mmWave (millimeter Wave)

"밀리미터파"라고 하는 mmWave는 5G가 할 수 있는 것을 실제로 보여주는 단거리 고주파 네트워크 기술입니다. 더 많은 사람들을 위해 더 많은 데이터를 네트워크를 통해 전달할 수 있도록 더 새롭고 더 넓은 통로를 준비하기 위해 필요한 것인 mmWave입니다.

4G LTE 기술은 고속으로 데이터를 전달하며, 이를 통해 통신, 미디어 소비, 생활 관리, 심지어는 타고 다니는 방식을 크게 바꿔 놓았습니다. 그러나 기술이 발전함에 따라 기술을 활용하고 사용할 방법에 대한 기대도 높아졌습니다. 사회가 점점 더 디지털에 의존하게 됨에 따라 가상 현실이든 실시간 설계 프로그램이든 관계없이 미래의 더욱 데이터 집약적인 응용 프로그램의 요구는 데이터 흐름 방식을 근본적으로 재구성해야 합니다.

이를 위해 5G 네트워크는 더 높은 주파수, 특히 밀리미터파 스펙트럼으로 알려진 28 및 39GHz 주파수를 기반으로서비스를 준비해야 합니다. 이러한 주파수는 매우 빠른 속도로 지연 시간이나 지연이 거의없이 대량의 데이터를 전달할 수 있습니다. 따라서 모바일 우선 사용자, 커넥티드 홈, AR / VR 장치, 클라우드 게임 시스템, 자율 주행 차량, IoT 센서 및 기타 클라우드 연결 장치의 데이터 수요가 크게 증가하는데 적합합니다.

mmWave는 더 많은 대역폭을 제공합니다. 초고속 및 더 많은 용량으로 5G의 잠재력을 실현하기 위한 또 다른 단계입니다.

mmWave는 휴대 전화가 모바일 기지국과 통신하여 전화를 걸고 문자를 보내며 데이터를 빠르고 원활하게 실행하는 데 사용하는 주파수 유형에서 잘 알려진 이름에서 유래되었습니다.

mmWave 고주파수는 단거리에 걸쳐 많은 용량과 대역폭을 제공할 수 있는데, mmWave 셀은 기지국에서 수백 미터까지 신호를 전달합니다. 이는 쇼핑 센터와 같은 많은 사용자가 집중된 지역에 가장 적합합니다. 붐비는 도심 기차역과 경기장까지 모두 mmWave의 기능을 활용할 수 있습니다.

현재 5G에서 사용하는 주파수 대역은 Sub-6GHz 밴드로 한국의 경우 SKT는 3.6~3.7 GHz, KT는 3.5~3.6GHz, U+는 3.42~3.5GHz로 주파수 경매된 대역에서 서비스를 하고 있는데, mmWave 주파수 대역에서는 SKT 28.1~28.9GHz, KT 26.5~27.3GHz, U+ 27.3~28.1GHz로 보다 많은 대역으로 할당되어 있습니다. Sub-6GHz 대역에서는 3개사에 280MHz 대역폭이 할당되어 있으나, mmWave 대역에서는 2400MHz 대역폭이 할당되어 있어 진정한 5G 속도를 제공할 것으로 보입니다.

5G DSS (5G Dynamic Spectrum Sharing)

많은 사업자들은 5G의 Dynamic Spectrum Sharing이 4G 고객의 성능 저하없이 기존 인프라를 활용할 수 있는 매력적인 기술이라는 사실을 알고 있습니다. 3GPP Release 15의 일부으로서 사업자는 이미 사용중인 4G LTE 스펙트럼의 일부를 5G NR에 할당할 수 있습니다. 이는 4G LTE와 5G NR 사용자가 동시에 동일한 주파수 대역/채널에 공존할 수 있음을 의미합니다. 단순히 소프트웨어 업그레이드를 수행함으로써 기존 RAN (5G 가능)을 사용하여 5G 서비스를 제공할 수 있습니다.

