LTE 개요

기본용어

  • 방향
  • DL : Downlink (기지국 -> 단말)
  • UL : Uplink (단말 -> 기지국)
  • Duplex
  • FDD : Frequency Devision Duplex : DL, UL을 주파수로 구분함
  • TDD : Time Devision Duplex : DL, UL을 시간으로 구분함
  • OFDMA 기술 : LTE, M-Wimax, UMB(퀄컴)
  • 세대 : ITU-R에서 3G/4G를 제정
  • IMT2000부터 3G
  • IMT-Advanced부터 4G
  • 동기방식
  • 비동기 (3GPP 진형) : 기지국은 자체적으로 동기화함
  • 동기식 (3GPP2 진형) : GPS 시간정보로 모든 기지국이 동기화됨, CDMA에서 퀄컴이 제안한 시스템
  • 다중접속 방식
  • CDMA : Code Division Multiple Access – 코드 분할, IS-95라고 함, 사용자마다 직교 code를 사용함.
  • FDMA : Frequency Division Multiple Access – 주파수 분할. 무전기에서 사용.
  • TDMA : Time Division Multiple Access – 시분할, GSM에서 사용.
  • GSM
  • 유럽에서 사용. 고속통신에 적합하지 않음
  • 차후 WCDMA로 진화

Cellular 진화

  • CDMA 기반 / 동기식 / FDD
  • CDMA2000 1X, 1X Advanced : 1X는 1.25MHz를 20명 정도가 공유하여 사용
  • EV-DO Rel.0 : Data Only
  • EV-DO Rev.A : LG U+에서 사용. DL:3.1Mbpx(1x), UL:1.8Mbps(1x)
  • EV-DO Rev.B : DL:9.3Mbpx(3x), UL:5.4Mbps(3x) – 3개를 병렬처리하여 속도 개선
  • DO Advanced : 4x
  • CDMA 기반 / 비동기식 / FDD
  • Rel.99(WCDMA)
  • Rel.5(HSDPA), Rel.6(HSUPA)
  • Rel.7~Rel.9 & Beyond(HSPA+) : MIMO(2배) 또는 64QAM(1.5배) 사용
  • Rel.8 & 9 (LTE) : DL에서 MIMO를 사용.
  • Rel.10 & 11 (LTE-Advanced)
  • FDMA기반 / TDD
  • M-WiMAX(IEEE 802.16e) : DL, UL을 능동적으로 조절
  • M-WiMAX(IEEE 802.16m) : 4×4 MIMO

LTE 개요

  • 개요
  • Long Term Evolution
  • LTE = EUTRA(N) = Super 3G = 3.9G(엄밀히 말해 4G 스펙은 아님)
  • EUTRA(N) : Evolved Universal Terrestrial Radio Access (Network)
  • 다중접속기술
  • DL : OFDMA (Othogonal Frequency Division Multiple Access) with CP
  • 각 신호들은 직교하여 서로 영향을 받지 않는다.
  • High PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 문제될 수 있음 (군중에서 크게 떠드는 사람이 있으면 모두 크게 말해야 함)
  • CP(Cyclic Prefix) : 다중경로로 반사파 -> 채널간 간섭 방지를 위해 GI(Guard Interval)를 삽입 -> 직교성 깨짐 -> 심볼 구간 뒷부분의 신호 일부를 복사하여 삽입
  • UL : SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) with CP
  • OFDMA 보다 성능은 낮지만 PAPR 문제가 없음
  • 단말기의 고출력 Power Aplifier 부담이 낮아짐
  • 음성 & 데이터 모두 Packet Switching
  • 3G는 음성은 CS(Cricuit Switching), 데이터는 PS를 사용했음.
  • 대역폭 가변 : 1.4 / 3 / 5 / 10 / 15 / 20 MHz (사업자 사정에 따라 조절 가능)
  • 전송속도 (대역폭 20 MHz 일때의 이론적 최대치)
  • DL : 64 QAM 일때 – 300 Mbps(4×4 MiMO), 150 Mbps (2×2 MIMO)
  • UL : SIMO (단말에 안테나 1개) 일때 – 75 Mbps(64 QAM), 50 Mbps (16 QAM)
  • Adaptive Modulation & Coding
  • mudulation : DL/UL에서 QPSK, 16QAM, 64QAM 사용
  • coding : 제어 신호는 Convolution code, 데이터는 Rel-6 Turbo code
  • 참고사항 – 코딩 : 소스코딩(압축), 채널코딩(추가정보를 넣어서 에러복원시 사용)
  • 참고사항 – Turbo Code : 통신 채널의 비트 오류 확률을 최소로 유지하는 알고리듬에 기반을 둔 오류 정정 부호(ECC). 샤논 이론에 근접
  • ICIC (Inter-Cell Interfrence Mitigation)
  • OFDMA와 SC-FDMA에서의 셀간의 간섭을 최소화
  • H-ARQ
  • H : 데이터링크계층에서의 오류제어기법인 ARQ와 물리계층의 오류제어기법인 채널코딩(FEC)를 결합한 Hybrid 방식
  • ARQ : Automatic Repeat Request – 수신쪽에서 오류를 검출하면 재전송을 요청함
  • Incremental Redundancy(보낼때마다 에러복원 능력이 좋아짐) 기반의 soft combining(기존것과 다시 받은것을 합침)
  • FDD와 TDD를 지원 : FDD로 개발해도 쉽게 TDD로 전환 가능
  • Hard Handover를 사용하여 이동성을 지원
  • 이동시 다음셀은 handover를 준비하고 있어야 함.
  • 300km/h정도 속도까지 지원
  • 참고사항 : 비동기식에서는 sector를 cell로 본다.
  • LTE의 출현
  • WCDMA -> HSDPA -> HSUPA -?-> LTE
  • TR 25.913
  • 현재 개발되는 LTE는 Release9 기반 (2×2 MIMO, 64QAM, Dual Carriers사용)
  • LTE 네트워크 아키텍쳐
  • 기존 WCDMA : 3단계 = 기지국, 기지국제어기, Core Network
  • LTE : 2단계 = 기지국, Core Network
  • 단말 카테고리 (UE Category)
  • 물리계층 파라메터를 조합하여 5개의 단말 카테고리를 정의
  • LTE 초기에는 CAT3, 성숙되면 CAT4~5 사용될것으로 전망
  • CAT5는 안테나 4개 (상관도가 낮아지려면 단말크기가 커야 하므로 노트북, 태블릿등에 사용됨)

