의구조이며, 기본구조가 RB, RE로구성된점은역시타입1과 동일하다. 다만, 서브프레임별로, 업링크서브프레임과다운링크서브프레임이구분 되고, 다운링크에서업링크로전환시에는 GP(guard period) 가필요하다는점이차이가 있다. GP가추가된것은업링크전송시의 timing advance 를구현하기위한것이다. 만일, 다운링크에서업링크로전환시 GP 가존재하지않는다면, 업링크서브프레임이 timing advance 에의하여전송시점이빨라질때, 다운링크서브프레임과겹치는 현상이발생할것이다. [ 그림 8] LTE TDD 방식무선프레임구조 타입2 에서는서브프레임이업링크혹은다운링크로설정되는형태에따라 0~6까지 총 7개의 configuration 이존재하는데, configuration 이 0, 1, 2, 6인경우에는하나의 무선프레임에서 GP 가두개이므로다운링크에서업링크로의전환이두번발생하고, 39

46 4. LTE 의물리계층주요기술 configuration 이 3, 4, 5인경우에는하나의무선프레임에서 GP가하나이므로다운링크 에서업링크로의전환이한번발생한다. [ 그림 9] LTE TDD방식무선프레임의형태 timing advance 란? 셀내의기지국과각단말간에거리가서로상이하기때문에, 기지국과단말 간의거리에따라, 단말이전송하는신호가기지국에수신되는시점은서로상이 하게된다. 업링크서브프레임이기지국에도달하는시점이서로일치하지않는 경우, 각신호간의직교성이깨지게된다. 따라서, 각단말의업링크서브프레임이 동일한시점에기지국에도달하도록각단말이전송하는시점을조정하여야 하는데 ( 기지국에서멀리떨어져있는단말은기지국근처에있는단말보다업링크 서브프레임을상대적으로늦게전송하면됨) 이와같이각단말의전송시점을 조정하는것을 timing advance 라고한다. 40

47 4. LTE 의물리계층주요기술 4.2. 동기화및셀탐색 단말이 LTE 셀에접속하기위해서는셀탐색과정을거쳐야한다. 셀탐색과정은 단말이시간, 주파수파라미터를결정할수있는일련의동기화과정으로구성되며, 동기화과정을통해서, 단말은다운링크신호를복조할수있고, 적절한시간에업링크 신호를전송할수있게된다. LTE 의셀탐색과정에는초기동기화 (Initial Synchronization), 새로운셀확인(New Cell Identification) 의두가지가있다. 초기동기화는단말이 LTE 셀을최초로발견하고 LTE 셀에등록하기위하여모든 정보를디코딩하는것이며, 단말의전원이켜지거나, 서빙셀에연결이끊긴경우에 실행된다. 새로운셀확인은단말이 LTE 셀에접속된상태에서새로운이웃셀을감지하는 과정에서실행되며, 단말은핸드오버를하기위하여새로운셀에관련된측정값을 서빙셀에보고한다. 모든셀에서 enodeb 는개의물리채널, 즉 PSS(Primary Synchronization Signal) 과 SSS(Secondary Synchronization Signal) 을전송하는데, 셀탐색과정( 초기동기화, 새로운셀확인) 의전단계로단말은 PSS과 SSS 를먼저검출하게된다. 단말이 PSS, SSS 신호를검출하게되면, 시간과주파수동기가가능할뿐만아니라, 단말은셀의물리계층 ID, CP 길이를확인할수있게되고, 셀이 FDD 방식, TDD 방식중 어느것을이용하는지에대한정보를알게된다. 초기동기화 의경우에는, 동기신호를검출한후, 단말은 PBCH(Physical Broadcast CHannel) 을디코딩하고, 그결과로부터시스템정보( 다운링크시스템대역폭등) 를 획득하게된다. 새로운셀확인 의경우에는, 단말은 PBCH 를디코딩할필요가없고, 기준신호 (RS, Reference Signals) 에기초하여새로검출된셀의신호품질을측정하여서빙셀에보고 한다. (LTE에서는 PBCH를디코딩하지않아도 RSRP를수신할수있도록설계되어 있다.) 41

48 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 그림 10] 셀서치과정 동기신호는 10ms 의무선프레임마다두번전송되는데, PSS와 SSS는단말이 FDD 셀에접속되어있는지혹은 갖는다. TDD 셀에접속되어있는지에따라서서로다른구조를 [ 그림 11] FDD에서 PSS와 SSS 프레임구조 FDD 셀에서 PSS는 10ms 무선프레임의첫번째슬롯과 11번째슬롯의마지막 OFDM 심볼에위치한다. 슬롯은 CP 길이에따라서, 6개혹은 7개의 OFDM 심볼을 갖는데, PSS가슬롯의마지막심볼에위치하기때문에 CP 길이에상관없이단말은 슬롯의경계타이밍을획득할수있다. SSS 는 PSS 이전심볼에위치하며, 무선채널특성이 OFDM 심볼길이보다더긴시간동안일정하다는가정하에, PSS 를기준으로하여 SSS 를 코히런트검출하는것이가능하게된다. 42

49 4. LTE 의물리계층주요기술 TDD 셀에서 PSS 는세번째와열세번째슬롯의세번째심볼에위치하며, SSS 는 PSS 를 기준으로세개의심볼전에위치한다. 이경우에는채널의코히런스시간이네개의 OFDM 심볼기간보다충분히길다는가정하에코히런트검출이가능하다. [ 그림 12] TDD에서 PSS와 SSS 프레임구조 SSS 의정확한위치는그셀에서선택되는 CP 의길이에따라변경된다. 셀이검출되는 단계에서단말이 CP 의길이를사전에알지는못하기때문에, 단말은 normal CP와 extended CP 각각에대하여두가지의가능한 SSS 의위치를확인하여검출한다. 만일, UE가 FDD 와 TDD 셀모두에대하여서치를수행하는경우에는총네개의가능한 SSS 위치를체크하여야한다. 특정셀에서 PSS 는셀이전송하는모든프레임에서동일한반면, 각무선프레임에서 두개의 SSS 는시퀀스가서로상이하다. 따라서, UE는 SSS 정보를이용하여 10ms 무선 프레임의경계를알수있게된다. 주파수영역에서, PSS 와 SSS 는중간의 6개의 RB( 리소스블록) 에서브캐리어에매핑이 된다. RB의개수는시스템대역폭에따라서 6~110 의범위를갖게되는데, PSS 와 SSS 가 중간의 6개 RB 에매핑이되기때문에, 기지국이전송하는신호의대역폭에관계없이 단말은동일한방법으로 PSS, SSS 를검출할수있다. PSS와 SSS는각각길이 62개의 심볼로구성된시퀀스이기때문에, DC 서브캐리어주위에있는중간의 62개의서브 캐리어에매핑이되고, DC 서브캐리어는사용되지않는다. 따라서, 6개의 RB 중가운데 4개의 RB에있는 RE 는모두사용이되지만, 양쪽끝에있는두개의 RB는 7개의 RE만 사용이되고, 5개의 RE 는사용이되지않는다. UE는 PSS, SSS 를검출하기위하여크기가 43

