넷매니아즈리포트 SK Telecom's Network Evolution Strategies Carrier aggregation, inter-cell coordination and RAN architecture 목차 1 개요 2 2 CA 진화전략 4 2.1 3-BAND CA 4 2.2 펨토셀 CA 4 2.3 이종망간결합 : LTE 와와이파이간 CA 5 2.4 이종 LTE 기술간결합 : FDD TDD CA 5 3 셀간협력진화전략 6 3.1 매크로셀망에서의 INTER-SITE CA 7 3.2 SUPER CELL 1.0: VIRTUAL ONE CELL 8 3.3 SUPER CELL 2.0: ELASTIC CELL 및 INTER-SITE CA 9 3.4 SUPER CELL 3.0: HIERARCHY CELL 10 4 RAN 구조진화전략 11 4.1 통합 RAN (UNIFIED RAN) 12 4.2 지능형기지국 (SERVICE-AWARE RAN) 12 4.3 가상화기반차세대기지국 (VRAN) 12 약어표 13 013 2014 년 10 월 8 일 www.netmanias.com NMC Consulting Group (tech@netmanias.com) About NMC Consulting Group NMC Consulting Group is an advanced and professional network consulting company, specializing in IP network areas (e.g., FTTH, Metro Ethernet and IP/MPLS), service areas (e.g., IPTV, IMS and CDN), and wireless network areas (e.g., Mobile WiMAX, LTE and Wi-Fi) since 2002. Copyright 2002-2014 www.netmanias.com NMC Consulting Group. All rights reserved. 1
1 개요 SK 텔레콤은 5 천 6 백만한국이동통신가입자수의 50.1% 인 2 천 8 백만가입자를확보하고있는한국최대이동통신사이다 (2014 년 8 월기준 ). 2011 년 7 월 LTE 서비스를출시하였으며 2014 년 8 월기준 LTE 가입자가 1 천 6 백만으로 LTE 보급률이 56.4% 에이른다. SK 텔레콤은 LTE 가입자의증가, 단말의고 성능화, 컨텐츠의대용량화로인한모바일데이터트래픽의폭증 에대응하여망용량을확대하기위해 2013 년에는 LTE-A (Carrier Aggregation; CA), 2014 년에는광대역 LTE-A( 광대역 CA) 를도입하였다. 망용량을늘리기위한또하나의방법으로, SK 텔레콤은 LTE/LTE-A 매크로셀크기를몇백미터정도로 작게구축하였고, 작아진따라서수많아진셀사이트의구축및 운영비용을절감하기위해 2012 년 1 월부터기존기지국의 부를한곳에집중화하여 C-RAN(Centralized/Cloud RAN: SK 텔레콤용어로 A-SCAN) 을구축하기시작했다. 트래픽은더욱급증하고있고이를감당하기위해 2014 년에는일부지역부터스몰셀 ( 장비는저출력의스몰 RRH) 을도입하기시작했다. 스몰 RRH(Small RRH) 는, 집중화되어있는 Pool 로 CPRI 인터페이스를통 해연결되는매크로셀과동일한 C-RAN 구조를갖는다. SK 텔레콤은이를 Unified RAN(Cloud and Heterogeneous) 이라고부른다. 3G (Feature phone + Smartphone) 4G LTE 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 2012 2013 2014 LTE 트래픽폭증 ( 우리나라전체 ) August 2014 108.8 PB 100.8 PB (92.7%) 8.0 PB (7.3%) FDD-TDD CA upto Gbps Carrier Aggregation ð 속도배가 2014.6 (demonstrated) Inter-Cell Coordination ( 셀간협력 ) ð 셀경계에서성능향상 LTE-와이파이 CA upto Gbps 3-Band CA 450 Mbps 펨토셀 CA 150 Mbps 3-Band CA 300 Mbps 2-Band CA 225 Mbps 2-Band CA 150 Mbps LTE 75 Mbps 2014.7 (demonstrated) 2014 (demonstrated at MWC) 2015 (planned) 2014 H2 (planned) 2014.6 2013.6 2011.7 매크로셀 ICIC C-RAN Macro Cell 2012.1 스몰셀 (Hetnet) DL CoMP (proprietary) early 2012 Hierarchy Cell (Dual Connectivity) 2016 (planned) Elastic Cell (CoMP, Inter-Site CA) 2016 (planned) Virtual One Cell (TM-9) H2 2014 (planned) eicic 2014 (planned) UL CoMP 2014.04 Inter-Site CA 2014 (demonstrated at MWC) Unified RAN Macro & Small Cell (2014 년 Small RRH 도입시작 ) Service-Aware RAN 응용서버전진배치 (2013 년 MWC 시연 ) vran Virtualization (2014 년시연 ) RAN 구조 ð RAN TCO 절감 / LTE-A 성능개선 상용화완료 상용화예정 그림 1. SK 텔레콤의망진화전략 www.netmanias.com 2