DSS를 통해 네트워크 운영자는 동일한 스펙트럼내에서 4G와 5G를 모두 제공할 수 있으므로 두 기술간에 원활하게 전환할 수 있어 보다 비용 효율적입니다. DSS는 기존 4G 고객을 계속 지원하면서 점점 더 많은 고객이 기술을 채택함에 따라 사업자가 새로운 5G 사용자를 점진적으로 도입할 수 있는 효과적인 방법입니다. 과거에는 사업자가 새로운 기술로 업그레이드하고 싶을때 스펙트럼 재배치을 수행해야 했습니다. 즉, 기존 사용자를 스펙트럼의 일부로 옮기고 새로운 사용자를 위해 블록을 예약해야 했습니다.

DSS가 없으면 20MHz의 중간 대역 스펙트럼을 가진 사업자는 해당 스펙트럼을 2개로 분할해야 합니다. 다시 말해, 그들은 4MHz LTE에 10MHz 스펙트럼을 할당하고 모든 LTE 사용자를 10MHz 스펙트럼에 포함시켜야 합니다. 그러면 처음에는 최소 5G 사용자만 있을지라도 나머지 10MHz의 AWS 스펙트럼을 5G에 사용할 수 있습니다.

DSS를 사용하면 운영자는 중간 대역 스펙트럼을 분할하거나 4G LTE 또는 5G 전용 스펙트럼을 가질 필요가 없습니다. 대신, 두 기술간에 20MHz의 스펙트럼을 공유할 수 있습니다. 5G의 Dynamic Spectrum Sharing을 통해 운영자는 동일한 스펙트럼 블록에 4G와 5G를 모두 배치하고 수요에 따라 다양한 유형의 사용자에게 적절한 양을 동적으로 할당할 수 있습니다.

DSS의 유연성은 이동 통신 사업자를위한 실용적인 솔루션으로 인기를 끌고 있습니다.

모바일 프런트홀 (Mobile Fronthaul) 이란?

CTIA의 통계에 따르면 어마어마한 양의 모바일 데이터가 소비되고 있습니다. 모든 모바일 트래픽은 결국 전통적인 유선 (주로 광섬유) 네트워크를 통해 다시 전송되어야 합니다. 그것이 모바일 백홀 (Mobile Backhaul)이 시작되는 곳입니다.

그러나 이동할 수 있는 전제에 대해서도 이야기할 새로운 모바일 아키텍처가 있습니다.

모바일 백홀 (Mobile Backhaul)

가장 간단한 형태로, 백홀 (Backhaul)은 지리적으로 분산된 셀 사이트에서 MTSO (Mobile Switching Telephone Offices)로 트래픽을 백호링하여 모바일 네트워크를 유선 네트워크에 연결합니다. MTSO에 매크로 셀 사이트 (예 : 먼 거리에서 쉽게 볼 수 있는 대형 타워가 있는 사이트)를 상호연결하는 이러한 링크는 느린 TDM 기반 T1/E1 연결에서 패킷기반 Ethernet-over-Fiber 연결로 빠르게 이전하고 있습니다. 일반적으로 1Gbps 물리적 인터페이스를 통해 매크로 셀 사이트에 연결됩니다.

전형적인 매크로 셀 사이트 내에는 무선 유닛 (RU)에 연결된 BBU (Baseband Unit)가 들어있습니다. BBU (Baseband Unit)는 사용자 및 제어 데이터를 처리하는 반면 무선 유닛 (RU)는 타워 탑재 안테나를 통해 전파를 통해 전송되는 무선 신호를 생성합니다.

모바일 프런트홀 (Mobile Fronthaul)

프런트홀 (Fronthaul)은 중앙 집중식 기저대 컨트롤러와 수 킬로미터 떨어진 원격 셀 사이트에 설치된 독립형 무선 헤드로 구성된 새로운 유형의 RAN (Radio Access Network) 아키텍처와 관련됩니다. 이러한 BBU 및 RU 기능 블록은 이러한 기능을 수행하는 장비는 물론 모바일 백홀 (Mobile Backhaul) 모델보다 서로 멀리 떨어져 있습니다.

프런트홀 모델에서 RU 장비는 이제 RRH (Remote Radio Head)라고도 하지만 여전히 셀 사이트에 있습니다. BBU는 이제 여러 개의 RRH를 제공하는 중앙 집중식 및 보호된 위치로 재배치됩니다. 새로 중앙 집중화된 BBU와 여러 RRH를 상호 연결하는 광링크를 프런트홀 (Fronthaul)이라고 합니다.

