LTE Advanced 개요 1
LTE Advanced 표준화 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 Release12 B4G (Small Cell, FD-MIMO, eimta, M2M, eca...) Release11 LTE-Advanced enhancement (CoMP...) Release10 LTE-Advanced (CA, 8x8MIMO, relay, SON, HetNet ) Release9 LTE,SAE enhancement (femto, MBMS,SON, Emergency Call.. ) Release8 LTE, SAE Release7 HSPA+ (LTE study ) Release6 - HSUPA Release5 HSDPA, IMS Release4 TD-SCDMA, AMR-WB Release99 - WCDMA eicic 2
LTE Advanced R10,11 주요기술 1) CA (Carrier Aggregation) 인접또는이격된주파수대역의연동에의한전송속도증가 LTE-A 속도의증가 2) CoMP (Cooperate Multi Point) 셀간간섭제거의종결기술 DL JP, DL CS/CB, UL multicell Diversity 3) SON (Self Organized Network) Self configuration, Self Optimization, Self Healing 4) Relay 인접셀정보를실제상황에서측정분석하여업데이트 Inband Backhaul, 광케이블불필요, 발진없음 독립된 PCI, Single Hop, No handover 5) HetNet (Heterogeneous Networks) Femto cell 전파간섭의효율적제어 6) MIMO DL 8x8 MIMO 추가, UL 4x4 real MIMO 추가 3
Carrier Aggregation primary carrier secondary carrier Intra band CA primary carrier Inter band CA secondary carrier FDD FDD R10,11 TDD TDD R10,11 primary carrier secondary carrier TDD FDD R12 R8 R8 R10 일반적으로더넓은주파수대역을보유하고있는 LTE-TDD 사업자에서 Intra Band CA 가활성화될것으로예상됨 4
CA 기능지원을위한고려사항 secondary carrier activation / deactivation control Transport Block multiplexing for multi carrier multi carrier 지원을위한 PDCCH,PCFICH,PHICH 구조의변화 non-cross carrier PDSCH RB 제어 cross carrier PDSCH RB 제어 CIF 추가 (UE specific) RRC 에서의 CIF(Carrier Indication Field) configed multi carrier 지원을위한 PUCCH 구조의변화 multiple Timing Advance for multi carrier CA 관련정보는 PBCH 와 dedicated signalling (RRC) 통하여전송 measurement report for Secondary Carrier Event A1,A2,A3 5
Primary, Secondary Carrier Primary Cell, Secondary Cell 의구분은기지국단위가아닌단말단위로결정됨 호접속은 Primary Cell 을통하여이루어짐 단말에서 Primary Cell 에서 Secondary Cell 로의변경의주파수간핸드오버절차에의하여변경가능 Secondary Cell DL 상태정보 (CQI, PMI, RI, ACK/NACK) 는 Primary Cell 을통하여피드백시킴 Secondary Cell 에대한 Activation/Deactivation 은 MAC PDU CE(Control Element) 에서동적으로지정 Secondary Cell RB 스케쥴링은 Secondary Cell PDCCH 에서이루어지나향후 Primary Cell PDCCH 에서 Cross Scheduling 될수도있음 Header LCID 1,,,n control Element 1,2...n MAC PDU (Transport Block) SDU1 SDU2..... SDUn padding Logical Ch ID (LCID) Control element 와 SDU 들의역할설명 다수논리채널로부터의 SDU 모음 DL) Timing Aligment 정보, DRX 정보, RACH 신호구분정보, Scell Act/DeAct UL) UL buffer 상태정보 (BSR), 단말출력여유정보 (PHR), C-RNTI 6
CA 송신및수신구조 SRB PDCP RLC DRB MAC sheduling/priority handling mutiplexing mutiplexing PHY MCS,HARQ primary carrier MCS,HARQ secondary carrier 기지국송신기준 primary carrier DRX trigger by MAC control element PDCCH+PDSCH DRX reception DRX cycle 단말수신기준 activation 명령 deactivation 명령 secondary carrier PDCCH+PDSCH Tx/Rx sleep 7
ICIC (Inter Cell Interference Coordination) RNTP for DL, HII & OI fo UL X2 p146 X2 인터페이스 높은출력, 내가사용하는부반송파영역을인접셀에서사용하지않도록, 또는낮은출력으로만사용하도록협의 낮은출력으로인접셀에영향없음, 동일부반송파영역을양쪽에서사용하도록협의 출력레벨 기지국간셀경계에서상호간섭이최소화되도록상하향링크오버로드정보를교환 ( 동작은구현의이슈 ) RNTP(Relative Narrowband Transmit Power) : PRB ( 또는 subband) 단위의 tx power overload 정보, 1초에수회이내 HII (High Interference Indicator) : PRB ( 또는 subband) 단위의 rx overload 정보 OI(Overload Indicator) : rx interference high/medium/low 정보 FFR 은 static ICIC, hard freq reuse, ICIC 는 semi-static ICIC, soft freq reuse 8
eicic 탄생의배경 (1) frequency domain ICIC 에의한간섭제어 PCFICH PCFICH RB (100RB/20Mhz) DCI1 DCI2 DCI3 RB1 RB3 RB (100RB/20Mhz) DCI1 DCI2 DCI3 RB1 PDSCH DCI PDCCH PDSCH DCI PDCCH RB1 PDSCH 간섭제어의어려움 time domain eicic (Release11) 9
LTE-A Heterogeneous Network high Tx weak weak high Tx high Tx Homogeneous Cell 대체적으로 DL,UL 균형적인셀구성 Macro strong femto high Tx strong low Tx Heterogeneous Cell (HetNet) DL, UL 셀반경불균형 많은셀들간의간섭을어떻게능동적으로제어할것인가??