SK 텔레콤은스몰셀도입시발생하는셀경계에서의성능저하를개선하기위해매크로셀과스몰셀이협력하는 HetNet 구조를주창하고있으며, 이러한 HetNet 구조를 SK 텔레콤은 SUPER Cell이라고부른다. SK 텔레콤은 2020년상용화를목표로하는 5G 망이완전히새로운개념이아니라 SUPER Cell의연장선이라고여기고있으며, SUPER Cell을 2016년에상용화할계획이다. 넷매니아즈에서는 SK 텔레콤의망진화전략을그림 1과같이 1) Carrier Aggregation, 2) Inter-Cell Coordination( 셀간협력 ), 3) RAN 구조라는 3개의축으로분석하였다. 여기서 CA는주파수대역폭을넓혀속도를배가시키는진화를의미하는축이고, 셀간협력은주파수효율을높여셀경계에서높은속도를얻기위한진화를나타내는축이다. RAN 구조는 RAN 구축 / 운영비용을절감하면서 LTE-A 성능을향상시키는구조로의진화를의미한다. 그림 2는그림 1의진화전략이반영된 SK 텔레콤의 LTE-A의진화망을나타낸다. Band 5 (850 MHz, 10MHz) Band 3 (1.8GHz, 20MHz) Band 1 (2.1 GHz, 10MHz) New Band 지능형기지국 (Virtualized RAN) EPC Core 3-band CA (300/450Mbps) LTE 펨토셀 CA (150Mbps) 와이파이 AP Femto hairman Chang-gyu Hwang of KT (with sales of KRW 23.8 trillion in 2013), at a press conference held at KT Olleh Square in Cgggggggggg Inter-Site CA 셀사이트 0 LTE-와이파이 CA (upto Gbps) CoMP Inter-Site CA CoMP Elastic Cell N cells 1 PCI, TM9 No HO 셀사이트 1 No HO Control & Data Control Data Dual Connectivity Virtual One Cell CPRI 프론트홀 (Active WDM) Small RRH Hierarchy Cell Pool 응용서버 ( 캐시등 ) 지능형기지국 (Service-Aware RAN) Source: KT 통합 RAN ( & Small RRH) Carrier Aggregation 진화 3-Band CA LTE- 와이파이 CA LTE 펨토셀 CA FDD-TDD CA Inter-Cell Coordination ( 셀간협력 ) 진화 매크로망에서 Inter-Site CA SUPER Cell 1.0: Virtual One Cell SUPER Cell 2.0: Elastic Cell, Inter-Site CA SUPER Cell 3.0: Hierarchy Cell RAN 구조진화 통합 RAN (Unified RAN) 지능형기지국 (Service-Aware RAN) 가상화기지국 (vran) 그림 2. SK 텔레콤의 LTE-A 진화망 www.netmanias.com 3
2 CA 진화전략 CA는서로다른대역의주파수를결합하여하나의광대역주파수처럼사용하는기술로무선전송대역폭을넓혀속도를배가시키는기술이다. 전송대역폭이 N 배증가하면전송속도도 N 배증가한다. 표 1은 2014년 9 월현재 SK 텔레콤의상용 LTE 주파수보유현황을나타낸다. 3개대역에걸쳐총 40 MHz의대역폭 (DL 기준 ) 을확보하고있다. SK 텔레콤은 2013년 6월세계최초로 CA를상용화하였고, 2014년 6월에는광대역 CA 를상용화하여현재 2개대역을결합한 30 MHz 대역폭으로최고속도 225 Mbps를제공하고있으며, 곧 3개대역전체를결합한 CA를상용화할예정이다. CA 단말기사용자비율은 2014년 5월기준전체 1천 5백만 LTE 가입자중 3백 5십만명으로 23% 를차지한다. SK 텔레콤의 CA 진화방향을살펴보자. 표 1. SK 텔레콤의 LTE 상용주파수 (2014 년 9 월기준 ) 동작주파수대역 DL 대역폭 UL 최대전송속도 850 MHz Band 5 10 MHz 10 MHz 75 Mbps 1.8 GHz Band 3 20 MHz 15 MHz 150 Mbps 2.1 GHz Band 1 10 MHz 10 MHz 75 Mbps 2.1 3-band CA 3-band CA는결합하는주파수대역을 3개로늘려전송대역폭을더욱광대역화하는것이다. 