한국전자통신연구원

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윤혜 제갈
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2 Ⅰ. 서론국내이동통신은상향과하향신호를주파수대역으로구분하는 FDD(Frequency Division Duplex, 주파수분할 ) 방식을중심으로발전해왔으나, 최근가용주파수가줄어드는상황에서 5G 대응및모바일생태계의지속적인발전을위해상향과하향을시간으로구분하는 TDD(Time Division Duplex, 시분할 ) 방식의주파수활용에대한필요성이높아지는추세이다. 또한, 주파수이용효율성, 주파수확보용이성, FDD-TDD 상호호환성, TDD 생태계조성의필요성, 5G 신기술수용및확장성등을고려할때국내 TDD 주파수정책은분명새로운전환국면을맞이하고있으며, 이에국내환경에적합한 TDD 정책방향을탐색하기위해최근국내외 LTE-TDD 서비스및시장, 주파수및기술동향을살펴보고, 향후 TDD 활용전망을제시하고자하였다. 앞서우리나라는휴대인터넷 (WiBro) 을통해 2006 년 6월에세계최초로 TDD 상용서비스를개시한바있고, 2007 년 ITU 에서 WiBro 기술이반영된 IEEE d/e 계열의 IMT-2000 OFDMA TDD WMAN 을 6번째 IMT-2000 표준으로채택되기도하였다 [1]. 그러나, 이후 3GPP 진영이주도하는세계통신시장주도권경쟁에서의열위, 기존이동통신시장잠식우려에대한사업자의소극적인투자, 장비및단말수급에대한규모의경제측면에서 WiBro 시장은 LTE 계열에비해지속적인성장과발전을이어가지못하였다. 한편 WiBro 가 TDD 방식임에도불구하고, 국내에서는국제기술표준과달리 WiBro 서비스를이동통신서비스가아닌휴대인터넷서비스로시장획정되어구분함에따라, 국내통신정책및시장의특수성을감안하여본고에서의 TDD 는 LTE 계열에주안점을두고기술하고자한다. Ⅱ. 서비스및시장동향 1. 상용서비스 3GPP 는 LTE TDD 모드를 LTE FDD 모드와동시에 Release 8 기술로채택하였으며, 국제전기통신연합 ITU) 은 2012 년 1월 3GPP Release 10 이상의기술인 LTE- Advanced 와 IEEE m 이상의기술인 Wireless MAN-Advanced 를이동통신 4G(IMT-Advanced) 기술의국제표준으로확정하였다 [2]. 나아가 3GPP 는 Release 13/14 에적용되는주요기술들을 LTE- Advanced Pro 라는브랜드네임으로정의하였다. 세계모바일공급자협회 GSA(Global Mobile Suppliers Association) 에따르면, 2017 년 1월현재 186개국 581 개사업자가상업용 LTE, LTE-Advanced, LTE- Advanced Pro 서비스를런칭하였고, 그중 TDD 방식은 54개국 95개사업자가상용서비스를제공하고있다 [3]. TDD 상용화는국가수기준으로 29% 이며, ( 그림 1) 에서보는바와같이사업자수기준으로 16% 수준이다. TDD 사업자중에서 63개사업자는 TDD 서비스만제공하고있고, 32개사업자는 FDD 와 TDD 를서로다른주파수대역을활용하여두가지방식을혼용 (converged) 하여서비스를제공하고있다 [3]. TDD 채택사업자는자국에서 3위이하의사업자가많은데, 그중일부가 FDD&TDD 서비스를병행도입하고있으며, 미국의 Sprint, 일본의 Softbank, 러시아의 Megafon 및 MTS 등이해당된다 [3]. 중국은국가주도로전략적으로 TDD 산업을육성지원함에도불구하고, LTE-TDD 시장점유율이차이나모바일에편중되어 2015 년 2월에 3G 대역에서의 LTE- FDD 상용서비스사업권을승인하기에이르렀다. 즉차 장재혁 / TDD 동향과전망 81