eicic 탄생의배경 (2) 매크로셀영역 High Tx power bad Pathloss good RSSI Range Expansion 영역펨토셀영역 good Pathloss Low Tx power Bad RSSI 셀선택의두가지기준 RSSI?, Pathloss? DL, UL unbalance 에대한 offset값반영에의한핸드오버가능 (RRC reconfig message) 매크로셀영역, 펨토셀영역에서는 RSSI 기준셀선택 Range Expansion 영역에서는.. RSSI 기준시에는매크로셀선택 단말의높은출력에의한상향링크간섭증가, 펨토셀의 offload 효과감소 Pathloss 기준시에는펨토셀선택 매크로셀로부터의셀간간섭필연적 eicic 탄생 11
eicic 탄생의배경 (3) too weak!! Cell A CSG OK!! femto not allowed X X NOK!! NonCSG Cell B subframe(1ms) Macro 출력 Femto 출력 eicic for noncsg user CSG :Closed Subscriber Group 펨토셀에서의보안설정이슈 CSG(Closed Subscriber Group) noncsg 통화자의 CSG 펨토셀밑에서의통화불능사태가능성 보안설정된펨토셀은 noncsg 통화자에게는전파차단장치?? 매크로셀과펨토셀간 subframe 을구분하여간섭제거 time domain 에서의 eicic 간섭제어 (Relese10) TDM Coordination 12
ABS (Almost Blank Subframe) 매크로셀영역 Cell Range Expansion 펨토셀영역 매크로셀영역에서의동작 ABS ABS Range Expansion 영역에서의동작 펨토셀영역에서의동작 subframe ABS(Almost Blank Subframe) : 최소한의제어신호만 (CRS, PSS, SSS, PBCH) 전송되는 subframe 13
eicic FeICIC tx pwr ABS time 매크로셀영역 Cell Range Expansion tx pwr RP-ABS 펨토셀영역 time eicic enhanced ICIC (Release 10) ABS(Almost Blank Subframe) 에서의용량저하 매크로셀영역 Cell Range Expansion Larger CRE 펨토셀영역 FeICIC Further enhanced ICIC (Release 11) ABS 에서의용량저하보완 RP-ABS(Reduced Power ABS) Cell Range 영역확장에의한전체셀용량증대 (up to 9dB) RX-based Interference Cancellation 14
FeICIC 에서의 CRS 간섭최소화 Cell_A CRS Cell_B CRS FeICIC PDSCH 할당구조 15
cross carrier scheduling 의예 PDC CH DCI DCI emp ty PDSCH RB PDSCH RB PC SC emp ty PDC CH DCI DCI PDSCH RB PDSCH RB PC SC femto cell HetNet Femto cell 과같은 HetNet 에서 Normal cell 과의 PDCCH 영역상호간섭을최소화하기위한 CA PDCCH cross carrier scheduling 의예 상용화미정 16
CA PDSCH scheduling subframe (1ms) Primary Carrier DCI2 DL DCI3 RB RB DCI0 UL PUCCH PDCCH PDSCH PUCCH PUSCH PUCCH RB PUCCH PUCCH PUCCH PUCCH PUCCH subframe (1ms) Secondary Carrier UL DCI2 DL DCI3 RB RB DCI0 PUCCH PUCCH PDCCH PDSCH PUCCH PUSCH PUCCH PUCCH PUCCH non-cross carrier scheduling Primary Carrier DL UL DCI2 DCI3 DCI0 DCI0 subframe (1ms) RB PUCCH PUCCH PDCCH PUCCH PUCCH RB PUCCH PUCCH PDCCH DCI 에 CIF(carrier indication field) 추가 PDSCH PUSCH PUCCH PUCCH RB PUCCH PUCCH subframe (1ms) Secondary Carrier DL UL PUCCH RB PDCCH PDSCH PUCCH PUSCH PUCCH RB PUCCH PUCCH PUCCH PUCCH cross carrier scheduling PUCCH 17
embms 방송서비스 LTE embms (evolved Multimedia Broadcast and Multicast Service) LTE 네트워크를이용해동시에다수가입자들에게일반 DMB 화질의최대 10 배에이르는고품질 HD 영상콘텐츠를효율적으로전송해주는기술 18
Mobile broadcast unicast broadcast multicast PGW SGW 콘텐츠 기지국 unicast 통화용량제한 콘텐츠 MBMS -GW BMSC 기지국 broadcast 통화용량무제한 19
