소형셀 간섭제어 기술

1. 개요

 - 모바일 기기와 데이터 이용량의 폭발적인 증가에 따라 한정된 자원으로 좀 더 빠르고 많은 용량을 처리하기 위해 다양한 기술들에 대한 표준화 및 연구 개발이 진행 중

 - Massive MIMO 기술, 3D beamforming 기술이나 소형셀 기술 및 이종 무선망(예, WiFi)과의 연동 기술 등은 5G(5세대 이동통신)로 가는 길목에 있는 대표적인 기술

 - 소형셀 기술은 기존의 매크로 셀 영역 내에 트래픽이 대량으로 발생하 는 hot-spot이나 빌딩 내에 피코 및 펨토와 같은 소형 기지국을 다수 설치하여 Heterogeneous Network (HetNet) 기반으로 단위 면적당 네트워크 용량을 증대하는 기술

 - 5G에서는 수많은 소형 셀을 밀집시킨 초 밀집 네트워크(Ultra Dense Network: UDN) 구조를 통해 5G 성능 요구 사항에 접근하려는 노력이 활발히 진행

 - 같은 주파수 대역을 사용하는 셀 간의 거리가 짧아질수록 셀 경계 지역이 많아지기 때문에 셀 간 간섭 이 증가할 수 밖에 없다. 따라서 셀 간 간섭제어 기술이 뒷받침되지 않으면 셀 전체 용량 관점에서 성능 향상은 크게 기대할 수 없다.

 

2. 5G 네트워크 진화 과정에서의 간섭문제

 가. Homogeneous Network

    - Homogeneous Network는 전통적인 네트워크 구조

    - 동일한 송신 전력, 안테나 패턴을 가진 기지국들이 유사한 성능을 가진 백홀 링크를 통해 코어망에 연결

    - 주로 10~40W급의 매크로 기지국이 수 km 의 넓은 영역을 커버하고 가능한 한 많은 사용자를 수용

    - 셀 경계에 단말들이 있으면 큰 power로 통신이 이루어지므로 그 신호가 서로에게 간섭이 됨

 나. Heterogeneous Network

    - 매크로 셀만으로 구성된 네트워크에서 모바일 트래픽 의 폭증을 해결하고 사용자의 QoS/QoE를 향상하기 위해 기존에 배치된 매크로 기지국의 영역에 같은 주파수를 사 용하는 다양한 형태의 소형셀 기지국이 중첩되어 배치된 네트워크를 Heterogeneous network(Het Net)

    - HetNet 환경에서의 셀 간 간섭문제는 셀과 셀 간의 거리가 가까워져서 셀 경계 지역이 많아지고 간섭이 심해짐

    - HetNet 환경에 서는 매크로 셀의 송신 전력이 소형셀의 송신 출력보다 훨씬 크기 때문에, 소형셀과 매크로 셀 경계에 있는 단말들에게는 제어 채널간의 간섭이 매우 심해진다

  다. Ultra Dense Network

    - 셀의 크기를 줄이는 것이 단위 면적당 주파수 이용 효율을 늘릴 수 있다는 Martin-Cooper의 법칙에 따라, Ultra Dense Network(UDN)에 대한 연구가 5G 네트워 크의 한 분야로 활발히 진행

    - UDN은 매우 작 은 셀 영역을 가지는 셀들이 매우 밀집하는 구조를 가진 네트워크 구조로 단말과 기지국 간의 거리가 짧아 높은 경로 감쇄 이득 및 짧은 전송 지연을 통하여 높은 데이 터 전송률을 제공할 수 있는 장점

    - UDN에서는 기존의 4G의 HetNet 환경에서 보다 훨 씬 더 많은 수의 소형 셀이 밀집되어 운영될 것이므로, 셀 간의 간섭문제로 인해 어느 한계 이상으로 시스템 성 능을 향상시키기 어렵게 된다. 이를 위해 다양한 종류의 네트워크 협력을 통해 간섭제어 기술이 필요

 

3. 3GPP 표준에서의 간섭제어 기술동향

 가. ICIC

    - Inter-Cell Interference Coordination(ICIC)는 3GPP Rel. 8에 정의되어 있는 LTE 시스템의 간섭제어 기술

    - homogeneous network 환경에서 인접한 셀들이 셀 경계에 있는 단말들에게 서로 다른 주파수 자원을 할당 해주기 위한 방법을 제시한 기술

 

 나. eICIC

    - enhanced Inter-Cell Interference Coordination (eICIC)은 3GPP Rel. 10에서 정의된 LTE-Advanced 시 스템의 간섭제어 기술

    - Rel. 8에서 정의된 주파수 영 역 대신에 시간 영역을 셀 간 나누어 전송하는 방식

  

 다. FeICIC

    - Further enhanced Inter-Cell Interference Coordination (FeICIC), 3GPP Rel. 11에서 정의

    - 3GPP Rel. 10에서 정의한 ABS 구간에서 희생 셀들이 공격자 셀로부터 받는 간섭을 피할 수 있지만, 여전히 Cell Specific Reference Signal(CRS)의 간섭은 피할 수 없는 문제

   

  라. CoMP

     - 3GPP Rel. 11에서 연구를 시작한 CoOrdinated  Multipoint Transmission and Reception(CoMP) 기술
은 셀 경계에 있는 단말에게 여래 개의 이웃한 셀이 협력하여 데이터를 송수신하여 간섭을 줄이고 셀 경계에
있는 단말의 성능을 높이기 위한 기술

 

4. UDN에서의 간섭제어 기술동향

 - 3GPP에서는 주파수 영역의 ICIC 를 시작으로 시간 영역의 eICIC, Further enhanced Inter-Cell Interference Coordination(FeICIC), 그리고 공간 영역의 CoMP까지 다양한 간섭기술을 논의

 - 5G UDN 구조에서는 multi-tier HetNet에서 수많은 소형셀이 밀집된(densification) 형상

  가. Small Cell ON/OFF 기술

     - UDN 환경에서는 수많은 소형셀 네트워크가 인접하여 상호 간 극심한 간섭

     - 실시간 데 이터 수요 분석 및 사용자 이동성을 고려하여 특정 소형 셀을 일시적으로 중단시키는 small cell on/off 기술 개 발이 진행 중

   나. Base-Station Selection and Resource Coordination

     - 실시간 데이터 수요, 이동성, 채널 환경 등을 종합적으로 고 려한 새로운 기지국 선택 기술 연구[9]가 진행 중

     - 각 기지국이 관리하는 이동 단말에 어떻게 자원을 할당할지 결정하는 기술 연구 중

   다. Coordinated Multi-Point Transmission and Beamforming

     - 여러 셀 간 coordination을 통한 무선 통신 기술

     - UDN 구조에 서는 하나의 단말이 물리적으로 인접한 여러 기지국에 동시에 연결되어 seamless 환경을 형성하고 간섭을 줄 이는 효과를 얻는 것이 중요

 

5. 맺음말

 - 5G 네트워크에서는 이제 더 이상 간섭제어 기술 하나만을 통해 시스템 성능을 향상 시키는 것은 매우 어려우며, 단말이 요구하는 데이터 서비스의 종류, 이동성 및 채널 환경, 셀 간의 자원 할당 방법 등을 종합적으로 고려해야 최적의 시스템 성능을 얻을 수 있으며, 이에 대한 핵심적인 연구가 필요