by 이상근1

이동통신 기술의 진화

to LTE / MIMO

청강문화산업대학 모바일아카데미

2011년7월

by 이상근2

목 차

이동통신 기술의 진화 ------- p3

OFDM 기술의 개요 ---------- p9

다중 안테나 기술의 개요 ------ p39

HSPA, HSPA+, LTE --------- p62

LTE 프로토콜/채널의 구성 ---- p91

물리계층,MAC계층의 동작 ---- p127

국내 LTE 현황 -------------- p141

by 이상근3

이동통신 기술의 진화

by 이상근4

이동통신 기술의 진화

• 동기식(미국식) CDMA 의 몰락, 비동기식(유럽식) WCDMA의확대 (전세계시장의 14% : 85%)

• CDMA 기술의종료 => OFDM 기술시대의개막

• 규모의경제에의한시장형성 => 더 좋은기술보다는더 많은사람이사용하는기술이세계시장을주도• 4세대이동통신기술 (특허권) 선점을위한경쟁 => LTE의규모의경제, Wimax(와이브로)의빠른상용화

cdma2000

EVDORev0

EVDV

미 아

TDMAIMT-

Advanced

IS95A

EVDORevA

WCDMAHSDPA/HSUPA

GPRS, EDGEGSM 아

TD-SCDMA

WiMAX-Evolution801.16m

1995년 2000년 2005년

153k

2.4M/150kdata only

3.2M/1.8M

성전 주도2006 종료

384k 14.4M/5M

384k (~2Mbps)

1 대 (아 ) 2 대 ( ) 3 대(IMT2000), 3.5 대, 3.9 대 이동통신 ( 데이 ) 4 대 ( 데이 )

LTE-FDD

UMB

Mobile WiMAX( 이 ) 802.16e

40M/10M 100M~1G

~300M

~300M

CDMA 기술

OFDM 기술

/업 데이 2010년 기 49 /67

IMT2000, 2009년1월

신 ( ,미 ) IMT2000

2010년2015년

2003년1993년

EVDORevB

HSPA+

TD-LTE

LTE-Advanced

동기 ,미 IMT2000, 118 , 311 업 , 5.5

동기 , IMT2000 (144 , 347 업 , 44 )

184 441 업

35.4

21M/5M

by 이상근5

이동통신 기술의 진화

모의 경쟁력

빠른 상용화 경쟁력

CDMA 기술

OFDM 기술

와이브로러시아퀄컴 UMB

by 이상근6

FDD & TDD 방 의 차이(1)

• 무선망 설계 용이

• 상하향 비대칭 구조 구성 불가능

• Guard Band 에 의한 주파수 효율성 감소

• Guard Band 불필요, 상하향 비대칭 구성 용이에 따른

주파수 효율성 증대

• 무선망 설계의 민감성 증대 (송,수신 신호 충돌 방지)

• 사업 주파수간 간섭 가능성

• Time delay 에 민감 (셀반경, 광중계기 제약요소 …)

시간

주파수

송신

수신

guard band

Full Duplex FDD

시간

주파수

송신 수신 송신 수신 송신

guard time

TDD

시간

주파수

송신 수신 송신 수신 송신

less guard band

Half Duplex FDD

TxRxTxRxTxRx

주파수시간

TDDFDD

Tx

Rx

주파수

시간

by 이상근7

FDD / TDD

cdma2000

EVDORev0

EVDV

미 아

TDMAIMT-

Advanced

IS95A

EVDORevA

WCDMAHSDPA/HSUPA

GPRS, EDGEGSM 아

TD-SCDMA

WiMAX-Evolution801.16m

1995년 2000년 2005년

153k

2.4M/150kdata only

3.2M/1.8M

성전 주도2006 종료

384k 14.4M/5M

384k (~2Mbps)

1 대 (아 ) 2 대 ( ) 3 대(IMT2000), 3.5 대, 3.9 대 이동통신 ( 데이 ) 4 대 ( 데이 )

LTE-FDD

UMB

Mobile WiMAX( 이 ) 802.16e

40M/10M 100M~1G

~300M

~300M

CDMA 기술

OFDM 기술

/업 데이 2010년 기 49 /67

IMT2000, 2009년1월

신 ( ,미 ) IMT2000

2010년2015년

2003년1993년

EVDORevB

HSPA+

TD-LTE

LTE-Advanced

동기 ,미 IMT2000, 118 , 311 업 , 5.5

동기 , IMT2000 (144 , 347 업 , 44 )

184 441 업

35.4

21M/5M

FDD

TDD

TD-LTE

by 이상근8

Data Explosion 용

증설

Load off

주파수 효율성 증대

FA

CCC, SCAN, femto ...

LTE

오늘의주제

Data Explosion 의 해결 방안

by 이상근9

Why Evolution ?

불편은 진화의 조건 화를 밖에 롭게 용할 있 면…

저 의 무선 데이

인터넷을밖에서도 유롭게사용할수 있다면…

그런데너무느려서…

빠르긴한데너무비싸서…

의 원론적 요인은?데이 요금이 얼마 싸져야 할까? 어떻게 저 를 구현할 것인 ?

이동통신(음성) CDMA, GSM ..1993~1996

무선 데이 cdma2000, GPRS, WCDMA ..2000~2003

의 무선 데이 HSDPA, WiBro, EVDO rA ...2006~현재

=> 천, 만 의 의 기 , 계기 …

=> 무제 정액제 3만원/월 이하는 되어야 …현재보 1/10 => 기술 발 으 장 값이 획기적으 싸진 면 능 할까??

A

by 이상근10

의 무선데이 요금 …

• 전국 서비스를 위하여는 최소 7000 국소의 기지국 필요

• 기지국을 설치,유지보수 하기 위하여는 고가의 CAPEX, OPEX 요인

• 무선데이터 서비스 고가 요금의 주요 요인

기 장 감 상각 용

기 시설 감 상각 용

기료

부동산 임차료

용선 임차료

보 인건

…..

소를 하기 위 CAPEX+OPEX

1500만원

1000만원

500만원

1000만원

2000만원

2000만원

…..

최소 8000만원

150만원

1000만원

500만원

1000만원

2000만원

2000만원

…..

최소 6650만원

시간이지나기술의발전에의하여장비가격이획기적으로싸진다면…

획기적인 데이 요금 인하 요인이 되 못함위의 수치는 정확한 데이터가 아닌 예시입니다

by 이상근11

total 1Mbps

opex+capex : 200만원/월

100kbps

100kbps

100kbps1st

2nd

10th

total 10Mbps

opex+capex : 200만원/월

100kbps

100kbps

100kbps

1st

4th100th

100kbps

2nd

3rd

100kbps

화에 의 저 의 구현

과금 근거 => 20만원/통화

과금 근거 => 2만원/통화

현재 4 대

요금을 1/10 인하하기 위하여는

최소 10배의

최 10Mbps 최소 100Mbps

EVDO rA 최 3.2MbpsHSDPA 최 14MbpsWibro 최 20Mbps IT

U의 4

G정의

첫번째

조건 기지국 데이터 속도를 초고속화 시키면 패킷 당 원가가

획기적으로 싸지게 된다.

위의 수치는 정확한 데이터가 아닌 예시입니다

A

by 이상근12

이동통신

무선 데이

의 무선 데이

저 의 무선 데이

무선 데이 (4 대 이동통신)

어떻게 ?? => 반 파 처리의 문제 !!

고객이 보편적으로 원하는 속도보다 수백,수

천배의 속도로 진화

무선 데이 기술

반사파가 없는 위성통신 마이크로웨이브 링크

에서는 수백Mbps 전송이 오래 전부터 일반화

A

by 이상근13

OFDM 기술의 개요

by 이상근14

인접 비트간 간섭

매우 심각 !!

보통

• 이동통신의핵심기술은고속데이터를위한반사파처리기술

• 이동통신 전파의 99% 는 반사파

• 데이터가 고속화 될 수록 반사파에 의하여 인접 비트(심볼)간 간섭의 급격한 증가 => 고속화의 기술적 장벽

• 반사파를 제한적으로 처리하는 CDMA 기술의 한계

• 새로운 이동통신 기술의 필요 => 반사파에 강한 OFDM 기술의 탄생 => CDMA 기술의 종말 (HSDPA/HSUPA)

• CDMA : 반사파 각각에 대한 개별적 처리 (제한적 개수의 반사파에 대하여만 처리 가능)

• OFDM : 고속의 데이터를 저속의 데이터로 병렬 전송,

병렬 전송되는 저속 데이터들에 대하여도 일정 시간 내에서의 모든 반사파에 대하여는 일괄 처리(무시)

데이 화에 따른 반 파 문제점

심볼의 폭

고속 데이터

심볼의 폭

저속 데이터

직접파

반사파

직접파

반사파

앞 뒤 심볼이 완전히 겹쳐 뭐가 뭔지 도체 모르겠네 …

by 이상근15

If Td>Ts (high rate)

ISI

If Td<Ts (low rate)

Convolution

y(t)=x(t)*h(t)

Ts signal x(t)

time

Td

channel h(t)

y(t)

y(t)

Inter Symbol Interference

• 수신 신호 = 송신신호와 채널특성의 콘볼류션

• 채널의 delay spread 시간 보다 symbol duration 이 적을 경우 ISI 발생

by 이상근16

MCM 과 OFDM 의 교

Serial

to

Parall

el

Parall

el

to

Serial

f1

f2

fk

RF

송신부

f0 f1 f2 fk

인접 주파수 신호가 간섭을

방지하기 위하여 간격을

주파수 효율성 감소

주파수

f0 f1 f2 f1000

주파수 효율성 우수

주파수

화 ..1) 송파 간 2) 송파간의 간 화

FTDFTFFT

T

주파수

1/T 2/T-1/T-2/T

by 이상근

OFDM subcarrier 의 직교성

A

0rthogonal : 호간성이 없

Frequency : 송파 주파수 간에

Division

Mutiplexing

by 이상근18

OFDM 기술의 기본원리

송신부

• 고속의 데이터는 반사파에 매우 취약

• 고속의 데이터를 반사파에 강한 저속으로 변환하여 병렬 전송

수신부

• 수신된 저속의 병렬 데이터를 합치여 고속의 데이터를 복원

Serial

to

Parall

el

Parall

el

to

Serial

f0

f1

fk

RF

, 반 파 취

저 , 반 파 강함

Serial

to

Parall

el

Parall

el

to

Serial

f0

f1

fk

RF

데이 의 복원

f0

f1

f2

f4fk = f0 + k / T Orthogonal 의근간

OFDM

인접 subcarrier 최대값과최소값이서로교차

IFFTFFT

by 이상근19

OFDM modulation – IFFT

Fourier series

위쪽 그림은 subcarrier 단위로 QAM 변조 절차의 수식적 표현이 fourier series ( 특정 주파수의 고조파의 조합으로 시간영역의 주기신호를

표현) 와 같은 특성을 갖음을 설명

아래 그림은 subcarrier 별 OFDM 변조와 parallel to serial 변환 절차가 fourier 변환 수식으로 구현될 수 있음을 설명

by 이상근20

subcarrier

OFDM demodulation – FFT

수신된 time domain 신호를 subcarrier 단위의 frequency domain 신호로 분리하는 절차를 FFT 로 구현

by 이상근21

ISI 발생

fo

f2

f1

fk

f3

OFDM 에 의 ISI ICI 문제점

• 아무리 저속으로 병렬 전송하더라도 약간의 반사파 문제 존재 => ISI (Inter Symbol Interference)

• 인접 subcarrier 는 상호 간섭이 없지만 반사파 상황에서는 간섭이 발생 => ICI (Inter Carrier Interference)

- clock source 가 각기 다른 단말의 상향링크에서 일반적 현상

ULOFDMA

저가의 오실 이터

주파수

ICI 발생 가능성ICI 발생 가능성

ICI 증가

by 이상근22

셀 내를

무 위로

돌아다 지

~

시간

수신세

기

반 파에 의 delay spread

by 이상근23

ISI 방 를 위 Guard Interval

• delay spread 신호에 의하여 심볼의 앞부분이 앞 심

볼과 겹치어 ISI 발생

• time delay 최대값 보다 크게 심볼 앞부분을 guard

time 으로 설정하여 사용치 않음

• guard interval 보다 delay spread 가 크지

않으면 ISI 발생치 않음

• guard interval 을 크게 하면 반사파에 강하여지지만

guard interval 시간 만큼 심볼 에너지 저하하여 잡음

에 대한 내성 감소

• guard interval 을 게하면 심볼 에너지 저하가 최소

화 되어 잡음에 대한 내성을 증가하지만 반사파에 대

하여 취약하여짐

GI 를 충분히 잡았으니 왠만한

반사파는 다 잡아냄!!GI 에 많이 양보하였더니 심볼

에너지가 크게 감소하여 성능저하 !!

GI 를 게 잡았으니 반사파가 GI

구간을 주 넘어가 반사파에 취약 !!GI 에 조금 양보하여 심볼 에너지

감소를 최소화여 성능저하 최소화 !!

by 이상근24

ICI 증가

cyclic prefix

Cyclic Prefix 에 의 ICI & ISI 제거

• 인접 subcarrier 반사파 신호의 guard interval

신호와 내 신호간에 직교성 손실 발생 => ICI 증가

• ICI 증가를 방지하기 위하여 심볼의 뒷부분 신호를

복사하여 비 두었던 앞부분 guard interval 에 삽입

으로서 ICI 증가 현상 방지 가능

• Cyclic Prefix 에 의한 ISI & ICI 동시 제거

• Guard Interval = GI = Cyclic Prefix = Tcp

by 이상근25

Guard Interval

1)절대값 : 셀 반경에 비례

2)상대값 : 경제성, 부반송파 수, 성능 등에 비례

6% 11% 20% 심볼에서의 GI 비율

성능 민감 스트 증가부반송파수 증가

성능 감 스트 감소

부반송파수 감소

WiFiLTE 이 로

심볼내 Guard Interval 의 율 결정

by 이상근26

Serial

to

Parallel

Parallel

to

Serial

F0(100.0Mhz)

F1(100.1Mhz)

F99(109.9Mhz)

RF

10Mhz

BW

10Mbps

100Kbps

10

0K

hz

간격

10usec심볼폭의

역수

Cyclic Prefix – RF BW

FFT 구성의 예 (Guard Time 제외)

Serial

to

Parallel

Parallel

to

Serial

RF

12.5Mhz

BW

10Mbps

100Kbps

12

5K

hz

간격

8usec유효심볼 폭의

역수

2usec

FFT 구성의 예 (20% Guard Time 포 )

• Guard Time 값은 OFDM 시스템 대부분의 RF 현상에 지대한 영향을 미침

- RF BW, ACLR, PAPR, subcarrer tone 수, subcarrier 간격, 전류소모 …

• 충분히 큰 GT 값은 반사파에 많은 내성을 부여하지만 RF BW, PAPR, 모뎀 복잡도,전류소모 등의 증가를 필연적으로 유발시킴

• 너무 은 GT 값은 RF BW, PAPR, 모뎀 복잡도,전류소모 등의 증가를 방지할 수 있지만 반사파에 대한 내성이 감소

by 이상근27

셀반경 / subcarrier / ACLR의 상관관계

셀 경 송파 간 송파 개수Guard Interval 전류 모

셀 경 송파 간 송파 개수Guard Interval 전송속도

10Mbps125kHz

100개

12.5Mhz

10Mbps

GI 설정조건 => 20%

GI=2usec

high

ACPR

low

ACPR

GI

5u 20u

25usec40kbps

10Mbps

50kHz

250개

12.5Mhz

10Mbps

GI 설정조건 => 20%

GI=5usec

GI

5u 8u

10usec77kbps

7.7Mbps125kHz

100개

12.5Mhz

10Mbps

GI 설정조건 => 38%

GI=5usec

GI

2u 8u

10usec100kbps

low

ACPR

A

by 이상근28

WIFI RF 파형

LTE RF 파형

CDMA RF 파형OFDM RF 파형

부반송파 개수와

간격에 비례

RF 펙트럼 마 트

by 이상근29

결정된 GI값에 대 송파 간 송파 개수심볼내 GI 비율 전류 모

송파 간 송파 개수심볼내 GI 비율 전류 모

셀 경 송파 간 송파 개수Guard Interval 전류 모

셀 경 송파 간 송파 개수Guard Interval 전송속도

GI

2.5u 47.5u

50usec20kbps

9.5Mbps

21.05kHz

475개

10Mhz

q GI 설정조건 => 5%

8.0Mbps25kHz

400개

10Mhz

GI

10u 40u

50usec20kbps

q GI 설정조건 => 20%

심볼내 GI 율에 따른 OFDM 구조의 변화

by 이상근30

F0(100.0Mhz)1

5K

hz

간격

F1(100.015Mhz)