현재 SK 텔레콤은총 3개의 LTE 대역중 2개대역을결합하여 20 MHz 또는 30 MHz로 2-band CA를제공하고있다. LTE-A 규격에따르면총 5개대역까지결합할수있지만, 아직은단말기의 RF 칩에서동시에 2개대역까지만결합이가능하기때문이다. 동시에 3개대역을지원하는단말의출시에맞추어, SK 텔레콤은빠르면 2014 년하반기또는 2015년초에 3개대역을모두결합하는 3-band CA를상용화할예정이다. 이경우전송대역폭은 40 MHz로확장되고데이터전송률은 300 Mbps까지높아진다. 향후 3개의 20 MHz 대역폭을결합하여전송대역폭을 60 MHz까지확장하고데이터전송률을 450 Mbps까지높일예정이다. 표 2. SK 텔레콤의멀티-band CA (FDD FDD) 결합대역수 최대전송속도총대역폭대역폭결합 (MHz) 상용화상태 2-band 150 Mbps 20 MHz 10+10 (B3 + B5) 상용화 (2013 년 6 월 ) 2-band 225 Mbps 30 MHz 20+10 (B3 + B5) 상용화 (2014 년 6 월 ) 3-band 300 Mbps 40 MHz 10+20+10 (B1 + B3 + B5) 상용화예정 (2014 년하반기또는 2015 년 ) 3-band 450 Mbps 60 MHz 20+20+20 상용화예정 2.2 펨토셀 CA SK 텔레콤은실내사용자에게안정적인통신품질을제공하기위하여 2012년 6월 LTE 펨토셀을세계최초로상용화하였고더욱향상된통신품질을제공하기위하여펨토셀에서도 CA를제공할계획이다. MWC 2014에서 2-band CA를제공하는 LTE-A 펨토셀을시연하였고, 2014년하반기에는상용망에서필드테스트를거쳐 2015년상용화될예정이다. www.netmanias.com 4
2.3 이종망간결합 : LTE 와와이파이간 CA 2014년 7월에는 IETF 표준인 Multipath TCP(MPTCP) 기술을이용하여 LTE 대역과와이파이대역을결합하는이종망간 CA를시연하였다. MPTCP는여러개의 TCP 플로우 ( 또는 MPTCP 서브플로우 ) 를묶어서하나의 MPTCP 연결로데이터를전송하는기술로, 단말과응용서버에적용된다. 이번시연은응용서버대신에 MPTCP proxy 서버를이용하여이루어졌다. 현재 SK 텔레콤이 2-band CA를제공하는 LTE 대역들과 802.11ac 기가와이파이대역을결합하면 Gbps까지전송이가능해진다. 상용화일정은향후 MPTCP 단말및서버개발계획에따라결정될예정이다. Public Internet Movie file Application Server CSP, OTT (e.g., File Box) Application TCP TCP SKT IP Backbone P-GW LTE-A Network Proxy IP Backhaul MPTCP Proxy Server TCP MPTCP Subflow LTE Subflow Wi-Fi (TCP) (TCP) IP LTE IP Wi-Fi Subflow LTE Subflow Wi-Fi enb Giga Wi-Fi AP 225 Mbps 866 Mbps 1 Gbps MPTCP Client IP LTE IP Wi-Fi Subflow LTE Subflow Wi-Fi (TCP) (TCP) MPTCP Application 그림 3. Multipath TCP (MPTCP) 기반 LTE 와와이파이간 CA 2.4 이종 LTE 기술간결합 : FDD TDD CA 서로다른 LTE 기술인 FDD-LTE와 TDD-LTE로동작하는 LTE 대역을묶어서전송대역폭을넓히는기술이다. SK 텔레콤은 2014년 6월모바일아시아엑스포에서 10개의 20 MHz 대역폭과 8x8 MIMO 안테나를이용하여 FDD-TDD CA를시연하여 3.8 Gbps의전송률을보여주었다. www.netmanias.com 5
3 셀간협력진화전략 CA가주파수대역폭을늘려망용량을증가시키는데비해, 셀간협력기술은주파수효율을높임으로써망용량을증가시킨다. 셀간협력기술은다른사이트에위치한셀간에사용자 / 셀정보를공유하여무선자원을더효율적으로관리하는기술이다. 셀간협력기술은매크로셀망과스몰셀이도입된 HetNet 모두에서사용되지만, 고출력셀과저출력셀이섞여있는 HetNet에서셀경계에있는 UE는매크로셀망에서보다복잡한간섭상황을겪으므로더욱정교한협력기술이요구된다. SK 텔레콤은매크로셀망에적용되는셀간협력기술로, 2012년에셀간간섭제어기술인 ICIC와 DL CoMP(proprietary version) 를상용화하였고 MWC 2014에서는기지국간에 CA를최적화하는 inter-site CA 기술을시연하였다. CoMP 기능은 C-RAN 구조를기반으로 집중장소에설치되어 들과연결된 CoMP 협력서버를통해중앙집중방식으로제공된다. CoMP 협력서버는셀 / 단말간채널상태정보를기반으로 joint 스케쥴링을제공하며향상된스케줄링기법, 에너지효율화와같은 SK 텔레콤고유기술이적용되어동작한다. CoMP 상용화에따라 ICIC는 CoMP로대체되었다. 2014년부터는 SK 텔레콤망에스몰셀이도입되기시작하였다. 스몰셀수가증가할수록주파수재사용률이증가하지만, 셀경계지역도많아져서핸드오버율 / 간섭세기 / 제어오버헤드량도증가한다. 