Aggreation technology(LTE_U 포함)

1. 개요

 - 5G와 IoT로 인한 무선 트래픽 급증에 대응하기 위해

                       무선망 성능 개선

                       주파수 효율 향상

                       신규 주파수 할당

                       주파수 공동 사용 기술 개발  

    등이 복합적으로 적용되어야 달성 가능

 - 그의 일환으로 LTE를 비면허 대역에 사용하려는 LTE-U라는 주파수 공동 사용 기술을 이동통신에 적용

 - 별도의 허가나 사용료 없이 사용가능한 Wi-Fi용 주파수를 이용하여 LTE방식으로 Access하는 기술

 - LTE-A의 주파수 집성기술을 활용하여 1차 캐리어를 면허대역 LTE 기반으로 하고, 2차 캐리어를 비면허 대역 LTE로 묶어서 고속으로 데이터를 전송하는 기술

 - 우선적으로 5GHz 비면허대역에 적용을 검토

 - 현재 사용 중인 LTE 주파수는 700MHz, 900MHz, 1800MHz, 1900MHz, 2100MHz가 있으며, LTE-U 주파수는 Wi-Fi 대역 중 5.8GHz 대역임

 - 주파수를 확보하기 위해 Unlicensed 대역을 함께 사용하는 기술임

 

2. LTE-A의 CA 기술의 진화

  - LTE CA는 여러 LTE 채널들을 결합하여 총 주파수 대역폭을 넓히고 사용자 속도를 높이는 기술

  - LTE CA에서 묶여진 채널들은 하나의 primary 채널과 하나 이상의 secondary 채널(들)로 구분

  - CA 제어는 primary 채널만이 처리하며, primary 채널을 anchor로 하여 secondary 채널(들)을 결합/해제

  - LTE-A에서는 5개까지 LTE-Pro에서는 32개까지 LTE 채널을 결합할 수 있고 그 결과 수백 Mbps에서 수 Gbps까지의 속도를 제공

  - LTE CA는 채널을 결합할수록 속도가 증가하나 가용 면허 주파수의 부족, 엄청난 주파수 비용으로 인해 이동통신사업자는 면허 주파수를 제 때 확보하는데 어려움을 겪고 있음

  - 2013년 6월 세계 최초로 2-band CA (총 20 MHz, 150 Mbps)를 상용화한 이래 2014년 6월에는 광대역폭을 이용한 2band CA (총 30 MHz, 225 Mbps), 2015년 1월에는 3사 모두 3-band CA (총 40 MHz, 300 Mbps)를 상용화

  - 추가 면허 대역 확보에 어려움을 겪는 모바일 사업자들이 비면허 대역인 WiFi 대역 활용을 적극적으로 시도

 

 

3. Aggregation technology

<출처> Netmanias, LTE-WiFi Aggregation 기술 분석

가. LTE-U/LAA

   1) 개념도

 

    - LTE-CA를 그대로 비면허 대역으로 확장하는 기술

    - LTE-A의 주파수 집성기술을 활용하여 1차 캐리어를 면허대역 LTE 기반으로 하고, 2차 캐리어를 비면허 대역 LTE로 묶어서 고속으로 데이터를 전송하는 기술

 

  2) LTE-U의 Access 망

 3) LTE-U의 장점

   - 주파수 대역폭 확장으로 채널용량 개선

   - 기존 Wi-Fi 인프라를 그대로 수용하여 옥내커버리지 확보

   - LTE와 LTE-U 서비스에 스케줄링을 통한 트래픽 분산가능

   - QOS 확보

 

 4) LTE-U의 제약사항

    - LTE와 Wi-Fi의 채널 액세스 방법이 다르게 때문에 발생하는 fair access 이슈

        --->LTE와 WiFi가 같은 채널에서 전송을 시도하면 LTE가 채널을 점유해 버려 WiFi에 불공정

    - 나라별로 다른 5GHz 주파수 정책

    - 기존 LTE 망에 신규 LTEU/LAA 스몰 셀 (예, Small RRH, Pico)을 도입해야 하므로 상당한 액세스 망 비용이 필요

    - 단말 역시 5 GHz LTE 하드웨어가 필요

 