무선 장비 공급 업체의 협업 컨소시엄은 이 프런트홀 (Fronthaul) 링크를 통해 실행되는 CPRI (Common Public Radio Interface) 프로토콜을 표준화했습니다. CPRI는 수십 킬로미터 이상 전송될 수 있으며 저가 및 유비쿼터스 SFP/SFP+와 호환되며, QAM (Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 비용 효율적인 변조 방식을 활용합니다.

용량, 도달 범위 및 특히 대기 시간과 관련된 CPRI의 고성능 요구 사항은 중앙 집중식 BBU와 여러 RRH 사이의 광섬유 연결을 요구합니다. 2.458Gbps, 3.072Gbps, 4.915Gbps, 6.144Gbps, 9.830Gbps 및 그 이상을 지원하는 CPRI 속도는 오늘날 일반적으로 배포되는 훨씬 낮은 1Gbps 매크로 백홀 링크와 비교할때 상대적으로 높습니다. 이 높은 CPRI 대역폭은 복잡하고 압축되지 않은 기저대 데이터 샘플과 직접적으로 관련이 있습니다.

오늘날 모바일 네트워크의 백홀과 프런트호 사이에는 상당한 차이가 있습니다. 특히 프로토콜, 용량, 대기 시간, 도달 범위 및 관련 응용프로그램 간의 차이가 있습니다. 그러나 백홀과 프런트홀은 미래의 끊임없이 변화하는 모바일 네트워크에서 계속해서 자리잡을 것입니다.

VAMOS (Voice services over Adaptive Multi-user channels on One Slot)의 기초

VAMOS (Voice services over Adaptive Multi-user channels on One Slot)는 하나의 슬롯에 적응형 다중 사용자 채널을 통한 음성 서비스를 의미합니다. 즉, 여기에 있는 아이디어는 GSM 네트워크가 지원하는 음성 통화 용량을 늘리는 것입니다. 즉, 하나의 타임 슬롯(Time Slot)에 대해 4개의 음성 통화/서비스를 사용할 수 있습니다. 이를 달성하기 위해서 추가로 송수신 하드웨어는 필요하지 않고도 일반 GSM 핸드셋 (비 VAMOS 핸드셋)과 유사한 음성 품질을 제공합니다.

아래를 보면 대략적으로 용량 차이를 볼 수 있습니다.

▶ GSM Full Rate에서는 하나의 Time Slot에 하나의 음성 통화만 가능

▶ GSM Half Rate에서는 하나의 Time Slot에 두개의 음성 통화가 가능

▶ GSM Half Rate에서 VAMOS가 가용하면 하나의 Time Slot에 4개의 음성 통화가 가능

VAMOS 동작

TSC (Training Sequence Code)는 동일한 타임 슬롯을 사용하는 각 이동국에 고유하므로 기지국에서 이동국을 분리하는데 도움이 됩니다. VAMOS에서 사용되는 이러한 트레이닝 시퀀스 (Training Sequence)는 일반 GSM 핸드셋에서 사용되는 것과 다릅니다. 이 개념에서 두 개의 TSC는 각 BTS (Base Transceiver Station)에 할당됩니다. 하나는 일반 GSM 경우이고 다른 하나는 기존 네트워크에서 VAMOS 기능을 제공/활성화하는 경우입니다.

Interference Rejection Cancellation (IRC)는 Base Transceiver Unit (기지국)에서 다른 모바일로부터의 호출을 분리하는데 사용됩니다. SAIC (Successive Antenna Interference Cancellation)는 각각의 모바일 수신기에서 음성 호출을 하나의 타임 슬롯과 분리하기 위해 사용된다. SAIC와 IRC 모두 TSC를 사용하여 작업을 수행합니다.

여기서, 각각의 심볼이 2개의 이동국에 데이터를 운반하는 AQPSK (Adaptive QPSK)라 불리는 새로운 변조 방식이 사용됩니다. 이러한 변조 방식은 기지국 (Down Link)에서 사용되며, 하나의 타임 슬롯에서 2개의 상이한 이동국에 대한 음성 호출을 수행하는 것을 의미합니다. Up Link에서 동일한 GMSK가 모든 이동국 (MS)에 의해 사용됩니다. 이러한 터미널은 VAMOS-I에 해당하며 약 -4 dB, 0 dB 및 4 dB의 SCPIR (Sub-Channel Power Imbalance Ratio)보다 덜 엄격한 성능 규격을 충족해야 합니다. VAMOS 가능 전화기는 DARP 규격이라고도 합니다. DARP는 Downlink Advanced Receiver Performance를 나타냅니다.

