2020. 6. 14. 04:00ㆍ이동통신
- 통신서비스 : 네트워크 접속에 신경쓰지 않게 해주겠다는 고객과의 약속
- 유선서비스의 특징 : 일정 금액 내에서 무제한 제공
- 무선서비스의 특징 : 패킷단위의 과금
이동통신 산업의 특징 :
- 1. 규모의 경제 ( 많은 사람들이 사용하면, 싼값에 기지국과 UE, 서비스를 공급)
- 2. 규제 산업 (주파수 경매, 법규)
고객이 원하는 서비스 : LTE인지 5G인지 중요하지 않다. 시간과 공간의 제약없이 자유롭게 고품질로 접속 하는 것
기술표준이란?
- '반드시 이렇게 해야한다' (x)
- 이렇게 개발하면 장비간 호환성이 좋다 (o)
- 송신 방법에 대한 정의를 함
- 수신부는 통신사업자/개발자가 알아서 하도록
(Tx-Rx)송수신 방법 (Duplex)
- FDD :
- 가드밴드 : Carrier(반송파)의 Freq. 가 높아지면 가드밴드BW도 넓어진다. (주파수 낭비)
- 가드밴드 사용 이유 : 송신과 수신에 영향을 줌
- FDD 단점 :
- 실제 운용 시 UL/DL 비율이 다르기 때문에 UL에 주파수 낭비가 심함.
그 결과, TDD 로 넘어가게 됨 - TDD :
- 장점 : UL/DL 비대칭 할당 구조 : 주파수 효율을 높임 (고주파수 대역에서 FDD보다 더 유리)
- 장점 : CA에 유리함 (연속된 BW)
- 가드타임 : 신호가 겹치면 수신 불능상황에 처해질 수 있다.
- 기지국간 시간동기를 맞추는 것이 중요하다. (UL/DL 같이 들어오면 정보 뭉개짐)
- 전파 간섭을 줄이기 위해, UL/DL 비율을 기지국끼리 일치 시킴.
- 통일된 비율이 효율 떨어지니까 eIMTA 기술로 개선.
- TDD 시간동기 :
1. 가장 간단한 방식 : GPS를 사용. (전파 간섭 취약성이 있음)
2. 인터넷 망을 이용한 정밀 클럭 복원 기술 : IEEE 1588
정밀 클럭 복원 기술이 필요한 이유 :
- 전파는 빛의 속도로 이동 하기 때문에 3.3 u sec/km 의 Delay가 발생한다.
- 광케이블의 경우 전파보다 더 큰 딜레이가 발생한다. ( 전파 속도가 광케이블 속도보다 빠름)
- DU-CU : F1 ITR에서 광케이블 사용
따라서 TDD의 가드타임은, 최대 오차 시간 범위 를 의미한다.
- 가드타임이 길면, 먼 거리 까지 신뢰성을 가지므로, 커버리지가 증가한다.
동시에 1 Frame(10ms)내에 GT+DL+UL 이므로, Data 가 감소(용량 Capacity) 하는 Trade-off가 발생한다.
1 frame : Msg 전송의 최소 단위
- LTE-TDD에서는 서비스 반경에 따라 9단계로 구분한다.
- TDD UL 시간동기 : timing advanced
- 직교성 확보 위해서, 동일한 시간에 줄 맞춰서 도착함 (먼 UE는 조금 늦게 송신) - TDD 단점 :
- TDD를 하기 때문에, UL Avg Power가 작아, FDD 보다 UL 서비스 반경이 작다. (커버리지가 작다)
- UL반경이 작으면, UE의 Ctrl 신호가 기지국에 닿지 않아, 품질 하락의 원인이 된다.
- 이러한 커버리지 해결법은 1. 기지국 증설, 2. 안테나 늘림
- 주파수 효율성과 커버리지를 Trade-off로 봐도 될것 같다.
- UL/DL Switching 하기 때문에 UL의 Avg Power가 감소. - UL/DL 스위칭 비율 속도 결정 > 서비스 반경 결정 > CP 모드 결정
FDD-TDD 선택 이전에, 후방위 호환 (Backward) 를 더 먼저 고려해야한다.
그렇기 때문에 LTE에서
LTE-FDD : WCDMA의 진화 형태
LTE-TDD : TD-CDMA의 진화형태 (TDD 도입은, FDD의 한계/단점 때문에)
LTE-FDD, LTE-TDD 둘다 병행해서 사용할 수 있다.