Tcp 4.7usec

(6.6% of symbol)

14ksps

66.6us(유효심볼구간)유효심볼

폭의 역수

71.3us(심볼구간)Guard Interval 유효심볼구간

FFT구간

mode 심볼 Tcp SC간격 Tcp 의비율 No of SC

Wibro Profile 1B(10Mhz)

102.9usec 11.4usec 10.93khz 11.1% -0.5dB 840/PUSC

850/FUSC

LTE Normal 71.3usec 4.7usec 15khz 6.6% -0.3dB 1200/20Mhz

Extended 83.3usec 16.7usec 15khz 20% -1.0dB 1200/20Mhz

MBSFN 166.7usec 33.3usec 7.5khs 20% -1.0dB 2400/20Mhz

LTE Cyclic Prefix (normal LTE 기 )

0.5msec 1개 slot 의 첫번째 심볼은 Tcp 5.2us,

FFT 구간 66.7us, 나머지 2번째~7번째 심볼은

Tcp 4.7us, FFT 66.7us 으로 구성됨

• OFDM 시스템의 성능 민감도, 허용되는 복잡도 등에 따라 심볼에서 Tcp 가 차지하는 비율(%)이 결정됨

- 비율에 의하여 subcarrer 수, subcarrier 간격, PAPR, RF BW 등이 결정됨

- 성능이 민감하지 않은 WLAN 의 경우는 20%, 성능이 민감한 LTE 는 약 6%

by 이상근31

• 셀 반경에 따른 CP 값의 정의, 초기 동기 시 SSC 에서 알려줌

• Normal 첫번째 심볼의 Tcp 값이 다른 것은 특별한 의미가 없음 (slot 시간에 일치)

LTE Cyclic Prefix lengths

15kHz

12

00개

/20

M

15kHz

12

00개

/20

M

7.5kHz

24

00개

/20

M

5.2u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u66.7u

71.9u 71.4u

Tcp

symbol

FFT inteval

16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u

83.4uTcp

33.3u 133.3u 33.3u 133.3u 33.3u 133.3u

166.6uTcp

normal

extended

MBMS

subframe 1msec

1slot

0.5msecframe 10msec

복잡도그대로, 속도 저하 (1/7저하)

속대 그대로, 복잡도 증가

by 이상근32

example) 평균 반사파 시간이 200ns 인 셀 환경에서 16QAM 변조기법과

1/2 딩율을 사용하여 20Mbps 를 전송하고 할 때 요구되는 대역폭과

subcarrier 의 개수는 ?

관련파라미터산출

• guard interval 은 delay spread rms 값의 4배 정도로 설정 => 800 ns

• guard interval 에 의한 심볼의 SNR 값 저하를 1dB 이내로 유지하기 위하여는 심볼 길이를

guard interval의 5배 이상이 되도록 설정 => symbol duration 4000 ns

• subcarrier 의 전송속도 는 symbol duration 의 역수 => 250ksps

• 심볼속도를 비트속도로 환산 하면

• 16QAM 은 4 bit / 변조심볼, 1 /2 coding rate 는 2bits 중 1bits 는 에러정정용 redundancy

• 250ksps x 4bit/심볼 x 1/2CC => 500kbps / subcarrier

• 20Mbps 를 전송하기 위하여는 40 개의 subcarrier 필요 ( = 20Mbps/500kbps)

• subcarrier 간격은 유효심볼구간(FFT 구간)의 역수 => 1/( 4000-800ns ) = 312.5 khz

• 20Mbps 를 전송하기 위하여 요구되는 전체 대역폭 => 312.5 khz x 40개 subcarrier =>

12.5 Mhz

OFDM 주요 파라미 계산의 예 [1]

F0

31

2.5

kh

z

간격

F1

Guard Interval

800ns

20Mbps

250ksps(500kbps)

3200ns유효심볼

폭의 역수

4000ns

40개

su

bc

arr

ier

/ 1

2.5

Mh

z

by 이상근33

• 802.11a 의 예

• 52 subcarrier (48 traffic + 4 pilot), 심볼주기 4usec, Tcp 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

• 최대 전송속도 = modulation_symbol_rate x ( no_of_data / modulation_symbol ) x

no_of_traffic_subcarrier x channel_coding_efficiency

= 250Ksps x 6bit x 3/4CC x 48개 = 54Mbps

F0

31

2.5

kh

z

간격

F1

54Mbps

250ksps(1125kbps)

3.2us유효심볼

폭의 역수

4us

48개

su

bc

arr

ier

/ 1

6.2

5M

hz

OFDM 주요 파라미 계산의 예 [2]

by 이상근34

rms delay spread

Guard interval = 31usec

rms_delay x 4

Symbol duration = 156usec

Mod_rate/subcarrier = 6.41kspsSubcarrier 간격 = 8kHz

# of subcarrier = 192 개 Data_rate/subcarrier = 9.6kbps

Max_data_rate = 1.84Mbps

허가된 RF BW : 1.536Mhz 6.41 x 2bit/mod_sym x ¾ coding rate

31 x (1/1dB)

1 / (156-31) 1 / 156

192 x 9.6

FFT interval

guard

interval

symbol duration

OFDM 주요 파라미 계산의 예 [3] - Euraka 147 DAB mode 3

GI 에 의한 심볼 에너지 저하를 1dB 이하로 제한 할 경우 GI 는 심볼 폭의 약 20%

Subcarrier 당 심볼속도는 심볼폭의 역수

QPSK(2bits/symol) 변조, 3/4 채널 딩율(4비트 중 1비트는 에러복원용) 적용

= 1.536Mhz/8khz

실제 정보가 전달되는 FFT 구간의 역수

보편적인 디지털 FM 방송의 셀 반경 내에서 평균적 반사파를 조사

대부분의 반사파는 평균반사파 시간의 약 4배 이내의 시간 안에 포 됨

by 이상근35

파라미터 산출근거 propile 1.A propile 1.B

a) 다중 접속 방식 OFDMA

b) Duplexing 방식 TDD

c) 대역폭 8.75 MHz 10 MHz

d) Over sampling ratio 8/7 28/25

e) Sampling frequency = c) x d) 10 MHz 11.2 MHz

f) FFT point 수 = j) / e) 1024

g) Subcarrier 주파수 간격 = 1/(j) 9.765625 kHz 10.9375 kHz

h) Effective 신호 대역폭 8.447 MHz 9.188 MHz

i)Data 부분 대비 cyclic prefix 비

율1/8

j) OFDMA data 부분 duration= l) – k)= l) – 0.5dB = 89%

102.4 us 91.4 us

k) OFDMA CP 부분 duration = l)의 0.5dB = 11% 12.8 us 11.4 us

l) OFDMA symbol duration = (j) + (k) 115.2 us 102.9 us

m) TDD 프 임 길이 5 ms

n) Subcarrier 개수= (c) / (g)-양쪽끝subcarrier – DC

PUSC 840개, FUSC 850개

o) TTG + RTG 161.6 us

p) TTG/RTG 87.2 / 74.4usec 105.7 / 60.0usec

q) OFDMA symbol 개수/프 임 = ((m)–(o)) / (l) 42 47

r) DL/UL 비율 27/15 29/18

Mobile WiMAX 물리계층과의 교

by 이상근36

• 와이브로 셀의 RMS delay spread 값 정의

• RMS dealy spread 의 4배 값으로 Tcp 설정

• Tcp 에의한심볼에너지저하를 0.51dB 이내로설정

• Tcp 는 전체 심볼구간의 11% (-0.51dB = 10 *

log((100-11)/100)) 에 해당

• 심볼주기는 115.2usec(=12.8*100/11)

• 유효심볼구간은 102.4usec(=115.2-12.8)

• 부반송파의 주파수 간격은 유효심볼 구간의 역수로 산출

되어 9.7656Khz (=1/102.4)

• 10Mhz 대역폭에서 양쪽 끝의 보호대역을 제외하고

9.7656Khz 로 나누면 864개의부반송파 개수가 산출

• 양 끝쪽과 한가운데 DC tone 을 제외하면 840개 부반송파

• 840 tone = 120개 pilot tone + 740개 data tone

• FFT 크기 = 유효심볼구간 / 샘플링주파수 = 1024FFT

• If Tcp 에의한심볼에너지저하를 0.26dB 이내로설정??

• Tcp 는 심볼주기의 5.88% (-0.26dB = 10*log((100-

5.88)/100) ) 에 해당

• 심볼주기는 217.6usec ( =12.8 x (100/5.88) )

• 유효심볼구간은 204.8usec ( = 217.6 – 12.8 )

• 부반송파 주파수 간격은 4.883Khz ( = 1/204.8)

• 따라서 주어진 주파수 폭 내에서 부반송파 개수는 두배

인 1728개가요구됨

• 부반송파의 심볼 전송율이 반으로 감소하였고 부반송파

개수가 두배로 증가하였기에 시스템의 최대 전송속도는

변화가 없음

• 결론적으로 0.51dB 로 설정시에 비하여 심볼에너지가

0.25dB 증가한대신부반송파의개수는두배로증가하

는복잡도발생

주요 파라미 의 산출 (8.75Mhz, PUSC 기 )FFT interval Tcp

symbol duration

• 심볼에서 차지하는 Tcp 의 비율(%)에 의하여 subcarrier 의 수가 결정됨을 설명

by 이상근37

CDMA - OFDM 교

by 이상근38

CDMA – OFDM 기술의 교

항 목 CDMA OFDM

전송 속도 ?? ??

셀간 간 Rake receive 에 의한 셀간간섭제거(상대적으로저속이기에가능)

상호간섭(무선망설계의어려움 )

전류 모 보통 높은전류소모

향링크 호간 통화 간상호간섭 통화 간간섭없음

MIMO 동작 불리 유리

사파에서의 초고속 데이터 전송

매우 복잡 리

음 쪽

음 쪽

by 이상근39

P-SCHS-SCH

CPICH

PCCPCH

SCCPCH

DCH

오버헤드 채널은

무통화시에도

기본적인 inner

cell interference

WCDMA

Idle time

기지국 바로 근처S/N<18dB

오버헤드 채널은

다른 부반송파, 다른 주파수,

다른 time slot

=> no inner cell interference

OFDM

SCH, RS, PBCH..

Idle time 기지국 바로

근처에서 S/N < 25dB

잡음과 반사파에 민감, 높은 전송속도

높은 변조 에 의 송 의 증대

OFDM 방식이 CDMA 방식에 비하여 근거리에서 더 높은 SNR 과 1.5배 더 높은 전송속도를 나타내는 근거를 설명

0o

90o

QPSK

0o

90o

8PSK

0o

90o

16QAM

0o

90o

BPSK

0o

90o

64QAM

변조방식 BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM

Required SNR >15dB >20dB

Bit/symbol 1bit 2bit 3bit 4bit 6bit

기 으 부 의 거리

( 송 )

CDMA

OFDM Other cell interference 에 취약

Inner cell interference 에 취약

64QAM

16QAM

QPSK

QPSK

Required SNR 은 ECR 조건에 따라 다소 다를 수 있습니다

by 이상근40

반 파의 대처 방법

기지국

반사파1

반사파2

반사파3

반사파4

반사파5

반사파6

반사파 ..

반사파 ..

반사파 ..

수신부OFDM 복조기

일정 시간 이내에 도 하는 반사파는 일괄 무시

저속에서는 바로 인접 반사파는 한 개

의 반사파로 처리하여도 OK !!

기지국

반사파1

반사파2

반사파3

저속 데이터

기지국

반사파1반사파2

반사파3

반사파4

반사파5

반사파6

반사파 ..

반사파 ..

반사파 ..

반사파에 민감한 고속에서는 바로 인접한

반사파도 별개의 반사파로 처리하여 !!

고속 데이터

데이터가 고속화 => 반사파 개수 급증 현상

=> rake receiver 개수 급증 => 구현의 비현실성

수신부

복조기1for 반사파1

복조기2for 반사파2

복조기3for 반사파3

rake receiverCDMA

반사파들을 개별 수신 처리

복조기1

수신부복조기2

복조기3

CDMA

수 ,수백개의 반사파들을 개별 처리 ???

by 이상근41

방식 병렬 부반송파 갯수 최고 속도

와이브로(PUSC) 840개 ~ 30Mbps

무선랜 56개 ~ 54Mbps

유럽형 디지털 TV 1075 ~ 6817개 ~ 32Mbps

지상파 DMB 192 ~ 1536개 ~ 1.8Mbps

ADSL 256개 ~ 8Mbps

VDSL 2783개 ~ 52Mbps

LTE (20Mhz 기준) 1200개 100Mbps ~

OFDM 을 기법을 용하는 시 템 방 별 특징

데이 증 에 따른 복잡 의 변화

OFDM 과 CDMA

데이터 속도

복잡도CDMA기술

OFDM기술

현재내일,모래

by 이상근42

CDMA – OFDM 기술의 교

항 목 CDMA OFDM

전송 속도 ?? ??

셀간 간 Rake receive 에 의한 셀간 간 제거( 대적으로 저속이기에 가능)

호 간 (무선망 계의 어려움 )

전류소모 보통 높은 전류소모

상향링크 상호간섭 통화 간 상호간섭 통화 간 간섭 없음

MIMO 동 불리 유리

반사파에서의 초고속 데이터 전송

매우 복잡 유리

음 쪽

by 이상근43

써킷 송 & 패킷 송

Broadcasting channelsystem

단방향패킷전송(FACH)

thin pipe

dedicated channel

circuit switch

fat pipe

shared channel

packet switch

LTEWCDMA/HSPA

fat pipe

shared channel

packet switch

by 이상근44

OFDM 무선망 셀 경계에 의 저하 문제점

음성

음성 음성

음성

WCDMA

shared 채널LTE,

HSDPA 제어신호고속데이터

제어신호

제어신호 제어신호고속데이터

제어신호고속데이터

제어신호고속데이터

j

k

l

j

k

l

m

j

k

셀경계에서의 유지

용 효율성 증대

셀 경계에서의 화

• LTE 는 모든 종류의 신호를 굵은 파이프에 해당하는 shared 채널을 통하여 전송 => 소프트 핸드오버 비효율 => 항상 한

쪽 기지국 신호만 수신하는 하드핸드오버만 지원 => 셀 경계에서의 저하의 문제점

by 이상근45

CDMA – OFDM 무선망 최적화

20dB(1/100), ?