따라서스몰셀도입으로인한망용량증대효과를제대로얻기위해서는스몰셀분포정도에따라적절한셀간협력방법을적용하는것이필요하다. SK 텔레콤은스몰셀분포정도에따라효율적으로망증대효과를얻기위하여 MWC 2013에서 SUPER Cell 개념을 3 단계로발표하고, 2016년을목표로순차적으로상용화를추진하고있다. 표 3 은 SUPER Cell의단계별진화전략을간략하게보여준다. 표 3. SUPER Cell 진화전략 진화단계 1.0 2.0 3.0 주요개념 Virtual One Cell Elastic Cell, Inter-Site CA Hierarchy Cell 스몰셀의밀도 낮음 중간 높음 최초시연시기 2013 년 10 월 2014 년 7 월 (Elastic Cell) 아직시연안함 상용화시기 2014 년하반기또는 2015 년 2016 년 2016 년 목표 Call Drop 방지, 셀경계성능향상 셀경계성능향상 스몰셀성능향상 주요기술 TM9 CoMP ( 같은주파수간 ) Inter-Site CA ( 다른주파수간 ) Dual Connectivity 스몰셀동작주파수 매크로셀과같은주파수 ( 매크로셀 :, 스몰셀 : ) 매크로셀과같거나다른주파수 ( 매크로셀 :, 스몰셀 : or ) 스몰셀전용주파수 ( 매크로셀 :, 스몰셀 : ) 스몰셀 ID (PCI) 매크로셀과같은 PCI 매크로셀과다른 PCI 매크로셀과다른 PCI 단말과통신하는셀수 가상적으로하나 ( 실제로는복수가능 ) 복수 ( 하나이상 ) 둘 ( 제어용, 사용자데이터용 ) 이제부터는셀간협력기술로매크로셀기반단일망 ( 이하매크로셀망 ) 에적용되는 inter-site CA 기술과매크 로셀과스몰셀이같이동작하는 HetNet 에적용되는 SUPER Cell 기술들을차례로분석한다. Inter-site CA 기 술은 HetNet 에도적용되며, SUPER Cell 2.0 에서기술된다. www.netmanias.com 6
3.1 매크로셀망에서의 Inter-Site CA 서로다른주파수대역을결합하여속도를배가시키는 CA는결합한주파수대역간에커버리지가일치하지않으면 CA 통신품질이저하된다. 커버리지불일치는일반적으로셀사이트경계에서생기는데, inter-site CA 는 들이서로협력하여셀경계에위치한단말이같은셀사이트뿐아니라다른셀사이트에있는주파수대역과도 CA을할수있게해준다. 단말이두대역을결합하여 CA 통신을하는중에둘중어느한대역의커버리지를벗어나면, 커버리지를벗어난대역대신에다른셀사이트에있지만채널상태가더좋은동일한대역과결합하게된다. 인접한 CA 셀들간에동적으로 inter-site CA가제공됨으로써셀경계에서 CA 성능이향상된다. SK 텔레콤은 inter-site CA를 2014년 MWC에서시연하였다. 그림 4는 2-band CA를지원하는매크로셀망에서 inter-site CA 효과의예를보여준다. 셀사이트 0와 1이있고각사이트에는두대역 과 로운영되는두셀 ( 셀사이트 0에는 0, 0, 셀사이트 1에는 1, 1) 이있다. CA 단말은대역별로하나씩두개의서빙셀 (PCell, SCell) 에접속하여데이터를동시에수신한다. 그림 4 (a) 는 inter-site CA가지원되지않는경우로, 핸드오버전후로셀사이트 0와 1에서어느한주파수대역의품질이안좋으면 CA 성능도저하된다. 그림 4 (b) 는 inter-site CA가지원되는경우로, 셀사이트 0 와 1이협력하여 CA 전송률이높도록동적으로주파수대역을결합함으로써대역간커버리지불일치하더라도항상최적의 CA를수행하여셀경계속도를높여준다. Pool 협력서버 CPRI Multi-site cell Multi-carrier Scheduling Pool CPRI t 2 협력서버 t 2 Macro RRH PCell SCell 0 셀사이트 0 - 셀 0 (PCI=1) - 셀 0 (PCI=2) 셀경계사이트내 CA 35 Mbps 30Mbps 5Mbps PCell 사이트간 CA 0 50 Mbps 1 30Mbps 20Mbps 1 0 1 0 t 1 t 2 t 3 1 0 t 1 t 2 t 3 1 Handover 셀사이트 1 셀사이트 0 Seamless CA - 셀 - 셀 셀경계 1 (PCI=11) 0 (PCI=1) - 셀 1 (PCI=12) - 셀 0 (PCI=2) SCell 셀사이트 1 - 셀 1 (PCI=11) - 셀 1 (PCI=12) t2 에서 셀사이트 0 셀사이트 1 t1 t2 PCell PCell SCell SCell - - - - t3 - - PCell SCell 셀사이트 0 셀사이트 1 t1 t2 PCell PCell Scell - - - - SCell t3 - - PCell SCell Cell site 0 30 Mbps 5 Mbps Cell Site 1 5 Mbps 20 Mbps Intra-Site CA: 35 Mbps Cell site 0 30 Mbps 5 Mbps Cell Site 1 5 Mbps 20 Mbps Inter-Site CA: 50 Mbps (a) Intra-Site CA 1.8 GHz (Band 3) 850 MHz (Band 5) (b) Inter-Site CA PCI: Physical Cell ID PCell: Primary Cell SCell: Secondary Cell 그림 4. 매크로셀망에서 inter-site CA 예 www.netmanias.com 7