이 공존 구간은 2.6GHz 대역대
UE의 최대 출력 200m watt
UE에서는 2G,3G,4G,5G 모두 호환되게 FDD,TDD가 가능하도록 되어있다.
기지국 1 cell (육각형)은 3섹터 (120,240,360)로 나눔
1섹터에 8개 안테나 (8x3=24) , 실제 LTE-TDD 기지국임.
8개는 8x8 MIMO
안테나 -RRH(소형기지국) 바로 붙어있음.
[5G 서비스 3-특징]
mMTC의 특징: 수 많은 사물이 연동 될 때 속도는 중요하지 않다. (Half-Duplex)
- 더 많은 사물
- 더 낮은 전력소모
- 멀리 전송
3G→4G
- OFDM의 등장 : CDMA 기술로는 4세대 Requirement 수백 Mbps를 구현하기 어려워서, OFDM 기술 사용
CDMA의 한계 이유. 직교코드(왈시, 확산)의 한계에 있음. 직교성이 현실의 제약사항때문에 상실됨.
직교성이 깨지면 SNR이 안좋아짐
(TDD) TD-CDMA : GPS를 활용해 기지국간 시간 동기
(FDD)WCDMA : 기지국간 시간 동기 하지 않음.
3G
- CDMA : DSSS 기술 - 확산코드 넣음 ( 더 많이 딸깍 거리게 곱함)
PAPR를 낮춤.
송신 x 확산코드 -> 전송
수신 = 전송받은거 x 확산코드 => 다시 표족해짐
[주파수 대역와 기지국 운용, HO 의 관점]
- 3G 때는 주파수대역을 확장하면 HW 증설이 필요하다 (장비의 주파수가 고정이었음)
- 그래서 위 그림과 같이, 인접 기지국 간 보유한 채널 수가 다르면 HO가 실패할 수 있고,
- 이를 방지하는 운용을 위해 불합리한 투자가 발생했었다.
- 3G 특징 : 5M 고정 BW
- 3G 특징 : 글로벌 로밍 이슈 -> 전 세계 동일한 대역 사용 - 4G 때는 15kHz의 Sub-Carrier를 n 개 사용하여 Flex BW 를 사용했으며, 파라미터의 변경만으로 BW를 확장 할 수 있어 투자비가 절감 되었다.
- 이런 이유로, Flex BW를 하기 위해 주파수 경매 시 최대한 넓은 대역을 확보하려고 한다.
- LTE 특징 : 주파수 대역폭이 달라도, HO가 가능하다.
20M 內 에서 Flex 하게 BW 운용.
Freq. BW가 넓다 == Time . 더 많이 딸깍딸깍 거린다.
Freq. sinc ====== Time . Rect Func.
[데이터 고속화 단점]
넓이에 해당하는 비트당 에너지가 낮아짐.
파워가 낮아져서 SNR이 안좋아짐
그래서 데이터 속도 쉽게 올릴 수 없음
[ 반사Reflect파와 간섭 ]
Reflect wave는 multi-path를 만든다.
Multi-Path에 의해 Delayed 로 도착한 경우 Symbol이 밀리게 되는데.
고속에서는 (고속==심벌 폭이 작음) ISI가 발생했을 떄 정보가 완전히 뭉게질 수 있다.
그래서 저속 Carrier를사용해야하고, OFDM에서는 이를 저속으로 변경해서 사용한다.
송수신시 처리는 CDMA에서 코드 섞어서 원래 신호 뽑는것과 동일하다.
CDMA 대비 장점은, Orthogonal한 function이 아닌, freq 자체를 쓰기 떄문에 한계를 극복 할 수 있다.
또한, 고속 데이터 전송에 가장 현실적인 기술이다.
OFDM은 Modulation 방법이고 (정확히는 Multiplexing. 쪼개는거)
FDM 방식이며, 사용 Carrier가 Orthogonal 이다.
FDM의 가드밴드가 사라졌다.
변/복조로 FFT/IFFT를 사용한다.
- CoBW - Multi-path Spread
- 1. 다중경로에 의해 위상 지연 도착 + FSPL (주파수 제곱에 비례)
- 2. 위상 지연된 애들을 섞어서 수신하니까 ISI로 , Power가 감소함. (채널 게인 감소)
- 3. 이런 특성 모아서 주파수의 profile 만듬.
- 4. 자연현상 대역이 비슷한 애들 사용 (flat fading)
- 5. ISI 를 막기 위해 CP를 사용함. (가드인터벌로는 직교성이 깨짐)
- CoTime - 도플러 확산
- UE가 움직이면서 수신 Freq가 흔들림.