MBMS / MBSFN (for relay 구조설명 ) vod,pooq.. vod,pooq.. for 통화서비스 for MBMS 10ms radio frame 1ms subframe vod,pooq.. 1 to 1 1 to all DVB-H MBSFN 1 to many DVB-H DVB-H - 동일한방송내용동시전송, - 충분히겹친 MBSFN 셀, - 소프트컴파이닝 MBMS 단방향방송서비스, 통화용량무제한 AMC, HARQ, MIMO 적용불가 동시에양방향서비스인핸드오버, 통화등은어떻게하지?? R5 R6 R7 R9.... 가능하긴한걸까?? LTE Relay 동작의근간 20
MBSFN 구조 MBSFN - 동일한방송내용동시전송, - 충분히겹친 MBSFN 셀, - 소프트컴파이닝 MBSFN Area MBMS Service Area MBSFN Area MBSFN Area extended mode for 방송데이터 normal mode for 제어신호, 일반데이터 1ms 서브프레임 일반데이터 제어 방송데이터 제어 1200 개부반송파 /20MHz 21
시작 QAM AMC 주파수 LTEfreq 3GPP F-TDD VoLTE Copy OFDM Mode C-O MIMO AMS FrexBW Net RB QCI LTEA MBMS LTEU PSLTE RF Debug 5G WiFi Me LTE? Mobile TV 비교항목 DMB, DVB-H, ATSC-MH... VOD embms 주파수별도의 DMB 주파수필요 LTE 주파수에서동작 네트워크별도의 DMB 네트워크필요 LTE 네트워크에서동작 휴대폰휴대폰내별도의하드웨어추가휴대폰내하드웨어추가없음 화질보통화질고화질 데이터통화료해당없음높은데이터요금발생하지않음 기지국부하해당없음과부하가능성부하부담없음 특정지역실시간중계 ( 경기장, 콘서트 ) 불가능가능가능 다수가동시에동일한동영상을시청하는경기장, 컨퍼런스, 재난현장. VOD 의비효율성 embms 탄생 22
MBSFN subframe 의구조 (for relay 구조설명 ) MBSFN coverage MBSFN 신호 soft combining control/data coverage 2sym, normal mode 10sym, extended mode DCI Data RB C C C C MR MR MR DCI PDCCH R0 C C R3 C C MR MR MR MR Tx0 DCI normal mode MBSFN RB 1ms subframe MBSFN RB extended mode subcarrier MBSFN subframe 4.69us 66.67us MBSFN + 일반데이터전송 cp sym normal mod symbol R1 C C R0 C C R1 R2 C C R3 C C R2 MR MR MR MR MR MR MR 1ms,subframe, RBpair 16.67us 66.67us cp sym extended mod symbol MR MR MR MR Tx1 Tx2 Tx3 Tx4 MBSFN Tx Tx4 는개념적인경로 R0/1/2/3 : Tx0/1/2/3 Reference Signal C : Control Channel (CFICH,PDCCH,PHICH) MR : MBSFN Reference Signal : MBSFN Tx data (No STC, No MIMO) 23
MBSFN subframe 의위치 (for relay 구조설명 ) Type1 1ms,subframe 10ms, radio frame 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,5 번 subframe for SS,BCH 전송 4,9 번 subframe for Paging 전송 radio frame 1 2 up to 32 1 1,2,4,8,16,32 radio frame MBSFN 전송이가능한 subframe, 최대비율 60%(=192/320), 최소비율 0.3%(=1/320) Type2 TDD config 0 ( 2:3 ) 1 ( 3:2 ) 2 ( 4:1 ) 6 ( 5:5 ) 3 ( 7:3 ) 4 ( 8:2 ) DwPTS GP UpPTS 1msec subframe Special Subframe 2 3 4 7 8 9 10msec radio frame DL UL DL UL DL UL DL DL UL DL UL DL UL DL DL UL DL DL UL DL UL DL DL UL DL 5 ( 9:1 ) DL UL DL MBSFN 전송이가능한 subframe Relay 지원이가능한 config Relay 지원이불가한 config 24
LTE-A Relay 개요 (1/2) - Outband relay 여유 FA 를 relay link 로활용, 구현이슈 - Inband relay Full duplex 충분한 Tx/Rx 안테나 isolation 필요, 구현이슈 Half duplex (freq domain T/Rx 분리 ) 구현이슈 Half duplex (time domain T/Rx 분리 ) R10 relay 표준 R12 relay 표준진화 for Group Mobility PCI 246 F2 Backhaul Link PCI 184 relay Access link F1 F2 F1 Outband Relay 구현이슈 25