3.2 SUPER Cell 1.0: Virtual One Cell SUPER Cell 1.0은스몰셀이도입되기시작한초기단계에적용되는구조로, 매크로셀안에분포된스몰셀수가적을때효율적인구조이다. 스몰셀들은매크로셀과같은주파수를사용하고, 같은셀 ID(Physical Cell ID; PCI) 를사용하여, 매크로셀과스몰셀들이가상적으로한셀 (Virtual One Cell) 로동작한다. Virtual One Cell 구조에서는단말이셀간에이동시핸드오버가발생하지않으므로셀경계에서호절단 (call drop) 을방지하고통신품질을향상시킬수있다. 하지만스몰셀도입으로인한주파수재사용효과를얻기힘드므로망용량증대효과는미미한수준이다. 이를해결하기위해서 Virtual One Cell에서는 3GPP Release 10에서새로정의된전송모드 9(TM9) 을이용한다. TM9을이용하면, 단말이셀경계에있을때는동일한신호를여러셀로부터수신할수있고셀센터에있을때에는최대전송속도로통신할수있어서, 망용량을효율적으로증대시킬수있다. SK 텔레콤은 Virtual One Cell 동작을 2013년 10월에시연하여단말의셀경계속도가 1.5 ~ 2배향상되고망용량은 5 ~ 10% 향상됨을보였다. 2014년하반기상용화를목표로한다. Pool PCI = 21 ( 매크로셀 ) Handover 발생 Performance degradation TM9 PCI = 11 ( 매크로셀 ) PCI = 22 ( 스몰셀 ) 기존셀 Handover-free Small RRH PCI = 11 ( 스몰셀 ) SUPER Cell 1.0 (Virtual One Cell) Virtual One Cell Same Cell ID (e.g., PCI =1): No handover TM9: increase capacity 그림 5. TM9 기반 Virtual One Cell TM9 전송모드 (Transmission Mode; TM) 는다중안테나환경에서기지국과단말간전송방식을나타낸다. TM9은 3GPP Release 10에서정의된전송모드로서, 단말별빔포밍 (UE specific beamforming) 방식으로최대 8계층전송을지원한다. TM9에는두가지단말별기준신호가있는데, i) Demodulation Reference Signal (DM-RS) 는채널추정및데이터복조에사용되고, ii) Channel State Information Reference Signal (CSI-RS) 는셀별기준신호 (Cell-specific Reference Signal; CRS) 보다훨씬낮은오버헤드로 CSI 측정에사용된다. www.netmanias.com 8
3.3 SUPER Cell 2.0: Elastic Cell 및 Inter-Site CA SUPER Cell 2.0은초기단계를지나매크로셀안에스몰셀수가어느정도증가하였을때효율적인구조이다. 2.0에서스몰셀들은 1.0(Virtual One Cell) 때와는달리매크로셀과다른셀 ID (PCI) 를갖는독자적인셀이다. 이전단계에비해신호간섭이증가하므로 One Cell로동작하는것보다는셀간협력을통해간섭을제어하고, 스몰셀에다른주파수를추가로할당하여사용한다. 매크로셀과스몰셀들은서로협력하여 CoMP 및 intersite CA를지원하여셀경계성능을향상시킨다. 같은주파수로동작하는셀들간에는 CoMP로협력하고다른주파수로동작하는셀들간에는 inter-site CA로협력한다. CoMP와 inter-site CA는 집중장소에있는중앙스케줄러에의해수행된다. CoMP인경우, 중앙스케줄러는매전송마다단말과채널상태가좋은셀들을동적으로선택하여단말과통신하게하고간섭원이되는셀들을꺼버림으로써셀경계성능을향상시킨다. Inter-site CA인경우에는다른 site에있는주파수대역을동적으로묶어대역폭을넓힘으로써셀경계성능을향상시킨다. CoMP로동작하는 HetNet을 SK 텔레콤용어로 Elastic Cell이라부른다. SK 텔레콤은 2014년 7월 Elastic Cell 기술을시연하여셀경계속도가 50% 향상됨을보였다. 2016년상용화를목표로한다. Elastic Cell은 SUPER Cell의핵심기술로사용자와기지국간데이터전송패러다임이셀중심에서사용자중심으로변화한다. 기존에는단말이한번에하나의셀하고만통신하였으나 Elastic Cell에서는단말이한번에여러셀들과통신할수있다. 단말이이동함에따라단말이셀을검색해서가장신호가강한셀을찾아서통신하던방식에서, 망이단말과통신할전송셀그룹을정해서단말과통신하는방식이된다. 전송셀그룹들은단말과채널상태가좋은셀들로동적으로선택된다. PCI = 21 (macro) PCI = 22 PCI = 23 기존셀 (fixed Cell) t1 SUPER Cell 2.0 (Hetnet Inter-Site CA) PCI = 31 (macro) CoMP t4 2. Inter-Site CA (Different Channels) PCI = 11 (macro) t2 PCI = 12 PCI = 32 PCI = 13 Pool t3 CoMP 1. Elastic Cell (Co-Channel) SUPER Cell 2.0 (Elastic Cell) # of transmission cells Transmission cells (PCI) t1 t2 t3 t4 1 2 3 2... 11 11,12 11, 12,13 31, 32... 그림 6. CoMP 기반 Elastic Cell 및 inter-site CA www.netmanias.com 9