- OFDM이 깨질 수가 있음. (ICI 이 생길 수 있음)
LTE-OFDM 기술 구조
- BW : Max 20MHz
- SCS : 15KHz
- # of SC : 20M/15K = Max 1200개
- 최소정보 : 가운데 1.4Mhz SCS 사용. (72개)
- Sub-carrier 개수 늘어나면 전력 소모가 증가함 (on-off time 구간이 길어지니까, 면적인 Power 가 증가)
- CP 는 Normal 모드, Ext 모드
1개 frame (10ms) , Msg 최소 단위
1개 Frame = 10 sub frame (each 1ms)
1 sub frame = 2 slot (each 0.5ms)
1 slot = 6~7 symbol
CP (가드 인터벌)
[OFDMA기술] = FDMA (sub -carrier를 여러명에게 할당) + TDMA (1 frame TDD 형식으로 UL/DL)
RB : 자원할당의 최소 단위
- Time : 0.5ms (1slot) = 7 OFDM Symbol
- Freq. : 180Khz (12개 Sub-carrier)
[LTE UL] - SC-FDMA (== DFT-s-FDMA)
CDMA의 DSSS 처럼 뿌려버림.
- MIMO(목적 : 사용자가 아니라 기지국의 용량 증대, 왜냐면 수신자가 항상 유효하게 받는다는 보장 없음, 최번時 기지국의 최소 속도를 보장함)
- 개수 : Reflect 반사, 시간 지연에 따라서, 여러개 데이터 seq. --> 데이터 속도 증가 (bps), 용량 개선
* 제약조건 : 신호를 구분하기 위한 우수한 전파 품질.
* : 반사가 심한 도심 환경같은곳
- 시간 Div : 품질(성능), 커버리지 개선(오류에 대한 생존성 증가), 잡음에 내한 내성 증가
* 제약조건 : 전파 품질 안좋을 때
조건에 따라서 위 2개를 선택적으로 사용 - 빔포밍 (여러개 안테나로)
- 공간 div : 유저에 따라 빔패턴 다르게 형성하기
- 효과 : 사용자간 간섭 최소, 사용자/기지국 용량 증가, 품질 향상
* 안테나 각도
* 전송할 신호 Phase
* 수신까지 거리
* 빔패턴이니까 안테나 이득
* 높은주파수에서 효율
* TDD에서 유리 (FDD는 주파수 대역이 달라서 UL/DL 의 정보가 다를 수 있음) ( TDD는 같은 주파수 대역)
(FDD는 주파수 대역 다르니까, 위상 차이가 많이 남)
* 사용자 정보를 받아야함. 채널 상태 등등
* 아날로그 빔포밍 : 넓게 감싸고, 그 안에 있는 사람들만 가리킴
* 디지털 빔포밍 : 더 잘게 쪼갬. (MU-MIMO)
(MIMO)DAS 중계기 : 건물 내 천장에 안테나가 매립된거. 굵은 케이블을 달아야 함.
RF 중계기 : 단순 전파 신호 증폭
시간 기준이 되는 Pilot 채널.
Pilot 채널 종류
PSS
SSS
RS
PBCH
무선 품질
RSSI : Ref Sig Str Indicator : - dbm (모든 Rx Power를 측정)
- 안테나 포트 에서 1 slot 內 0번,4번 OFDM 심볼 (ref signal 있는) 것들의 Avg Rx Power를 측정
- 여러개의 RB를 사용해서 측정
- 이 개념에는 ICI, 열잡음을 포함함
- 리포트시 번호가 할당됨
RSRP : Ref Sig Rx Pow (말그대로임) dbm
- 기지국 근처에서 높게 잡힘
- 모든 RRC 모드에서 사용
- RS power 측정 평균 값
- HO 와 Cell Reselect에 사용
- 채널 상태에 따른 Path-loss 추정이 가능 (PL = RS - RSRP)
- 5G에서는 SS(Sync)-RSRP , CSI-RSRP로 나뉨
RSRQ : Ref Sig Rx Qual
- RRC_Conn 에서만 계산함
- RS Power / Rx tot Power
- N* (RSRP / RSSI) ( N= RB 개수)
- C/I 의 형태임 ( sel sig power / 나머지 Power)
SINR
- 3GPP 규격 아니고, 단말기 제조사마다 구현
- RS와 PDSCH power를 기준으로 계산
- DL 판단에 가장 적합, CQI의 판단근거
CQI (UL Sub-channel)
- 채널 상태를 수치화 해서 시스템에 보고