3 이나텔레콤은 CDMA 1xEV-DO 로사용중인 1920~ 1935/2110~2125MHz 대역에서, 차이나유니콤은 WCDMA 로사용중인 1755~1785/1850~1880MHz 대역에서 LTE-FDD 사용이가능하게된것이다 [4]. 두사업자는기존에발부받은 TDD 대역과추가승인된 FDD 대역을혼합해서 LTE 서비스를제공하고있으며, 차이나모바일은 TDD 대역만으로 LTE 서비스를제공하고있다. 이로써중국은 2016 년말기준으로 LTE-TDD 중심의 4G 가입자는 7억 7천만에이르고있다 [5]. 2. 글로벌에코시스템 < 표 1> 에서 LTE-TDD 주파수대역별상용서비스사업자수는 2.3GHz 대역의 Band 40이 38개로가장많으며, 최근 3.5/3.7GHz 대역의 Band 42/43 에서 28개로늘어나는추세이다. 또한, 2.6GHz 대역에서 Band 38은 18개이고, Band 41에서중국, 미국, 일본등시장규모가상대적으로큰국가를중심으로 19개사업자가이용하고있다 [3]. 한편, LTE 전체상용단말기는 517 개제조업체에서 7,037 종의 LTE 단말모델을공급하고있으며, 그중 TDD 지원은 2,797 종으로 LTE 전체대비약 40% 에이른다. < 표 2> 의 LTE-TDD 대역별단말기수에서 2.3GHz 대역의 Band 40 지원단말이 77%(2,161 종 ) 로가장많고, 차순위로 2.6GHz 대역의 Band 38 지원단말이 61%(1,720 종 ) 이다 [6]. 이외에도 Multi-band, Multi-mode FDD-TDD 단말기는 Band 3/5/40 에서 579 종이지원하고있다. 또한단말기형태는스마트폰이 70%(1,952 종 ) 로차지하는비중이가장높다 [6]. 3. 해외 TDD 서비스현황미국의 700MHz 대역 D&E(716~728MHz) 블록은 Unpaired 대역으로모바일TV 용도로경매되었으나, 모바일TV 시장비활성화로인해 AT&T 가 2011 년 12월에 Qualcomm 이대부분보유한면허를인수하였으며, 나머지 E블록은 Dish Network 에서다수보유하고있다. FCC 는 AT&T 가인수한주파수에대해보조하향링크 (SDL) 사용조건을부과하였으며 [7], 또한 A 및 B 블록에적용하는출력제한및안테나높이제약조건으로운영해야하고, 특히 AT&T 는 D&E 블록을업링크사용시 A블록과심각한모바일간섭을초래하기때문에다운링크용도로만사용하는것으로규정하였다 [8]. 이외에도 1.7GHz 대역 AWS(Advanced Wireless Services) 의경우 2015 년 AWS-3 경매로 15MHz 폭 (1695~1710MHz) 을 TDD 주파수로할당하였다. 2.3GHz 대역은 WCS(Wireless Communications Service) 사용으로 30MHz 폭을할당하였으며, 그중 10MHz 폭 C&D(2315~2320MHz, 2345~2350MHz) 블록은 TDD 로할당되었다. 한편, FCC 에서 2012 년에 WCS 대역에서 LTE 사용을허용하면서, 그동안 AT&T 가다량의 WCS 주파수를보유하고서도인접한위성디지털라디오 (SDARS: Satellite Digital Audio Radio Service) 간섭및기술적제약으로활용되지못하던것이 LTE 사용으로허용됨에따라점차시장에서의영향력을확대하고 82 전자통신동향분석제 32 권제 2 호 2017 년 4 월

4 있다. 2.6GHz 대역은 EBS(Educational Broadband Service), BRS(Broadband Radio Service), WiMAX 등으로제공되고있으며, 2013 년도에 Sprint 가 Clearwire 를인수하여 WiMAX 가입자를 LTE-TDD 서비스로점진적으로전환하면서 2016 년 3월에 WiMAX 서비스는종료되었다. 중국의 TDD 이용은독자개발한 TD-SCDMA 서비스를 2009 년에도입하면서시작하였다. 이후 TD-SCDMA 55MHz 폭중에서 20MHz 폭 (1880~1900MHz) 을 LTE- TDD 로재활용하고, 35MHz 폭 (1900~1920MHz, 2010~ 2025MHz) 은 TD-SCDMA 로계속사용하고있다. 한편 2013 년주파수규제당국은이동통신 3사에게 4G 상용서비스인 LTE/ 제4세대디지털이동통신업무 (TD- LTE) 사업권을발부하면서 LTE-TDD 용도로 1.9GHz, 2.3GHz, 2.6GHz 대역등에서총 210MHz 폭을할당하였다 [4]. 