WCDMA

WCDMA

WCDMA

, =>

WCDMA

WCDMA

WCDMA

최적화

OFDM

OFDM

OFDM

OFDM

OFDM

OFDM

최적화최적화

• 셀 중첩지역에서 저하의 문제점 => 셀 중첩 최소화 => 불특정 다수 건물내 의 문제점 => CDMA 대비 복잡한 현장 최적화 필요

• 불특정 다수 건물내 을 위하여 필연적 셀의 과도한 중첩이 요구됨 => 셀 중첩지역의 저하는 소프트 핸드오버에 의하여 만회 가능,

• 과도한 핸드오버에 의한 용 효율성 저하 => 추가 투 유발

by 이상근46

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

F1

간 호간섭

이 ( FRP3 )

이 의 획기적인 셀간 간섭 제거

기본적인 OFDM 이동통신 주파수 구조

F1 F2 F3

10MHz

2.33GHz 2.36GHz

F1 tone

F3 tone

F2840 tone

F1840 tone

F3840 tone

F2840 tone

F1840 tone

F3840 tone

F2840 tone

F1840 tone

F3840 tone

F2840 tone

F1840 tone

F3840 tone

F2840 tone

840

840840tone 840tone 840tone

FFR, ICIC, CoMP …주파수여유채널이없는 LTE 에서는? => FFR, ICIC, CoMP (뒤의 LTE 장에서…)

10Mhz/600tone

20Mhz/1200tone

• FRP3(Frequency Reuse Planning 3) => 서비스 초기의 여유 주파수 채널을 이용하여 섹터 및 셀간 각기 다른 주파수 채널 설정

=> 셀간 간섭 없음 => 와이브로의 획기적 성능 향상 (2010 10월)

• 여러 개의 주파수 채널을 사용하는 FRP3 무선망 설계는 가입 가 적은 서비스 초기의 임시방편

• 여유 주파수 없는 LTE 에서의 적용 불가 => 셀간 간섭 문제 해결은 중요한 숙제 !! => 무선망 최적화의 최대 이슈

와이브로 FRP3

by 이상근47

셀간 간섭 최소화를 위 FFR

알파

280개

타

280개

감마

280개

셀 중 840개

알파

280개

타

280개

감마

280개

셀 중 840개

알파

280개

타

280개

감마

280개

셀 중 840개

FFR (Fractional Frequency Reuse)

PU

SC

84

0개

to

ne

알파

12

0개

타

44

0개

감마

18

0개

알파섹터

280개 tone

타섹터

280개

tone

감마섹터

280개 tone

알파섹터

280개 tone

타섹터

280개 tone

감마섹터

280개 tone

알파섹터

120개

tone

타섹터

440개

tone

감마섹터

180개

tone

PUSC (Partial Usage of SubCarrier)

모든 셀에서 동일한 1FA 에 의한 무선망 계 기준

통화용량 저하!!

• 인접 셀에 영향을 미치지 않는 셀 근처의 통화 들에게는 저출력으로 모든 부반송파 사용, 셀 끝 락은 상호 간섭이 없도록 부반송파를

1/3씩 나누어 사용

by 이상근48

ICIC (Inter Cell Interference Coordination)

출력 ,

, ,

X2 인터 이스

기지국간 상호 연동에 의하여 셀경계에서의 상호 간섭이 최소화 되도록 통화 원(부반송파,출력) 사용 방법에 대하여 협의하는 절차

by 이상근49

셀 경계에 의 Multi Cell MIMO (CoMP)

precoding

… 8,7,6,5,4,3,2,1 data

… 8,6,4,2 10Mbps 1,3,

5,7 ...

10Mbps

20MbpsRNC

… 4,3,2,1 data

… 4,3,2,1 1,2

,3,4…

Soft Handover

• OFDM 의 단점은 셀간 간섭의 문제점 => 셀 경계에 위치한 단말이 양쪽 기지국을 짝짓기

하여 마치 한 개의 MIMO 기지국 처럼 동 시킴으로서 셀경계에서 오히려 데이터 속도를

증대시키는 기술,

• LTE 무선망 최적화의 최대 이슈, 구현의 어려움 예상

LTE CoMP

by 이상근50

CDMA – OFDM 기술의 교

항 목 CDMA OFDM

전송 속도 ?? ??

셀간 간섭 Rake receive 에 의한 셀간 간섭 제거(상대적으로 저속이기에 가능)

상호 간섭(무선망 설계의 어려움 )

전류 모 보통 높은 전류 모

상향링크 상호간섭 통화 간 상호간섭 통화 간 간섭 없음

MIMO 동 불리 유리

반사파에서의 초고속 데이터 전송

매우 복잡 유리

음 쪽

by 이상근51

f1

f2

f3

f4

f1+f2+f3+f4

f1+f2-f3-f4

OFDM 기본구조에의한 필연적인높은 피크파 발생

Serial

to

Parallel

Parallel

to

Serial

f1

f2

f3

f4

T (symbol duration)

OFDM 의 높은 PAPR

PAPR (Peak to Average Power Ratio)

더 높은 출력의 앰프 필요 => 전류소모증가

=> PAPR 만큼의 업링크 커버리지축소

LTE 의 선택 => SC-FDMA (not OFDM)

OFDM SC-FDMADL UL

by 이상근52

CDMA – OFDM 기술의 교

항 목 CDMA OFDM

전송 속도 ?? ??

셀간 간섭 Rake receive 에 의한 셀간 간섭 제거(상대적으로 저속이기에 가능)

상호 간섭(무선망 설계의 어려움 )

전류소모 보통 높은 전류소모

향링크 호간 통화자간 호간 통화자간 간 없음

MIMO 동 불리 유리

반사파에서의 초고속데이터 전송

매우 복잡 유리

음 쪽

by 이상근53

CDMA

HSDPA

HSUPA

OFDM

통화 신호간의 직교성

• 직교성은 통화 간의 상호간섭이 없음을 의미, 다운링크에서 OFDM 의 우수성, 업링크에서 HSUPA 의 한계성, OFDM 의 우수성을 설명

무 위로 송신하는 업링크 신호들에 대하여 기지국에

서 강제로 각 통화 들의 송신 타이밍을 제어하여 기

지국 도 시에는 일치된 시간으로 도 => 완벽한

직교성 확보 => OFDM 의 대표적 장점

by 이상근54

OFDM

상호 간섭 없음

CDMA – OFDM 하향링크 직교성 교

• 통화 들이 동일한 주파수 대역에서 각기 다른 왈쉬 드를 사용하는 CDMA 방식은 이론적으로는 상호 간섭이 없으나 (orthogonal,

직교성) 반사파에 의한 현실에서는 상호간섭으로(nonorthogonal, 비직교성) 용

• 통화 들이 각기 다른 부반송파 주파수 대역을 사용하는 OFDMA 방식에서는 이론적, 현실적으로 상호 간섭이 없음

=> 더 높은 데이터 속도, 데이터 용 이 가능 을 의미

WCDMA

직교성,

상호 간섭 없음 상호 간섭

walsh code 1

walsh code 2

walsh code 128

직교성 상실

by 이상근55

상향링크 통화 신호간의 간섭제거

m1 m1 m1m2 m2 m2 m2m3 m3 m3 m3

수신세기

freq offset => ICI, subcarrier 간 간섭증가

수신 차이 => ICI, subcarrier 간 간섭증가

subcarrier

subcarrierm1 m1 m1 m1m2 m2 m2 m2m3 m3 m3 m3

수신세기

Ranging/Timing AdvanceRanging/Timing Advance

• 무 위 분포하는 단말들로 부터의 신호들이 기지국에 도 할 때 일치된 시간에 도 하도록 단말의 송신 타이밍을 일일이 제어

• 업링크 통화 간에 상호간섭이 발생하는 CDMA 대비 상호간섭이 없는 OFDM 의 대표적 장점

• 전원을 켤 때, 주기적으로, 핸드오버 시… 수시로 시행하는 OFDM 방식에서 매우~ 매우~ 중요한 절차

수신세기

심볼

Nonorthogonal !! 간 호간섭

m3

m1

m2

3usec

5usec

8usec

수신세기

심볼

Ranging 제어

(송신 이 ,주파수,출력)

Orthogonal !! 간 간섭

m1

m2

m3

8usec

8usec

8usec

3usec delay 추가

5usec delay 추가

수신심볼 간

시간 일치!!

by 이상근56

CDMA – OFDM 기술의 교

항 목 CDMA OFDM

전송 속도 ?? ??

셀간 간섭 Rake receive 에 의한 셀간 간섭 제거(상대적으로 저속이기에 가능)

상호 간섭(무선망 설계의 어려움 )

전류소모 보통 높은 전류소모

상향링크 상호간섭 통화 간 상호간섭 통화 간 간섭 없음

MIMO 동작 불리 유리

반사파에서의 초고속 데이터 전송

매우 복잡 유리

음 쪽

by 이상근57

MIMO 의 조건 비교

충분한 사파 OFDM = CDMA

높은 수신신호 품질 (직교성) OFDM > CDMA

구현의 현실성 OFDM > CDMA

향링크 virtual MIMO 구현( Timing Advance )

OFDM > CDMA

MIMO 의 동작 조건

by 이상근58

CDMA – OFDM 기술의 교

항 목 CDMA OFDM

전송 속도 ?? ??

셀간 간 Rake receive 에 의한 셀간간섭제거(상대적으로저속이기에가능)

상호간섭(무선망설계의어려움 )

전류 모 보통 높은전류소모

향링크 호간 통화 간상호간섭 통화 간간섭없음

MIMO 동작 불리 유리

사파에서의 초고속 데이터 전송

매우 복잡 리

by 이상근59

다중 안테나 기술의 개요

by 이상근60

1 11 12 1 1

2 21 22 2 2

y h h x n

y h h x n

y H x n

-1 1 , (A , 1) :

( ) : ,

( 1) : 1

:

T

T

Inverse matrix reciprocal matrix A A

Transpose matrix A

Orthogonal matrix A A transpose

Diagonal matrix

자신과 곱하여1이되는 행렬

행과 열의위치를 바꾼 행렬 전치행렬

자신과 자신의 행렬을 곱하였을 때 이되는 행렬

대각 성분외에는*

0

( , ):

( , ): , ,

, :

H T

Conjugatematrix A A conjugate

Transpose conjugate matrix A A conjugate Herimitian matrix

Unit matrix Identity matrix

Unita

모두 인행렬

복소수를 시킨행렬,컬레행렬

시키고 행과 열을 위치를 바꾼 행렬 전치컬레행렬

대각 성분이 1이고 나머지는 0인행렬

H H

( 1) : 1 ,

: , 1

:

( ,A=UD V ): U,V

Hry matrix A A transpose conjugate

Singular matrix Rank

Rank Index RI

Singular Value Decomposition SVD

자신과 자신의 행렬을 곱하였을 때 이되는 행렬

역행렬이 불가한 행렬 가 인행렬

일차 독립적인행의수

행렬을 두개의직교행렬 과 1 D

, (AX= X) : X A X ,Eigenvalue Eigen Vector eigenvector eigenvalue

개의대각행렬 로 분해하는 기법

벡터 에선형변환 행렬 를 곱하면 에 를 곱한 결과와 동일 고유치

x1

x2

h11

h12

h21

h22

n1

n2

1 11 1 12 2y h x h x

2 21 1 22 2y h x h x

안테 이해를 위 선형대 학 기

• 다중안테나의 기본원리는 대부분 선형대수학에서 출발, 따라서 선형대수학에 대한 최소한의 이해가 요구됨

by 이상근61

MRC Rx diversity

4%

20%시간

수신세기

20%

closed loop Tx diversity ( MRC Tx diversity )

10watt

10watt

Open loop Tx diversity

10watt

10watt

20watt

SISO

SNR 3dB 저하

SNR 저하 보상

Antenna diversity

3GPP2 : OTD

3GPP : STTD(STBC) => SFBC

Wimax : STC

by 이상근62

STBC, SFBC

• STBC(Space Time Block Coding) : 시간 축 상에서의 반복 전송 Diversity

• SFBC(Space Frequency Block Coding) : 주파수 축 상에서의 반복 전송 Diversity

• Open loop Tx diversity 에서는 모두 Alamouti Coding 을 사용

SpaceAalmouticoding...b3 b2 b1 b0

...b3 b2 b1 b0

...-b2 b3 b0-b1

STBC

같은 data 의 반복전송

Time* * * *

Space

Freq

...b3 b2 b1 b0

SFBC

...b3 b2 b1 b0

OFDM

Tx_A

Tx_B

Tx_A

Tx_B

같은 data 의 반복전송

...-b2 b3 b0-b1* * * *

Alamouticoding

by 이상근63

Alamouti coding

• Tx_B 로 송신되는 심볼 두개 씩 묶어 순서 변경 & 부호 변경 & conjugate 시켜 전송

=> 채널특성을 unitary matrix 형태로 표현 가능 => 수신단에서의 Tx_A,B 송신 신호 분리 용이

• unitary matrix : 신과 신의 herimitian (conjugate transpose) 행렬을 곱하면 1이 되는 행렬

• 모든 open loop tx diversity 의 기본 개념

• SVD-MIMO 의 precoding 개념으로 확장

• 위의 그림에서는 편의상 잡음항을 생략하여 표현

A : A

= A A 1

H

H

conjugate transpose matrix of

unitary matrix

8-235,3-92

Alamouti

coding

6 5 4 3 2 1 0.... , , , , , ,x x x x x x x x

3 2 1 0....( , ), ( , )x x x x

0

1

h

h

0 00 1

* ** *1 01 1

Hr xh h

r xh hr x

HHx r

unitray matrix

*

0 0 1 10

*1 1 0 0 1

h x h xrr

r h x h x

* * * *

2 3 0 1....( , ), ( , )x x x x

by 이상근64

High speed data transmission

4G required level (100M~1Gbps)

How to ??

fading 활용 기술

• MIMO !!

fading 극복 기술

• rake receiver• OFDM• MRC, STC

We hate fadings

We love fadings

Evolution is not enough.We need 역발상 !!

Shannon’s limitno fading enviroment limit

~20Mbps

throughput,performance

time, technology

CDMA,WCDMA

HSPA.WiBro

4G

LTE

복조기1for 반사파1

복조기2for 반사파2

복조기3for 반사파3

rake receiver

CDMA

Seri

al

to

Par

alle

l

Par

alle

l

to

Ser

ial

f0

f1

fk

RF

, 반 파 취

저 , 반 파 강함

OFDM

MRC

...1,2,3,4

STC

...4,3,2,1

...4,3,2,1

by 이상근65

1 11 12 1 1

2 21 22 2 2

y h h x n

y h h x n

y H x n

x1

x2

h11

h12

h21

h22

n1

n2

y1

y2

MIMO의 기본 념

MIMO 용 증대 = Min(송신,수신안테나개수)

• 충분한 반사파 & high SNR

=> 수신단에서 각각의 전파경로 역추정 가능

=> 송신 A,B 에 각기 다른 데이터 송신

=> 데이터 속도 선형적 증가

• 직접파 & low SNR

=> 각각의 전파경로 동일 특성

=> 각각의 전파경로 추정 불가

=> 송신 A,B 분리수신 불가

=> MIMO 동 불가

by 이상근66

STC & SM-MIMO

송신A

송신B

신A

신B

… -4*,3,-2*,1

… 3*,4,1*,2

10Mbps

10Mbps

송 10Mbps

반 파

송신A

송신B

신A

신B

… 7,5,3,1

… 8,6,4,2

10Mbps

10Mbps

송 20Mbps

SM-MIMO

pre

co

din

g

· SVD(Singular Value Decomposition) => SVD-MIMO

수신단에서 송신신호 분리를 도와주기 위한 최적의 precoding matrix 추출 기법

사전 정의된 code book 에 의한 Precoding 설정 정보 최소화 => PMI

CQI, PMI, RI

STC 성능 선

용량 선

• CQI (Channel Quality Indicator) : AMC 를 위한 단말의 전파상태 정보

• PMI (Precoding Matrix Index) : 전파경로의 분리에 도움이 되기 위하여 송신단에서 처리를 희망하는 precoding 인덱스 정보

전체 대역폭에 대하여 한 개의 PMI 로 또는 대역폭을 쪼개어 여러 개의 PMI 로 구성될 수도 있음

• RI (Rank Index) : 반사파에 의한 전파경로의 분리도

각각 다른 심볼 위치에서의 파이롯 송신

by 이상근67

Rank Index

2 6

1 3H =

RI = 1

H-1

= (2x3-6x1)

