LTE와 LTE-Advanced(4G) 이동통신 시스템의 차이점을 기술, 차세대 이동통신(5G) 기술 개발 동향

1. 개요 

2. LTE 주요기술

3. LTE-advanced 주요 기술

4. 기술비교 

5. 5G 차세대 이동통신 기술 동향

6. 맺음말

 

 

1. 개요

  - 이동통신은 음성에서 데이터로 급속히 변화하고 있으며, 최근 이동통신의 최대 이슈는 스마트폰의 활성화로 고속 데이터통신의 전송에 있음

  - 3G 기술은 Wibro와 WCDMA가 시장을 양분하고 있으나, WCDMA 기술의 경우 GSM 기반으로 전세계 대부분의 나라에서 서비스 되고 있음

  - 4G의 경우 Wibro-evolution과 LTE-Advanced가 표준으로 최종 확정되었으나, 전세계 이동통신을 LTE-Advanced가 장악할 전망임

  - 국내 서비스의 경우 LTE와 Wibro가 공존하고 있으나, LTE가 시장을 주도적으로 이끌어가고 Wibro는 보완제로서의 역할에 머무를 전망임

 

2. LTE 주요기술

  - LTE는 WCDMA(3G) 기술이 진화하면서 등장한 기술로 CDMA 방식에서 OFDMA 방식이 적용된 기술로 3.9G 기술로 평가됨

  - 기존 방식과 호환성이 불가능한 관계로 망투자비가 증대함

기술	내용
OFDM	- 주파수 대역을 수백 개로 쪼개어 주파수 간 간섭을 최소화해 대용량 데이터를 동시에 고속으로 보내는 기술  - 각 반송파 주파수 성분은 상호 중첩되어도 상관없기 때문에 더 많은 반송파의 다중화가 가능해 주파수 이용 효율을 높일 수 있음
MIMO	- 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택하여 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법  - 송수신 양단에 2 이상의 안테나를 사용하여 페이딩 영향 감소, 대용량, 고속, 커버리지 증대 등의 효과를 얻는 다중 안테나 기술  - 주파수 대역폭 및 송신 전력을 증가시키지 않아도 채널용량을 크게할 수 있음
SC-FDMA	- LTE 상향링크에서는 PAPR(Peak To Power Ratio)를 줄임으로써 휴대단말기의 전력 소모를 줄일 수 있는 SC-FDMA(Single Carrier-FDMA)를 사용함
Femto Cell	- 가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 브로드밴드망을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속하는 초소형 이동통신 기지국을 뜻하며, 셀반경 10미터 이하의 커버리지를 제공할 수 있는 기지국을 의미  - 펨토셀은 옥내 중계기를 통하지 않고 기지국에서 교환기로 이동통신 데이터를 전송, 네트워크 구축비용 절감, 주파수 부하를 줄이고 통화품질 향상 가능

 

 

3. LTE-advanced 주요 기술

  - 3G의 LTE에서 진화한 기술이 4G의 LTE-Advanced 기술이며 4G에서 지향하는 정지 1Gbps, 이동시 100Mbps를 구현한 기술임

  1) 캐리어 집성 기술(Carrier Aggregation)

     - 복수개의 캐리어를 통합하여 대역폭을 확장시켜 사용함으로써 데이터 전송률과 시스템 용량을 증대하는 기술

     - 연속적인 주파수와 대역이 떨어진 주파수 모두 100MHz로 확장이 가능함

 

 

  2) CoMP 기술

    - OFDM을 무선 접속방식으로 사용하는 LTE-Advanced 이동통신 기술에서 셀 경계지역에 위치한 이동 단말은 동일 주파수 대역을 사용하는 주변 셀로부터 간섭 영향으로 서비스 품질이 저하됨

http://3gppltee.blogspot.kr/2012/09/what-is-icic-inter-cell-interference.html

    - CoMP(Coordinated Multi-Point Tx/Rx) 기술은 셀 경계지역에 위치한 단말에 영향을 미치는 주변 셀들 간 협력을 통해 정보를 공유하고, 스케줄링을 통해 간섭을 최소화 함으로써 셀경계지역 단말 서비스 품질을 개선하고 시스템 성능을 향상하는 기술

    - CoMP 기술은 하향전송과 상향전송 기술에 대해 정의되고 있으며, 현재 3GPP는 데이터 하향전송에 대해 JP(Joint Processing)기술과 CS/CB(Coordinated Scheduling/Beamforming) 기술을 논의 중

      가. JP(Joint Processing)

         - 지리적으로 떨어져 있는 다수개의 전송 점에서 단말에 전송할 데이터를 공유하며 전송하는 방법

      나. CS/CB(Coordinated Scheduling/Beamforming) 방식

         - CoMP 협력 셀에 포함된 2개 이상의 주변 셀에서 협력을 통해 수집된 정보를 활용하여 선택된 한 개의 셀에서 스켈줄링을 통해 주변 셀들과 간섭을 최소화하면서 경계에 위치한 단말로 데이터를 전송하며, 이때 주변 CoMP 협력 셀에서는 간섭을 회피하기 위해서는 동일한 자원을 사용하지 않는다.