 5) LTE 서비스간 비교

 

  나. LTE-WiFi Link Aggregation(LWA)

      1) 개념도

       - LTE-U/LAA가 비면허 대역을 이용할 수 있지만 단말과 스몰셀에 새로운 5GHz LTE 하드웨어가 답재되어야만 함

       - 기존 단말과 기지국을 활용할 수 있는 대안으로 LWA가 등장

       -  LTE용 5 GHz 하드웨어 없이 WiFi AP들을 활용하여 LTE 트래픽을 전달

 

      2) LWA access망

    

      3) 특징

        - LWA에서 LTE는 LTE 대역을 WiFi는 WiFi 대역을 이용하므로 LTE-U/LAA와 달리 기존 WiFi와의 fairness나 regulation 문제가 없음

        - LTE 데이터가 eNB에서 분리된 후 단말에서 다시 결합되어야 하므로 eNB, WiFi AP, 단말 모두에 LWA 기능이 추가되어야 하고, LWA 구조, 프로토콜, 동작이 정의

        - LAA와는 달리 새로운 하드웨어를 필요로 하지 않고 기존 기지국과 WiFi AP를 소프트웨어 업그레이드하여 이용

        - 단말에서는 소프트웨어 업그레이드 필요

        - WiFi로 전송된 LTE 트래픽에 대한 과금 정보를 수집하는 방법과 과금 정책이 필요

  다. MPTCP path aggregation

    1) 개념도

      - 3GPP에서 주도하는 LWA는 LTE와 WiFi를 radio link 레벨에서 결합

      - IETF MPTCP WG에서 주도하는 MPTCP는 LTE와 WiFi를 TCP 레벨에서 결합

      - 전송 계층 프로토콜인 TCP 프로토콜을 MPTCP로 확장

      - 기존 TCP가 단말과 서버 간에 하나의 TCP 경로만 설정하던 것에 비해 MPTCP는 단말과 서버 간에 여러 TCP 경로를 구성하여 동시에 데이터를 전송

    2) access망 구조

   3) 특징

     - LTE 사업자는 기존 망 인프라 (LTE 망, WiFi 망 and IP infrastructure)를 교체/변경하지 않고 MPTCP Proxy 추가와 단말의 소프트웨어 업그레이드 만으로 LTE 와 WiFi를 결합할수 있음

     - 인프라 투자비용을 최소화하고 즉각적으로 상용망에 적용 가능 

     - MPTCP 기술이 기존망에서 최소의 비용으로 즉각 상용화하여 서비스할 수 있는 가장 현실적인 기술

4. Aggregation technologies 비교

  - LTE-U/LAA/LWA는 radio 레벨에서 LTE와 WiFi를 결합하므로 추가적인 core 망 기능이 필요 없는 반면 새로운/업그레이드된 RAN 장비와 단말이 필요하다. 

  - LTE-U/LAA는 WiFi와 채널 액세스 메카니즘이 다른 LTE가 비면허 대역을 WiFi와 같이 사용하므로 fair access 솔루션이 주요 이슈이다.  

  - LWA는 비면허 대역을 WiFi만 사용하므로 fair access 이슈는 없는 대신 LTE 트래픽을 PDCP 계층에서 결합하기 위한 프로토콜의 변화와 과금 방법이 이슈이다. 기존 장비와 단말의 업그레이드 가능 여부가 LWA의 비용 효율성에 영향을 미친다.   

  - MPTCP Proxy는 기존 망 위에서 결합하므로, RAN 기술/종류에 무관하고 기존 망의 교체/변경이 필요없다. 

  - MPTCP Proxy는 LTE 망과 WiFi 망으로 나눠지는 subflow들에 대한 관리/제어, 사업자 서버와의 연동, 기존에 무료로 이용하던 WiFi 트래픽에 대한 과금 정책이 이슈가 된다. 

 

http://www.tta.or.kr/data/weekly_view.jsp?news_id=4180

152-5-3.pdf