차이나모바일은 130MHz 을획득하여 2013 년 12월에 LTE-TDD 상용서비스를개시하였고, 차이나텔레콤및차이나유니콤은각각 40MHz 폭씩획득하여 2014 년 2월및 3월에상용서비스를시작하였다. 일본은 2009 년 2.6GHz 대역에서 BWA(Broadband Wireless Access) 용으로 60MHz 폭을할당하여사용하였으나, 2013 년기존위성 DMB(2630~2655MHz) 서비스를중단하고, 보호대역외 20MHz 폭 (2625~2645MHz) 을 BWA 용으로추가할당함으로써현재는 80MHz 폭 (2545~2575MHz, 2595~2645MHz) 을 BWA 용으로사용하고있다. 기존대역은 WiMAX 에서 LTE-TDD 로전환하고있으며, 추가대역에대해서는 LTE-TDD 상용서비스를제공하고있다 [( 그림 2) 참조 ]. 3.5GHz 대역은 WRC-07 에서 3.4~3.6GHz 대역이 IMT 용도로분배된것을계기로주파수재편액션플랜 을수립하여 2014 년에 120MHz 폭 (3480~3600MHz) 을 DoCoMo, KDDI, Softbank 등이동통신 3사에게 40MHz 씩 TDD 방식으로균등하게할당되었다. 4. 국내 TDD 서비스현황국내 TDD 주파수할당은현시점에서 WiBro 가유일하지만, 휴대인터넷활성화정책에따라이동통신용이아닌 WiBro 특화서비스로구분되어이용되고있다 년휴대인터넷사업자가선정되고, 2006 년세계최초로휴대인터넷서비스를개시하였으며, 2012 년 WiBro 주파수재할당을통해현재운용주파수의이용기간은 2019 년 3월까지이다. WiBro 가입자수는 2012 년 11월 105 만을정점으로최고치에도달하였으나이후지속적으로감소하여 2017 년 1월에 57만으로떨어진상태이다 [9]. 따라서, 향후재할당쟁점은이용자보호측면에서서비스품질을유지하면서일부대역을회수하여 LTE 및 LTE 진화기술로의재활용을고려하고있다 [10]. 장재혁 / TDD 동향과전망 83

5 한편, 국내규제기관에서는신규이동통신사업자선정을통한경쟁촉진및 TDD 주파수이용활성화를위해 2010 년부터 2.5GHz 대역할당을 7차에걸쳐지속적으로추진하였다 [< 표 3> 참조 ]. 특히 5차이후로는신규사업자의시장진입촉진을위해 WiBro 와함께 LTE- TDD 도허용하기시작하였다. 그러나, 신청법인대부분이자본력부족, 네트워크구축및서비스제공방안미흡등으로허가법인선정이부결되었다 [11]. Ⅲ. 주파수및기술동향 1. 주파수동향 LTE 및 LTE 진화기술은 FDD 와 TDD 를모두지원하며, 현재 3GPP 에서는 < 표 4> 와같이 TDD 주파수대역으로 16개를지정하여운용하고있다 [12]. 기존에국가별로지정하여사용해오던 GHz 대역 Band 42 를 WRC-15 에서세계공통 IMT 대역으로추가되었으며, Band 46은 Wi-Fi 가점유하고있던 5GHz 비면허대역으로면허대역의 LTE-A 와 CA(Carrier Aggregation) 를통해이용하는방식으로서 LAA(License-Assisted Access) 또는 LTE-U(Unlicensed) 라고통칭하고있다. Band 47의 V2X(Vehicle to Everything) 는운전중도로인프라및다른차량과통신하면서교통상황등의정보를교환하거나공유하는통신방식으로차량과차량 (V2V), 차량과도로인프라 (V2I), 차량과보행자 (V2P) 간통신기술을의미하며, 차량과네트워크 (V2N) 같은클라우드기반기술도포함할수있다. 2. LTE-TDD 기술진화주파수집성과관련하여 Release 10에서최대 5CA 지원으로최대 100MHz 전송대역폭이가능하며, Release 12에서 TDD-FDD 듀플렉스모드사이의 CA 가지원된다. 또한, Release 13에서 32개캐리어까지지원하는 CA 기능이개선되었다. 이러한 CA 기술의진화로인해전송속도의향상을가져왔으며, Cat-4 2CA(10+ 10MHz) 에서 150Mbps 속도가 Cat-11 3CA( MHz) 256QAM 에서는 600Mbps 로높아졌다. 또한, 5CA 256QAM 에서는최대 1000Mbps 가가능하다. 또한, TDD 활용성측면에서사업자의주파수보유현황에따라 FDD 와 TDD 로구분하여운용하던것을점차통합하려는추세이며, 이에 TDD 와 FDD 사이의이 84 전자통신동향분석제 32 권제 2 호 2017 년 4 월