1 3 -6

-1 2역행렬 불가

H = 2 -3

-6 3

RI = 2

1 2 3

4 5 6

5 7 9H =

RI = 2• 일차 독립적인 행(또는 )의 개수

• 가우스 소거법에 의한 산출

• Rank=1 은 역행렬 산출이 불가한 경우

• SM-MIMO 동 의 조건을 나타내는 중요한 지표

by 이상근68

수신A = 0.3x송신A + 0.0x송신B

수신B = 0.0x송신A + 0.2x송신B

송신A

송신B

신A

신B

… 7,5,3,1

… 8,6,4,2

10Mbps

10Mbps

송 20Mbps

0.3

0.2

0.0

0.0

이상적인 MIMO 환경

• MIMO 에서 대각행렬의 의미를 설명

• MIMO 송수신기를 각각 동축선으로 연결시 대각행렬 채널특성에 의한 완벽한 MIMO 기능 확인 가능

by 이상근69

Precoding 을 위 채널 특성의 분해 (SVD)

V,W : unitary matrix

VHV, W

HW = 1

VH

: conjugate transpose matrix

D : diagonal matrix

수신단에서의 채널 행렬 H 산출

채널 행렬 H 를 orthogonal 행렬 W,V 와

diagonal 행렬 D 로 분해 (Singular Value

Decomposition)

수신단에서 postcoding W x WH => 1

송신단에서 precoding VH x V => 1

PVI 에 의한 precoding 행렬 정보 피드백

대각행렬에 의한 송수신A,B 간의 직교성 확보

대각행렬의 구성요소에 의한 채널특성 변화

=> AMC 에 의한 link adaption

송신A

송신B

신A

신B

H

송신A

송신B

신A

신B

DW VH

eigen

va

lue

De

igen

va

lue0 0

0

0

0

0

송신A

송신B

신A

신B

AMC

CQI

DW VH

eigen

va

lue

WHV

신A

신B

송신A

송신B

PVI

by 이상근70

CQI (Channel Quality Indicator)

CQI index 변조기법 효코딩율

RE 당 송 트

1 QPSK 0.076 0.152

2 QPSK 0.117 0.234

3 QPSK 0.188 0.377

4 QPSK 0.301 0.602

5 QPSK 0.438 0.877

6 QPSK 0.588 1.176

7 16QAM 0.369 1.477

8 16QAM 0.479 1.914

9 16QAM 0.602 2.406

10 64QAM 0.455 2.730

11 64QAM 0.554 3.322

12 64QAM 0.650 3.902

13 64QAM 0.754 4.523

14 64QAM 0.853 5.115

15 64QAM 0.926 5.555 5-125

channel coding

CRC,segmentation

ratematching

Transport Block

from MAC

Effective

Coding

Rate

modulation

by 이상근71

Link Adaption

Tx power

power control

time

Eb/No

time

tx_pwr

time

Eb/No

power control

Tx power

power control

time

Eb/No

time

rate

time

Eb/No

AMC

전력제어에의한균일한수신 유지

Rate control 에의한균일한수신 지유지

나는 알아요, 누가 전파상태가 좋고 누가 나쁜지

속도보다 잡음의 내성을 강조한 변조기법을 그리고속도보다 잡음의 내성을 강조한 채널코딩을 적용

전파상태 보고는 필수!!일초에 수백번 보고!!

잡음의 내성보다 속도를 강조한 변조기법을 그리고잡음의 내성보다 속도를 강조한 채널코딩을 적용

by 이상근72

R1

Tx0

Tx1

Tx2

Tx3

Tx0

Tx1

2x2 MIM

O

4x4 MIMO

Tx1 으로만 전송되는 RS(Pilot)

D 모든 Tx 경로로 전송되는 데이터 심볼

D

D

D

D

R0

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

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D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

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D

D

D

D

D D

D

D

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D D

D

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D D

D

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D

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D D

D

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D D

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D D

D

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D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

D

D

D

D

R0

D D

D D

D

D

D

D

D D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R2

R2

R2

R2

R3

R3

R3

R3

symbol

su

bca

rrie

r

LTE MIMO Ref Signal 송구조

• Tx port 별 RS(pilot) 신호의 겹침이 없도록 배 • Tx port 별 data 신호는 겹치도록 배 • 3rd,4th Tx RS density 가 낮음에 유의

by 이상근73

반 파에 대 이동통신 기술의 진화

SM MIMO STC Beam Forming

적합한무선환경 다중반사파환경,

좋은수신전파상태

기지국근처

나쁜수신전파상태

셀끝부분

반사파가적은환경

않좋은수신전파상태

무선망설계 도심, 건물내환경,

최적의환경 => 무선랜

도심, 비도심 시골, 비도심환경

무선망진화에따른적용

SM MIMO, STC, BF 의 선택적동 이요구됨, Adaptive MIMO Switching

Mobile Wimax 에서필수사항

2x2 MIMO 유무선공유기 3x3 MIMO 유무선공유기

안테

1

안테

2

안테 3

MIMO 노트북

...d,f,g,s

BF

by 이상근74

성능증가

MIMO-SM

STC

SNR

AMS

AMS (Adaptive MIMO Switching)

CQI (Channel Quality Index)PMI (Precoding Mapping Index)RI (Rank Index)

STC

SM-MIMO MIMO

preffered

area

STC preffered area

..8,7,6,5,4,3,2,1Tx_A

Tx_B

..7,5,3,1

..8,6,4,2

..-4*,3,-2*,1

..3*,4,1*,2

• 통화 개별적인 전파상태의 조건에 따라 MIMO 또는 송신 안테나

다이버시티 기술로 동 => 일초에 수백번 변화

• 대체로 기지국 근처는 속도를 올리기 위한 MIMO 기술로 동 , 기

지국 끝 락은 성능을 보완하기 위한 송신다이버시티 기술로 동

by 이상근75

SM-MIMO : 하향링크, real MIMO

CSM MIMO : 상향링크, 두개 단말이 한 개의 단말처럼 동 하는 가상의 MIMO, Cooperative …

양 MIMO 기법

• OFDM 기술의 최대 단점을 전류소모가 매우 높음 => 상향링크 MIMO 를 위하여 휴대폰 내에 두개의 OFDM 송신 앰

프 내장은 현실적 불가능 => 가상의 MIMO 구현의 필요 (표준이 아닌 구현의 이슈)

• CSM-MIMO 는 단말의 상향속도를 증가시키지 못하며 기지국의 수신 total throughput 을 증가시킴

• UL multiuser MIMO, virtual MIMO, SDMA(Spatial Division Multiple Access) 다양한 명칭

단말A 단말B

단말A

단말B

심볼B심볼A

시간

부반송파

ranging, timing advance ...

CSM-MIMO

가상의 한 개 단말 with MIMO

단말A 단말B부반송파

단말A

단말B

심볼B

심볼A

시간

부반송파

no MIMO

by 이상근76

양 MIMO 기법 (1)

Horizontal MIMO : layer 전체 동일 채널 딩, 동일 AMC

Vertical MIMO : layer 별 개별 채널 딩, 개별 AMC, Multiuser MIMO 에서 필수

Single user-MIMO Multi user-MIMO

채널 딩

/ 변조precoding

subcarrier

mappingIFFT

data

채널 딩

/ 변조

subcarrier

mappingIFFT

Horizontal-MIMO

채널 딩

/ 변조precoding

subcarrier

mappingIFFT

data

subcarrier

mappingIFFT

vertical-MIMO

Single User MIMO : 한 순간에 한 통화 와 MIMO 접속

Multiuser MIMO : layer 별 개별 통화 들과 다중 접속 가능

by 이상근77

양 MIMO 기법 (2)

Open Loop MIMO

Closed Loop MIMO : 송신측 precoding 에 의하 채널 분리도 향상,

RI(Rank Index), PMI(Precoding Matrix Index) 피드백, SVD 기법 for precoding matrix selection

Open loop-MIMO

AMS /

precoding

RI,PMI

closed loop-MIMO

by 이상근78

셀 경계에 의 Multi Cell MIMO (CoMP)

precoding

… 8,7,6,5,4,3,2,1 data

… 8,6,4,2 10Mbps 1,3,

5,7 ...

10Mbps

20MbpsRNC

… 4,3,2,1 data

… 4,3,2,1 1,2

,3,4…

Soft Handover

• OFDM 의 단점은 셀간 간섭의 문제점 => 셀 경계에 위치한 단말이 양쪽 기지국을 짝짓기

하여 마치 한 개의 MIMO 기지국 처럼 동 시킴으로서 셀경계에서 오히려 데이터 속도를

증대시키는 기술,

• LTE 무선망 최적화의 최대 이슈, 구현의 어려움 예상

LTE CoMP

by 이상근79

Non CDD system CDD system

burst freq selective fading scattered freq selective fading

OFDMtime

delay

add

CP

DAC

/RFdata

add

CP

DAC

/RF

time

delay

add

CP

DAC

/RF

CDD (Cyclic Delay Diversity)

• 주파수 영역에서 burst 이딩을 scattered 이딩으로 분산시킴,

• 주파수 영역에서의 인터리빙 효과 => 채널 딩 효율성 증대

by 이상근80

MIMO 의 현실성

1) 철탑 안테나 구조의 변화

MIMO 를 위하여더 많은안테나의요구는민원증강에의한무선망설계의어려움발생

2) 중계기 구조의 변화

통화하는전파의 60% 이상은중계기를거친전파

기존의중계기는어떻게할 것인가?

3) 휴대폰 안테나 구조의 변화

은휴대폰내에 여러개 안테나내장의어려움

휴대폰을잡고 있는손에의한내장안테나간의간섭증가

by 이상근81

2X2 MIMO4X4 MIMO

MIMO 의 현실성 (기 안테 )

• 아무리 MIMO 가 좋은 기술이라도 안테나 철탑의 개조는 민원발생의 어려움

• 기존 안테나 철탑 구조에서 2X2 또는 4X4 MIMO 지원에 문제가 없음을 설명 (dualpole 안테나 기준)

• 이외에 이동통신 커버리지의 50% 이상을 차지하는 중계기도 MIMO 의 걸림돌 => 중계기 산업의 사향

by 이상근82

기지국 RF중계기

2X2 MIMO

기지국

2X2 MIMO RF중계기 ??

Tx_A

Tx_B

Tx_A+B

Tx_A+B

EOC

EOC

2X2 MIMO

기지국

2X2 MIMO 광중계기

Tx_A

Tx_B

Tx_A

Tx_B

EOC

EOC

기지국

광중계기

• 2 Tx 광중계기 : 완전한 MIMO 지원, 가격 상승

• 2 Tx RF 중계기 : 매우 부분적 MIMO 지원

• MIMO 기능 지원여부와 상관없이 중계기는 통화용

증대 효과는 없고 커버리지 확대만 가능 => 도심 구간

에서의 급격한 퇴조

MIMO 의 현실성 (MIMO 계기)

by 이상근83

반파장 이상(6~7cm 이상 @ 2.1Ghz)

RxA / Tx

RxB

MIMO 의 현실성 (휴대단말의 MIMO 안테 )

• 휴대단말 주변의 복잡한 반사체에 의한 Angular spread 효과에 의하여 안테나간의 이격 거리가 기지국에 비하여 매우 짧아도 됨을

설명, 기지국에서는 주변 반사체가 없기에 두개 안테나간 거리 1~2meter 이격 필요

• 휴대단말을 손에 쥐었을 때의 두개 안테나 간의 상관관계 증가 문제점 해결이 매우 중요 => 앞으로의 중요한 숙제

• 4X4 MIMO 지원을 위한 4개 안테나 내장은 휴대단말에서는 오랬 동안 비현실 예상

• 하향링크는 진짜, 상향링크는 가짜 MIMO => 2개의 Rx, 1개의 Tx 안테나 내장

by 이상근84

HSPA+

by 이상근85

3G/UMTS 를 향 GSM 의 진화

wcdma 진화에 따른 최 의 변화

WCDMA 표 화의 흐름

동기 방 의 진화

ED

GE

GSM

AMR

ED

GE

GP

RS

HS

DP

A/H

SU

PA

WC

DM

A통화

용

데이터 전송속도

HS

PA

+

LT

E

하향링크 최고속도(단말기 수신기준)

상향링크 최고속도(단말기 송신기준)

2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 2008년~ 384K

~ 128K 1~2M 3~4Mbps

1.8M 10Mbps3.6M 7.2M

WCDMA HSDPA

HSUPA

2009년 2010년

표준 규격 표준 완성 주요 내용

Release 99 (R99)

1999년 말 최초의 WCDMA 표준규격

Release 4 2001년 초 중국 TD-SCDMA 의 표준에의 추가고음질 음성통화 기능 및 RoHC 추가

Release 5 2002년 초 HSDPA, IMS 기능 추가

Release 6 2004년 말 HSUPA, HSDPA 기능 개선, MBMS, WLAN 연동

Release 7 2007년 초 HSPA+MIMO,CPC, 64QAN/16QAM ...

Release 8 2008년 말 LTE, SAE, HSPA+ 보완OFDMA, MIMO

by 이상근86

기 송신 이론적 최 단말 신 이론적 최

EVDO revision 0 : 2.4MbpsEVDO revision A : 3.2Mbps

HSDPA : 14.4Mbps

EVDO revision 0 : 2.4Mbps

Mobile Category 1~2 HSDPA : 1.2Mbps

Mobile Category 3~4 HSDPA : 1.8Mbps

Mobile Category 5~6 HSDPA : 3.6Mbps

Mobile Category 7~8 HSDPA : 7.2Mbps

Mobile Category 9 HSDPA : 10Mbps

Mobile Category 10 HSDPA : 14.4Mbps

EVDO revision 0 : 3.2Mbps

HSDPA/HSUPA Mobile Category

HSDPA/HSUPA mobile category 에 따른 송수신 최고 속도의 정의를 설명한다

기 신 이론적 최 단말 송신 이론적 최

EVDO revision 0 : 153kbpsEVDO revision A : 1.84Mbps

HSUPA : 5.76Mbps

EVDO revision 0 : 153kbps

Mobile Category 1 HSUPA : 0.72Mbps

Mobile Category 2~3 HSUPA : 1.45Mbps

Mobile Category 4~5 HSUPA : 2.9Mbps

Mobile Category 6 HSUPA : 5.76Mbps

EVDO revision A : 1.84Mbps

by 이상근87

HSPA+ 에 대 양 시각

HSPA+ => ( 향상 + CPC for VoIP )

HSPA+

by 이상근88

q 하향링크 2 x 2 SM MIMO

하향링크피크전송속도 2배증가

OFDM 대비, TDD 대비 MIMO 구현의어려움

q 하향링크 64QAM 추가

기존 16QAM 에 비하여피크전송속도 1.5배증가

매우높은 SNR 이 요구됨

하향링크 2FA Aggregation

2개 FA 연동에의한전송속도 2배증가

통화용 증대에는기여하지못

q 상향링크 16QAM 추가

기존 complex BPSK 에비하여피크전송속도 2배증가

매우높은 SNR 이 요구됨, PAPR 증가

...k,j,a,w

...d,f,g,s

SM-MIMO

HSPA evolution [HSPA+] 피크 증

변조방식 BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM

Bit/변조심볼 1bit 2bit 3bit 4bit 6bit

0o

90o

QPSK

0o

90o

8PSK

0o

90o

16QAM

0o

90o

BPSK

0o

90o

64QAM

잡음과반사파에민감, 높은전송속도

by 이상근89

UE

현실에서는

최고속도 변조 64QAM 추가 (1.5배)

최고속도 변조 16QAM (14.4Mbps)최고속도 변조 16QAM 추가 (2배)

변조기법 complex BPSK (5.7Mbps)

2FA Aggregation (2배)

2x2 MIMO 추가 (2배)

Max throughput HSPA (R5,R6) HSPA+ (R7) HSPA+ (R8)

DL14.4 Mbps

(SIMO,16QAM)