50 4. LTE 의물리계층주요기술 64인 FFT 를사용하게되고, 72개의서브캐리어를사용할때보다샘플링레이트가더 낮게된다. PSS 와 SSS 의특정시퀀스에의하여 UE는물리계층셀 ID 를획득할수있다. LTE 는 총 504개의고유물리계층셀 ID 가있는데, 168 개의그룹으로구분되고, 각그룹은 세개의셀 ID 로구성되는데, 세개의셀 ID는동일한 enodeb 가제어하는셀에할당이 된다. 각그룹은 SSS 시퀀스에의하여구별이되는데, 각그룹을구별하기위해서 총 168개의 SSS 시퀀스가필요하게된다. [ 그림 13] FDD 셀에서주파수-시간영역에서 PSS와 SSS 프레임구조 PSS는 Zadoff-Chu 시퀀스를이용한다. ZC 시퀀스는 PSS외에도 random access preamble 과 uplink reference signal 에도사용이된다. LTE 에서는각셀그룹에서세개의물리계층 ID에각각대응되는세개의 ZC PSS 가 사용된다. 44

51 4. LTE 의물리계층주요기술 SSS 는 n 개의쉬프트레지스터에의하여길이가 (2 n -1) 인시퀀스가생성되는 M-se- quence 에기반을두고있다. 각 SSS 시퀀스는주파수영역에서길이가 31인두개의 BPSK 변조된동기코드, SSC1과 SSC2 를만든후, 인터리빙방식에의해두개의 시퀀스를교대로삽입하여하나의시퀀스로만들어진다. SSC1 과 SSC2 을만들기위한 두개의코드는하나의길이 31인 M-sequence 를서로다르게순환쉬프트하여생성된다. 이때, 순환쉬프트인덱스는물리계층셀 ID 그룹의함수에의하여정하여진다. SSC2 는 SSC1 의인덱스의함수로정해지는시퀀스에의하여스크램블되고, PSS의함수로 정해지는코드에의하여다시한번더스크램블된다. [ 그림 14] SSS 시퀀스매핑 45

52 4. LTE 의물리계층주요기술 4.3. 다운링크 RS LTE 에서는코히런트통신을하기위하여송신되는신호에 RS 을삽입하여전송하는데, RS 는주파수, 시간혹은코드영역에서데이터심볼에다중화하여전송된다. 다운링크 RS에는 cell-specific reference signal, UE-specific reference signal, MBSFN-specific reference signal 등세종류가있다. 다운링크 RS는 PAPR이낮은 QPSK 변조방식을사용한다. RS 신호는길이 31인골드시퀀스에의해생성된 의사난수시퀀스의함수로정해진다. 1) Cell-specific RS Cell-specific RS 는전체다운링크전송대역폭내의모든다운링크서브프레임에 삽입이되어전송된다. 셀내의모든단말은 cell-specific RS를이용하여코히런트복조를 하거나, 다운링크채널을측정할수있다. 단말이다운링크채널을측정하는용도로 cell-specifc RS 를사용하는경우에는, 수신된 cell-specifc RS로부터다운링크채널을 측정한후다운링크채널에대한정보를 CQI, Rank, PMI 파라미터를이용하여기지국에 피드백하게된다. [ 그림 15] cell-specific RS 배치 46

53 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 그림 16] 안테나개수가 2개인경우 cell-specific RS 배치 [ 그림 17] 안테나개수가 4개인경우 cell-specific RS 배치 47

54 4. LTE 의물리계층주요기술 안테나의개수가복수인경우에각안테나에대하여 RS가할당되는 RE의위치는서로 겹치지않는다. 안테나의포트개수가 4인경우에는처음두개의안테나에서 RS가 할당되는 RE의개수는 8 개이고, 세번째및네번째안테나에서 RS가할당되는 RE의 개수는 4 개이다. 세번째, 네번째안테나에서 RS의개수가적은것은시스템오버헤드를 감소시키기위한것이다. 안테나포트 안테나포트번호는물리적인안테나의개수에대응되지는않는다. 즉, 안테나 포트는하나의물리적인안테나일수도있지만, 경우에따라서다수의물리적인 안테나가결합된것일수도있다. 예를들어, UE-specific RS의경우에는다중 안테나를사용하는경우라도하나의안테나포트( 안테나포트5) 가정의된다. 따라서, 안테나포트는 RS 에대응되는것으로볼수있다. 따라서, 안테나 포트별로 RS 이서로상이하며, 단말은안테나포트의개수에따라채널을추정해야 하는개수가정해진다. 만일, 안테나개수가 4 개이더라도, 안테나포트가하나인 경우에는 RS 은하나만존재하므로, 채널이추정되는개수도하나가된다. 2) UE-specific RS UE-specific RS 는특정단말에대한빔포밍에주로사용되며, 단말에할당된 RB에만 전송이된다. 즉, 단말에 PDSCH 이매핑된 RB 에만삽입이된다. 단말은 PDSCH 의 RS를 먼저복조하여채널을추정하며, 이를이용하여 PDSCH RB에포함된데이터를복조할 수있다. UE-specific RS은 LTE에서 port5 로정의가되어있고, 복수개의안테나에대하여 적용이된다. 각안테나에대하여시간주파수블록의동일한위치에 UE-specific RS가 삽입이되나, RS 각각의위상은서로상이하다. 각안테나에서전송되는위상을적절히 조절하면, 안테나빔포밍효과가발생하게된다. 따라서, 실제로는복수개의안테나가 신호를전송하지만, 단말입장에서는빔포밍된하나의송신안테나가 UE-specific RS를 보낸것처럼보인다. UE-specific RS 는데이터복조용도로만사용되고, 다운링크채널을추정하는 용도로는사용되지않는다. 단말이다운링크채널을추정하기위해서는 cell-specific RS 가추가로필요하며, 단말은 cell-specific RS로부터 CQI를추출하여 enodeb에 전송한다. 48

55 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 그림 18] UE-specific RS 3) MBSFN RS MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) RS 는다수의셀사이트에서 동시에동일한데이터를전송하는경우에코히런트복조를하기위한것이다. 다수의 셀에서동일한데이터를전송하는경우단말에수신되는다중경로의개수와딜레이 스프레드가증가하므로, 단말은멀티패스페이딩( 주파수선택페이딩) 의영향을더 많이받게된다. 따라서, 채널추정을더정확하게할필요가있으므로, 주파수방향으로 MBSFN RS가 cell-specific RS 보다더촘촘하게삽입이된다. MBSFN RS는 MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service) 를지원하는 PMCH 에삽입이된다. [ 그림 19] MBSFN RS 49