LTE-A Relay 개요 (2/2) PCI 246 Donor Cell 통화용량 50% Backhaul Link PCI 184 Relay Cell relay Access link 통화용량 50% F1 subframe 10ms radio frame for mobile service for relay link Inband Relay T/Rx 안테나 isolation 충분 구현이슈 불충분 R10 Relay 통화량이많지않은기지국의무선구간자원 (RB) 의일부를 relay 의 Backhaul 로활용 중계기용광케이블불필요, 발진걱정없음, 독립적인통화자원및 PCI 할당 Relay 지원을위한 enb 구조의변화필요 26
Relay backhaul DL link 간섭 relay enb 수신세기??? R8,9 OK!! R10 subframe for cell service subframe for relay enb DL relay DL tx off tx off 1) 기지국으로부터의미약한수신신호를수신하려면 Relay DL 송신 off 필요 2) Relay DL 송신 off 하면 RS 가보이지않아 Relay 밑단말들의혼선이발생하지않을까?? 특히 R8, R9 단말들은... 27
MBSFN subframe 에의한 Relay backhaul link 간섭제어 1) 단말들에게혼선을야기할수있는 Relay DL Tx off (R8 단말들은기지국신호불량으로인식 ) 대신 MBSFN subframe 송신하면서 MBSFN 데이터신호는송신하지않음 2) Relay DL 송신되는 MBSFN subframe 앞부분 2 개심볼의제어구간에서는기지국으로부터의 PDCCH 신호수신불가 3) Relay 가수신할수있도록기지국 DL 에서별도의제어신호신설 R-PDCCH 10ms radio frame MBSFN 지원 subframe MBSFN 지원 subframe MBSFN 지원 subframe MBSFN 지원 subframe MBSFN 지원 subframe MBSFN 지원 subframe enb DL PDCCH PDSCH PDCCH PDSCH, R-PDSCH R-PDCCH PDCCH PDSCH, PDSCH, PDSCH, PDSCH, PDSCH, R-PDSCH R-PDSCH PDSCH PDSCH R-PDSCH R-PDSCH R-PDSCH PDSCH R-PDCCH PDCCH R-PDCCH PDCCH PDCCH PDCCH R-PDCCH PDCCH R-PDCCH PDCCH R-PDCCH PDCCH Relay DL PDCCH PDSCH Blank Blank Blank PDSCH PDSCH Blank Blank Blank PDSCH RS RS RS PDCCH PDCCH RS RS RS PDCCH MBSFN 2sym subrame 143us 857us C C R0 C C R1 C C R0 C C R1 C C R3 C C R2 C C R3 C C R2 MR MR MR MR MR MR MR MR MR MR MR MR 1ms subframe MR MR MR MR MR MR 4sym DCI DCI PDCC H DCI normal mode cell service RB relay link RB DCI relay link RB R-PDCCH 1ms subframe extended mode DCI 28
Relay backhaul UL link 간섭제어 backhaul UL tx off tx off access UL 사용금지 사용금지 29
MBSFN subframe 의위치 (for relay 구조설명 ) Type1 1ms,subframe 10ms, radio frame 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,5 번 subframe for SS,BCH 전송 4,9 번 subframe for Paging 전송 radio frame 1 2 up to 32 1 1,2,4,8,16,32 radio frame MBSFN 전송이가능한 subframe, 최대비율 60%(=192/320), 최소비율 0.3%(=1/320) Type2 TDD config 0 ( 2:3 ) 1 ( 3:2 ) 2 ( 4:1 ) 6 ( 5:5 ) 3 ( 7:3 ) 4 ( 8:2 ) DwPTS GP UpPTS 1msec subframe Special Subframe 2 3 4 7 8 9 10msec radio frame DL UL DL UL DL UL DL DL UL DL UL DL UL DL DL UL DL DL UL DL UL DL DL UL DL 5 ( 9:1 ) DL UL DL MBSFN 전송이가능한 subframe Relay 지원이가능한 config Relay 지원이불가한 config 30
LTE-A Relay 기본특징정리 1) enb 의여유대역폭 (time domain) 을 relay link 로활용 2) Relay 송, 수신신호간의간섭문제점 Relay 송신신호와수신신호간의 time domain half duplex 동작 Relay RF 프레임의 DTX 동작필요 기존 R8,R9 단말들의혼선 R8 에서정의된 MBSFN 프레임구조활용 기지국에서 relay link 지원을위한 R-DPCCH 채널신설 & relay DTX 현상발생 3) Relay 에서 MBSFN subframe 구간에서의 DTX 4) TD-LTE 에서는 config 에따라 relay 지원불가 5) Relay 지원을위한 MBSFN 은 0,4,5,9 번 subframe 사용불가 기존일정한피드백간격으로 8개까지동시동작하는 HARQ 동작의변화필요 relay 를위한 HARQ 피드백위치변화및 1~6개이내에서동시동작정의 31