6 동성, TDD 하향커버리지향상, 이용자의데이터전송률증대등을가져올수있는 TDD-FDD 통합망운용의필요성이증가하였다. < 표 5> 에서미국은 Band 2/25 와 41에서통합운용이가능하며, 한국은 Band 1, 3, 8, 5 와 40에서통합운용이가능하다 [13]. 실제 LTE TDD- FDD 통합운용하는사업자로는미국의 Sprint, 일본의 Softbank, 스웨덴의 3Sweden, 호주의 Optus 등 9개사업자에이른다 [3]. TDD 에서용량및전송속도향상을위해주파수를유동적으로분할하여사용하는하향 / 상향링크설정도중요한이슈이다. 3GPP 는 < 표 6> 과같이 LTE-TDD 에대해 7개하향 / 상향링크를설정하였고, Special Subframe 을포함하여약 4:6에서 9:1까지가능하다. Configuration 0(4:6) 은상향로드가많은경우사용가능하지만실제상용서비스를제공하는사업자는없으며, Configuration 1(6:4), 2(8:2) 는 WiMAX 와공유하여사용가능하다. 한편주파수이용효율성을높이기위해 TDD 대역을전용하향보조링크 (SDL: Supplementary Down Link) 인 DL:UL=10:0 설정방식을 Release 14에서논의중으로 2017 년 6월까지진행될예정이다 [14]. 또한, Dynamic TDD 의경우, 트래픽상황에따라상향 / 하향링크할당비율을동적으로변동하는방식으로진화되고있는데, 무선자원사용의극대화를위해 5G 주요후보기술의하나로논의되고있다. 3. 5G 시대의 TDD 2016년에 5G 전략추진위원회는평창동계올림픽에서선보일 5G 시범서비스의기술규격을 TDD 방식으로채택하고 4세대기술과연동하여광대역서비스제공이가능하도록하였으며 [15], 5G 서비스도입을계기로 TDD 활용이가속화될전망이다. 4세대이동통신에서는 FDD 와 TDD 방식을모두수용하였으나, 5세대의경우커버리지및용량측면이동시에고려되는 6GHz 이하대역은 C band(3300~4990mhz) 위주로 100MHz 폭이상의채널폭을필요로하고, 용량측면에서고려되는 6GHz 이상대역은 Ultra Small 형태로 500MHz 폭이상의채널폭이필요할것으로예상된다 [16]. 한편 3GPP 는 Release 15에서 RAN1 단일캐리어의최대채널폭으로 400MHz 폭을고려하고있다 [17]. 따라서, 기존 IMT 주파수경쟁력은하모나이즈여부에따른규모의경제로인해 2G/3G 에서 4G 서비스로전환하면서주파수대역도계승되어 FDD 방식이우위의연장선에있었으나, 5G는고주파대역에서새롭게이동통신용으로활용함에따라주파수효율을고려한듀플렉스방식과 5G 후보기술에대한선택권이넓어진것이다. 실제로 3GPP 기술총회에서는 5G NR 요구사항으로 FDD 와 TDD 에서주파수자원배분의유연성을고려하여 장재혁 / TDD 동향과전망 85

7 업링크와다운링크를자유자재로변동하는 Duplexing flexibility 기술을포함하고있으며 [18], Subframes 는 DL/UL 전송을위해유동적으로사용가능하도록하는 Dynamic TDD 지원도논의되고있다. Ⅳ. 향후전망 1. 해외전망 LTE-TDD 는 LTE-FDD 와기술적으로유사하고장비, 칩셋, 단말의공급이용이하여상용서비스사업자및에코시스템이지속적으로확대되고있다. 최근 TDD-FDD 통합운용을통해커버리지및용량증대를꾀할수있고, 하향보조링크 (SDL) 및 Dynamic TDD 등의진화기술을통해 TDD 활용성은더욱높아지고있다. 무엇보다 TDD 기술의상향과하향주파수자원의배분유동성으로인해트래픽을유연하게대처할수있어 TDD 활용이갈수록부각될전망이다. 특히주목할주파수는 3.5/3.7GHz 대역으로전파전파특성상먼거리신호전달특성이좋지않으나, 향후생활인구가밀집된도심지 Hot-spot 지역에서트래픽해소를위한소형셀이동통신서비스활용이예상되는대역이다. 이미 WRC-07 에서 3400~3600MHz 대역이한 중 일을포함한 97개국에서 IMT 용도로지정되었고, WRC-15 에서 IMT 지정지역의확대를결정하면서 < 표 7> 에서처럼공통 TDD 및 FDD 배치안을정의하였다 [19]. 