56 4. LTE 의물리계층주요기술 4.4. 업링크 RS 다운링크에서와마찬가지로, LTE SC-FDMA 업링크는데이터복조와채널사운딩을 위하여 RS 를삽입한다. enodeb 는단말이전송하는업링크 RS을이용하여코히런트복조를위한채널추정을 할수있으며, 그외에도업링크스케줄링을하기위한채널특성추정, 전력제어및 다운링크빔포밍에필요한신호전송방향의추정에활용할수있다. 업링크 RS에는 DM RS와 SRS 의두가지타입이있다. 다운링크 RS는하나의 RS가채널추정과채널 특성추정을모두수행하지만, 업링크 RS 는타입별로기능이서로상이하다. DM RS(DeModulation RS): PUSCH 의업링크데이터와 PUCCH 의제어시그널의전송에 관련되어있으며, 코히런트복조를하기위한채널추정에이용된다. SRS(Sounding RS): 업링크에서주파수선택스케줄링을하기위한채널특성결정에 주로사용된다. 업링크 RS 는데이터심볼과시간멀티플렉싱된다. 단말의 DM RS는 PUSCH/PUCCH 데이터전송과동일한 RB에서전송되므로데이터심볼과 RS의대역폭은서로동일 하다. 따라서, 직교성이있는다수의 RB 집합을서로다른 UE에할당하면 DM RS도 서로직교성을갖게된다. SRS 는상위계층시그널링에의하여설정이되고, 서브프레임의마지막 SC-FDMA 심볼에의하여전송이된다. SRS는데이터전송에사용되는대역폭과는다른대역폭을 갖게되며, 다수의 UE가전송하는 SRS는 FDM 또는 CDM 에의하여다중화하여, UE 별로 SRS 이구분될수있도록한다. 1) RS 신호시퀀스의생성 LTE의업링크 RS는 Zadoff-Chu 시퀀스에기초하여생성된다. RS 시퀀스의길이는 할당된서브캐리어의개수와동일하며, RB 당서브캐리어의정수배가된다. 예를들어, RB가 3일때하나의 RB는 12개의서브캐리어를포함하고있기때문에 RS 시퀀스의 길이는 36 이된다. 이때 ZC 시퀀스의길이는 RS 시퀀스의길이보다작거나같은소수중 최대값이되며, RB가 3인경우 31 이된다. 50

57 4. LTE 의물리계층주요기술 RS 시퀀스의길이는 36 인데, ZC 시퀀스의길이는 31 이므로, RS 시퀀스의첫번째부터 31번째성분은 ZC 시퀀스를그대로사용하면된다. 하지만, RS 시퀀스의 32번째부터 36 번째성분을어떻게구성할것인지의문제가발생하게되는데, 통상적으로 ZC 시퀀스를순환확장하여재사용한다. RS 신호시퀀스는 RB가 3 이상인경우에는 ZC 시퀀스를사용하나, RB가 1 혹은 2인 경우에는 ZC 시퀀스대신 QPSK RS 시퀀스를별도로생성하여사용한다. 2) 기본 RS 시퀀스와시퀀스그룹핑 셀이다양한대역폭에서업링크전송을지원하기위해서는가능한 RB 할당크기에 대하여셀별로적어도하나의기본 RS 시퀀스를할당할필요가있다. RB가 3 인경우, 30개의확장된 ZC 시퀀스가존재하므로, 전체기본 RS 시퀀스는 30 개의시퀀스그룹으로분류할수있다. RB가 5 이하인경우, 시퀀스의길이가 60 이하이고 58개의확장 ZC 시퀀스만이활용 가능하기때문에, 30 개의시퀀스그룹은하나의기본시퀀스만을포함하고있다. RB가 6 이상인경우에는, 30 개의시퀀스그룹별로두개의기본시퀀스를포함할수있다. [ 그림 20] 시퀀스그룹플래닝 51

58 4. LTE 의물리계층주요기술 3) 시퀀스그룹플래닝 LTE에서는셀내에서각각의단말별로서로다른 RB 을할당하므로, 셀내에서는 각단말의업링크 RS 의기본시퀀스가동일하더라도각단말간직교성이유지된다. 그렇지만, 서로다른셀사이에서는업링크 RS의기본시퀀스가동일한경우에는간섭이 발생할수있다. 따라서, 셀간간섭을줄이기위하여각셀별로기본시퀀스를다르게 할당한다. LTE 에서는 30 개의시퀀스그룹(G1, G2,..., G30) 이정의되어있으므로, 인접 셀에서 RS 간교차상관이작도록적절히시퀀스그룹을할당하게된다. 하나의셀에는 세개의섹터가있는데, 세개의섹터는동일한시퀀스그룹이할당된다. 시퀀스그룹호핑이비활성화되면, 무선프레임의모든슬롯에서같은시퀀스그룹 번호가사용되고, 시퀀스그룹번호는단순히시퀀스그룹쉬프트옵셋값과동일한값이 된다. 4) 기본시퀀스의순환시간쉬프트에의한직교 RS 동일섹터내에서다수의단말에할당된 RB는 FDM 으로구분되므로, RS이직교성을 가지게된다. 그런데, 셀내에는세개의섹터가있으며, 인접섹터의단말간에는 RB이 중복될가능성이있고, 기본 RS 시퀀스도서로동일하므로, 섹터간간섭이발생할수 있다. 또, 동일한섹터내에서업링크멀티유저 MIMO 가적용되는경우에도서로다른 단말기가동일한 RB 을사용하게되면서, 각단말간에간섭이발생할수있다. 이와 같은간섭을제거하기위해서는인접섹터간혹은동일섹터내에서각단말이 동일한기본 RS 시퀀스를사용하더라도기본 RS 시퀀스사이에서로직교성을갖도록 하여야한다. LTE 에서는 ZC 시퀀스의경우같은시퀀스내에서순환쉬프트를하면상관값이 0이 되는점에서착안하여, 기본시퀀스에순환시간쉬프트를적용하여 RS 간에직교성을 갖도록한다. 채널임펄스응답은지속시간이제한되어있기때문에, 동일한기본 RS 시퀀스에서송신기별로다른순환시간쉬프트를적용한다면, 순환시간쉬프트가 채널임펄스응답보다더길다는가정하에 RS 는서로직교성을유지하게된다. 만일 RS SC-FDMA 심볼의지속시간이 이고, 채널임펄스응답기간이 보 다작다면, 의개수를갖는송신기는순환쉬프트값을다르게적용하여같 은기본시퀀스를전송할수있다. 예를들어, 의값이 4 이고, 네개의송신기 52