LTE Advanced CoMP 8,7,6,5,4,3,2,1 data 두개의송신경로를갖는가상의한개기지국 X2 interface (U+C Plane) 8,6,4,2 10Mbps 1,3,5,7... 10Mbps TM p205 20Mbps JP (Joint Processing) X2 interface (U+C Plane) UL CoMP combing X2 interface (C Plane) JS/JB (Joint Scheduling/Beamforming) 32
ISM 대역 ( 미국기준 ) 2.4GHz 2.4GHz 85MHz 2.485GHz 5GHz 200MHz 255MHz 5.15G 5.35G 5.47G 5.725G 5.85G 60GHz 2.16GHz 채널1 채널2 채널3 채널4 57.24G 59.4G 61.56G 63.72G 65.88G 33
비허가주파수대역 (ISM 대역 ) ISM 대역 (Industrial Scientific Medica 용도로, 2.4Ghz, 5.6Ghz ), 너무엄격한전파신호사용규제는산업과과학발전의걸림돌 산업과과학의발전을위하여전파사용허가없이사용이가능한주파수대역을지정대표적 ISM 대역 2.4 / 5.6GHz 대역 2.4Ghz 대역부품은매우저가, but 혼선이심함, 5.6GHz 사용자가적어혼선이적으나부품이아직비쌈 최대출력을제한하며, 아날로그가아닌어떠한기술방식도허용 전파간섭이나충돌의문제는각자가알아서... 와이파이, 전자레인지, 블루투스, 장난감, 드론, 무선전화기... 규모의경제에의하여저가로제품제조가가능, ISM 대역의경쟁력 규모의경제, 엄청싼부품이가능 2.4GHz 2.4GHz 85MHz 2.485GHz Garage Band ~ 5GHz 200MHz 255MHz 5.15G 5.35G 5.47G 5.725G 5.85G 60GHz 2.16GHz 채널1 채널2 채널3 채널4 57.24G 59.4G 61.56G 63.72G 65.88G 34
LTE-U (LAA) femto cell LTE-U 5GHz 5GHz 5GHz 5GHz data EPC (LTE 유선망 ) EPC (LTE 유선망 ) 1.8G DL 1.8G UL 제어신호 +data femto cell LTE-U 제어신호 +data 5GHz LTE F1 F2 LTE F1 F2 femto cell LTE LTE F1 2.4GHz /5GHz WiFi LTE F1 5GHz femto cell LTE-U 면허대역비면허대역비면허대역 LTE F1 LTE F2 WiFi WiFi WiFi LTE-U 1.8GHz 2.4GHz 5GHz 35
LTE-U 진화의고민 조용 ~ 시끌 ~ wait 20MHz 56 부반송파 20MHz 56 부반송파 OFDM OFDM 1) LTE-U 무선기술에와이파이에서와같은 LBT 기능을 ISM 대역관련규정에서의무화해야할것인가 2) 20MHz 대역을통으로사용하는와이파이에비해대역폭을조각내어사용하는 OFDMA 기술을 ISM 대역에서허용할것인가 3) 무상대역인 5GHz ISM 대역에서의 LTE-U 데이터서비스에대한과금정책 36
LTE-U 공존의문제 기존의 ISM 밴드존재시스템들 1) Bluetooth (IEEE802.15.1): 2.4GHz 2) ZigBee (IEEE802.15.4): 868MHz / 915MHz / 2.4GHz 3) WiFi (IEEE802.11a/b/g/n/ac): 2.4GHz / 5GHz 최소한의공존 mechanism(hopping, listen-before-talk) 없이 LTE 이용시문제점 37
LTE-HetNet Source: www.netmanias.com 두개의스트림이서로다른 RAT(LTE, WiFi) 을통해서각각전송 PDCP 계층에서패킷재조합장점 : ISM 밴드에서 WiFi 로동작하므로공존문제가없음. 스펙의변경이불필요함. 단점 : 네트워크운영이복잡해지고잘못운영시성능저함됨. 38
LTE-LAA Source: www.netmanias.com 모든스트리밍 LTE 로만전송됨 MAC 계층에서패킷재조합장점 : 전송효율이좋음. 간섭신호와재전송에강인함. 단점 : WiF 와의공존문제해결필요. LBT 등스펙변경이필요함 (Rel-13 에서진행 ) 39
LTE-LAA 진화 Source: Qualcomm Rel-14 에서 enhanced LAA (elaa) 표준화진행중상향링크에서의 LTE-LAA 추가논의 LTE-LAA 와 WiFi 와의공존이 WiFi 끼리와의공존보다더나은성능을보이는지논란의여지있음 40
재난망 (PS-LTE) 요구되는주요기능 요구되는기능 약어기술명칭동작요구조건 휴대폰간직접통신 D2D, Pro Se Device to Device Proximity Services 기지국서비스반경내또는반경외의단말들끼리직접통신이가능하도록한다. 그룹통신 GCSE Group Communication System Enabler 푸쉬투토크 MCPTT Mission Critical Push To Talk over LTE embms 기능을기반으로그룹통신을구현한다 재난안전기관들에서요구하는다양한형태의휴대폰간직접통신과그룹통신기능을적용하는 PTT 기술 단독기지국동작 IOPS, NeNB Isolated E-UTRAN Oper ation for Public Safety, Nomadic enb 재난상황에서기지국전용선이훼손되어코어망과의연결이끊어졌을때기지국단독으로동작할수있도록한다 고출력단말기 HPUE High Power User Equip ment 서비스영역확장과휴대폰끼리의직접통화를위하여더높은휴대폰출력을적용한다. 41