그림 6은 SUPER Cell 2.0 단계에서단말이통신하는방식으로, 단말이이동함에따라전송셀수가 1 2 3 2로동적으로변하는것을볼수있다. t=t2와 t3에서는 CoMP가적용되고 t=t4에서는 inter-site CA가적용된것처럼단말은항상 best 셀들에의해서비스받는다. 3.4 SUPER Cell 3.0: Hierarchy Cell SUPER Cell 3.0은매크로셀안에스몰셀들이더욱확산되어조밀해졌을때효율적인구조이다. 3.0 단계에서는사용자가까이어디에든스몰셀이존재하고단말은이동할때마다빈번한핸드오버를겪게된다. 제어오버헤드 ( 예, 핸드오버제어정보, 이웃셀측정보고, 셀방송정보등 ) 가크게증가하므로스몰셀의전송효율은매우낮아지고잦은핸드오버로인해단말 battery도빨리닳게된다. 기존구조에서는한셀에서제어신호와사용자데이터를같이전달하는데다가, 이동통신용전송대역이저주파대역 ( 예, 3.5 GHz 이하 ) 이어서한사업자에게할당해줄수있는전송대역폭의크기도제한적이어서, 스몰셀이조밀하게분포시망용량증대효과를얻기가어렵다. 3.0 단계의구조는 Hierarchy Cell 구조로제어신호와사용자데이터의무선경로를 QoE 특성에따라분리하고, 스몰셀에게고주파대역 ( 예, 3.5 GHz or 30 GHz) 에서훨씬넓은전송대역폭을할당해주어스몰셀을고용량화한다. 넓은커버리지를갖는것이효율적인제어신호와 VoLTE 데이터는매크로셀이전송하고, 빠른전송을위해고용량셀에접속하는것이효율적인사용자데이터는스몰셀이전송하게된다. Control & Data Handover Handover Control & Data Macro Control & Data Control Control Control & Data Control Control Pool Handover Legacy Cell Data SUPER Cell 3.0 Control & Data Data Small RRH Legacy Cell Hierarchy Cell Split of Data and Control path Macro cell: handover signaling 그림 7. Dual connectivity 기반 Hierarchy Cell Hierarchy Cell 의핵심은 dual connectivity 로단말은매크로셀과스몰셀에하나씩이중연결을설정한다. 커버 리지가넓은매크로셀은항상 primary 셀이되어제어신호를전송하고 mobility anchor 로동작한다. 따라서 단말이빈번히스몰셀간을이동해도핸드오버가발생하지않고단말의 battery 도절약된다. 고용량인스몰셀은 www.netmanias.com 10
항상 secondary 셀이되어사용자데이터를전송한다. 스몰셀은제어오버헤드부담이없어지고광대역화되어고속전송에만집중함으로써, 스몰셀밀집환경에서도높은전송효율로효율적으로망용량을증대시킬수있다. 2016년상용화를목표로한다. 4 RAN 구조진화전략 SK 텔레콤은망운영효율성과비용절감을위해 LTE 서비스초기 (2012년 1월 ) 부터 C-RAN 구조를도입하였으며현재 RAN 대부분이 C-RAN화되어있다. 매크로 RRH와 가분리되어서, RRH만셀사이트에남고 는중심국사 (CO) 또는 집중국에집중화되어있다. RRH들은프론트홀망 (CPRI 트래픽을나르는링형태의 active WDM 망, SK 텔레콤용어로 Cloud Belt) 을거쳐 로연결되고, 가집중화되어있는 CO에는협력서버가위치하여 CoMP 및 inter-site CA 등셀간협력기능을제공하고있다. 2014년에스몰셀이도입되기시작함에따라 SK 텔레콤 C-RAN은통합 RAN(unified RAN) 화되고있으며, 향후에는 RAN을지능화하기위한지능형기지국 (Service-Aware RAN) 및가상화기반차세대기지국 (virtualized RAN; vran) 으로진화해간다. 이들은 unified C-RAN 구조를기반으로 RAN에서서비스를도입 / 제공함으로써사업자에게는부가수익을사용자에게는향상된 QoE를제공하게된다. 