59 4. LTE 의물리계층주요기술 가있다면, 각송신기는같은기본시퀀스에대하여, 네개의단말에대하여각각 0,,, 의시간지연을하여전송할수있다. enodeb 수신기에서는 수신된신호와기본시퀀스간의상관값을계산하여서로다른송신기를구분할수 있다. LTE에서는 PUSCH 와 PUCCH 의 DM RS에대하여 12개의동일한간격의순환시간 변환이정의되어있으며, 이는 5.55 까지지연확산을허용한다. 단말의개수가이용 가능한순환시간쉬프트의개수보다작은경우단말사이에순환분리가최대가되도록 순환시간쉬프트를할당한다. 5) 셀간간섭랜덤화 LTE 에서는셀별로시퀀스그룹이다르게할당되며, 그에따라기본 RS 시퀀스가 서로상이하므로셀간간섭을줄일수있다. 그렇지만, 기본 RS 시퀀스간에상호상관 값이완전히 0 이아니므로, 셀간의간섭이완전히제거될수없다. 그런데, 무선환경 에서는상호상관값이일정한간섭은수신기의성능에좋지않다. 따라서, 상호간섭이 생기더라도, 상호상관값이계속변화하도록하여간섭을랜덤화하는것이필요하다. LTE 에서는이와같이간섭랜덤화를구현하기위해서시퀀스그룹호핑, 시퀀스호핑, 순환시간쉬프트호핑의세가지방법을사용하고있다. RS 시퀀스그룹호핑은 RRC(Radio Resource Control) 에의해설정되며, 셀에할당된 시퀀스그룹은단말이다운링크동기신호로부터획득한물리계층셀 ID 의함수이다. 시퀀스그룹호핑모드는 1비트의방송신호파라미터인 grouphoppingenabled 의하여활성화된다. 이모드는 504개의유일한셀 ID에해당하는 504 개의시퀀스 그룹호핑/ 쉬프팅패턴에따라서, 시퀀스그룹의호핑과쉬프팅의결합으로구성된다. 기본시퀀스그룹의개수가 30개이기때문에길이가 20인 17개의유일한시퀀스그룹 호핑패턴이정의되며 (20 개의슬롯을가지는무선프레임에해당함 ), 각각은 30 개의 시퀀스그룹쉬프트옵셋중에서선택된옵셋을가질수있다. 시퀀스그룹번호는 시퀀스그룹호핑패턴과시퀀스그룹쉬프트옵셋에의하여정해지고, 시퀀스그룹 호핑패턴은슬롯마다랜덤하게변경되나, 쉬프트옵셋은모든슬롯에서동일하다. 시퀀스그룹호핑패턴과시퀀스그룹쉬프트옵셋은셀 ID 에의해정해진다. 에 53

60 4. LTE 의물리계층주요기술 시퀀스그룹호핑패턴은길이가 31 인골드시퀀스생성기에의해서획득되며, 셀의 시퀀스그룹호핑패턴의인덱스에의해서각무선프레임의시작점에서초기화된다. 셀 ID가 30 개까지는같은시퀀스그룹호핑패턴을가질수있으며, 각각은 RS 충돌과 셀간간섭을최소화하기위하여다른시퀀스그룹쉬프트옵셋이사용된다. PUSCH DM RS, SRS, PUCCH DM RS 전송을위해서는같은시퀀스그룹호핑패턴이사용되나, PUSCH 와 PUCCH 은서로시퀀스그룹쉬프트옵셋이상이할수있다. PUSCH 에대하여, 인접셀에서동일한시퀀스그룹호핑패턴과시퀀스그룹쉬프트 옵셋을가지고, 그결과기본시퀀스가동일하도록셀 ID 를할당하는것이가능하다. 이때, 인접셀에서단말의 RS는같은기본시퀀스에다른순환시간변환을적용하여 각각이서로직교가된다. 따라서, LTE 에서 PUSCH 에대하여시퀀스그룹쉬프트옵셋은 5 비트방송시그널파라미터인 groupassignmentpusch 의함수로설정되며, (cell ID mod 30 + groupassignmentpusch) mod30 값을갖는다. 이때, groupassignmentpusch 범위는 0~30 사이의정수값이다. 시퀀스그룹쉬프트옵셋이셀 ID 의함수이기때문에, PUSCH 에대하여 504 개의시퀀스그룹호핑패턴중의하나를전송하기위한 overhead 는 9 개의비트를 5 개의비트로감축할수있다. PUCCH 전송에있어서는시스템대역폭의가장자리에서는통상모든셀에서같은 RB 이사용된다. 그래서, 같은시퀀스그룹호핑패턴을사용하는인접셀사이에 PUCCH 간섭을랜덤화하기위하여 PUCCH 의시퀀스쉬프트옵셋은단순히셀 ID를 30 으로나눈나머지값으로정해진다. 유사하게, 같은 SC-FDMA 심볼의 SRS 전송에서 간섭을랜덤화하기위하여 PUCCH 와같은시퀀스그룹쉬프트옵셋이사용된다. 의 RB가 5 보다더큰값을가진경우, 시퀀스의개수가 60개이므로시퀀스그룹당 두개의기본시퀀스가있다. 따라서, 동일한기본시퀀스그룹을갖더라도기본 시퀀스를교대로사용할수있는데, 이와같이시퀀스그룹내에서슬롯마다기본 시퀀스를변경하여간섭을랜덤화시키는방법을시퀀스호핑이라고한다. 간섭을랜덤화하기위해서 UE에의해사용되는순환시간쉬프트가시간에따라 변화하는순환시간쉬프트호핑이적용될수있다. LTE에서한프레임에서두개의 슬롯사이에순환시간쉬프트호핑은 PUSCH 와 PUCCH 전송시셀간간섭을랜덤화 하기위하여항상활성화된다. 12개의균등한간격의순환시간쉬프트를갖는 PUSCH 54