VAMOS-II 가능 핸드셋 단말기는 약 -8 dB 및 -10 dB의 SCPIR 성능 요구 사항을 충족해야 합니다. 또한 MIMO는 Diversity 기능을 위해 VAMOS-II에 통합될 계획입니다.

VAMOS 기능은 기존 네트워크에 쉽게 통합될 수 있으며 DARP 가능 및 비 DARP 가능 (레거시) 핸드셋 모두 GSM 네트워크에 공존할 수 있습니다.

그림1은 Down Link에서 2개의 이동국 (MS1 및 MS2)으로의 송신을 위한 VAMOS 모듈을 설명합니다. 둘다 다른 고유한 Training Sequence TSC1 및 TSC2를 사용합니다. 각각의 QPSK 심볼은 2개의 이동국으로부터의 데이터로 구성됩니다.

그림2는 이동국 MS-1 및 MS-2로부터의 송신을 위한 VAMOS 모듈을 설명합니다. 여기서는 둘다 다른 Training Sequence Code TSC-1 및 TSC-2를 사용하지만 둘다 GMSK 변조를 사용합니다.

5G용 새로운 CPRI 사양 발표

CPRI (Common Public Radio Interface)에 대한 업계 이니셔티브가 계속 진화하고 있습니다. CPRI 협력체는 이제 첫번째 eCPRI 사양 (1.0)을 발표했습니다. 새로운 사양은 5G Fronthaul을 지원하고 5G의 증가된 요구 사항을 충족시키는 향상된 기능을 제공합니다.

에릭슨, 화웨이 테크놀로지, NEC 및 노키아는 새로운 무선 액세스 기술을 지원하고 용량 요구를 늘리기 위해 CPRI 사양을 향상시킨 성공적인 프로그램에 따라 기존 사양 외에 2017년  8월 31일 새로운 사양을 발표했습니다. 5G Front-haul 지원이 포함된 새로운 사양 (eCPRI)에는 5G 모바일 네트워크에 대한 요구 사항을 충족시키기 위한 효율성 향상이 포함됩니다. eCPRI 사양은 물리 계층 (즉, Layer 1)내에 분할 포인트를 위치시키는 셀룰러 기지국 기능의 새로운 기능적 분할에 기반으로 합니다.

eCPRI 규격은 기지국 설계에 몇 가지 장점을 제공합니다.

■ 새로운 인터페이스로 필요한 대역폭을 10배까지 줄일 수 있습니다.

■ 필요한 대역폭은 유저 플레인 (User Plane) 트래픽에 따라 유연하게 확장할 수 있습니다.

■ 패킷 기반 전송 기술을 사용할 수 있습니다. 이더넷과 같은 주요 스트림 기술은 eCPRI 트래픽과 다른 트래픽을 동일한 스위치 네트워크에서 동시에 전송할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 하나의 이더넷 네트워크가 여러 시스템 공급 업체의 eCPRI 트래픽을 동시에 전송할 수 있습니다. 또한 네트워크의 운영, 관리, 유지 보수, 프로비저닝 및 문제 해결에 Etherne-OAM과 같은 잘 정립된 프로토콜을 사용할 수 있습니다

■ 새로운 인터페이스는 최상의 트래픽 성능을 보장하는 정교한 조정 알고리즘을 사용할 수 있는 실시간 트래픽 인터페이스입니다.

■ 이 인터페이스는 무선 네트워크에서 SW 업데이트에 의한 새로운 기능 도입을 허용합니다.

새로운 eCPRI 사양 외에도 이 연구는 기존 CPRI 사양을 계속 개발하여 5G를 포함한 Fronthaul의 전용 광섬유 연결을 통해 모든 배치에 경쟁력있는 옵션을 제공합니다.

CPRI 사양은 무선 업계를 위해 공개될 예정입니다. 네트워크 운영자의 주요 이점은 모든 배치 시나리오에 적응할 수 있고 출시 시간을 단축할 수있는 더 넓은 무선 기지국 포트폴리오를 사용할 수 있다는 것입니다. CPRI 규격을 통해 기지국 제조사와 부품 공급 업체는 핵심 역량에 연구 개발 노력을 집중할 수 있습니다.