- 0~15 값이 할당. 0은 OOS 를 의미
- 높을수록 좋음. MSC 레벨이 좋아져서 전송속도 증가됨
PRB : 기지국에서 RB 사용률 지표. 높을수록 트래픽 밀집
RS : 처음 호를 여는 Pilot 신호
TS : 트래픽 시그널 = 데이터 시그널
RI : MIMO 잘 잡고 있는지 보여줌
TAC : UE 위치정보
TP : 쓰루풋
기지국 번호 / 밴드 번호/ PLMN(Pulbic Land Mobile Net) =MCC+MNC/ CELL_ID(PCI)
유심에 IMSI(가입자= HSS(인증키와QoS값)+SPR) = 영구적임
IMSI 위험하니까 GUTI 씀
GUTI는 MME가 할당해주니까 MMEI(ID)+M-TMSI값
Through-Put 계산 방법 (LTE 기준)
1. 20M BW, 2x2 MIMO, 64 QAM
2. 20M = RB 100 EA
3. 1 sub frame = 12 sc x 7 OFDM sym x 2 slot = 168 bit
4. 100 RB = 16,800 bit
5. 변조이득 더하기 ( BPSK 1bit/sym , QPSK 2bit/sym, 8PSK 3bit , 16QAM 4bit, 64QAM 6bit, 256QAM 8bit)
16,800* 6 = 100,800 bits = 100.8 M bps (1000ms 반영)
(* PSK : Phase 밀고 당기기)
(* QAM = PSK + ASK)
6. 안테나 100.8M x 2 = 201.6 M bps
7. 오버헤드 산정치 25% 반영 (RS, PDCCH, PBCH)
201.6 x 75% = 150M Bps (Full duplex임. half 이면 여기서 절반 으로 나눔)
ISI 막는방법
- 1. Carrier 속도를 저속으로 사용
- 2. CP를 붙인다.
커버리지 높이기
- 기지국 증설 (치국)
- 안테나 많이
- Tx 출력 증가 (멀리멀리 FSPL) - 근데 상한 규제 있음 (40와트)
- 안테나 감도 증가
- 안테나 철탑 높이 증가 - 상한 규제 있음
- 데이터 속도 낮춘다. (비트 에너지 증가)
- 안테나 이득 증가
- 채널코딩
간섭 제거 방법
-ICIC : X2 에서 내가 쓰는거 너가 쓰지마 (Freq 분리). 데이터 간섭 제거
-eICIC : X2에서 타임 동기화 . 제어 간섭 제거
-JT-CoMP : 기지국간 MIMO
* 채널 추정 방법 : hopping / Spread
릴레이 : 무선을 전달해주는거. PCI 할당됨
중계기 DAC : PCI 없음
[Core]
MME
- Idle mode UE 추적 관리
- Attach 할 PGW,SGW select
- 인증, 베어러 관리
- Signal 트래픽 합법적 감청
- 재난문자 전송
- NAS 보안
- HO
SGW
- 패킷 라우팅 / 포워딩
- 과금
- HO 앵커
QoS 보장을 위해 베어러.
[전송의 신뢰성 절차]
1. 잡음내성(채널코딩). FEC , LDPC : UE에서 알아서 회복
2. FEC 실패 시 기지국의 MAC 에서 HARQ 전송
3. HARQ 실패시 기지국의 RLC에서 ARQ 전송 (느린 ARQ)
4. ARQ 해도 안되면 종단에 TCP/IP 요청
dbm은 V에서 20 , A에서 20, P 에서 10
dbi : 안테나 게인
EIRP (Effect Iso Radio Power ) : 실효 등방 전력 = 장비 출력 + 안테나 게인 - 케이블 로스
TAC : 페이징 단위 (트래킹 에어리어 코드. LTE 단말의 위치정보임)
안테나 포트와 CH이 맵핑 되어있음.
4G TTI : 1 sub frame (1ms)
5G TTI : sub frame도 되고, slot 도 된다.
LTE : 높은 파워 소모, 셀간 전파 간섭, 하드 HO
하드 HO 에서는 셀 엣지에서 상대 기지국의 신호가 완전한 잡음으로 작용함.
NF : in SNR / out SNR
지향성 D : 메인 lobe 최대 복사 /평균 복사
복사효율 : 출력/입력
안테나 이득 : 지향성 * 복사효율
ERP 실효 복사 전력
G/T 안테나 잡음온도
레일레이 페이딩
라이시안 페이딩
P1 db : non linear AMP
IMD : modul의 하모닉
IP3 : 원래 캐리어에 근접함.