28.8 Mbps

+ 2x2 MIMO

43.2 Mbps

+ 64QAM

UL5.76 Mbps

(Complex BPSK)11.52 Mbps

+ 16QAM11.52 Mbps

by 이상근90

없음 2X2 MIMOx2

16QAM 64QAMx1.5

MIMO 적용

변조 기법

HSDPA HSPA+

14.4M 43.2Mbps x3최고 속도

Comp BPSK 16QAMx2변조 기법

HSUPA HSPA+

5.7M 11.4Mbps x2최고 속도

16QAM 64QAMx1.5변조 기법

HSDPA HSPA+

14.4M 21.6Mbps X1.5최고 속도

론 현실

WCDMA 의 마 막 몸부림 HSPA+

아마 … 향후

by 이상근91

HSDPA / HSUPA 동작에 필요 채널들

Node B

HS-PDSCH ( data)

HS-SCCH (h-ARQ 정보,변조정보, 코 정보…)

HS-DPCCH (h-ARQ 응답, CQI)

DPDCH (제어신호,저 써킷 data) / DPCCH ( 력제어, 파이롯,TFCI)

DPDCH (제어신호,저 써킷 up to 64Kbps data)

DPCCH ( 력제어,파이롯,TFCI)

E-HICH (H-ARQ 응답) / E-RGCH (E-DCH 제어)

E-AGCH (E-DCH 최 정)

E-DPDCH ( 데이 , SI)

E-DPCCH (E-TFCI, RSN, happy bit)

UE

q HS-SCCH less operation

HS-SCCH 없이 HSDPA 동 에의한오버헤드부하감소

간략화된송신 format (QPSK, up to 2 channelization code), Rx blind detection

UE identity by CRC UE ID masking

q UL Discontinuous Tx (DTX)

UL DPCCH, E-DPCCH 에대한주기적송신

q DL Discontinuous Rx (DRX)

HS-SCCH, E-AGCH, E-RGCH 의주기적모니터링

단말의배터리수명연장

HSPA+ CPC for VoIP

VoIP 효율성 한 노력 => HSPA 망에서 저속의 VoIP 동작 많은 물리채널 오버헤드의 비효율

성 => 요구되 물리채널들의 제한적 송수신( DTX, DRX ) => VoIP 효율성 대

by 이상근92

• 하향링크 : OFDMA => 1쪽 뒤

• 상향링크 : SC-FDMA (Single Carrier-FDMA) for less PAPR (배터리,PA 고려) 또는 DFTS-OFDM => 2쪽뒤

• Scalable BW up to 20Mhz : 1.4M, 3M, 5M, 10M, 15M, 20M => 8쪽 뒤

• FDD와 TDD의동시지원 => 제일 앞쪽

- FDD 방식이대세, TDD 방식은중국의 TD-SCDMA에서 LTE 로의진화를정의

• 상향링크/하향링크변조방식 : QPSK, 16QAM, 64QAM

• 10ms PHY frame, 1ms TTI

• MBSFN (Multicast/Broadcast over a Single Frequency Network)

- MBMS 서비스, 복수개의셀로부터시간적으로동기화된공통의신호전송

• 접속망의노드수 최소화 => 22쪽뒤

- HSPA 의 RNC 제거, 단순화된 E-UTRAN 구조, NB와 aGW의 2 노드망구조

- Evolved 패킷 어망, 써킷망제거, voice VoIP only

• 다양한안테나기술 => 다중안테나장 참조

- 2x2, 4x4 MIMO SM MIMO for DL, CSM-MIMO for UL

- 빔포밍 (Beamforming)

-안테나다이버시티 (STC, Rx Diversity)

• 셀간 간섭제거를위한노력 => FFR, ICIC, CoMP => 11쪽뒤

LTE 기술의 요 (PHY 기 )

by 이상근93

OFDMA

OFDMA (OFDM-FDMA/TDMA) OFDM-TDMA (WiFi..)

by 이상근94

Subcarrier

mappingIDFT

Add

CP

DAC

/RFdata

OFDMA

high PAPR

DFTSubcarrier

mappingIDFT

Add

CP

DAC

/RFdata

SC-FDMA (DFTS-OFDM)

less PAPR

OFDM SC-FDMADL UL

LTE 송방

• DFTS-OFDM (Discrete Fourier Transform Spread – OFDM)

• 송신부 IFFT 전단에서 FFT 를 미리 하여 줌으로서 반복적 IFFT 에 의한 피크파 발생을 최소화 시킴 => SC-FDMA

by 이상근95

f1

f2

f3

f4

f1+f2+f3+f4

f1+f2-f3-f4

OFDM 기본구조에의한 필연적인높은 피크파 발생

Serial

to

Parallel

Parallel

to

Serial

f1

f2

f3

f4

T (symbol duration)

OFDM 의 높은 PAPR

PAPR (Peak to Average Power Ratio)

더 높은 출력의 앰프 필요 => 전류소모증가

=> PAPR 만큼의 업링크 커버리지축소

LTE 의 선택 => SC-FDMA (not OFDM)

낮은 류소모, 넓은 커버리

OFDM SC-FDMADL UL

by 이상근96

What is PAPR ??• PAPR : Peak to Average Power Ratio

• PAPR 값은 반드시 time domain 통계적 근거를 바탕으로 표현

• ex) 100번에 1번 피크파 포기시 0.1% PAPR

• PAPR 목표값은 amplitude linearity, 변조특성(EVM, rho) , IMD (ACLR, ACPR) 특성과 깊은 연관성

• higher PAPR => LPA cost 상승 => 장비 가격 상승 => 제한된 출력의 상향링크 커버리지 축소

wcdma cdma2000 802.16

0.01% 9.6dB 8.4dB 12.56dB

1% 6.7dB 6.33dB 9.6dB

시간축상에서의 Average Power 와 Peak Power 의예

% 에따른 PAPR 값변화실측값의예

시간

출력

최대출력 20watt

피크출력 80watt

backoff 6dB

CDMA 시간

출력

최대출력 20watt

피크출력 200watt

backoff 10dB

OFDM

by 이상근97

OFDMA & SC-FDMA (1)

• Subcarrier 별로 각기 다른 심볼이 병렬 전송되는 OFDM 방식은 최종단에서 subcarrier 신호가 합치어져 송신되면서 PAPR 이 증가, 이에 반하

여 순시적으로 subcarrier 별로 동일한 심볼이 전송되는 SC-FDMA 방식은 최종단에서 subcarrier 가 합치어지더라도 PAPR 이 증가하지 않음을

개념적으로 설명

•위의 그림은 정확한 수학적 의미와는 약간의 차이가 있습니다. 세부 개념은 관련 료를 참조 바랍니다

주파수

시간

출력

심볼

심볼

CP

S0S1S2S3S4S5

S0

S1

S2

S3

OFDM 심볼 OFDM

모든 심볼이 동일할

경우 피크파 발생!!

주파수

시간

출력

심볼

심볼

CP

S0S1S2S3S4S5

S0S1S4

S0

S0

S0

S1

S1

S1

S3

S3

S3

S3

S4

S4

S4

SC-FDMA 심볼SC-FDMA

한 순간에 한 심볼만 보임less peak pwr!!

by 이상근98

SC-FDMA 송신구조

• SC-FDMA 송신구조와 통화 간의 주파수 다중화 절차를 설명하고 있음

• 위의 그림은 subcarrier 가 연속되어 할당되는 localized mode 를 기준으로 설명하고 있으나 표준에서는 subcarrier 가 분산되어 할당되는

distributed mode 도 정의하고 있음

serial

to

parallel

sub-

carrier

mapping

QPSK

DFT

2bits L L

IDFT0

00

add

Cyclic

Prefix

parallel

to

serial

RF

circuit

N

QPSK

fs

0

serial

to

parallel

sub-

carrier

mapping

IDFT16QAM

16QAM

DFT

0

00

add

Cyclic

Prefix

parallel

to

serial RF

circuit

4bits M

N

M

fs

A

B

A

B fs

fs x (M/N)

AB

by 이상근99

OFDM 과 SC-FDMA 의 PAR 비교그래프

• QPSK => 16QAM => 64QAM PAPR 증가

• OFDMA 에서는 반복적 IFFT 에 의하여 PAPR 증가, 변조기법에 무관

• SC-FDMA 는 OFDMA 대비 약 3dB PAPR 낮음 (QPSK 기준)

• SC-FDMA 에서는 변조기법에 따라 PAPR 변화, QPSK=>16QAM PAPR 약 1dB 증가

QPSK ----- 16QAM

방 별 PAPR 특성

by 이상근100

주파수

SC-FDMA(DFTS-OFDM)

OFDMA & SC-FDMA (2)

주파수

OFDMA

SC-FDMA 물리계층파라미터

Subframe/Slot duration 1msec / 0.5msec

Subcarrier spacing 15kHz

SC-FDMA symbol duration 66.67usec

CP duration 5.2usec(normal first symbol)4.69usec(normal other symbol)

16.67usec(extended)

No of symbol per slot 7(normal), 6(extended)

RF BW RB(180kHz)의 배수, 최대 20Mhz

1-351,5-185

• 위의그림은 subcarrier 가연속되어할당되는 localized mode 를기준으로설명하고있으나표준에서는 subcarrier 가분산

되어할당되는 distributed mode 도정의하고있음

by 이상근101

OFDMA/16QAM SC-FDMA/QPSK

SC-FDMA 장단점

항목 OFDMA 대비

PAPR 2~3dB 낮음

복잡도 다소 증가 (DFT 및 넓은 대역의frequency domain equalizer 추가 필요)

전류소모 낮음

성능 Freq selective fading 에 더 민감

2~3dB 낮음

커버리지 QPSK 기준 약 3dB 넓어짐

OFDMA/SC-FDMA hybride 방식

채널의 주파수 특

freq selective deep fading flat fading within a carrier

by 이상근102

Flexible frequency Channel of LTE

FA 대역폭 1.4Mhz 3Mhz 5Mhz 10Mhz 15Mhz 20Mhz

부반송파 수 72 180 300 600 900 1200

전송 대역폭1.08Mhz 2.7Mhz 4.5Mhz 9Mhz 13.5Mhz 18Mhz

20

MH

z 1

20

0개

10

MH

z 6

00개

5M

Hz 3

00개

3M

Hz

18

0개

1.4MHz 72개 SC

SCH,PBCH

초기동기와 핸드오버 필수

제어신호

20Mhz/

1200tone

5Mhz/

300tone

!!

초기동기와 핸드오버에 필요한 필수 정보

by 이상근103

LTE 기 용량 증설

freq

5Mhz

독립적인 주파수채널

하드웨어 증설 필요

용

증설

WCDMA

300개

부반송파 freq

5Mhz

600개 부반송파

20Mhz

1200개 부반송파

10Mhz

용

증설

LTE

1st 2nd 5th

20Mhz20Mhz연동된 주파수채널

다중채널

LTE-Advanced

하드웨어 증설 불필요

by 이상근104

30M(6FA)

SKT

WCDMA

20M(4FA)

KT

WCDMA

20M

KT

LTE??

10M

KT

WCDMA??

10M

LGU+

LTE

10M

SKT

CDMA

86

9M

89

4M

18

40

M

18

60

M

18

70

M

21

50

M

21

70

M

10M

LGU+

PCS

21

20M

88

4M

95

0M

96

0M

향링크(기 국 송신) 기준 주파수

??

21

10M

5M

SKT

LTE

WCDMA WCDMA WCDMA

WCDMA WCDMA

LTE

LTE

LTE

LTE 로의

이

20Mhz

LTE 의 천이

by 이상근105

셀간 섹 간 간섭 최소화를 위 FFR

알파

280개

타

280개

감마

280개

셀 중 840개

알파

280개

타

280개

감마

280개

셀 중 840개

알파

280개

타

280개

감마

280개

셀 중 840개

FFR (Fractional Frequency Reuse)

PU

SC

84

0개

to

ne

알파

12

0개

타

44

0개

감마

18

0개

알파섹터

280개 tone

타섹터

280개

tone

감마섹터

280개 tone

알파섹터

280개 tone

타섹터

280개 tone

감마섹터

280개 tone

알파섹터

120개

tone

타섹터

440개

tone

감마섹터

180개

tone

PUSC (Partial Usage of SubCarrier)

이 FRP3

모든 셀에서 동일한 1FA 에 의한 무선망 계 기준

by 이상근106

ICIC (Inter Cell Interference Coordination)

출력 ,

, ,

X2 인터 이스

by 이상근107

셀 경계에 의 Multi Cell MIMO (CoMP)

precoding

… 8,7,6,5,4,3,2,1 data

… 8,6,4,2 10Mbps 1,3,

5,7 ...

10Mbps

20Mbps

RNC

… 4,3,2,1 data

… 4,3,2,1 1,2

,3,4…

Soft HandoverLTE CoMP

by 이상근108

주파수대역폭

1.25MHz( CDMA )

5MHz( WCDMA )

10MHz( WiBro )

대 20MHz( LTE )

대 100MHz( 4G )

x3 x2 x2 x5

QPSK( CDMA,WCDMA )

16QAM( HSDPA )

64QAM ( WiBro,LTE,4G )

x2 X1.5

4x4MIMO( LTE )

8x8MIMO( 4G )

2x2MIMO( WiBro )

No MIMO( 3G )

X2 x2 x2

변조기법

다중안테나

수Mbps( 2G,3G )

수백Mbps( 4G )

수 배

CDMA OFDM

무선데이 의 진화

by 이상근109

무선데이 현실에 는 …

• 고객체감 , 사업 데이터매출, 주파수효율성관점에서는주파수대역폭증가에의한속도증가는무의미 을고려

• 최고속도가 기지국의데이터통화용 , 고객의데이터체감 과직접연계되지않음에유의 => 다음쪽참조

5MHz 대 20MHzx4

16QAM 64QAMx1.5

없음 4x4 MIMOx4

주파수 대역폭

변조 기법

MIMO 적

14.4M 345Mbps ( 300Mbps)x24 고 속도

HSDPA LTE

5MHz 대 10MHzx2

16QAM 64QAMx1.5

없음 2x2 MIMOx2

주파수 대역폭

변조 기법

MIMO 적

14.4M 86.4Mbps ( 70Mbps)x6 고 속도

론

현실

대역폭확대에의한 속도의증가가통화용 증가를의미 ??

by 이상근110

데이터 속도

기술의 진화

최고속도

기지국 바로 앞

일요일 새벽

상징적 의미…

평균속도busy hour

고객체감

사업 매출…

기지국

FA2

FA1 FA1FA2

기지국

FA1FA2

FA aggregation

Total throughput 10Mbps

5Mbps

5Mbps

Total throughput 10Mbps

10Mbps

최 - 주파 효율성

• FA aggregation 등에의한최고속도의증가가통화용 의증대나고객체감 개선을의미하지않을수있음을설명

by 이상근111

데이터 속도

확

AMC sytem

(EVDO,EDGE,HSDPA,Wibro,LTE ...)

no AMC sytem

(cdma2000,GPRS,WCDMA)

평균 하향화된 전송속도

A시스템의 최고속도

( 5%의 확 )

B시스템의 최고속도

( 1%의 확 )

C시스템의 최고속도

( 0.1%의 확 )

최 의 의미

by 이상근112

LTE 에 의 통화용량 증대 효과는 …

V

+

D

V

+

D

V

+

D

V

+

D

V V V D

약1500만명 5Mhz

현재

음성용

기준 Data LTE

10Mhz

30MhzWCDMA 대비 주파수 효율 3배 적용시

음성통화 은 가 음 LTE 주파수효율성 3 적 시 데이터 통화 6 가 (busy hour 기준)

by 이상근113

3G to LTE 네트웍의 기본 구성

• 써킷망과 패킷망으로 이원화 되어 있는 WCDMA/HSPA 네트웍을 설명

• LTE 는 소프트 핸드오버와 multicell diversity 를 지원하지 않기에 RNC 와 같은 구조 없이 구성이 가능

타 이동통신망

인터넷망전화망

EPC

P-GW

S-GW

E-UTRAN

무선데이

e-NBUSIM UE

VoIP

MME

X2

타 이동통신망 인터넷망전화망

패킷망

써킷망

HLR

SGSN

GGSN

MGW

MSC

server

UTRAN

RNC

음성호

화상호 무

선데이

RNC : 기지국 제어국

Node-B : 기지국

UE : 단말기

Node-B

USIM UE

3G to LTE

EPS = E-UTRAN + EPC

by 이상근114

LTE Mobile Category

MC1 MC2 MC3 MC4 MC5

하향링크 최 (Mbps) 10 50 100 150Mbps 300

상향링크 최 (Mbps) 5 25 50 50Mbps 75

Max bits received / TTI

( DL / UL )