CPRI 인터페이스 사양은 다음 범위를 갖습니다.

1. 무선 장비 제어 (Radio Equipment Control) 및 무선 장비 (Radio Equipment).

2. 수송, 연결 및 통제에 필요한 항목 (여기에는 User Plane 데이터, Control Plane 전송 메커니즘 및 동기화 수단이 포함).

3. 이 규격은 OSI 스택의 Layer 1과 Layer 2를 정의.

   3a. 물리 계층 (Layer 1)은 전기 인터페이스 (즉, 종래의 기지국에서 사용되는 것) 및 (예를 들어, 원격 무선 장비를 갖는 기지국에 대한) 광학 인터페이스 모두를 지원.

   3b. Layer 2는 유연성과 확장성을 지원.

4. 규격은 3GPP UTRA FDD Release 5를 준수.

CPRI 사양 버전 1.4, 2.1, 3.0, 4.0, 4.1, 4.2, 5.0, 6.0, 6.1, 7.0 및 eCPRI 1.0이 발표되어 있는데, 버전 1.4에는 버전 1.3의 편집 및 수정된 변경 사항이 포함되어 있습니다. 버전 2.1에는 버전 2.0의 편집 및 수정된 변경 사항이 포함되어 있습니다. 버전 3.0에는 WiMAX의 추가, 회선 비트 전송률의 증가 및 변경 요청이 포함되며 버전 4.0은 LTE를 사양에 추가하는 것입니다. 버전 4.1과 4.2는 향상된 회선 전송률이 추가되었습니다. 버전 5.0에는 GSM이 포함되며 버전 6.0에는 LTE-Advanced가 포함되며 버전 6.1에는 8G 및 12G 회선 속도가 추가되었습니다. 버전 7.0은 24G 회선 속도가 추가되어 있습니다.

eMTC (Enhanced Machine-Type Communication) 이란?

사물인터넷 (Internet of Things)라는 용어는 18년 전에 처음 만들어 졌습니다. 오늘날, 차세대 사물인터넷은 디지털 혁신의 중심에 있습니다. 그러나 IoT는 인터넷에 연결되어 있는 수십억 개의 장치를 지원할 수 있는 강력한 인프라와 백엔드 응용프로그램이 필요하기 때문에 미래가 보장되지 않습니다.

대부분의 IoT 장치는 간단합니다. 하나 이상의 센서 및 배터리, 라디오, 프로세서 및 혹은 카메라가 장착되어 있습니다. 많은 사람들이 전력 요구 사항이 제한되어 있으며 가혹한 환경에서 수년 동안 작동될 수도 있습니다. 이러한 장치의 대부분은 간헐적인 양의 하향 및 상향 데이터를 교환해야 하는 경우가 있습니다.

IoT 장치의 통신 요구를 관리하는 작업이 진행중입니다. 특정 유스 케이스가 있는 다양한 유형의 IoT 배치를 가능하게 하는 여러 단거리 및 장거리 무선 네트워크 프로토콜이 있습니다. 그러한 것들에는 블루투스 (Bluetooth), 지그비 (Zigbee), LoRaWAN 및 기타 유사한 프로토콜이 포함됩니다. 이러한 프로토콜이 IoT에서 시장을 찾았음에도 불구하고 장거리 및 모바일 사용 사례와 관련해서는 모두 제약이 있습니다.

반면에 셀룰러 네트워크는 보다 높은 대역폭과 낮은 대기 시간을 지원하는 인프라를 제공하는 차세대 네트워크를 발전시키기 위해 노력하고 있습니다. 따라서 데이터 집약적이고 시간에 민감한 애플리케이션에 가장 적합하지만 낮은 대역폭, 낮은 데이터 속도 및 낮은 전송 전력을 요구하는 IoT 애플리케이션에는 비효율적입니다.

이러한 제한 사항에 주목하여 3GPP는 LTE Release 13에 eMTC (Enhanced Machine-Type Communication) 및 NB-IoT (NarrowBand-IoT)라는 두 가지 새로운 표준을 도입했습니다. 두 가지 모두 IoT 장치의 요구 사항을 충족시키기 위한 것이지만 근본적으로 다른 방식입니다. 더 중요한 것은, 양쪽 모두 장단점이 있습니다.

eMTC에는 다른 이름이 있습니다. 이것은 BL/CE라고 불리는데, 여기서 BL은 감소된 대역폭, 낮은 복잡도, CE는 커버리지 향상을 의미한다. 또한 LTE-M1 또는 LTE Cat-M1이라고도 합니다.