61 4. LTE 의물리계층주요기술 에서호핑은서브프레임의두개의슬롯사이에발생되며, 각슬롯에서단말의순환 쉬프트는 3 비트셀고유의방송순환시간쉬프트옵셋파라미터, 업링크스케줄링 승인에서적시된 3 비트순환시간쉬프트옵셋, 길이 31인골드시퀀스발생기에서 생성된의사난수순환쉬프트옵셋의결합으로부터생성된다 DM RS(Demodulation Reference Signals) 업링크 PUSCH 데이터나 PUCCH 제어전송과관련이있는 DM RS는주로코히런트 복조를위한채널추정을위하여제공되며, 모든업링크슬롯에포함된다. DM RS는 PUSCH 데이터전송시에는슬롯당하나의 RS 심볼이삽입되나, PUCCH 전송시에는 제어메시지의종류에따라슬롯당두개혹은세개의 RS 심볼이삽입된다. [ 그림 21] PUSCH DM RS의업링크서브프레임구조 단일 PUSCH DM RS 심볼의정확한위치는업링크슬롯에서서브프레임이 normal CP인지혹은 extended CP 인지에따라상이된다. 슬롯당 7개의 SC-FDMA 심볼이포함 되는 normal CP의경우에는 PUSCH DM RS는중앙의 4번째 SC-FDMA 심볼을점유한다. 슬롯당 6개의 SC-FDMA 심볼이포함되는 extended CP의경우에는세번째 SC-FDMA 심볼이사용된다. [ 그림 22] PUCCH DM RS의업링크서브프레임구조 PUCCH 전송에대해서는 DM RS의위치와개수는업링크제어정보의타입에따라 달라진다. CQI 전송시에는두번째및여섯번째심볼에 DM RS 가삽입되고, ACK/NACK 전송시에는세번째, 네번째및다섯번째심볼에 DM RS 가삽입된다. 55

62 4. LTE 의물리계층주요기술 DM RS는업링크 PUSCH 데이터또는 PUCCH 제어전송에대하여할당된 RB와 동일한 RB 를점유한다. 따라서, RS 시퀀스의길이는 PUSCH 나 PUCCH 전송시 UE에 할당된서브캐리어의개수와동일하다. PUSCH RB 할당크기는 2,3 혹은 5개의 RB의 정수배로제한되어있기때문에, DM RS 시퀀스의길이도그에따라결정된다. DM RS SC-FDMA 심볼은간격이 5.55 인 12개의순환시간쉬프트를지원한 다. 셀간의간섭을랜덤화하기위하여, 순환시간쉬프트호핑은항상활성화되어있 다 업링크 SRS(Sounding Reference Signals) 이동통신시스템에서단말은기지국으로부터전체주파수자원중에서일부를할당 받은후에데이터를전송할수있다. 그런데, 특정단말에서역방향채널의특성은 주파수별로품질에차이가있고, 수신된데이터의오류를최소화하기위해서는 역방향채널중품질이좋은주파수대역을할당하는것이중요하다. 따라서, 기지국 입장에서는특정단말에대하여전체주파수자원중에서어느주파수의채널품질이 우수한지를미리알아내는것이필요한데, LTE에서는역방향채널의품질을추정하기 위하여업링크 SRS 를이용한다. 일반적으로, 업링크 SRS 는업링크의주파수선택을하기위한채널품질추정에사용 되지만, 그외에도, SRS 는데이터전송을위한최초전력제어, 최초 MCS(Modudation and Coding Scheme) 선택, 주파수자원이서브프레임의첫번째슬롯에선택적으로 할당되고, 두번째슬롯에서다른주파수로랜덤하게호핑되는주파수선택스케줄링에 사용되기도한다. 셀내에서단말에의해서 SRS 이전송되는서브프레임은셀고유의방송신호에의해서 표시된다. 길이가 4비트인셀고유의 srssubframeconfiguration 파라미터는 SRS 가 각무선프레임내에서전송되는 15 개의가능한서브프레임집합을표시한다. 16번째 설정은셀에서 SRS 를전혀사용하지않으며, 주로고속단말이접속된셀에적합하다. SRS 은항상서브프레임의마지막 SC-FDMA 심볼에서전송된다. 따라서, SRS와 DM RS는 SC-FDMA 심볼에서의위치가서로다르다. PUSCH 데이터전송은 SRS 로지정된 SC-FDMA 심볼에서허용되지않으며, 모든프레임에 SRS 심볼이있는경우에는 7% 의 오버헤드가있을수있다. 56

63 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 그림 23] SRS 심볼을포함한업링크서브프레임구조 LTE의 enodeb 는개별단말에대하여 SRS를전송하도록요청하거나단말이주기적 으로 SRS 를전송하도록설정할수있다. 1비트의단말고유의신호파라미터인 duration 은요청된 SRS 전송이 1 회성인지혹은주기적인것인지를표시한다. 단말에 대하여 SRS 전송이주기적으로발생하도록설정된경우, 그주기는 2, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 ms 중어느하나의값을가질수있으며, SRS 의전송주기와주기내에서 SRS 서브프레임옵셋은 10 비트의단말고유의신호파라미터인 srsconfigurationindex 에 의해서표시된다. 다수의단말사이에주파수선택스케줄링을지원하기위해서는사운딩대역폭이 다른단말의 SRS 이중첩될수있어야하며, 이를위하여 RPF(RePetition Factor) 가 2인 IFDMA(Interleaved FDMA) 을 SRS SC-FDMA 심볼에사용한다. RPF 가 2라는것은할당된 사운딩대역폭내에서두번째서브캐리어마다신호가점유된다는것을의미한다. RPF 가더큰값을가지면단말에할당된대역폭에있어서도더융통성이있게되지만, 사운딩시퀀스길이와 SRS 시퀀스개수가감소되는문제가있기때문에 LTE에서 RPF는 2 로제한된다. 57

64 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 그림 24] RPF가 2인 SRS 심볼구조 SRS 심볼의 IFDMA 구조에서 RPF가 2 이기때문에, 이정보를표시하기위한 SRS 파라미터로서 transmissioncomb 인덱스 (0 또는 1) 가할당된다. SRS 에사용되는 RS 시퀀스는 DM RS에사용되는 RS 시퀀스와동일하며, RB 크기는 2,3 혹은 5의 배수만가능하므로, 그결과 SRS 시퀀스길이역시 2, 3 또는 5 의배수로한정된다. RPF가 2이기때문에 RB에서 SRS 대역폭은짝수이어야하고, 최소 SRS 시퀀스의 길이는 12 이다. DM RS 와마찬가지로, 동일한 RB, 동일한 comb 옵셋을이용하는다수의단말은 동일한기본시퀀스의순환시간쉬프트를다르게하여동시에 SRS을전송할수 있다. SRS에대하여 SRS-comb 마다 8 개의순환시간쉬프트가지원되며, 순환시간 쉬프트는각단말에대하여개별적으로설정된다. 이와같이셀내에서다수의단말이 동일한시퀀스를가진 SRS를전송하더라도각단말별로순환시간쉬프트를달리 하여직교성을유지하게함으로써, enodeb 는각단말이전송하는 SRS를구분할수 있게된다. SRS 대역폭에영향을주는요인은단말의최대전력, 지원가능한사운딩단말의 58