M2M for PS-LTE 880MHz 850MHz 880MHz 850MHz Full Duplex 850MHz D2D Half Duplex UL DL 주파수휴대폰송신 guard band Full Duplex 휴대폰수신 UL DL 주파수 Half Duplex 송신수신송신수신 시간 시간 FDD for M2N TDD for M2M 기지국서비스영역기지국서비스영역기지국서비스영역 42
PS-LTE Proximity Services 코어네트워크코어네트워크코어네트워크코어네트워크 Relay mode 일반적인통신 Proximity Services 43
IOPS, NeNB 코어네트워크 IOPS(Isolated E-UTRAN Operation for Public Safety) NeNB(Nomad enb) 44
PS-LTE Group Call 기능 PGW SGW 콘텐츠 기지국 unicast 통화용량제한 콘텐츠 MBMS -GW BMSC 기지국 broadcast 통화용량무제한 MBSFN Area MBMS Service Area MBSFN Area MBSFN Area 45
PS-LTE 네트워크, 주파수 LTE-R PS-LTE EPC, IMS, HSS EPC, IMS, HSS 698M 미정 718M PS-LTE (UL) LTE-R e-navigation 740M 752M 무선마이크 이동통신 UL GB 미정 PS-LTE (DL) LTE-R 이동통신 DL GB e-navigation 728M 748M 758M 773M 783M 803M 806M 46
5G 기술진화의방향 47
5G 기술의방향?? C = BW x log(1+s/n) 통화용량은대역폭에비례하고전파품질의로그에비례한다. 전파품질이좋아진다고용량이계속증가하는것은아니다 출력 Eb(bit energy) Eb(bit energy) Shannon 100Mbps 10Mbps 데이터속도증가에따른비트에너지감소 시간 대역폭 2Ghz 30Ghz 1% 20Mhz 1% 300Mhz 전파회절성보통매우열악 아주높은주파수의넓은대역폭에서, 매우촘촘하게배치하여, 다양한안테나기술로회절성문제보완, 4G 네트웍과연동하여 간섭제어가되는 Small Cell 을활용하여 안테나크기 1/15 크기, 다양한안테나기술가능, 회절성문제점보완 massive MIMO, BF 48
주파수가획기적으로높아지면... 2GHz 수평에서의무선최적화 2Ghz 안테나 통화자간상호간섭또는통화용량나눠먹기... 30GHz 수평 + 수직에서의무선최적화 FD-MIMO (Full Dimension) 3D-Beamforming 2GHz mmwave 안테나크기가매우작아져많은안테나수용 다양한안테나기술응용가능 통화자신호간간섭배제 획기적통화용량증가... 20Ghz 안테나 2x2 4x4 8x8.... 64x4.... Massive MIMO 통화자간상호불간섭통화용량중복할당... 49
5G mmwave + - 300MHz 파장 = 1meter + - 30GHz 파장 = 10mm C f 1meter 8 C 3 10 km / sec, 3.3u sec/ km @ 300 MHz, 1 cm @ 30GHz mm단위 30GHz 30 GHz 이상 mmwave 50
5G 무선망구성의예 5G mmwave 4G 기지국 5G mmwave 5G below 6GHz 3G, 4G (1~3GHz) WiFi 5G below 6GHz 건물내, 도심 시골 51
5G 핵심기술? A 가주장하는 5G 기술 mmwave Massive MIMO Small cell MTC B 가주장하는 5G 기술 C 가주장하는 5G 기술 52
VR 가상현실 UHD 스트리밍요구속도 (X) = 20~30Mbps 360 도 VR 을위한스트리밍 (Y) = 큐브공간기준 6X 일반적으로한사용자당 200Mbps 이상의무선전송률이요구됨. 53
V2X 차량통신 V2I: vehicle-to-infrastructure V2V: vehicle-to-vehicle V2P: vehicle-to-pedestrian 차량통신관련시나리오를통칭하여 V2X 54
IoT 사물인터넷 55
WiFi 기술의진화 56
와이파이부반송파구조의예 802.11g 의예 52 subcarrier (48 traffic + 4 pilot), 심볼주기 4usec, GI 0.8usec subcarrier 간격 = 1/(4us-0.8us) = 312.5kHz 대역폭 = 312.5 khz x 52 subchannel = 16.25 MHz modulation symbol rate = 1/4usec = 250 ksps for max throughput, 64QAM modulation, 3/4 convolutional coding 최대전송속도 = 250Ksps x 6bit/symbol x 3/4ChannnelCoding x 48개 _data_sc = 54Mbps GI 800ns 4us 250ksps(1125kbps) 유효심볼폭의역수 54Mbps 312.5khz 간격 3.2us F0 F1 48 개 subcarrier / 16.25Mhz 57