LTE-M1은 빈약한 커버리지 영역에서 상당히 감소된 전력으로 동작하는 사용자 장비 (UE)를 지원할 수 있는 eNodeB 기능에 대한 근본적인 변화 및 개선을 목표로 합니다.  주요 개선 사항중 일부는 협대역 (Narrowband), 교차 서브프레임 스케줄링 (Cross-Subframe Scheduling), 하프 듀플렉스 (Half Duplex) FDD 지원, 데이터 및 제어 정보의 다중 반복 (Multiple Repetition) 등을 지원합니다. eNode는 동일한 시스템 대역폭을 공유하면서 LTE 및 eMTC UE를 모두 지원할 것으로 예상됩니다.

협대역 (Narrowband) (대역폭 감소)

협대역은 3GPP에 의해 주파수 영역에서 6개의 겹치지 않는 연속적인 물리적인 자원 블록으로 정의된다. eMTC UE는 전통적인 LTE의 전체 시스템 대역폭에 비해 업로드 및 다운로드 (UL/DL) 전송을 위한 특정 협대역만을 모니터링해야합니다. eNodeB의 경우 여러 개의 협대역을 동시에 지원할 수 있으며 시스템 정보를 브로드캐스트하거나 전용 채널을 스케쥴링하는데 사용할 수 있습니다. 또한, eNodeB는 서비스되는 모든 UE에 대해 보다 양호한 커버리지 및 신호 품질을 달성하기 위해 협대역을 통한 전송을 스케줄링하도록 선택할 수 있습니다. 그러나, 동일한 UE는 주어진 시간에 하나 이상의 협대역 또는 다수의 협대역을 통해 송신 또는 수신될 것으로 예상되지 않습니다.

하프 듀플렉스 (Half Duplex) FDD

FDD (Frequency Division Duplex)에서 작동할때 LTE-M1은 하프 듀플렉스 (Half Duplex) 모드도 지원합니다. 즉, UE는 주어진 시간에 송신 또는 수신해야 함을 의미합니다. 동시 UL/DL 전송은 없습니다.

MPDCCH : 새로운 제어 채널

LTE-M1 UE는 한 번에 6개의 RB의 협대역만을 고려하기 때문에 전체 시스템 대역폭 (PDCCH, PHICH, PCFICH)으로 전송되는 기존 LTE 채널은 eMTC에 재사용할 수 없습니다. 이것은 UE들에 제어 정보를 전송하는 또다른 메카니즘을 필요로 합니다. 또한 eNodeB는 LTE와 eMTC 장치를 동시에 지원할 것으로 예상되므로 eMTC를 위한 새로운 채널이 LTE 운영을 방해해서는 안됩니다. 정규 LTE의 PDSCH 세그먼트내에서 자원 블록을 사용하는 eMTC에 MPDCCH라는 새 채널이 도입되었습니다 (그림1 참조).

그림 1 : MPDCCH는 eMTC를위한 새로운 채널임.

LTE-M1 UE에 대한 제어 정보를 운반하기 위해 몇 가지 새로운 DCI 포맷이 도입되었습니다. DCI6-0A 및 DCI6-0B는 CAT-M1 UE가 CE 모드 A 및 CE 모드 B로 각각 실행될때 업링크 허용를 위해 사용됩니다. DCI6-1A 및 DCI6-1B는 CAT-M1 UE가 CE 모드 A 및 CE 모드 B로 각각 실행될때 다운 링크 할당에 사용됩니다. DCI6-2 형식은 특히 Cat-M1 UE를 위한 페이징 메시지에 대한 제어 정보를 전달하는데 사용됩니다.

교차 서브프레임 스케쥴링 (Cross-Subframe Scheduling)

크로스 서브프레임 스케줄링은 다른 서브프레임들에서 UE에 대한 데이터 및 대응하는 제어 정보를 스케줄링하는 프로세스입니다. 이것은 주어진 UE에 대한 데이터가 제어 정보가 전송되는 동일한 서브프레임에서 스케줄링되는 레거시 LTE 스케줄링과는 반대입니다.