65 4. LTE 의물리계층주요기술 개수, 업링크채널종속스케줄링에필요한사운딩대역이다. 단말이 enodeb 에충분히 가까운경우에는단말의송신전력이크지않아도되기때문에전체대역폭사운딩이 채널정보를가장충실하게제공할수있으나, 전체대역폭에서송신전력이제한되어 있기때문에, 경로손실의감소를보상할정도로단말이전송전력을충분히증가시키지 못하는경우에는전체대역폭사운딩은성능이저하된다. 예를들어, 통상적으로셀경계면에있는단말의 SRS 이주파수대역이넓어지면, 단위 RB 당이용가능한전력의세기는낮아지게되는문제가발생한다. SRS의주파수 대역폭을제한하는경우에는채널품질은정확하게추정할수있으나, 모든단말에 대하여최적의스케줄링을하는것이어려울수있다. 순환시간쉬프트의개수가 8 개로제한이되기때문에, SRS 의전체대역폭에서전송 하는경우에도채널이사운딩되는단말의개수는제한된다. SNR을개선하고 SRS 의개수를늘리기위하여, 4개의 SRS 대역폭이동시에지원될 수있다. SRS 대역폭의값에유연성을주기위하여, 4개의 SRS 대역폭은각각가능한 시스템대역폭에따라서 8 개의세트가정의된다. [ 표 8] 시스템대역폭이 RB인경우 SRS 대역폭형태 SRS BW configuration SRS-BW 0 SRS-BW 1 SRS-BW 2 SRS-BW RRC 신호는 3비트셀고유의파라미터 srsbandwidthconfiguration 에의하여 8개의세트중어느것이적용되는지를표시한다. 특정단말이사용하는고유의 SRS 대역폭은 2비트단말고유의파라미터인 srsbandwidth 에의해설정된다. 59

66 4. LTE 의물리계층주요기술 가장작은사운딩대역폭은 관계에있다. 4RB 이고, 각세트에서사운딩대역폭은서로정수배인 60

67 4. LTE 의물리계층주요기술 4.5. 물리방송채널(Physical Broadcast Channel, PBCH) 통상적으로이동통신시스템에서기본시스템정보는방송채널을이용하여전송된다. LTE 에서방송시스템정보는 MIB(Master Information Block) 와 SIB(System Information Block) 가있는데, MIB는 PBCH 를이용하여전송되고, SIB는다운링크공유채널을 이용하여전송된다. PBCH는 OFDM 신호의주파수대역에서중앙에있는 72개의서브캐리어에매핑 되어있으므로, 단말은최초에시스템대역폭에대한정보를전혀모르더라도중앙에 위치한 72개의서브캐리어만을확인하여 PBCH 를검출할수있다. [ 그림 25] PBCH 구조 MIB의크기는 14 비트이고, 40ms마다반복되므로 PBCH의데이터전송속도는 350 bps 이다. 61

68 4. LTE 의물리계층주요기술 MIB에는 16 비트 CRC 가추가되고, 코딩을한후 4 개의서브셋으로구분되며, 각각은 40ms 전송주기에서네개의상이한무선프레임을이용하여전송된다. 무선 채널의 SIR(Signal to Interference Ratio) 특성이좋은경우에는단말은네개의무선 프레임중일부만복조하더라도 MIB 를검출할수있으므로, 나머지무선프레임을 수신할필요가없다. SIR 특성이좋지않은경우에는무선프레임을추가로수신한후 각각을소프트결합하여 MIB 를검출한다. 62

69 4. LTE 의물리계층주요기술 4.6. 물리다운링크공유채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH) PDSCH 는사용자데이터를전송하는데주로사용되고, PBCH 에의해서전송이되지 않는방송시스템정보(SIB) 와페이징메시지를전송하기도한다. 데이터는전송블록단위로 계층의 PDU(Protocol Date Unit) 에해당한다. PDSCH 을이용하여전송하는데, 전송블록은 MAC 전송블록은 1ms 의 TTI(Transmission Time Interval) 마다 MAC 계층에서물리계층으로 전달된다. 사용자데이터를전송하는경우전송모드에따라서서브프레임마다하나의단말에 대하여하나혹은두개의전송블록이사용된다. 전송모드는다중안테나기술에따라 7 가지로구분된다. [ 표 9] PDSCH의전송모드 전송모드내용 전송모드 1 전송모드 2 전송모드 3 전송모드 4 전송모드 5 안테나개수가하나인경우의전송 전송다이버시티 개루프공간멀티플렉싱 폐루프공간멀티플렉싱 MIMO 전송모드6 폐루프에서 rank가 1인프리코딩 전송모드 7 UE-specific RS을이용한전송 전송모드7 의경우에는 UE-specific RS가 PDSCH 복조에서의기준신호가되고, 전송 모드1~6 의경우에는 cell-specific RS가 PDSCH 복조에서의기준신호가된다. 전송모드에따라채널코딩과공간계층에매핑을한이후에무선채널환경과 필요한데이터전송속도를고려하여코딩된데이터비트의변조방식이결정된다. 변조 방식은 QPSK(Quadrature Amplitude Modulation) 부터 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 사이에서가능한방식을선택하며, 심볼당최소 2비트에서최대 6비트까지 전송이가능하다. 63

70 4. LTE 의물리계층주요기술 RS, 동기신호, PBCH 나제어신호로서예약되지않은모든자원요소 (RE) 는 PDSCH 로 사용될수있다. 특정단말에대하여 PDSCH가전송되도록할당된 RB에대한정보는서브프레임 시작점에위치한 PDCCH 을이용하여미리단말에게통지된다. PDSCH 는일반적인사용자데이터외에도 SIB 와같은방송시스템정보를전송한다. PDSCH 데이터와마찬가지로방송데이터전송에사용되는 PDCCH 에의해미리통지된다. RB에대한정보역시 LTE 에서는별도의페이징채널이포함되어있지않으며, 페이징에는 PDSCH 가사용 된다. WCDMA 에서는페이징채널이있고, 단말이주기적으로짧은시간동안만온 상태가되어배터리소모를줄이는데, LTE에서는 PDCCH 시그널링이매우짧은시간 동안만지속되므로, 별도의페이징채널을두지않고 PDCCH과 PDSCH를페이징에 이용한다. 즉, 페이징지시자에해당하는 P-RNTI(Paging Radio Network Temporary Indetifier) 를전송하는데 PDCCH 가사용되고, 구체적인페이징정보는 PDSCH에 실어서전송한다. 64

