5G 새로운 파형 기술

1. 개요

 - 기존 디지털 방송 및 이동통신 시스템(4G)은 OFDM 기반

 - 시간이 지나고 수요가 증가함에 따라 OFDM 기술에서는 대역 외 스펙트럼 재성장 (spectrum regrowth) 때문에 사이드 로브가 높아져 스펙트럼 효율성이 떨어진다는 문제가 발생

 - 이러한 OFDM의 단점을 해결하기 위해 GFDM (generalized frequency division multiplexing), FBMC (filter bank multi- carrier), UFDM (universal filter multi- carrier) 등의 다른 방법에 대한 연구가 진행

 

2. OFDM의 한계

  - 현재까지 Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM)은 다중 경로 페이딩 채널에 대한 강인함과 Fast Fourier Transform(FFT)를 이용한 구현의 용이성으로 널리 사용되어 왔음

  - 5G에서 요구하는 조건들을 만족시키기에 OFDM은 한계가 있음

  - MTC와 machine to machine(M2M)통신에서는 많은 저전력 장치들이 비동기신호를 보내게 되는데 OFDM은 높은 PAPR 때 문에 저전력 장치들이 운용하기 어려움

  - 또한 OFDM의 잦은 Cyclic Pefix(CP)의 사용은 Tactile Internet에서 요구 하는 조건인 저 지연 (<1ms)을 만족시키기 어렵게 한다

 - 부반송파간 간섭(ICI : Inter Carrier Interference)을 제거하기 위하여 사용하는 CP(Cyclic Prefix)로 인한 대역 손실도 발생

  -  OFDM의 높은 대역 외 방사로 인해 5G의 주요 시나리오인 fragmented spectrum 환경에 부적합할 것이라 예상

 - OFDM 기술은 부반송파 간의 효율성을 높일 수는 있으나 밴드 간에는 Side-lobe의 누출전력을 발생 시키므로 채널 간 간섭을 막기 위한 Guard band로 인한 주파수 낭비 발생

 

 

 

3. 5G 물리계층 후보

 가. FBMC(Filter Bank Multi Carrier)

    - 각 부반송파 별 필터를 적용하여 대역 외 방사를 OFDM보다 확연하게 줄인 기술

    - 부반송파마다 필터를 적용하기 때문에 높은 구현 복잡도를 갖음

    - OFDM보다 낮은 대역 외 방사를 갖으며 높은 시간- 주파수 효율을 얻을 수 있다

    - FBMC 송신기 구조

   - FBMC 서브채널 주파수 응답

 

 나. UFMC(Universal Filtered Multi carrier)

    - FBMC와 달리 한 개의 필터가 여러 부반송 파를 처리하여 전송하는 방식

    - FBMC와 달리 부반송파 마다 필터를 적용하는 것이 아닌 부반송파들의 그룹, 즉 서브밴드마다 필터를 적용하는 방식

     - 서브밴드마다 필터를 적용함으로서 OFDM의 Cyclic Prefix(CP) 로 인한 주파수 대역 이용 효율 저하 및 다중 경로 페이딩 채널에 의해 발생하는 Inter Carrier Interference(ICI)를 극복

 

 

 다. GFDM(Generalised Frequency Division Multiplexing)

    - 기존에는 없었던 새로운 개념의 다중주파수 전송방식

    - 모든 데이터들은 주파수, 시간 영역에서 원형 이동(circularly shifted) 된 필터를 이용하여 처리 하는 방식

    - 이러한 과정을 통해 대역 외 방사를 낮 춰 여러 단말이 복잡하게 스펙트럼을 사용하고 있는 fragmented spectrum에서의 운용을 가능

 

    - OFDM과 SC-FDE

    - OFDM과 SC-FDE(Single Carrier- Frequency Domain Equaliser)의 장점을 아우르는 방식이 GFDM

    - 데이터를 부심볼과 부반송파에 맵핑시켜 블록 형태로 데이터를 전송하는 방식

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