하나의 서브프레임에서 협대역에서 이용할 수 있는 RB는 6개뿐이므로, 이들 모두가 PDSCH 및 MPDCCH 모두를 수용하기에 충분하지 않습니다. 크로스 서브프레임 스케쥴링은 또한 UE에게 MPDCCH로 운반되는 DCI 정보를 디코딩하고, 데이터가 후속 서브프레임에 도착하기 전에 PDSCH를 수신할 준비를하기에 충분한 시간을 제공합니다. (그림 2 참조)

그림 2 : LTE-M1의 교차 서브프레임 스케줄링

커버리지 개선 (Coverage Enhancement)

커버리지가 제한된 원격 지역에 배치된 IoT 디바이스를 지원하려면 커버리지 개선이 필요합니다. 커버리지 개선 (CE)은 전형적으로 전송을 반복함으로써 달성됩니다. 전형적인 LTE 동작에서, 각각의 전송은 1밀리초의 스팬으로 전송되지만, eMTC에서는 성공적인 전송의 기회를 개선하기 위해 커버리지 개선 모드를 기반으로 각 전송을 수십, 수백 또는 수천번 반복 할 수 있습니다.

LTE-M1 사양은 모드 A와 모드 B의 두 가지 커버리지 개선 (CE) 모드를 정의합니다 (그림 3 참조).

그림 3 : LTE-M1의 커버리지 개선 모드

커버리지 개선 모드 A는 중간 범위 확장 기능을 제공하고 eMTC 지원을 위해 필수적이지만 커버리지 개선 모드 B는 깊은 적용 범위를 가능하게 하지만 선택 사항입니다. 또한 커버리지 개선 모드 A는 접속 모드 이동성 및 다중 전송 모드와 같은 기능을 지원합니다.

eMTC UE는 커버리지 개선 모드 A를 지원할 필요가 있습니다. 그것은 커버리지 개선 모드 B를 지원할 수도 있고 지원하지 않을 수도 있기 때문입니다. UE는 eNodeB가 초기에 그 UE에 대한 모드를 결정하는 것에 기초하여 RACH 절차동안 커버리지 개선 레벨 (0 내지 3)을 지시합니다. eNodeB는 후자에 의해 주기적으로 보고된 신호 품질에 기초하여 UE에 대한 적절한 모드를 연속적으로 선택할 수 있습니다. 전형적으로, UE는 크게 열악한 커버리지 영역에 들어 가지 않으면 커버리지 개선 모드 A로 유지됩니다.

5G 네트워크 동향

ITU-R은 관련 스펙트럼 관리 및 스펙트럼 식별 측면과 함께 5G 이해 관계자의 전체 영역과 긴밀히 협력하여 IMT-2020의 사양을 개발하는 중입니다.

IMT 2020 (일명 5G)에 3GPP 사양 제출에는 5G New Radio (일명 5G NR)와 LTE가 포함됩니다.

3GPP 5G에 따르면 새로운 Radio (NR) 기능은 단계적으로 진행될 예정이므로 Rel-15 완료 및 초기 배포를 위해 모든 표준을 표준화할 수는 없습니다.

Release 15는 2020년에 예상되는 배치의 첫 번째 단계를 목표로 할 것입니다. 상업적 요구의 보다 긴급한 부분을 다루고 2018년 9월까지 완료될 예정입니다.

2단계는 2020년 3월 까지 완료될 예정입니다 . Rel-16은 IMT 2020 제출을 목표로 하고 있으며 확인된 모든 용도 및 요구 사항을 다룰 것입니다.

3GPP는 아직 5G NR 요구 사항을 조율하고 있습니다. 초기 요구 사항중 일부는 다음과 같습니다.

5G NR (New Radio) 개요

5G NR (New Radio) 개발은 3G 및 4G 무선 네트워크의 초기 발전과 유사하게 IMT-2020에 의해 약술된대로 5G의 요구 사항을 충족시키는 지속적인 모바일 광대역 발전 프로세스의 일부입니다.