한편, 유럽 ECC(Electronic Communication Committee) 는 2014 년에 3400~3800MHz 대역으로확장하여 IMT 서비스를포함한유무선광대역서비스도입활성화정책을추진하고있다. 3.5GHz 대역은선호밴드플랜 (Preferred frequency arrangement) 으로 TDD 방식을, 대안밴드플랜 (Alternative frequency arrangement) 으로 FDD 방식을각회원국에서채택할수있도록한것이다. 반면 3.7GHz(3600~3800MHz) 대역은단일화된 TDD 방식도입을결정하였다 [20]. 미국은 3.7GHz 대역이 ITU 분배와동일하게고정, 고정위성, 무선측위업무로분배되어있으며, 연방용과상업용이동시에이용되고있다. 3600~3650MHz 대역을군레이더용으로사용하고있어주파수이용효율극대화정책의일환으로 3550~3700MHz 대역에서주파수공동사용을통한이동통신운용을고려한규칙을제정하였다 [21]. ( 그림 3) 에서총 3 Tier 로분류하고하위 Tier 는상위 Tier 를보호하는방식인데, 우선사용조건으로인가사용자 (PAL) 는 3550~3650MHz 내에서사용가능하며, 이동통신사업자등이경매를통해사용권을획득하여 1년단위로갱신하게된다. 비인가사용자 (GAA) 는 3550~3700MHz 내에서사용가능하며, 기존대역사용자 (IA) 및인가사용자 (PAL) 미사용주파수를사용하는낮은우선순위가부여된다. 중국은이동통신소형셀용도의활용방안을검토중이나, 현재 3430~3500/3530~3600MHz 대역에서고정위성서비스 (FSS: Fixed Satellite Service) 를사용하는관계로전파간섭처리에대한이슈가남아있다. 일본은 3480~3600MHz 대역을 2014 년에 DoCo- 86 전자통신동향분석제 32 권제 2 호 2017 년 4 월

8 Mo, KDDI, Softbank 등이동통신 3사에게 40MHz 씩 120MHz 폭을 TDD 방식으로균등하게할당하였으며, 3 개사업자는상호간섭방지를위해네트워크간의싱크동기화에합의해야하는조건이부여되었다. 2. 국내전망향후국내에서 6GHz 이하에서 LTE 진화기술로 TDD 활용이가능한대역은 1.9/2.0GHz, 2.3GHz, 2.5GHz, 3.5/3.7GHz 대역등이며 [( 그림 4) 참조 ], LTE-A, LTE- A Pro 또는 LTE-A Evolution 등의기술이적용될것으로전망된다. 1.9/2.0GHz 대역은주파수분배표 K114 주석에서 1885~1920MHz 및 2010~2025MHz 대역을 IMT- TDD 용으로총 50MHz 폭을확보하고있다 [22]. 2.3GHz 대역은 K-ICT 스펙트럼플랜 에서 2019 년 3월 WiBro 이용기간만료시점과연계하여 40MHz 폭을확보할계획을수립하고있으며, WiBro 이용자보호를고려하여사업자당 1FA 를재할당하고일부는회수하여 LTE-TDD 로의재활용을고려하고있다 [23]. 2.5GHz 대역은전세계적으로 2.3GHz 대역과함께 TDD 서비스로가장많이활용되고있으나, 국내는과거신규사업자용으로우선공급을추진하다가선정에차질이생기면서활용방안을재검토하는단계이다. 향 후에도신규사업자의시장진입촉진을위해용도및기술은휴대인터넷 (WiBro) 또는이동통신 (LTE-TDD) 으로개방될가능성이높다. 3.5/3.7GHz 대역은 TV이동방송중계용, 아마추어무선용, 고정위성용등으로이용하였으나, 신규허가를중지하고이미사용중인 TV이동방송중계용은아날로그방송종료시까지허가및유예기간을거쳐이후 6GHz 대역에서서비스를제공하며, 아마추어무선국은국제공통대역인 10GHz 대역으로분배변경하게되고, 고정위성용은시설자인 KTSat 의계획에따라 2017 년 6월에폐지되어반납예정이다 [24]. 따라서향후 3400~ 3700MHz 대역은 2017 년 12월까지주파수회수가완료되면이동통신용으로 300MHz 폭확보가가능할전망이다 [23]. Ⅴ. 결론우리나라는휴대인터넷 (WiBro) 을통해 2006 년세계최초로 TDD 상용서비스를개시한바있으나, 3GPP 진영이주도하는세계통신시장주도권경쟁등의영향으로지속적인성장과발전을이어가지못하였다. 최근가용주파수가줄어드는상황에서 5G 대응및모바일생태계조성을위해 TDD 방식의주파수활용필요성이 장재혁 / TDD 동향과전망 87