가까운미래에는 집중장소에캐시를두어 RAN에서비디오캐싱과같은서비스를제공하는 Service-Aware RAN이상용화될것으로예상되며, 장기적으로는 들이범용서버상에서 SW로처리되어 가가상화되는 vran으로진화하게될것이다. Past l Legacy Distributed RAN Macro Cell RAN (enb) Ethernet Backhaul CO l Centralized & Cloud RAN (C-RAN) 2012 RRHs (Macro) s CPRI DU Fronthaul (Cloud Belt) CO (RAN) Current l Unified RAN- 2014 (introduced Small RRH at small cell) Small RRH RRHs (Macro & Small) s CO (RAN) Ethernet CPRI Fronthaul... Backhaul (Cloud Belt)... Ethernet Backhaul RU DU RAN (enb) Standalone Base Station (DU () and RU in one box) Centralized + + Coordination server (CoMP Scheduler, etc.) Small RRH CPRI Centralized + + Small RRH + Coordination server (CoMP Scheduler, etc.) Near Future l Service-aware RAN (e.g. Video caching at RAN) CO (RAN) RAN Cache Coordination server 응용서버의전진배치 Service at RAN ( 옆에 ) Service at Core (P-GW 위에 ) RRM Scheduler Agent Apps SON ㆍIntelligent service 3G LTE LTE-A Video streaming ㆍConnectivity SW SAE- GW l Virtualized RAN (vran) Small RRH Small RRH Fronthaul (Cloud Belt) CPRI Long Term... 범용서버 CO (vran) Hypervisor GPP vran ( Virtualization) SAE- GW 그림 8. RAN 구조의진화 www.netmanias.com 11
4.1 통합 RAN (Unified RAN) SK 텔레콤은 2012년부터 LTE 매크로셀들을 C-RAN으로구축했고 2014년부터는스몰 RRH( 전봇대에장착되는소형크기의저전력 RRH) 를도입하여스몰셀을구축하기시작하였다. 스몰셀도매크로셀과마찬가지로스몰 RRH들이 CPRI 인터페이스를통해서, 집중화되어있는 로연결되는 C-RAN 구조를갖는다. 즉, 매크로 RRH와스몰 RRH는모두프론트홀망을통해 pool로연결된다. SK 텔레콤은이를통합 RAN (Unified RAN) 이라고부른다. Unified RAN 구조의 C-RAN은망용량확장을유연하게해주며, HetNet (SUPER Cell) 에서다른 site/에있는셀들을고용량의대역폭과낮은전송지연으로연결해준다. 이로인해셀간에긴밀한협력이가능해져서망용량증대를위한 SUPER Cell 기술들 (TM9, CoMP, inter-site CA, dual connectivity 등 ) 을효율적으로지원할수있다. 4.2 지능형기지국 (Service-Aware RAN) 기존에는, 서비스는코어망에서제공되었고 RAN( 기지국 ) 은사용자가이용하는서비스를인지하지못한채데이터를실어나르는전송로로서의연결성서비스만을제공하였다. 반면에 Service-Aware RAN은 i) RAN에서도서비스어플리케이션을수행하고, ii) 사용자의서비스를인지하고사용자별망 / 서비스이용정보를분석하여지역별 / 사용자별특화된서비스를제공할수있다. 이는사업자에게망사용료외에부가수익을창출할수있도록해주고, 사용자에게는빠른응답시간과개인화서비스를제공하여 QoE 및서비스만족도를향상시켜준다. SK 텔레콤의 Service-Aware RAN은 unified C-RAN을기반으로한다. C-RAN 구조에서 집중장소에 RAN 캐시 ( 캐시서버또는캐시카드 ) 를두어비디오파일및 DNS를캐싱하고, 비디오최적화, CDN 연동, local breakout 등의기능을제공할수있다. SK 텔레콤은 MWC 2013에서 NSN과함께 Service-Aware RAN 기능을시연하였고, 삼성과노키아같은기지국벤더들이 RAN에응용서버를탑재하는기술 (P-GW를통과하지않고 RAN 캐시에서바로서비스되는트래픽에대한과금과핸드오버처리등 ) 이무르익고있어곧상용화할것으로예상된다. 4.3 가상화기반차세대기지국 (vran) 이동통신사업자의가장큰투자비용의하나는 RAN 구축 / 운영비용이다. SK 텔레콤은 RAN 비용을낮추고새로운망 / 서비스기능을쉽게적용할수있도록 를가상화하는 vran을개발하고있고 2014년 1월이를시연하였다. 이번시연은인텔 Xeon 프로세서기반서버에 Hypervisor와가상머신 (VM) 을적용한후모뎀기능 (PHY 및 MAC 계층 ) 을가상화하여 LTE FDD 무선통신 (20 MHz 대역폭과 4x4 MIMO를이용한 300 Mbps 통신 ) 을수행하였다. vran의핵심은 에 IT 가상화기술을적용시키는것으로, 기존기지국벤더가제공하던벤더특화된 를범용서버로대체하는것이다. 범용서버는범용프로세서와 HW 가속기술을탑재하고있어 RAN 기능 / 서비스들을 SW로고속으로처리한다. LTE-A/B/5G용신기술이나새로운망기능 / 서비스들은오픈 API를이용하여 SW 업그레이드로쉽게설치 / 제거될수있다. 이러한환경에서는 의 HW/ 컴퓨팅자원이 들간에오픈인터페이스를통해공유되므로, 트래픽을분산시켜처리할수있어트래픽이폭증해도효율적으로대처할수있다. vran은이러한 Smart화 (SW 중심 ) 와 Cloud화 ( 오픈 RAN 구조 ) 로인해기지국설치와운영을위한 RAN 비용을대폭낮춰줄수있는잠재력은가지고있으나, SK 텔레콤은기존 RAN 장비에대한투자를보호해야하고현재까지는 vran(의범용서버화 ) 을지원하는범용서버가상용화수준으로개발되어있지않으므 www.netmanias.com 12