그림 1 5G 무선 액세스 아키텍처는 LTE Evolution과 LTE와 호환되지 않으며 1GHz 미만에서 100GHz까지 작동할 수 있는 새로운 무선 액세스 기술 (NR)로 구성

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)은 다수의 인접한 직교 서브 캐리어 신호 (Orthogonal Sub-carrier Signal)들이 다수의 병렬 데이터 스트림들 또는 채널들을 통해 데이터를 운반하는데 사용되는"디지털 멀티 캐리어 변조 방법 (Digital Multi-carrier Modulation Method)"을 지칭합니다.

LTE를 능가하는 새로운 무선 액세스 기술 (RAT)이 필요한데, 이 기술은 6GHz 이하에서 100GHz까지의 밀리미터파 대역까지 훨씬 넓은 범위의 주파수 대역을 지원할만큼 충분히 유연해야 합니다. OFDM 기반의 통일되고 보다 능력있는 무선 인터페이스가 이 작업을 위해 선택되었습니다.

OFDM은 매우 잘 정의되고 익숙한 파형 설계 원리입니다. 4G (LTE 및 지금까지의 진화) 및 IEEE 802.11 (WiFi)은 데이터를 무선으로 전송하기 위한 기본 신호 형식으로 OFDM을 사용합니다. 기본적으로 OFDM은 정보를 전송하기 위해 단일 와이드 밴드 캐리어 대신 다수의 병렬, 협대역 서브 캐리어 (Narrow-band Subcarrier)를 사용합니다.

Brooklyn 5G Summit 2017에서 Qualcomm의 Durga Malladi, Sr. 부사장이 발표한 마일스톤은 아래와 같습니다.

그림 2 5G의 글로벌 표준으로 가속화되는 5G NR (Qualcomm)

왜 OFDM인가?

OFDM을 선택한 몇 가지 이유는 다음과 같습니다.

■ OFDM은 더 낮은 복잡도의 수신기로 확장 가능한 파형입니다.

■ OFDM은 높은 스펙트럼 효율을 의미하는 MIMO 공간 다중화를 위한 보다 효율적인 프레임 워크를 가지고 있습니다.

■ OFDM은 윈도우/필터링 (Windowing/Filtering)과 같은 개선 사항을 가능하게 합니다.

■ SC-FDM 및 SC-FDMA는 매크로 배치에서의 업링크 전송 (Uplink Transmission)에 적합합니다.

5G가 직면하고있는 어려움은 통신 기술의 한계를 넘어서고 5G NR의 공격적인 일정과 기술적 열망을 충족시키기 위해 표준 기관과 설계자는 5G 무선 인터페이스를 위해 계획된 다양한 스펙트럼을 최대한 활용해 야합니다.

3GPP는 3가지 주요 5G 사용 사례에 중점을 둡니다.

■ 향상된 모바일 광대역 (eMBB : Enhanced Mobile Broadband)

■ mMTC (massive Machine Type Communication)

■ 매우 안정적인 저지연 통신 (URLLC : Ultra-Reliable Low Latency Communication).

네트워크 용량 증가와 eMBB에 대한 최고 데이터 전송률, mMTC에 대한 연결 밀도 및 에너지 효율성, URLLC에 대한 높은 안정성 및 낮은 대기 시간과 같은 사항이 우선 순위가 높은 중요한 핵심 성과 지표 (KPI)입니다.

채택된 파형

Huawei의 Peiying Zhu 박사는 Cyclic Prefix-based OFDM (CP-OFDM) 파형을 선택하면 LTE보다 우수한 스펙트럼이 가능하다고 언급했습니다. 하향 링크 (DL) 및 상향 링크 (UL)는 대칭 파형을 가지며 UL에 상호 보완적인 DFT-OFDM이 있습니다 (그림 3).

그림 3 5G NR (Huawei)에 채택된 파형

오늘날 OFDM을 LTE와 비교하면 OFDM의 경우 훨씬 낮은 대기 시간 (오늘날 LTE보다 왕복 시간 (RTT)이 훨씬 짧음)까지 확장성이 향상됩니다. OFDM은 새로운 배치 시나리오를 지원하여 보다 빠르고 유연한 TDD 스위칭 및 턴어라운드를 가능하게 하는 독립적인 TDD 서브프레임 디자인을 가지고 있습니다 (그림 4).

그림 4 OFDM의 자체 내장형 TDD 서브프레임 설계는 TDD 스위칭 및 LTE의 8개 HARQ 인터페이스보다 신속하고 융통성이 뛰어남.