LTE 주요특징

  • 요약
  • 높은 스펙트럼 효율 (OFDMA, SC-FDMA)
  • 높은 주파수 효율 (MIMO)
  • 낮은 지연(Latency)
  • 다양한 채널 대역폭 (state가 단순화됨)
  • 단순한 아키텍처 (3단계 -> 2단계)
  • 기존 3GPP 기술과 호환 & 연동 (inter working)
  • 하나의 RAT(Radio Access Technology)로 FDD, TDD모드로 동작
  • 효율적인 Multicast/Broadast (super cell : 여러셀의 신호를 받음)
  • SON(Self Organizing Network) 지원 : 운용비용 절감
  • 음성과 데이터가 Packet Switching 기반
  • DL에서 OFDMA 사용
  • 다중경로 간섭에 강함
  • ISI(Inter Symbol Interference)가 거의 없음 (Symbol길이가 다중경로 지연보다 길다)
  • CP(Cyclic Prefix)로 ISI제거
  • 채널 상황에 따른 주파수&시간 자원 스케쥴링 (HSPA에서는 모든 사용자가 채널 특성 관계없이 같은대역 사용)
  • 한 사용자에게 자원을 분산하여 할당하므로 Frequency Diversity 효과
  • 채널정보를 아는 경우에는 채널 이득이 높은 대역에 자원을 할당
  • 채널정보를 모르는 경우에는 전 대역에 분산하여 할당하여 효과적
  • MIMO와 결합하여 속도향상
  • 단점 : 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)
  • 자꾸 헷갈리는 놈들
  • OFDMA (Othogonal Frequency Division Multiplexing) : 다중채널로 동시전송하므로 “다중화 기술”, 다중 반송파에 분할하여 전송하므로 “변조기술”
  • OFDM (Othogonal Frequency Division Multiple Access) : 한 사용자가 모든 유효 부반송파를 독점하는 것이 아니라 여러 사용자가 유효한 부반송파의 집합을 서로 다르게 분할 할당받는 방식
  • UL에서 SC-FDMA 사용
  • 채널 상황에 따른 주파수&시간 자원 스케쥴링
  • MIMO(다중 안테나)
  • 기술
  • Diversity : 다중경로 제어 (강한 신호를 선택)
  • Beamforming : 스마트 안테나 (안테나 빔이 해당 단말에 집중)
  • SM (Spatial Multiplexing, 공간다중화) : SU-MIMO(한사용자에게 안테나/자원을 집중), MU-MIMO
  • DL : Diversity, Beamforming, SM
  • UL : MU-MIMO (단말에 여러개 안테나 설치어려움 -> SU-MIMO 제약), Diversity
  • 짧은 Setup Time / Latency / handoff
  • 짧은 TTI (Transmission Time Interval) : 1ms (채널에 따른 빠른 스케쥴링 위해)
  • 단순화된 RRC (Radio Resource Control)의 State / Message : State 2개(RRC_CONNECTED, RRC_IDLE)
  • 기지국간의 새로운 interface : X2 (기존에 비해 handoff 지연시간 감소)
  • 다양한 채널 대역폭 : 1.4, 3, 5, 10, 15, 20MHz
  • 1.4, 3 : cdma2000, GSM에서 LTE로 이동하기 위해
  • 10 : 이정도는 되야 원활한 데이터 전송 가능
  • 이통사는 기존시스템에서 LTE로 진화하여야 하기에 다양한 대역폭 지원
  • 단말기는 최대 대역폭인 20MHz를 지원해야 함 (필수사항) : 사업자마다 다른 대역폭의 RF를 만드는것은 비효율적임
  • 단순한 아키텍쳐
  • RAN + Core Network
  • RAN 기능은 eNodeB에서 수행함
  • 노드 : MME, S-GW, P-GW
  • 인터페이스 : S1-MME (eNodeB MME), S1-U (eNodeB S-GW), X2 (eNodeB eNodeB)
  • MBSFN (Multimedia Broadcast Single Frequency Network)
  • Synchronized Singe Frequency Network(시간동기 맞는 하나의 주파수 사용하는 네트워크)에서 멀티캐스트/브로드캐스트 전송
  • 여러 셀에서 같은 정보를 보내고 단말은 아주 큰 셀에서 신호를 받는것처럼 인식)

LTE 기술 사항 (정리중)

  • Scheduling

  • Link Adaptation (링크 적응)

  • ICIC (Inter-Cell Interference Coordination)

  • HARQ

  • MIMO

  • STTD (Space-Time Transmit Diversity)

  • SFTD (Space-Freq. Transmit Diversity)

  • DD (Delay Diversity)

  • CDD (Cyclic Delay Diversity)

  • Beamforming

  • Spatial Multiplexing (공간 다중화)

CC BY-NC-ND 2.0 KR

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