9 높아지는추세이며, 이에 LTE-TDD 를중심으로서비스, 시장, 주파수, 기술등의동향과함께향후발전전망을논하였다. 현시점에서주목할점으로중국은 LTE-TDD 서비스를개시하고서 3년만에 7억 7천만의가입자를확보하였고, 세계주요국은 5G 기술과시장선점을위해치열한경쟁을하고있다. 우리나라도더이상 TDD 방식을외면하기어려운상황에이르러, 국내환경에적합한 TDD 활용방안을모색하고자국내외주요현안을중심으로시사점을찾고자하였으며, 이를통해실질적인 TDD 서비스활성화를마련하는전략적접근의단초가되었으면한다. 약어정리 AWS Advanced Wireless Services BRS Broadband Radio Service BWA Broadband Wireless Access CA Carrier Aggregation DMB Digital Multimedia Broadcasting EBS Educational Broadband Service ECC Electronic Communication Committee FDD Frequency Division Duplex FSS Fixed Satellite Service GSA LAA RAT SDARS SDL TDD V2X WCS WMAN 참고문헌 Global Mobile Suppliers Association Licensed Assisted Access Radio Access Techonology Satellite Digital Audio Radio Service Supplementary Down Link Time Division Duplex Vehicle to Everything Wireless Communications Service Wireless Metropolitan Area Network [1] ITU-R, M.1457: Detailed Specifications of the Terrestrial Radio Interfaces of IMT-2000, Rec. ITU-R M , Oct [2] ITU-R, M.2012: Detailed Specifications of the Terrestrial Radio Interfaces of IMT-Advanced, ITU, Jan [3] GSA, Evolution to LTE Report, Jan [4] MIIT, URL: [5] MIIT, URL: [6] GSA, Status of the LTE Ecosystem, [7] FCC, Application of Application of AT&T Inc. and Qualcomm Incorporated for Consent To Assign Licenses and Authorizations, FCC , [8] FCC, R&O and Order of Proposed Modification, FCC , [9] 미래창조과학부, 2017 년도무선통신서비스통계현황, [10] 미래창조과학부, K-ICT 스펙트럼플랜토론회, [11] 미래창조과학부, 방송통신위원회 주파수할당공고, [12] 3GPP, TS version Release 13, [13] GTI, TDD/FDD LTE Convergence White Paper v2.0, Sept [14] [15] 미래창조과학부, 제 4 차 5G 전략추진위원회, [16] Telefonica, ITU-R Activities towards 5G between WRC- 15 and WRC-19, 21st LStelecom Spectrum Summit, [17] 3GPP, 3GPP TSG RAN WG1 Meeting, Feb [18] 3GPP, TR V Technical Specification Group Radio Access Network; Study on Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies; 88 전자통신동향분석제 32 권제 2 호 2017 년 4 월

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