10296

/5160

51024

/25456

102048

/51024

149776

/51024

299552

/75376

신 안테 2 2 2 2 4

하향링크 MIMO 1x1 2x2 2x2 2x2 4x4

하향링크 변조기법 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM

상향링크 변조기법 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM

요구되는 메모리 공간 (상대 값) 1 4.9 4.9 7.3 14.6

20Mhz 대역폭 기 으 10Mhz 의 경우 위 치의 절반

by 이상근115

LTE 프로토콜

/ 채널의 구성 특징

by 이상근116

3GPP architecture evolution

5-p24,28,412

GGSN : Gateway GPRS Support Node SGSN : Serving GPRS Support NodeMME : Mobility Management Entity S-GW : Serving GatewayGERAN : GSM EDGE Radio Access Network PCRF : Policy and Charging Resource Function EPC : Evolved Packet Core Network (P-GW, S-GW, HSS, MME, PCRF)E-UTRAN : Evolved UMTS Terrestrial Radio Access NetworkP-GW : Packet Data Network Gateway, PDN-GW

GGSN

SGSN

RNC

Node-B

PGW

SGW

eNode-B

Release 6Release 8

EPS & LTE

user planecontrol plane

MME

장치 특징 기존 wcdma 와의기능비교

MME 위치등록 및 호처리 SGSN 의 control plane 기능

S-GW IP 유저 트래픽의 전달 SGSN 의 user plane 기능

P-GW 외부 IP 망과의 연동 GGSN 에 와이맥스 및 와이파이 연동

E-UTRAN

EPC- packet 망 only- wcdma,wimax, wifi 연동포

WCDMA 코어망

WCDMA UTRAN

SAE

LTE

EPS

by 이상근117

LTE-WCDMA 네트웍의 연동

5-p41,3-390

external network

RNC RNC

SGSN

MME

S-GWP-GW

Node-B Node-B eNode-B eNode-B UEUE

Iub

Uu

Iur

Iu

X2

S1-U

S1-MMU

S3

S4S5,S8

S11

LTE-Uu

LTE-Uu : TS36.300X2 CP : TS36.423X2 UP : TS29.274S1-MME : TS36.413S1-U : TS29.274S1-11 : TS29.274S5/S8 : TS29.274,TS29-275

by 이상근118

eNode-B 의 정합과 역할 (3-p28)

eNode-B

eNode-B

MMEMME

MME

MMEMME

S-GW

- User plane 의 UL,DL 데이터 전송

- eNode-B간의 핸드오버- eNode-B간의 DL 데이터 포 딩

- Mobility 관리- Bearer 핸들링- 보안 설정

- RRM, Mobility,보안 관리- user plane 데이터 전송- Bearer 핸들링

UE

by 이상근119

E-UTRAN 프 토콜 계층 구조

LTE 무선 프로토콜은 수평으로 기능별 계층구조와 수직으로 신호 경로 별 플 인으로 구성된다

RRC(시스템정보,호출,셀선정,전력제어,각종

어러 및 채널 제어,measurement …)

PDCP(IP header 압축)

CN

패킷데이터 MBMS

RLC

(패킷 핸들링, 재전송), (Tr mode,UM mode, AM mode)

MAC(채널매핑,mux/demux,전송 순위,공통채널의 UE지정,Ciphering…)

PHY(변조,채널 딩,mux/demux …)

IF/RF

Logical Channel

Transport Channel

Physical ChannelL1

L3

L2

control-plane user-plane

U-p

lan

e r

ad

io b

ea

rer

sig

na

llin

g r

ad

io b

ea

rer

RRC 로 부터의 모든 계층에 대한 제어경로는 간략화를 위하여 생략하였음

정보의 종류에 따른 채널구분

전송 특징과 방법에 따른 분류

무선 원(DL: 드,출력, UL:

잡음 )의 효율성 과점의 채널구분

by 이상근120

PHY

MAC

RLC

RRC

NAS

MAC

RLC

PDCP

RRC

L2

SCTP

S1AP

LTE-Uu S1-MME

eNode-BUE

IP

PDCP

PHY L1 L1

L2

IP

S1AP

NAS

UE

SCTP

Control Plane 프 토콜 계층 구조

by 이상근121

RRC 상태 천이 (5-p147)

idle mode

CELL_PCHURA_PCH

CELL_DCHCELL_FACH

RRC_CONNECTED

RRC_IDLE

handover

Reselection

Reselection

UTRAN E-UTRAN

BCCH/BCH/PCCPCH 의 SIB 를

통한 시스템 정보 브로드캐스팅

BCCH/BCH/PBCH 의 SIB

를 통한 시스템 정보

브로드캐스팅

PDCCH 를

통하여 SIB

변경여부를 파악

§ DRX

§ cell selection,reselection,TA update

§ neighbor cell measurement

§ incomming call monitoring (PCH)

§ System Information change monitoring (BCH)

§ DRX

§ System/Paging Information monitoring (SIB1)

§ handover

§ control signal, user data to/from UE

by 이상근122

App layer

TCP

IP

PDCP

RLC

MAC

Phy layer

MAC

Phy layer

PDCP

RLC

IP

TCP

IP

App layer

UE NodeB RNC Remote Node

1) FEC 2) HARQ

3) ARQ

4) TCP retransmission

App layer

TCP

IP

PDCP

RLC

MAC

Phy layer

MAC

Phy layer

PDCP

RLC

IP

TCP

IP

App layer

UE NodeB RNC Remote Node

1) FEC 2) HARQ

3) ARQ

4) TCP retransmission

q HSPA 전송의 신뢰성 절차

q LTE 전송의 신뢰성 절차

Error !!

Error !!

송의 신뢰성 절차

by 이상근123

Bearer의 종류

by 이상근124

QCI Resource

TypePriority

PacketDelay

Budget

PacketError Loss

RateExample Services

1

GBR

(Guranted Bit Rate)

2 100 ms 10-2 Conversational Voice

2 4 150 ms 10-3 Conversational Video (Live Streaming)

3 3 50 ms 10-3 Real Time Gaming

4 5 300 ms 10-6 Non-Conversational Video (Buffered Streaming)

5

Non-

GBR

1 100 ms 10-6 IMS Signalling

6 6 300 ms 10-6

Video (Buffered Streaming)TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.)

7 7 100 ms 10-3

Voice,Video (Live Streaming)Interactive Gaming

8 8 300 ms 10-6 Video (Buffered Streaming)TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.)

9 9 300ms 10-6

QCI (Quality Control Indicator)

by 이상근125

• TM : Transparent Mode (세그멘테이션 없음, 재전송 없음)

• AM : Acknowledge Mode (세그멘테이션, CRC, 재전송)

• UM : Unacknowledge Mode (세그멘테이션, 재전송 없음)

RLC Mode (DL)

Logical Ch

Radio Bearer

Logical Channel

BCH(DL)

PCH(DL)

DL-SCH MCH

PBCH PDSCH PMCHRS, SCH,PCFICH, PDCCH,

PHICH

Transport Ch

Physical Ch

BCCH PCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH

TM TM TM AM UM/AM UM UMRLC mode

by 이상근126

계층별 채널의 구성

commondedicatedshared

침대주문소파주문

모니터주문

핸드폰주문

PDA주문

카메라,노트북주문

즉시배송!!

3일배송대형배송

정보의 종류

정보전송의 특징

전송 원의 효율성

Logical Ch

Transport Ch

Physical Ch

commoncommon

time sharing

dedicateddedicated

by 이상근127

써킷 송 & 패킷 송

Broadcasting channelsystem

단방향패킷전송(FACH)

thin pipe

dedicated channel

circuit switch

fat pipe

shared channel

packet switch

LTEWCDMA/HSPA

fat pipe

shared channel

packet switch

by 이상근128

BCCH PCCH CCCH DCCH MCCH CTCH DTCH MTCH

BCH(DL)

PCH(DL)

DL-SCH MCH

PBCH PDSCH PMCHRS, SCH,PCFICH, PDCCH,

PHICH

Logical Ch (RLC)

Transport Ch (MAC)

Physical Ch (L1)

MIBSIB

MBSFNMBMS

PCFICH : Physical Control Format Indicator Channel

PDCCH : Pyhsical Downlink Control Channel

PHICH : Physical Hybride ARQ Indicator Channel

LTE

• Dedicated Ch 의 삭제 및 오버헤드 채널의 단순화

계층 구조별 채널 매핑 [DL 기 ]

BCCH PCCH CCCH DCCH MCCH MSCH CTCH DTCH MTCH

BCH(DL)

PCH(DL)

FACH(DL)

DCH

P-CCPCH S-CCPCH DPDCHSCH,CPICH,AICH,PICH, DPCCH, HS-SCCH,EAGCH,ERGCH,EHICH,MICH ...

Logical Ch

Transport Ch

Physical Ch

Control Plane User Plane

WCDMA/HSPA

HS-PDSCH

HS-DSCH

by 이상근129

계층 구조별 채널 매핑 [UL 기 ]

CCCH DCCH DTCH

RACH DCH

PRACH DPDCH

Logical Ch

Transport Ch

Physical Ch

Control Plane User Plane

WCDMA/HSPA

E-DPDCH

E-DCH

DPCCH, E-DPCCH

CCCH DCCH DTCH

UL-SCH

PUSCH PRACH

Logical Ch

Transport Ch

Physical Ch

PUSCH : Physical Uplink Control Channel

PUCCH : Pyhsical Uplink Control Channel

PRACH : Physical Random Access Channel

DRS : Demodulation Reference Signal

SRS : Sounding Reference Signal

LTE

PUCCH

Control Plane User Plane

RACH

DRS,SRS

by 이상근130

채널의 종류 역할

링크 전송채널 물리채널 full name 역할

DL RS Reference Signal 기지국 physical cell ID, 504개로 구성

PSS Primary Synch Signal Half frame 경계, 168개 cell ID 그룹 추출

SSS Secondary Synch Signal 10msec RF Frame 경계, CP, cell ID 추출

PCFICH Physical Control Format Indication Channel

PDCCH 의 RE 구조(CFI)를 알려줌

PDCCH Physical Downlink Control Channel

PDSCH, PUSCH 에서의 신호(SIB 제어신호,사용 신호)의 RB 구조와 위치정보를 알려줌, DL-SCH 의 HARQ 정보, 상향링크 스캐줄링 정보(UL Scheduling grant)를 알려줌, 호출여부를 알려줌

전달하고 하는 정보의 양과 종류에 따라 다양한 DCI format 으로 구성됨

BCH PBCH Physical Broadcasting Channel

MIB 정보 전송 (BW, SFN, 다중안테나, PDCCH 수신을 위한 HARQ 정보 …)

DL-SCHPCH

PDSCH Physical Downlink Shared Channel

SIB 제어신호, 호출신호, 사용 신호의 전송,

PHICH Physical Hybrid ARQ Indication Channel

상향링크 신호에 대한 HARQ 응답 신호

MCH PMCH Physical Multicast Channel 방송신호 전송

UL UL-SCH PUSCH Physical Uplink Shared Channel

제어신호, 사용 신호의 전송

RACH PRACH Physical Random Access Channel

Random Access preamble 신호 전송

PUCCH Physical UL Control Channel

HARQ ACK/NACK, scheduling request, CQI, RI, PMI 정보 전송

DRS Demodulation Reference Signal

PUSCH, PUCCH 에 대한 시간동기와 채널추정용 Reference Signal

SRS Sounding Reference Signal PUSCH,PUCCH 전송이 없을 때 UL 채널추정을 위하여 기지국에서 전송을 요청하는 Reference Signal

by 이상근131

WCDMA LTE

초기동기 PSCH 에 의하여 슬롯 동기SSCH 에 의하여 프 임 동기

PSS 에 의하여 슬롯 동기

SSS 에 의하여 프 임 동기

Physical cell ID 512개의 Scramble code 504개의 Cell Specific Reference Signal

Dedicated 채널 사용 없음

BCH MIB, SIB 전송 MIB 만 전송하고 실제 SIB 정보는 DL-SCH 로 전송

Paging PCH/SCCPCH 를 통하여 전송 User data 전송을 담당하는 DL-SCH/ PDSCH 로 전송

Random Access Preamble 과 data 를 전송 Preamble 만 전송하고 data 는 UL-SCH 를통하여 전송

PICH 단말기 수신대기 배터리 save 를 위하여동

PDCCH 신 호 모니터링 시간이 1msec 이하로 매우 짧기에 PICH 기능 불필요

RF measurement RSSI, RSCP(Received Signal Code Power),Ec/Io

RSSI, RSRP(Ref Sig Received Power), RSRQ(Ref Sig Received Quality)

MBMS FACH/SCCPCH 를 통하여 전송 전용 MCH/PMCH 를 통하여 전송

타 시 템과의 채널 교 (1)

WiMAX LTE

제어채널의 위치 FCH 를 통하여 MAP 위치를 알려줌 PCFICH 를 통하여 PDCCH 위치를 알려줌

데이터 전송 방법 MAP 에 의하여 burst 구조를 알려줌 PDCCH를 통하여 PDSCH와 PUSCH의 RB 구조를 알려줌

3-309

by 이상근132

LTE Mobile Wimax WCDMA/HSPA

RS (cell specific) Pilot Signal CPICH

PSS, SSS Preamble PSCH,SSCH

PBCH DCD PCCPCH

PCFICH FCH

PDSCH DL data burst HS-PDSCH

PDCCH DL-MAP HS-SCCH,E-AGCH,E-RGCH

타 시 템과의 채널 교 (2)

LTE Mobile Wimax WCDMA/HSPA

DRS (demodulation) Pilot Signal E-DPCCH 내의 Pilot symbol

SRS (sounding)

PRACH Ranging CH PRACH

PUSCH UL data burst E-DPDCH

PUCCH CQICH,ACKCH,Ranging CH E-DPCCH

DL 채널의 비교

UL 채널의 비교

by 이상근133

Primary Synch Ch

Secondary Synch Ch

Primary Common Pilot Ch

Primary Synch Signal

Secondary Synch Signal

Cell Specific Reference Signal

UE-Specific Reference Signal

MBSFN Refernce Signal

WCDMA DL LTE DL

Primary Common Pilot Ch Cell Specific Reference Signal

WCDMA DL LTE DL

UE-Specific Reference Signal

MBSFN Refernce Signal

DPCCH 내의 Pilot Symbol

WCDMA UL LTE UL

Demodulation Reference Signal

Sounding Reference Signal

512개의 PNcode 504개의 PNcode

WCDMA DL LTE DL

타 시 템과의 채널 교 (3)

by 이상근134

기 동기 절차

가장 신호가 강한 PSS 감지

PSS로 부터 half frame 경계 및 504개의 cell ID

에서 168 개의 cell ID 추출

SSS로 부터 frame 경계 및 cell ID, CP 값, FDD/TDD

추출

cell ID 의 cell specific RS 동기

PBCH(BCH) 로 부터 다중 안테나 구조 및 MIB

정보(BW,SFN..) 취득

PDSCH 를 통하여 전달되는 PCH 정보 수신을

위하여 PDCCH를 모니터링하면서 수신대기 상태

단말기 power on

LTE 의 초기동기 절차

가장 신호가 강한 PSCH 감지

측정된 PSCH 의 슬롯 동기추출

SSCH 로 부터 PNcode 그룹 추출

해당되는 드그룹의 8개 PN 드 모두 검색하여

CPICH 동기 획득

PCCPCH 로 부터 시스템 관련

정보 추출

SCCPCH 를 모니터링하면서

수신대기 상태

단말기 power on

비동기식 wcdma 의 초기동기 절차

PFICH,PDCCH 로 부터 PDSCH 에서의 SIB 위치를

파악

PDSCH 에서 시스템 관련 정보(SIB) 추출

by 이상근135

Synch Signal 에 의 기 동기 절차

5.2u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u66.7u

16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u

PSSSSS

Normal CP

Extended CP

6 RB,72 SC

,10.8Mhz

62 SC

1.4MHz 72tone

SCH,PBCH

1st subframe frame 10msec(10개subframe,20 slot)