와이파이기술의진화 규격 기술방식 다중안테나 기술 동작주파수 최대대역폭 이론적최고속도 표준 802.11b CDMA X 2.4GHz 20MHz 11Mbps 1999년 802.111g OFDM X 2.4GHz 20MHz 54Mbps 2003년 802.11n OFDM 최대 4X4MIMO 2.4GHz/5GHz 40MHz 600Mbps 2009년 802.11ac OFDM 최대 8X8MIMO 5GHz 160MHz 6.96Gbps 2012년 802.11ad OFDM 빔포밍 60GHz - 약 7Gbps 2012년 2.4GHz/5GHz 20~160MHz 802.11n,11ac 60GHz 2~7GHz 대역폭 802.11ad 58
와이파이기술의진화 11bgn 기술방식주파수대역폭 이론적최고속도실측속도 MIMO 802.11b CDMA 2.4GHz 20MHz 11Mbps 5.5Mbps 802.11g OFDM 2.4GHz 20MHz 54Mbps 22Mbps 802.11n OFDM / MIMO 2.4GHz, 5GHz 20MHz (1x1) 40MHz (1x1) 20MHz (2x2) 40MHz (2x2) 40MHz (3x3) 40MHz (4X4) 75Mbps 150Mbps 150Mbps 300Mbps 450Mbps 600Mbps 35Mbps 90Mbps 90Mbps 150Mbps?? 1x1 2x2 3x3 4x4 802.11ac OFDM / MIMO 5GHz 80MHz (1x1) 80MHz (2x2) 80MHz (3x3) 160MHz(8x8) 433Mbps 867Mbps 1300Mbps 6.9Gbps 230Mbps *1 500Mbps *2 700Mbps? 1x1 2x2 3x3 8x8 802.11ac AP 는 80Mhz, 3x3MIMO 버전까지상용화 (1.3Gbps), 무선단말은 2X2 MIMO 모델이대부분 (14 년 5 월기준 ) 802.11a 는 11g 의 5Ghz 대역버전 (20MHz, 54Mbps) 이론적최고속도는 TDD 자원을모두 DL 에할당하는경우를기준으로산출 *1 : Galaxy S4, *2 : MacBook Air 2013 에서의실측결과 59
채널결합에의한전송속도증가 LTE non-contiguous CA 20MHz 20MHz LTE contiguous CA 20MHz 20MHz HSPA+ Dual Carrier 5MHz 5MHz 802.11b,g,n,ac 20MHz 802.11n,ac Channel Bonding 40MHz 802.11ac Channel Bonding 80MHz 802.11ac Channel Bonding 160MHz ( 상용화??) 60
와이파이부반송파의확장 (channel bonding) 48 + 4 [54M] 20MHz 11g) 48 data_sc + 4 Pilot_SC 52 + 4 [65M] 108 + 6 [150M] 20MHz,40MHz 11n) 52 data_sc+4 Pilot_SC, 108data_SC+6 Pilot_SC 234 + 8 [433M] 80MHz 11ac) 234 data SC + 8 Pilot SC 61
와이파이최고속도의진화 802.11g SISO 20M BW (48sc) 64QAM(6bit/sym) 800n GI (250ksps) Channel coding 3/4 54Mbps 8배 468/48배 8/6배 278/250배 (4/5)/(3/4) 배 128.5배 802.11ac 8x8 MIMO 160M BW (468sc) 256QAM(8bit/sym) 400n GI (277.8ksps) Channel coding 5/6 6.93Gbps 6.93Gbps = 277.8ksps x 8bit/sym x 5/6CC x 468SC x (8x8MIMO) 유효심볼폭의역수 54Mbps GI 800ns 312.5khz 간격 4us 3.2us F0 64QAM,3/4CC F1 802.11g 250ksps 48 개 subcarrier / 20Mhz GI 400ns 유효심볼폭의역수 6.9Gbps 3.6us 312.5khz 간격 3.2us F0 F1 277.8ksps 256QAM,5/6CC 802.11ac 468 개 subcarrier / 160Mhz 62
와이파이최고전송속도 안테나개수 MCS 변조방식 코딩비율 20 MHz 채널 40 MHz 채널 80 MHz 채널 800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 400 ns GI 0 BPSK 1/2 6.5 7.2 13.5 15 29.3 32.5 1 QPSK 1/2 13 14.4 27 30 58.5 65 2 QPSK 3/4 19.5 21.7 40.5 45 87.8 97.5 3 16-QAM 1/2 26 28.9 54 60 117 130 1 4 16-QAM 3/4 39 43.3 81 90 175.5 195 5 64-QAM 2/3 52 57.8 108 120 234 260 6 64-QAM 3/4 58.5 65 121.5 135 263.3 292.5 7 64-QAM 5/6 65 72.5 135 150 292.5 325 8 256-QAM 3/4 78 86.7 162 180 351 390 9 256-QAM 5/6 N/A N/A 180 200 390 433 2 9 256-QAM 5/6 N/A N/A 360 400 780 867 3 9 256-QAM 5/6 260 288.9 540 600 1170 1300 MCS 9 256QAM 변조는 801.11ac 에서만지원됨, MCS 0~7 은 802.11n, 802.11ac 동시지원 1.3Gbps = 250ksps/SC x 8bit/symbol x 234SC(80MHz) x 5/6CC x 3x3MIMO 이론적최고속도 (160MHz, 8x8MIMO, 400ns GI, 256QAM) = 433Mbps x 2배 (160MHz/80MHz) x 8배 (8x8MIMO ) = 6.9Gbps 와이파이이론적최고속도는 TDD 자원모두를 DL 에할당했을경우를기준으로산출 63