71 4. LTE 의물리계층주요기술 4.7. 물리멀티캐스트채널(Physical Multicast Channel, PMCH) MBMS(Multimedia Broadcast and Multicast Services) 를지원하기위한채널이며, PMCH 에서는다수의셀이동일한변조심볼을동기화하여단말에전송하게된다. 이때, 각셀에서전송하는심볼이단말의 CP 내에서수신될수있도록변조된심볼은 시간동기화가되어야한다. MBSFN 서브프레임의패턴은 PDSCH 이전송하는시스템 정보에의해결정된다. 동일한서브프레임에서주파수를나누어 PMCH와 PDSCH 를함께사용하게되면, 하나의서브프레임에 cell-specfic RS과 MBSFN-specific RS이모두포함되는문제가 발생한다. 따라서, 이를방지하기위하여, 동일한서브프레임에서 PMCH와 PDSCH 를 주파수분할다중화하는것은허용되지않으며, 특정서브프레임전체가 PMCH 에할당 되어 MBSFN(MBMS Single Frequency Network) 용도로사용된다. PMCH 의기본구조는 PDSCH 와유사하나, 세가지점에서 PDSCH 와상이하다. MBSFN 서브프레임에서제어신호를전송하기위한제어채널영역은두개의 OFDM 심볼이내이어야한다. PMCH에서 MBSFN 데이터의스케줄링은상위계층 시그널링에의해별도로수행되므로, PMCH에서 PDCCH 가불필요하다. PMCH 에서의 RS의패턴은 MBSFN-specific RS 로서별도로정의되며, PDSCH 에서의 RS 패턴과는상이하고, extended cyclic prefix 가항상사용된다. extended CP 가사용된다. 다만, 각 MBSFN 서브프레임앞단의제어채널영역에 대해서는 non-mbsfn 서브프레임에서사용되는 CP 를사용한다. 즉, non-mbsfn 서브프레임이 normal CP를사용하는경우에는 MBSFN 서브프레임이라할지라도 서브프레임앞단의제어채널은 extended CP를사용하지않고 normal CP 를사용한다. 따라서, 모든서브프레임은공통적으로첫번째두개의 OFDM 심볼이동일한 cyclic prefix 기간과 RS 패턴을가지고있으므로, 이웃셀에대해측정을수행하는단말은 서브프레임이 MBSFN 서브프레임인지혹은 non-mbsfn 서브프레임인지에대한 정보를미리알필요는없다. 65

72 4. LTE 의물리계층주요기술 4.8. Random Access 업링크동기를획득하지못하거나업링크동기를유지하지못한단말은 RACH(Random Access CHannel) 을이용하여업링크시간동기를획득하게된다. 단말의업링크동기가구현된경우, enodeb 는직교성이유지된업링크전송자원을 스케줄링할수있게된다. RACH 에의하여동기화가수행되는경우는다음과같다. (1) 단말이 RRC_CONNECTED 상태에있으나, 업링크동기가되어있지않으며, 새로운 업링크데이터나제어정보를전송해야하는경우 (2) 단말이 RRC_CONNECTED 상태에있으나, 업링크동기가되어있지않으며, 새로운 다운링크데이터를수신하고, 이에대한 ACK/NACK 를전송해야하는경우 (3) 단말이 RRC_CONNECTED 상태에있으며, 현재의셀에서타겟셀로핸드오버 하는경우 (4) 단말이 RRC_IDLE 상태에서 RRC_CONNECTED 상태로전환하는경우( 예를들어, (5) 초기접속또는트래킹영역갱신의경우 ) 무선링크실패후다시연결상태로진입하는경우 예외적으로, 업링크동기가획득된상황이라할지라도, 단말에대하여 SR(Scheduling Request) 를전송하기위한다른업링크자원이할당되지않은경우에는 SR을전송하기 위하여 RACH 를할당할수있다. Random access 절차는 contention-based, contention-free 의두가지로나누어진다. contention-based random access 절차에서, 단말은프리앰블을무작위로선택하여 전송하므로, 하나이상의단말이동일한프리앰블을동시에전송하는경우에는충돌이 발생하게되므로이를제거하기위한절차가필요하게된다. contention-free random access 절차에서는단말에전용프리앰블을할당하여충돌이 발생하지않으며, contention-based random access 절차에비하여속도가빠르다. 통상적으로단말은 contention-based random access 절차를따르며, 예외적으로단말이 새로운다운링크데이터를수신하거나핸드오버를하는경우와같이조속히 random access 를수행해야하는경우 contention-free random access 절차를따른다. 66

73 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 그림 26] contention-based 랜덤액세스절차 contention-based random access 절차는다음단계를따른다. 64개의프리앰블중 enodeb 에의하여 contention-free RACH에사용하기위하여 미리예약된프리앰블을제외한나머지는 contention-based random access 절차에 사용할수있으며, 이들은두개의서브그룹으로구분된다. 두개의서브그룹의 의미, 그중어느것을선택할것인지에관한사항은방송시스템정보에의하여 표시된다. 단말은필요한전송자원의크기에따라해당하는프리앰블을서브그룹 으로부터선택한다. 프리앰블전송전력의초기치는경로손실을고려하여설정된다. 단말은다운링크의 RSRP(Reference Signal Received Power) 의평균치를측정하여경로손실을추정하고, 원하는 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio), RACH 프리앰블에할당된시간주 파수슬롯에서측정된업링크간섭과잡음수준, 프리앰블형태에따라전력옵셋을 설정한다. enodeb 는 PDSCH 을이용하여 RAR(Random Access Response) 을전송하며, RAR 은 PDCCH 을통해전송되는 RA-RNTI 에의해지시된다. RA-RNTI(Random Access Radio Network Temporary Identifier) 은단말이전송하는프리앰블이검출되는시간- 주파수 슬롯을확인할수있게한다. 67

74 4. LTE 의물리계층주요기술 RAR 는검출된프리앰블의확인, 단말의업링크전송을동기화하기위한타이밍 정렬지시, 3 단계메시지전송을위한초기업링크자원승인, Temporary C-RNTI(Cell Radio Network Temporary Identifier) 의할당과같은정보를전달한다. RAR 메시지는 backoff indicator 동안지연한후에 와같은정보를포함할수있는데이는단말에게일정주기의시간 random access 절차를다시시도하도록지시할수있다. [ 그림 27] RAR 윈도우의타이밍 단말은시간윈도우내에서 RAR 을수신하도록예측된다. 윈도우의시작점과끝점은 enodeb 에의하여설정되고, 셀고유의시스템정보의일부로방송된다. 규격에서는 프리앰블서브프레임의끝점에서 2ms 후에가장빠른서브프레임이허용된다. 그러나, 통상적인지연시간 ( 프리앰블서브프레임의끝으로부터 RAR 윈도우의첫번째 서브프레임의시작점사이의기간) 은 4ms 인경우가일반적이다. RAR 은 2단계메시지와 다운링크전송자원할당메시지 G 로구성되는데, 2단계메시지는 PDSCH 을이용하여 전송되고, G 는 PDCCH 을이용하여전송된다. 단말이설정된시간윈도우내에서, RAR 을수신하지않는경우, 단말은프리앰블을 재전송한다. RAR 윈도우의끝점이후에프리앰블재전송을위한최소지연은 3ms 이다. ( 단말이 RAR에사용되는다운링크자원을전달하는 PDCCH 을수신하더라도, RAR 메시지를복조하지못한경우, 단말이 RAR을복조하려고시도하면서걸린시간을 감안하면프리앰블재전송전의최소지연시간은 4ms 로증가한다.) enodeb 는각재전송된프리앰블에대하여전송전력이일정간격으로증가하도록 preamble power ramping 을설정할수있다. WCDMA 에서는간섭을제어하기위하여 초기프리앰블전력을낮출필요가있지만, LTE의 random acces preamble 은다른 업링크전송에대하여통상적으로직교이기때문에, 프리앰블전력의제어가 WCDMA 에비하여덜민감하다. 따라서, random access 과정에서첫번째프리앰블 전송이성공하는비율이 WCDMA 에비하여더높고, power ramping 의필요성이감소 하는경향이있다. 68