6th subframe

11th slot1st slot

10th frame

10th frame

• PSS (Primary Synch Signal) 로 부터 half frame 경계 및 504개의 cell ID 에서 168개의 cell ID 추출

• SSS (Secondary Synch Signal) 로 부터 frame 경계 및 cell ID, CP 값, FDD/TDD 여부 추출

by 이상근136

eNodeB

cell specific reference signal

UE specific reference signal

MBSFN reference signal

demodulation reference signal

sounding reference signalUE

Reference Signal 의 종류

cell specific RS : 기지국의 공통 파이롯 신호

기지국간 신호 구분을 위하여 504개로 구성되며 매 subframe, 전송대역폭 전체에 걸쳐 전송

모든 하향링크 신호에 대한 coherent 복조에 사용 (빔포밍 제외)

다중 안테나의 경우 안테나 포트 별로 각각 다른 Ref Signal 사용

인접한 셀간에 Ref Signal 간의 간섭을 최소화하기 위하여 6단계의 부반송파 주파수 이격을 설정

UE specific RS : 빔포밍 등을 위한 특정 단말 대상 파이롯 신호

빔포밍에서 하향링크 DL-SCH coherent 복조에 사용

빔포밍을 이용하여 전송되는 DS-SCH 구간에서만 사용

MBSFN RS : MBSFN 서비스를 위한 파이롯 신호

Demodulation RS(DRS) : 상향링크 위상기준 파이롯 신호

Sounding RS(SRS) => next page

by 이상근137

BCH SIB 제어신호 (5-p148)

SIB 내 용

SIB1 Cell access 관련 정보(PLMN identity, tracking area code,cell identity..), cell selection 관련 정보

SIB2 무선 원 구성 정보 (RACH, BCCH, PCCH, PRACH, PDSCH, PUSCH, PUCCH, SRS, 상향링크 전력제어 구성 정보)

SIB3 Intra, inter frequency 및 이기종 시스템과의 핸드오버를 위한 일반적인 핸드오버파라미터

SIB4 LTE 망 내에서의 intra-frequency 핸드오버를 위한 인접 셀 정보

SIB5 LTE 망 내에서의 Inter-frequency 핸드오버를 위한 인접 셀 정보

SIB6 UTRAN(WCDMA)으로의 핸드오버 관련 정보

SIB7 GERAN(GSM,EDGE)으로의핸드오버 관련 정보

SIB8 Cdma2000 으로의 핸드오버 관련 정보

SIB9 Home eNodeB identifer

SIB10,11 지진,쓰나미 관련 경보 (ETWS)

• BCH/PBCH 에서는 MIB 에 의하여 SIB 변경 여부만 알려주며, 실 적인 시스템 정보는 DL-SCH/PDSCH 를 통하여 전송

(WCDMA 에서는 BCH/PCCPCH 를 통하여 MIB, SIB 모두 브로드캐스팅 하였음)

by 이상근138

time, symbol

Frequency,Subcarrier,부반송파

RE(Resource Element)

RB(Resource Block)

전송의 최소단위

Resource Grid180Khz

,12SC

7symbol(Normal CP)

6symbol(Extended CP)

1slot, 0.5msec

Shared Channel

송파 터

개의 송파 이

심볼 터 개의 심볼 구간동안

어 (변조,코 ..) 정보 전송

LTE Resource Block 할당 구조

by 이상근139

R1

Tx0

Tx1

Tx2

Tx3

Tx0

Tx1

2x2 MIM

O

4x4 MIMO

Tx1 으로만 전송되는 RS(Pilot)

D 모든 Tx 경로로 전송되는 데이터 심볼

D

D

D

D

R0

D

D

D

D D

D

D

D

D

D

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D

D

D D

D

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R0

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

D

D

D

D

R0

D D

D D

D

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D D

D D

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D D

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D D

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D D

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D D

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D D

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D D

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D D

D

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D D

D

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D

D

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D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R0

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R2

R2

R2

R2

R3

R3

R3

R3

symbol

su

bca

rrie

r

LTE MIMO Ref Signal 송구조

• Tx port 별 RS(pilot) 신호의 겹침이 없도록 배 • Tx port 별 data 신호는 겹치도록 배 • 3rd,4th Tx RS density 가 낮음에 유의

by 이상근140

1.08MHz

72SC

Reference Signal

PSCH, SSCH

PBCH

PDCCHPCFICHPHICH

DL 물리채널의 송 구조(1)

• 전 부송파에 걸쳐 주기적인 PDCCH, PCFICH, PHICH 를 전송

• 전 부종파와 심볼에 산발적인 위치에서 reference signal 전송

• 중심의 1.08MHz 대역을 통하여 주기적으로 PSCH, SSCH, PBCH 전송

by 이상근141

DL 물리채널의 송 구조(2)

10msec RF frame1ms subframe

1st subframe2nd subframe5th subframe6th subframe9th subframe10th subframe1st subframe

6R

B, 7

2S

C,

1.0

8M

hz

( PSS, SSS )

제어신호가 전송되는 1.08Mhz 대역내의 1번째,6번째

subframe 의 중간 부분에서 전송

( PBCH )

제어신호가 전송되는 1.08Mhz 대역내의 10msc frame 의

첫번째 subframe 의 중간 부분에서 전송

( RS )

전송대역폭 전체에 걸쳐 드문드문 전송

( PCFICH, PDCCH, PHICH )

전송대역폭 전체에 걸쳐 매 subframe

의 앞부분 1~3 심볼에 걸쳐 전송

slot (7 or 6심볼)

slot (7 or 6심볼)

1.4

MH

z / 3

MH

z /

5M

Hz /

10

MH

z /

20M

Hz

( PDSCH )

사용 데이터와 제어신호의 전송

PSS,SSS

PBCH

PCFICH,PDCCH,PHICH

PDSCH

3-181,1-192,3-183,2-198,3-143,2-190

by 이상근142

DL MAP

FCH DL burst 1

DL

burst 2

DL burst 3

CDMA

ranging

ACK

CQICH

UL burst 1

UL burst 2

UL burst 3UL MAP

MAP IE1

MAP IE2

MAP IE3

MAP IE3

MAP IE1

MAP IE2

MAP IE3

MAP IE3

3심볼 12심볼

15/18 심볼

1심볼 8심볼( 변) 15심볼

27/29 심볼 TTG (87.2u/105.7143u)) RTG (74.4u/60u)

2심볼

2SC

840tone( 120 pilot+720 data)

30SC

24tone/SC

( Burst 구조, MCS, power boosting 정보 )

(MAP 구조)

BPSK QPSK QPSK,8PSK,16QAM,64QAM QPSK,8PSK,16QAMQPSK

αpre

βpre

σpre

αpre

βpre

σpre

(8.75Mhz/10Mhz)

Mobile WiMAX 물리채널의 구조 (참조)

• LTE 물리채널과의 역할과 특징을 비교하기 위한 그림입니다

by 이상근143

UL-SCH RB 할당의 효율성, time & frequency diversity 효과를 위하여 PUCCH 를 스펙트럼 가장 끝 RB 에 할당

동일 subframe 내 slot 단위로 PUCCH 반복 전송

UL 물리채널의 송구조

주파수

1.4M, 3M, 5M, 10M, 20MhzSC-FDMA

PUCCH 1 PUCCH 0

D

R

S

D

R

S

PUCCH 0 PUCCH 11RB(72SC)

time diversity &

frequency diversity

slot 내 4번째 심볼

또는 3번째(Ext CP)

slot 내

4번째 심볼

UL-SCH UL-SCH UL-SCH

1slot (0.5msec)

7symbol (Normal CP)

6symbol (Extended CP)

1subframe (1msec)

PUCCH : Physical UL Control Channel

UL-SCH : UL Shared Channel

DRS : Demodulation Reference Signal

PRA

CH

by 이상근144

UL PUCCH 의 송구조

전송대역폭의 양쪽 끝 RB 을 통한 전송

subframe 내에서 slot 단위로 양쪽 끝 RB 를 통한 반복 전송

frequency diversity gain

효율적 PUSCH 전송 공간 확보 가능

적은 수의 RB 를 통하여 전송 으로서 제한 된 단말의 출력을 집중화하여 신뢰성있는 UL 커버리지 확보

끝 락 RB 에 PUCCH BPSK 변조에 의한 우수한 OOB(Out Of Band) 스펙트럼 마스크 확보

동일 대역폭을 사용하는 통화 간의 PUCCH 다중화 (Virtual MIMO …)

각기 다른 RB에 의한 주파수 영역 다중화, 각기 다른 슬롯에 의한 시간영역 다중화

PUCCH 에 의한 제어정보 전송

Scheduling Request

DL PDSCH 에 대한 Ack/Nack

CQI(Channel Quality Indicator), RI(Randk Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator)

no PUSCH 구성정보 (기지국에서 PDCCH 를 통하여 지정한 조건으로 전송이 되기에)

PUCCH 1 PUCCH 0

D

R

S

D

R

S

PUCCH 0 PUCCH 11RB(72SC)

time diversity &

frequency diversity

slot 내 4번째 심볼

또는 3번째(Ext CP)

slot 내

4번째 심볼

PUSCH PUSCH PUSCH

1slot (0.5msec)1subframe (1msec)

PRA

CH 16QAM/QPSK

BPSKPUCCH

PUSCH

UE1

UE2

by 이상근145

UL PUSCH 의 송구조

q QPSK, 16QAM, 64QAM 변조

q Fixed frequency transmission (localized)

우수한 특성의 RB 를 통한 전송으로 frequency selective scheduling 이득 가능

SRS 에 의한 UL RB 단위의 채널특성 추정이 전제 되어

q Frequency Hopping transmission (localized)

frequency diversity 이득과 inter-cell interference 를 평균화 시킬 수 있음

SRS 에 의한 채널 유추가 이루어지지 못하였을 경우 또는 SRS 비전송에 의한 오버헤드 부하를 감소 이득

inter subframe hoppping / intra subframe hopping

PUCCH PUCCH

PUCCHPUCCH

PUCCH PUCCH

PUCCHPUCCH

slot 0.5mssubframe 1ms

PSS,SSS,PBCH

subframe 1ms

frequency hopping PUSCH

by 이상근146

eNodeBUE

4) 특성이 우수한 부반송파 (RB) 확인

1) Random access 시도2) UL 채널상태 확인을 위하여 SRS를 전송해 주세요

3) SRS 전송(전대역폭 또는 은대역폭으로 hopping)

5) UL PUSCH 를 전송할 RB 를 지정6) 지정된 RB로 PUSCH 를 전송 1) PR

ACH

3)SRS

6)PUSCH

2) SRS 전송 하세요 5) PUSCH 전송 RB 지정

UL

DL DL

Sounding Reference Signal 의 역할

• for UL frequency selective scheduling

• 통화상태와 무관하게 상향링크 채널 특성 확인을 위한 파이롯 신호

• 기지국에서 PUSCH 에 할당할 특성이 우수한 RB 위치 파악 용도로 사용

• 전체 대역폭에 걸쳐 전송될 수 도 있고(기지국 근처), 은 대역폭에 대하여

frequency hopping 으로(셀 경계지역) 동 할 수 도 있음

SRS

Non Hopping SRS

전파상태가 우수할 경우

Frequency Hopping SRS

셀 지에서의 전송

UL

SRS

SRS

SRS

SRS

3-244,2-380

by 이상근147

eNodeB

M1 M3

M4

M2

M5

SRS

SRS

SRS

SRS SRS

S1 S1 S1 RS S1 S1 S1 S1 S1 S1 RS S1 S1 SRS

slot 0.5msslot 0.5ms

subframe 1ms

M1 M2 M3,M4(subcarrier 단위 교차)

M6

M5

SRS의 화 절차

• subframe 의 마지막 심볼에서 일회성 또는 주기적(2,5,10 …320msec)으로 전송

• 단말간 시간영역에서 (전송 심볼의 위치를 달리), 주파수 영역에서 (부반송파를 교차 또는 부반송파 구간을 달리) 직교하여 전송

• SRS 의 전송 대역폭,위치,주기등은 시스템에서 지정

by 이상근148

6개의하와이섬간의패킷데이터전송

=> Aloha System

=> Slotted Aloha System

=> CSMA-CD/CA LAN protocol

=> Random Access (2G, 3G, 4G …)

Pure Aloha (회색은충돌된패킷)

Slotted Aloha (회색은충돌된패킷)

Oahu=>Maui 1 1 2 3 3

Ack from Maui Ack from Maui

random

Random Access

by 이상근149

Slotted ALOHA Random Access

time

기지국에서 요구되는 최소

이동국

송신출력

Ac

ce

ss

Pro

be

기지국으로 부터 응답이 없음으로 랜덤시간후 출력을 증가시켜 다음 Probe 재송신

기지국으로 부터 응 답 이 있 어 서 Probe 송신 중단

폐프 전력제어에 의하여 출력제어

Open Loop Power C o n t r o l 수식에 의하여 초기 출력 설정

Ac

ce

ss

Pro

be

Ac

ce

ss

Pro

be

Ac

ce

ss

Pro

be

Closed Loop Power C o n t r o l 에 의하여 정확한 이동국 출력 찾아감

Ac

ce

ss

Pro

be

에

의한

출력

교정값

by 이상근150

PSS/SSS/BCH

PRACH (preamble sequence ID)

DL-SCH (Preamble ID + TA + UL grant)

UL-SCH (Resource request etc ..)