로 vran 의상용화는시간이걸릴것으로예상된다. 즉, 여전히기지국벤더의 가운영되고추가도입될것 이며, 는 간자원공유기능등이추가되어더욱인텔리전트해질것이고다른기능들 (CoMP 프러세싱, 전 진배치되는응용서비스등 ) 을가상화된범용서버를통해처리하는구조가상당기간지속될것으로보인다. 약어표 API CA CO CoMP CPRI C-RAN CSP DU eicic FDD GPP HetNet ICIC LTE LTE-A MIMO MPTCP ORI OTT PCell PCI RAN RRH RU SCell TDD TM UE VM vran WDM Application Programming Interface Baseband Unit Carrier Aggregation Central Office Coordinated Multi-Point transmission/reception Common Public Radio Interface Centralized/Cloud-RAN Content Service Provider Digital Unit Enhanced Inter-Cell Interference Coordination Frequency Division Duplexing General Purpose Processor Heterogeneous Network Inter-Cell Interference Coordination Long-Term Evolution Long-Term Evolution Advanced Multiple Input Multiple Output Multipath TCP Open Radio Interface Over-The-Top Primary Cell Physical Cell ID Radio Access Network Remote Radio Head Remote Unit Secondary Cell Time Division Duplexing Transmission Mode User Equipment Virtual Machine Virtualized RAN Wavelength Division Multiplexing www.netmanias.com 13
Netmanias Research and Consulting Scope 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 Services Mobile Network Wireline Network embms/mobile IPTV CDN/Mobile CDN Transparent Caching BSS/OSS Cable TPS Voice/Video Quality IMS Policy Control/PCRF IPTV/TPS LTE Mobile WiMAX Carrier WiFi LTE Backaul Data Center Migration Carrier Ethernet FTTH Data Center Metro Ethernet MPLS IP Routing Visit http://www.netmanias.com to view and download more technical documents. We design the future We design the future We design the future Carrier Ethernet protocols IP/MPLS Wi-Fi LTE Infrastructure CDN Transparent Caching Services Networks embms Consulting IMS Analyze trends, technologies and market Report Technical documents Blog One-Shot gallery Future Analysis Concept Design DRM POC Training About NMC Consulting Group NMC Consulting Group is an advanced and professional network consulting company, specializing in IP network areas (e.g., FTTH, Metro Ethernet and IP/MPLS), service areas (e.g., IPTV, IMS and CDN), and wireless network areas (e.g., Mobile WiMAX, LTE and Wi-Fi) since 2002. Copyright 2002-2014 NMC Consulting Group. All rights reserved.