75 4. LTE 의물리계층주요기술 이메시지는 PUSCH 상에서최초로스케줄링된업링크전송이고, HARQ(Hybrid Automatic Repeat request) 를이용한다. 단말은이메시지를이용하여 RRC 접속요구, 트래킹영역갱신, 스케줄링요구와같은랜덤액세스절차메시지를전달한다. 이메시지는단계2 의 RAR 에서할당된 Temporary C-RNTI 를포함하고, C-RNTI 혹은 48 비트단말 identity 를포함한다. 단계1 에서프리앰블충돌이발생한경우에는충돌한단말들은 RAR 을통하여동일한 Temporary C-RNTI 를수신하고 L2/L3 메시지를전송할때동일한업링크시간- 주파수 자원상에서충돌이발생할것이다. 충돌로인하여모든단말이복조를하지못하는 경우에는, 각단말은최대회수만큼 HARQ 재전송을한후에 random access 절차를 다시시작하게된다. 하지만, 충돌이발생하더라도하나의단말이복조가되는경우가 발생할수있으며, 이경우단계4 의절차에의하여경쟁을해소할수있다. 단말이 RAR 을성공적으로수신하는경우, 메시지3을전송하기전에단말의최소 처리지연시간은 5ms 에서왕복전송시간(TA) 을뺀값이다. [ 그림 28] 메시지3 전송타이밍 다수의단말이동일한프리앰블로전송하는경우실제로프리앰블이인식된단말을 구별하기위한단계이다. enodeb 는단계3 에서의 L2/L3 메시지에포함된 48 비트단말의구별자 (C-RNTI 혹은 Temporary C-RNTI) 를포함한경쟁해소메시지를생성하여이를단말에게 HARQ 방식 으로전송한다. 다수의단말간에충돌이발생한경우, L2/L3 메시지의복조가성공하면, HARQ 피드백은자신의 UE identity( 혹은 C-RNTI) 를검출한단말에의해서만수행된다. 다른 69

76 4. LTE 의물리계층주요기술 단말은충돌이있었다는것을인식하고, HARQ 피드백을전송하지않으며, 현재의 random access 절차를벗어나서 random access 절차를새로시작하게된다. 경쟁해소메시지를수신한후에세가지의가능한시나리오별로단말은다음과 같이응답한다. - 단말이메시지를복조하고, 자신의 identity 를확인한경우 ACK 를전송한다. - 단말이메시지를복조하고다른단말의 identity 가포함된것을발견한경우아무것도 전송하지않는다. 아무것도전송하지않는것을 DTX 라한다. - 단말이메시지를복조하는데실패하거나, DL 승인을놓친경우아무것도전송하지 않는다. Contention-free Random Access 절차는다음과같다. enodeb 가각단말에대하여프리앰블을지정하고, 단말은지정된프리앰블을전송 하므로, 단말간에충돌이발생하지않는다. 이방법은단말에다운링크트래픽을재개 하거나핸드오버를하는경우와같이단시간에접속절차가완료되어야하는경우 적용되며, 다음과같은단계에의하여수행된다. 단계1: 기지국이단말에프리앰블을할당한다. 단계2: 단말이할당받은프리앰블을전송한다. 단계3: 기지국이 Random Access 응답을전송한다. [ 그림 29] Contention-free 랜덤액세스절차 70

77 4. LTE 의물리계층주요기술 4.9. PRACH(Physical Random Access Channel) Random Access 절차에서단말이 enodeb에전송하는 random access 프리앰블을 전송하기위한채널이다. PRACH 는 PUSCH, PUCCH 와시간, 주파수상에서다중화된다. PRACH 시간- 주파수 자원은 PUSCH 영역에서할당되며, 주기적으로반복된다. [ 그림 30] PUSCH, PUCCH와 PRACH 다중화 PRACH 프리앰블은 OFDM 심볼로구성되며, 프리앰블시퀀스의끝부분을프리앰블 앞부분에 CP 로추가하여구성한다. [ 그림 31] 포맷 0/2에서의 PRACH CP와 GT timing advance 가 0이라는가정하에단말은 random access 프리앰블의시작점을 업링크서브프레임의시작점과일치시킨다. 전송지연을감안하여, GT(Guard Time) 가 필요하므로, 프리앰블길이는 PRACH 슬롯의길이보다짧다. FDD 에대하여 4 종류의 PRACH 프리앰블포맷이정의되어있고, 각포맷은시퀀스와 CP 의길이에따라정의된다. 71

78 4. LTE 의물리계층주요기술 [ 표 10] 랜덤액세스프리앰블포맷 프리앰블포맷 TCP ( s) TSEQ ( s) 적용 셀반경 14km 이하에서, 800 s 프리앰블시퀀스를갖는 1ms RA 버스트 셀반경 77km 이하에서, 800 s 프리앰블시퀀스를갖는 2ms RA 버스트 셀반경 29km 이하에서, 1600 s 프리앰블시퀀스를갖는 2ms RA 버스트 셀반경 100km 이하에서, 1600 s 프리앰블시퀀스를갖는 3ms RA 버스트 [ 표 11] PRACH 프리앰블포맷에대한프레임형태및셀반경 프리앰블포맷 할당된서브프레임개수 CP 기간 s Ts s GT 기간 Ts 최대딜레이스프레드 ( s) 최대셀반경 (km) CP의길이는최대 RTD(Round-Trip Delay) 와최대딜레이스프레드를더한값이고, GT의길이는최대 RTD(Round-Trip Delay) 값이다. 최대딜레이스프레드는 CP의끝부분에서 guard period 로서활용되어, 셀경계면에 있는단말에대해서도다중경로간섭을감소시키도록한다. 프리앰블시퀀스의끝부분을프리앰블앞부분에 CP로추가하기때문에프리앰블 끝에있는딜레이스프레드에너지는 CP 의끝에서다시반복된다. 따라서, GT의 길이를정할때, 최대딜레이스프레드를고려할필요는없다. 표 11에서 T s 는샘플링레이트를의미하며, 그값은 1/30.72 s 이다. 72