DL timing synch

RA seq detect & TA estimation

UL timing adjust

UL RACH 기본 절차

경쟁기반 Random Access

SIB 2번에서 알려준 PRB(Phy Random Accesss Resource Block) 에서 여러 단말들이 경쟁기반으로

Random Access 시도

64개의 프리앰블 시퀀스 중 한 개를 랜덤하여 선정하여 사용

비경쟁기반 Random Access

PDSCH 를 통하여 독점적으로 지정하여 준 PRB 영역으로 지정된 프리앰블 시퀀스를 이용하여 다른 단

말들과 경쟁 없이 Random Access 시도 (핸드오버 …)

단말은 기지국으로 부터의 거리에 따른 프 임 시간 오차를 갖고 있음 => Nonorthogonal

하향링크로 DL-SCH 로 프 임 시간오차를 보정하도록 단말에 지시 (Timing Advance)

상향링크의 시간을 프 임에 일치하도록 보정하여 UL-SCH 전송

by 이상근151

PUCCH

PUCCH

PUSCH, DRS, SRS

PRACH

PRACH

PRACH

PRACH slot period

1ms~20ms

PRACH slot duration

1ms,2ms,3ms

시간(심볼)

부반송파

1.048Mhz

PUCCH : Physical UL Control Channel

PUSCH : Physical UL Shared Channel

DRS : Demodulation Reference Signal

SRS : Sounding Reference Signal

PRACH : Physical Random Access Channel

- 839chips Zadoff-Chu sequence- 동일 ZC seq 에 대하여 cyclic shift 에 의하여 최대 64개 구분- 상향링크 통화 들간의 경쟁 기반에 의한 동

셀반경에 반비례

PUSCH

time

기지국으로

부터의 응답

PUSCH 를 통한

PRACH 메시지 전송

PRACH 프리앰블

무 위 시간

power step

Timing advance

LTE 랜덤 엑 절차

• Slotted Aloha random access 개념은 cdma, wcdma, mobile

wimax, LTE 에서 모두 동일, 단 OFDM 특성상 직교성이 확보된

독립된 부반송파 영역에서의 동 이기에 CDMA 에 비하여 동

의 유로움

• 와이브로에서도 random access ranging 이 독립적 부반송파

위치에서 상향링크 다른 채널에 대하여 시간영역과 주파수영역

에서 직교성이 이루어지고 있음을 설명

by 이상근152

UL PRACH multiplexing

PRACH 와 PUSCH 는 시간과 주파수축상에서 직교성을 갖기에 상호 간섭으로 용하지 않음 (서로 다른 위치의 RB 사용)

따라서 초기부터 높은 출력으로 송신이 가능 => 빠르고 안정적인 접속시도 가능

WCDMA 에서의 PRACH 와 DCH 는 완벽한 상호 간섭으로 용 => 간섭 최소화를 위하여 낮은 출력부터 점차적 출력 증가

830칩 ZC 시퀀스는 (14개 or 12개심볼/1msec) x (72개SC/1.048Mhz ) 안에 존재

PUCCH

PUCCH

PUSCH, DRS, SRS

PRACH

PRACH

PRACH

PRACH slot period

1ms~20ms

PRACH slot duration

1ms,2ms,3ms

시간

주파수

1.048Mhz

PUCCH : Physical UL Control Channel

PUSCH : Physical UL Shared Channel

DRS : Demodulation Reference Signal

SRS : Sounding Reference Signal

PRACH : Physical Random Access Channel

- 839chips Zadoff-Chu sequence- 동일 ZC seq 에 대하여 cyclic shift 에 의하여 최대 64개 구분- 상향링크 통화 들간의 경쟁 기반에 의한 동 - SIB2 를 통한 PRB(Phy Random Access Resource Block) 위치 통보

주파수

1.4M, 3M, 5M, 10M, 20Mhz• preamble sequence index• 셀 반경에 반비례• 64 cyclic shift up to 1.5km 셀반경

by 이상근153

UL Random Access preamble format

CP0.1ms Sequence(8ms) GT

0.1ms

CP(0.68ms) Sequence (8ms) GT(0.52ms)

Sequence (8ms) Sequence (8ms)CP(0.2ms) GT(0.2ms)

CP(0.68ms) Sequence (8ms) GT(0.72ms)Sequence (8ms)

1msec slot 1msec slot 1msec slot

~15km

~77km

~29km

~100km

Preamble format 0

Preamble format 1

Preamble format 2

Preamble format 3

Tx 시간기준

Rx

시간기준 Max round trip delay

max delay spread

time

rx

상향링크 시간정렬이 이루어지지 않은 Random Access 신호의 시간 불확실성에 대하여 Cyclic Prefix 와 Guard Time 을 정의

셀 반경과 전파환경에 따른 preamble format 을 정의

6 RB 를 차지하면서 subcarrier 간격은 1.25kHz, 64개의 preamble sequence 로 구성

각 preamble sequence는 CAZAC 특성을 갖는 839chip 길이의 Zadoff-Chu sequence 로 구성

Preamble format 4 for LTE-TD

Format 0 에서 전파의 왕복시간 GT와 빛의 속도를 계산하면, (0.1msec/2) / (3.3usec/km) => 약 15km의 엑세스 셀 반경 산출

by 이상근154

time

기지국으로

부터의 응답

데이터

무 위 시간

프리앰블

time

기지국으로

부터의 응답

데이터

무 위 시간

프리앰블

random access

기 향링크 통화신호

기 향링크 통화신호

random access

random access

cdma,wcdma

시간

주파수

기 향링크 통화신호Burst( 이 로)PDSCH(LTE)

random access

시간

주파수

독립적인

통화영역

기존통화신호와 겹침 => 잡음

CDMA/OFDM 의 랜덤엑 절차 교

by 이상근155

물리채널 별 안테 기술의 적용

Physical Channel Tx Diversity SM-MIMO CDD

Reference Signal X X X

Primary, & Secondary Synch Signal X X X

Physical Broadcasting Channel O X X

Physical Control Format Indication Channel O X X

Physical Downlink Control Channel O X X

Physical Multicast Channel O O X

Physical Downlink Shared Channel O O O

4-49,1-185

next page

by 이상근156

PDSCH 안테나전송방식 동 설명 비고

Transmission Mode 1 한 개의 안테나를 통한 전송

Transmission Mode 2 Tx Antenna Diversity Alamouti Coding

SFBC for 2 Tx antenna

FSTD for 4 Tx antenna

Transmission Mode 3 Open loop SM-MIMO

Transmission Mode 4 closed loop SM-MIMO CQI, PMI, RI feedback from UE

Transmission Mode 5 MU-MIMO

Transmission Mode 6 Closed loop Beam Forming Closed loop rank 1 precoding

Transmission Mode 7 Open loop Beam Forming UE-specific Reference signal

Layer

MappingPre Coding

다중안테나(최대4개)TB(PDU) 최대2개 Layer,최대 4개

PDSCH 의 Tx mode (1)

4x4 MIMO 에 대하여 2개의 전송블록(TB)이 매핑 됨에 유의

by 이상근157

Layer

MappingPre Coding

q Tx mode 2 : Transmit Diversity

Layer

MappingPre Coding

q Tx mode 1 : Single Antenna

Layer

MappingPre Coding

다중안테나(최대4개)Layer,최대 4개TB(PDU) 최대2개

q Tx mode 3 : Open Loop Spatial multiplexing (up to 4 antenna)

PDSCH 의 Tx mode (2)

by 이상근158

q Tx mode 6 : Closed-loop rank-1 precoding

q Tx mode 7 : Multi-user MIMO (MU-MIMO)

Layer

MappingPre Coding

RI,PMI from User B

PMI from User A

Layer

MappingPre Coding

to User A

Layer

MappingPre Coding

PMI from User B

to User B

q Tx mode 5 : Multi-user MIMO (MU-MIMO)

q Tx mode 4 : Closed Loop Spatial multiplexing (SU-MIMO)

• Tx mode 4에 RI=1 의 경우 RI 피 백 불필요

• Tx mode 1 에 Cell-specific RS 대신 UE-specific RS 용하는 경우

PDSCH 의 Tx mode (3)

by 이상근159

UL Reference Signal

q DRS (Demodulation Reference Signal)

PUSCH,PUCCH 신호복조를위한기준신호

한 개의 Zadoff-Chu sequence 를각기다른값으로 cyclic shift 시켜 단말을구분

q SRS (Sounding Reference Signal)

무 통화상태 단말의상향링크채널정보를추정할수있도록기지국의요청에의하여단말에서전송

freq, time scheduling, link adaptation, power control, MIMO, timing measurement 를위한정보

subframe 의 마지막 SC-FDMA 심볼로전송

한 개의 Zadoff-Chu sequence 를각기다른값으로 cyclic shift 시켜 단말을구분

전송주기, 대역폭등은단말별로시스템에서지정

q Zadoff-Chu sequence

CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto Correlation) 특성의시퀀스

cyclic shift 시킨동일시퀀스간에완벽한 auto correlation & cross correlation 특성

시간및 주파수영역에서균일한파 => peak power 의최소화

최소화되는피크파 의크기만큼상향링크커버리지확장

각기다른 cyclic shift 를사용하는단말간의시간동기필수 (NonOtrhogonal 한 CDMA 상향링크사용불가)

by 이상근160

물리계층/MAC계층의 동작

by 이상근161

UL timing advance for orthogonal UL

랜덤 분포하는 단말들로 부터의 신호들이 기지국에 도 할 때

- 심볼 단위로 일치된 시간으로 도 하도록 송신 타이밍 제어

- 비슷한 로 도 하도록 송신 제어

- 주파수 편차를 교정

상향링크 상호간섭을 갖는 CDMA 대비 OFDM 의 대표적 장점

m1 m1 m1m2 m2 m2 m2m3 m3 m3 m3

수신세기

freq offset => ICI, subcarrier 간 간섭증가

수신 차이 => ICI, subcarrier 간 간섭증가

subcarrier

subcarrierm1 m1 m1 m1m2 m2 m2 m2m3 m3 m3 m3

수신세기

timing advance

수신세기

심볼

Nonorthogonal !! 간 호간섭

m3

m1

m2

수신세기

심볼

Timing advance 제어

- 출력,타이밍,주파수

- 최대 0.67msec(약 100km)

- 수회/sec

- by DL-SCH MAC control

Orthogonal !! 간 간섭

m1

m2

m3

by 이상근162

1) PUCCH / PUSCH 전송

3) PDCCH 의 DCI 를

통하여 TPC 전송

eNodeB

2) DRS 의 quality 측정

4) PUCCH / PUSCH 조정

Power Control

• PUSCH 의 출력 은 AMC 에 의한 변조지수 변화, 부반송파 대역폭, path loss, TPC 에 의하여 결정됨

by 이상근163

음성

음성 음성

음성

WCDMA

shared 채널

shared 채널

LTE,

HSDPA 제어신호고속데이터

제어신호

제어신호 제어신호고속데이터

제어신호고속데이터

제어신호고속데이터

핸 오버 기본 념

• 이동통신 기술진화에 있어 모든 핸드오버는 통신 원 효율성이 높은 하드핸드오버로 진화하게 됨을 설명

• RSSI(Received Signal Strength Indicator)

• RSCP(Received Signal Code Power)

• RSRP(Reference Signal Received Power)= Reference Signal 심볼에서의 수신세기

• RSCP(Reference Signal Received Quality)= RSRP/RSSI

핸 오버 임계값 대상

핸 오버 임계값 대상

by 이상근164

1) measurement control

2) measurement report

7) handover command

9) sy

nch

10) U

L allo

catio

n & TA

정보

11) h

andove

r confi

rm

6) handover request ack

4) handover request

8) status transfer & DL data forwarding

17) handover release

12) path switch request

16) path switch req ack

14) DL data switching to target

13) Uplane

update

request

15) response

3) handover decision 5) admission control

SGW MME

source target

LTE 핸 오버 절차 (1)

A• source 기지국과 target 기지국이 주체적으로 핸드오버를 수행하는 절차를 설명

by 이상근165

서버서버 서버

external network

MME

S-GW

P-GW

eNode-B eNode-B UE

X2

S1-U

S1-MMU

S5,S8S11

LTE-Uu

LTE 핸 오버 절차 (2)

• 기지국제어국이 없는 LTE 에서는 핸드오버의 주체가 기지국이 되며 SGW, MME 은 Anchor 역활만을 수행한다

• 기지국간의 X2 인터 이스에 의하여 핸드오버의 제어와 하향링크 데이터전송의 터널링이 이루어짐

by 이상근166

LTE 국내 현황

by 이상근167

내의 LTE 주파 현황

SKT 무제한 KT 카카오 keep alive

30M

SKT

WCDMA

20M

KT

WCDMA

20M

KT

PCS

10M

KT

LTE?

WCDMA?

10M

LGU+

LTE

14M

SKT

CDMA

30M

SKT

WiBro

30M

KT

WiBro

86

9M

89

4M

18

40M

18

60M

18

70M 21

30M

21

50M

21

70M

10M

LGU+

PCS

21

20M

23

00M

23

30M

23

60M88

4M

95

0M

96

0M

24

12M

24

72M

60M

ISM band

WLAN ...

2011 초 KT반

=> 2011 하반기

재할당예정 LTE??

2011 7월 일부

주파수 LTE 로 전환 기존 주파수 대역

2010 4월 신규 주파수 대역

향링크(기 국 송신) 기준 주파수

21

10

M

D D D V V V

V

+

D

V

+

D

V

+

D

V

+

D

6FA, data/voice 주파수 분리

(1610만/520만/3400TB)

4FA, data/voice 주파수 재

(1500만/400만/2600TB)

20

11

6월

LG

U+

LT

E

(WCDMA / / 2011 3 )

data/voice 주파수 분리

(907만/100만/730TB)

LT

E예정

by 이상근168

LTE 에 의 통화용량 증대 효과는 …

V

+

D

V

+

D

V

+

D

V

+

D

V V V D

약1500만명 5Mhz

현재

음성용

기준 Data LTE

10Mhz

30MhzWCDMA 대비 주파수 효율 3배 적용시

음성통화 은 가 음 LTE 주파수효율성 3 적 시 데이터 통화 6 가 (busy hour 기준)

by 이상근169

무선 데이 폭증에 대응하는 기 형상의 변화

4FA/3Sector

sectorsector

sector

1 FA

2 FA

sectorsector

sector

3 FA

sectorsector

sector

4 FA

omni

1 FA

1FA/omni 6FA/3Sector

sectorsector

sector

1 FA

2 FA

sectorsector

sector

3 FA

sectorsector

sector

4 FA

sectorsector

sector

5 FA

sectorsector

sector

6 FA

1FA/3Sector

sector

sector

sector

1 FA

cell split

1/2/3/4 FA 1/2/3/4 FA

1/2/3/4 FA1/2/3/4 FA1/2/3/4 FA

by 이상근170

F2

F1

F2

F1

F2

F1

F2

F1

F2

F1

F3 F3

F4 F4

F2

F1

F2

F1

F2

F1

F2

F1

F2

F1

F3 F3

F4 F4

F3

F4

F3

F4

F3

F4

F2

F1

F2

F1

F2

F1

cell

FA증설

cell 분할

셀분할에 의 효율적 용량증설

by 이상근171

3G cell split (KT)6sector 기 (SKT)

무선 데이 폭증에 대응하는 cell splitt/6sector

3Sector 기 광중계기

광중계기광 이블

버리

3Sector 기 광중계기

광중계기

광 이블

계기용 3Sector 장

& 버리

중계기는 기존 기지국의 용 을 이용하여 서비스 커버리지만을 확장

중계기 연동을 위한 전용 기지국을 추가하여 중계기에 의한 용 까지 확대가 이루어짐

SKT 6섹터

by 이상근172

중계기

기

버리

RF연동

기지국 장비와 무관=> 독립적 중계기 산업

중계기

기

& 버리

RF연동

계기 용 NodeB

기지국 장비와 무관

RU

CPRI, OBSAI 연동기지국 장비 규격연동=> 중계기 산업의 변화

DU

계기 연동 구조

by 이상근173

DU 집중화에 의한 Cell split

DU : Digital UnitRU : RF Unit

RU RU

RURU

RU

DU

광 이블

통화 원 효율성 증대 및 효율적 CoMP 지원

RU RU

RURU

RU

DU

광 이블

DU

DUDU

DU

DU RU

DU RU

기 집 화 (CCC,SCAN)

SKT LTE SCANKT 인텔 CCC

by 이상근174

CCC RU 연동 방안

CPRI(Common Public Radio Interface)

• DU, RU 사이의무선인터 이스규격을정의한산업협력단체(Ericsson, Huawei,NEC, Nortel…)

• 20Mhz, 12bit ADC, 1tx, 2rx 기준 => 2.5Gbps

• 명확하지않은 연동규격 => 중계기산업계생존의이슈

• 유사 표준 : OBSAI (Open Base Station Architecture Initiative)

RU

광 이블DU

CPRI

by 이상근175

< 기술적흐름을쉽게설명한 료>

[1] Holma,Toskala “LTE for UMTS” 2011,Wiley

[2] Martin Sauter “from GSM to LTE” 2010, Wiley

< 수식을배제하고실 적내용을설명한 료 >

[3] 이상근,조봉 ,여운영 “3G/4G 이동통신 시스템”, second edition,2009,홍릉과학출판사

[4] Stefamia Sesia “LTE The UMTS Long Term Evolution”, 2009, Wiley

[5] Erik Dahlman “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband” second edition,2008, Academic Press

[6] Ghosh, Zhang, Andrews,Muhamed “Fundamentals of LTE” 2011, Prentice Hall

[7] 이상근,조봉 , “UMTS를 위한 HSDPA/HSUPA", 2007, 홍릉과학출판사

[8] Farooq Khan “LTE for 4G Mobile Broadband” 2009, Cambridge

< RF 엔지니어관점의 료 >

[9] moray Rumney “LTE and the Evolution to 4G Wireless” 2009, Agilent

< 세부표준규격 >

[10] 3GPP homepage 표준규격 : http://www.3gpp.org

참 문헌