LTE 기반 소형셀

1. 개요

 - 급증하는 모바일 트래픽 용량에 대처하고 사용자의 QoS(Quality of Service)를 만족시킬 수 있는 기술 중 하나로 단위면적당 용량 증대에 기여할 수 있는 소형셀 기술이 부각

 - 소형셀 기지국은 통상 수 km의 광대역 커버리지를 지원하는 매크로 셀과는 달리 10~수백 m 정도의 소출력 커버리지를 갖는 기지국을 말함

 - 소형셀 기지국은 기술적으로 3G UMTS 기반의 Femto Cell에서 시작하여 4G LTE 기반의 3GPP Rel. 8/9의 Home eNB, Rel. 10/11의 Small Cell을 포함하는 HetNet 기술, Rel. 12에서의 SCE(Small Cell Enhancement) 기술로 진화하고 있으며, Rel. 13의 LTELAA(Licensed-Assisted Access) 기술도 소형셀을 대상 으로 표준화를 진행 중

 

2. 소형셀의 분류

소형셀 기지국을 셀의 크기와 용도에 따라

                    Residential Femtocell

                    Enterprise형 Picocell

                   도심이나 시골지역에서 사용하는 Metrocell과 Microcell로 구분

 

3. 소형셀 기지국 망 구조

   - S-GW(Security-Gateway)를 통해 HeNB GW(Home eNB Gateway)와 인터페이스할 수 있다

   - 소형셀 기지국은 가정용, 혹은 오피스 및 기업용으로 설치 가능함에 따라 소형셀 형상을 자동으로 설정해주는 SON(Self Organizing Network) 서버 및 HeMS(Home eNodeB Management System) 서버와 연동하는 구조를 갖는다

 

<ETRI 전자통신 동향분석>

<netmanias>

 

<http://winner.ajou.ac.kr/publication/data/domestic/2015jsy.pdf>

4. Small cell의 장점

 - Small Cell은 쿠퍼의 법칙(Cooper’s Law)을 따라 셀의 사이즈를 줄여 단말기를 기지국에 가깝게 위치시켜 트래픽의 밀도를 높여 이러한 문제를 해결하자는 것

 - 단말기의 전력소모 줄어듬

 - 설치 및 유지비용이 기존 기지국에 비해 적게 듬

 - 실내환경에서 MIMO 장점 극대화

 

5. 소형셀 기지국 기술

 가. 소형셀 기지국 요소기술

   - 소형셀 기지국은 RF 및 L1 칩을 포함하는 하드웨어와 L2/L3 프로토콜 및 응용 소프트웨어로 구성

구분	내용	비고
RF 및 L1 칩을 포함하는 하드웨어	- 소형셀 기지국 소프트웨어가 다양한 L1 칩셋 하드웨어에서 동작할 수 있도록 OS(Operating System) 및 하드웨어 장치 드라이버에 대한 API를 제공
L2/L3 프로토콜	- 3GPP 규격 기반으로 설계 및 구현  - 저사양의 소형셀 하드웨어 자원에서 안정적이면서 고속의 L2/L3 프로토콜 처리가 가능
애플리케이션 기술	- 무선 자원 관리(RRM: Radio Resource Management)  - SON(Self-Optimizing Network) Agent  - OAM (Operation And Maintenance) Agent 기술

 

 나. 소형셀 기지국 연관 기술

   1) 소형셀 백홀 기술

     - 소형셀 백홀은 소형셀과 코어 네트워크 간의 물리적인 인터페이스

     - 우리가 흔히 알고 있는 Fiber, ADSL, VDSL, FTTx 기술 등이 유선 백홀을 구성하 는 데 사용

     - Small Cell이 확대됨에 따라 각 셀 을 연결하는 방법으로 무선 백홀 기술이 제시

     - 무선 백홀 기술은 유선에 비해 구축비용이 저렴한 장점이 있음

   2) SON(Self Organisation Network)

     - 소형셀 기지국은 매크로 기지국에 비하여 상대적으로 많은 개수가 배치되게 되고, 이에 따라 소형셀을 자동으로 초기화하고 설치하고 관리하는 SON 기술은 소형셀 과 연관된 중요한 기술 중 하나

   3) 무선 간섭(Radio Interference)

     - Small Cell은 그 셀의 역이 겹치기 때문에 필연적으로 셀 간 간섭 현상에서 자유로울 수가 없다.

     - 이러한 문제를 해결하기 위한 기술로 eICIC(enhanced Inter-Cell Interference Coordination) 와 CoMP(Coordinated Multi-Point Transmission and Reception)등이 있음

 

 

6. 소형셀 기지국의 주요 표준화 기술

  1) eICIC

     - 매크로 기지국 커버리지 안에 소형셀 기지국이 설치 된 환경에서 매크로 셀과 소형셀 간 간섭문제를 완화하 기 위하여 3GPP Rel. 10에서는 시간 영역에서 셀 간 간 섭을 제어하는 ABS(Almost Blank Subframe) 기술과 CRE(Cell Range Expansion) 기술을 정의

  2) 반송파 집송 기술

     - 반송파 집성 기술은 단말에 부 반송파를 추가적으로 설정하여 대역폭을 확장하는 기술로 3GPP Rel. 10에서 도입

     - Rel. 11에서는 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 반송파 간 집성이 가능한 기술로 확장

     - 그리고 Rel. 12에서는 이종 듀플렉스 반송파 간 집성 기술이 정의되어 FDD(Frequency Division Duplex) 매크로 셀과 TDD(Time Division Duplex) 소형셀 간 반송파 집성을 지원

   3) 이중 연결성 기술

     - Non-ideal Backhaul로 연결된 매크로 기지국과 소형 셀 기지국이 서로 다른 주파수를 사용하는 환경에서 단말이 매크로 기지국과 소형셀 기지국에 동시에 연결이 가능한 기술로 3GPP Rel. 12에서 정의

    4) LAA

      - 면허 대역을 사용하는 셀을 주 반송파로 하고 비면허 대역을 사용하는 셀을 부 반송파로 집성시키는 기술

 

7. 맺음말

 - 스마트폰의 등장과 함께 매년 증가되는 모바일 트래 픽에 대응하기 위한 용량 증대 기술이 연구되고 있으나, 추가 주파수 확보가 어렵고 물리 계층 기술을 통한 용량 증대가 한계점에 다다르고 있어 셀의 소형화로 밀도를 높여 서비스를 제공하는 방안이 고려

 - 소형셀 기지국 기술은 4G 이동통신뿐만 아니라 단위 면적당 용량 증대, 사용자 관점의 용량 증대라는 관점에 서 5G 이동통신 주제로 계속적인 연구/개발이 진행되리라 예측