스마트폰 / 스마트패드종류별와이파이현황 (14 년 05 월기준 ) Freq 규격 BW 안테나 Data Rate 삼성 (Galaxy) LG Apple 펜텍 2.4 GHz 802.11n 20 MHz 65M S1 2.4 GHz / 5GHz 802.11n 802.11ac 20MHz 65M S2 노트1 탭10.1 SISO (1x1) 40MHz 150M S3 노트2 노트10.1 옵티머스 G, G Pro 80 MHz MIMO (2x2) 433M S4 노트 3 867M S5 노트 10.1 2014 G2 아이패드 1,2 아이패드 3,4 아이폰 4S 아이폰 5 베가아이언 (A870L) 433Mbps = 250ksps/SC x 8bit/symbol x 234SC(80MHz) x 5/6CC (80Mhz, no MIMO 기준 ) 갤럭시 S5, 아이패드에어에서부터 MIMO 지원 (802.11n) 2.4GHz 에서는 Carrier Bonding 지원하지않음 64
와이파이기술의진화 규격 기술방식 다중안테나 기술 동작주파수 최대대역폭 이론적최고속도 표준 802.11b CDMA X 2.4GHz 20MHz 11Mbps 1999년 802.111g OFDM X 2.4GHz 20MHz 54Mbps 2003년 802.11n OFDM 최대 4X4MIMO 2.4GHz/5GHz 40MHz 600Mbps 2009년 802.11ac OFDM 최대 8X8MIMO 5GHz 160MHz 6.96Gbps 2012년 802.11ad OFDM 빔포밍 60GHz - 약 7Gbps 2012년 2.4GHz/5GHz 20~160MHz 802.11n,11ac 60GHz 2~7GHz 대역폭 802.11ad 65
TV 유휴대역 (TVWS) 을이용하는와이파이 Television White Space (TVWS) 정의 - TV 방송용으로분배된 VHF 및 UHF 주파수대역에서방송사업자가사용하지않는비어있는주파수대역으로정부의전파규제에대한조건을만족하면사용할수있는비면허대역 TVWS 는왜생기는가? - 방송사업자가사업자간의주파수간섭을우려해서비워두는경우 - 지역별로사용하지않는경우 - 방송주파수가도달하지못하는음영지역 - 방송사업자가방송을송출하지않는시간대 66
TVWS 정보를제공하는 Database Administrator Name Airity, Inc. (formerly WSdb LLC) Approval Status Pending Comsearch Pending Frequency Finder, Inc. Pending Google Inc. Approved KB Enterprises LLC and LS Telcom Pending Key Bridge Global LLC Approved NeuStar, Inc. Pending Spectrum Bridge, Inc. Approved iconectiv Approved Microsoft Corporation Pending 미국 FCC 에의해다양한업체들이승인 ( 혹은승인대기중 ) 67
TVWS 와이파이동작원리 고정단말도반드시하루한번이상 database 에접속하여사용가능한채널정보를확인이동단말은반드시 60 초마다자신의위치를확인. Database 를마지막으로접속한지점에서 100m 이상벗어나면반드시 database 에재확인 68
TVWS 와이파이기본스펙및인증 Mandatory features - TVHT_MODE_1 (one BCU) - Single spatial stream MCSs 0 to 7 (transmit and receive) - Binary convolutional coding - Normal and short guard interval (transmit and receive) Optional features - TVHT_MODE_2C, TVHT_MODE_2N, TVHT_MODE_4C, or TVHT_MODE_4N (two or four BCUs) - Two or more spatial streams (transmit and receive) - Beamforming sounding (by sending a VHT NDP frame) - Respond to transmit beamforming sounding (provide compressed beamforming feedback) - STBC (transmit and receive) - LDPC (transmit and receive) - VHT MU PPDUs (transmit and receive) - MCSs 8 and 9 (transmit and receive) 최종상용제품의형태는 WiFi Alliance 에서진행하는 certificate program 에의해결정됨 이후상용칩보급 69
TVWS 와이파이전망 해결해야할과제 1. 규제기관의제도적지원 - Time-to-market 2. Eco-system / 수익모델의수립 - Database 운영자 - Network 구축사업자 - 모뎀칩셋제조사 - 단말제조사 3. 경쟁기술대비우위확보 - FTTx 유선광케이블통신 - LTE 저대역, 소형기지국 TVWS 는황금알을낳는거위가될것인가? 70