  3) Enhanced MIMO

    - MIMO 기술은 기존 LTE에서 사용하고 있는 MIMO 기술로 8*8로 확장하여 고속화를 시현함

 

  4) 릴레이(Relay) 기술

    - 릴레이 기술은 셀에서 데이터가 전송되는 셀 커버리지를 확장하거나 기지국과 단말 간 무선채널 환경이 열악하여 서비스 품질이 저하되는 지역(음영지역)에서 단말의 서비스 품질 향상을 위해 사용함

    - 릴레이 1은 음영지역에서 서비스 품질 개선을 위한 예를 보여주며, 릴레이 2는 셀커버리지 영역 확장 예를 보여줌

 

http://2h69php.cn/Research/CooperativeRelayingvEng.htm

 

 

4. 기술비교 

구분	LTE	Wibro Evolution	LTE advanced
듀플렉스 모드	FDD/TDD	TDD	FDD/TDD/HDD
Multiple Access(D/L)	OFDMA	OFDMA	OFDMA, MC-CDMA 등
Multiple Access(U/L)	SC-FDMA	OFDMA	OFDMA, SC-FDMA
BW	1.25/2.5/5/10/15/20MHz	5/7/8.75/10MHz	5/10/20/80/100MHz
최고속도(D/L)	100Mbps	400Mbps	1Gbps(정지),100Mbps(보행)
최고속도(U/L)	50Mbps	20Mbps	50Mbps
이동성	~350km	~250km	~350km
QoS	보장	QoS 확충	보장
안테나	MIMO	MIMO	MIMO

 

5. 5G 차세대 이동통신 기술 동향

  - 현재 5G 기술은 표준화 논의를 시작한 단계로 개념적인 정의만 확정된 상태임

  - 5G는 국내의 경우 ETRI, 삼성전자, LG 전자 등이 적극적으로 논의하고 표준화 준비를 하고 있는 단계임

  - 5G 기술적 목표 및 요구사항

    가. 폭발적 데이터 트래픽의 수용: 4G 대비~1000배

    나. 사용자당 전송률의 획기적 증가: 평균 전송률~1Gbps

    다. 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용: 4G 대비 10~1000배

    라. 매우 낮은 단대단 지연(End to End Latency): ~1ms

    마. 고에너지 효율: 4G 대비 10~1000배

 

6. 맺음말

  - 5G의 기술적 목표 및 요구사항은 크게 용량 증대, 저지연, 에너지 효율, 연결 디바이스 수의 4가지 기술분야로 나누어 볼 수 있음

  - 5G 무선전송은 다양한 Radio Acess Technology가 공존하는 형태가 될 것으로 예상

  - 초기 5G 무선 전송은 기술적인 측면과 사업자의 경제성 관점에서 기존 4G의 진화적 발전을 토대로 새로운 기술을 수용하는 형태가 될 가능성이 높음

 

 

<참조>

 

3GPP 릴리즈(Release)와 LTE

 

릴리즈 7까지는 3G 기술이고, 릴리즈 8에서 LTE가 도입

LTE는 릴리즈 8~9를 지칭하는 반면, LTE-A는 릴리즈 10~13을 모두 지칭하는 용어

LTE-A Pro는 릴리즈 13~14(릴리즈 13은 2015년 3월에 완성 예정)

릴리즈 15 이후는 5G

 

http://www.whydsp.org/215

http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-term-evolution/4g-lte-advanced-comp-coordinated-multipoint.php

http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-term-evolution/4g-lte-advanced-relaying.php

http://www.ece.gatech.edu/research/labs/bwn/surveys/ltea.pdf

http://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=6291

http://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=oneshot&no=6116

주간기술동향1553-02.pdf

152-2-3-5.pdf

 

<참조>

LTE-A pro

‘LTE-A 프로’는 최대 3Gbps 속도와 2~3ms(밀리세컨드)의 지연속도를 지원하는 서비스로, 세계 이동통신 표준화 기술협력기구(3GPP: 3rd Generation Partnership Project) 릴리즈13~14 표준 기술을 말한다. 3GPP는 LTE와 LTE-A에 이은 기술 진화 표준으로 ‘LTE-A 프로’를 확정하고 4G에서 5G로 이어지는 연속성을 갖춘 네트워크 진화 방안에 대한 방향을 제시했다.

256쾀, 4×4 MIMO(다중입출력), 4/5밴드(Band) CA 등의 기술을 활용해 데이터 통신시 다운로드·업로드의 효율과 속도를 높이는 차세대 표준이다. 이를 도입하면 다운로드 데이터 변환 효율은 약 33%, 업로드 데이터 변환 효율은 약 50% 향상되며, 데이터 전송량 및 속도도 평균 2배 향상시킬 수 있다