지금 이 순간

1. 개요

2. 펨토셀 개념도

3. 펨토셀의 특징

4. 펨토셀 도입을 위한 주요 이슈

1. 개요

 - 펨토셀이란 가정 내 설치되는 초소형 기지국을 의미하는 것으로 10의-15제곱을 의미하는 펨토(femto)와 이동통신 단위 서비스 지역을 의미하는 셀(cell)의 합성어임

- 가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 브로드밴드망을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속하는 초소형 이동통신 기지국을 뜻하며, 셀반경 10미터 이하의 커버리지를 제공할 수 있는 기지국을 의미

2. 펨토셀 개념도

 - 기존의 단말기를 이용해 실외에서는 이동통신망에 접속하며, 실내로 이동하였을 경우 펨토셀 장비를 통해 인터넷망을 경유해 이동통신망에 접속

3. 펨토셀의 특징

 - 음영지역 해소를 통한 통화 커버리지 확대

 - 이동통신 기지국을 무선랜의 AP(Access Point) 수준으로 대체

 - 유무선 통합 서비스로서 통신비 절감효과

 - 가입자들은 음성 및 고속데이터 서비스를 중단없이(seamless) 사용

 - 통신 사업자들에게 포화된 통화시장에서 신규 수익 모델이 될 수 있음

 - 펨토셀은 옥내 중계기를 통하지 않고 기지국에서 교환기로 이동통신 데이터를 전송, 네트워크 구축비용 절감, 주파수 부하를 줄이고 통화품질 향상 가능

4. 펨토셀 도입을 위한 주요 이슈

 4.1 인터페이스 및 아키텍쳐 표준화 필요

     - 펨토셀 장비와 집중장비의 인터페이스에 대한 표준화가 요구됨

     - 모바일 코어 네트워크와 연경을 위한 아키텍처의 표준화가 필요

 4.2 관련 법규 및 규제 문제 해결

 4.3 무선랜과 경쟁에서 이기기 위한 수준의 서비스 비용 정책 

1. 등장 배경

2. 기본 개념

3. 협력통신 효과

  1) 다이버시티 효과

  2) 중계 이득의 효과

1. 등장 배경

  - MIMO 시스템은 Celluar base station 등에서는 장점이 있지만, 다른 분야에서는 실용적이지 못함

  - 특히 Size, Cost, Hardware limitation 등의 이유로 무선 장비가 다중 송신 안테나를 가지긴 거의 불가능하여 이에 대한 해결 방안으로 나온 것이 Cooperative communication 또는 Cooperative relay network이라 불리는 새로운 개념이 나오게 됨

2. 기본 개념

  - Multi-user 환경에서 하나의 안테나를 가지는 무선 장비들이 그들의 안테나를 Share함으로써 일종의 가상 MIMO 시스템을 만들어 내는 것임

  - 전송부에 안테나가 하나이더라도 중간에서 relay 역할을 해주는 무선 장비들이(이들도 각각 하나이 안테나) 전송 안테나의 역할을 하여 Diversity를 얻게 해줌

3. 협력통신 효과

  1) 다이버시티 효과

    - 사용자 1과 사용자 2는 '사용자간 채널(Inter-userchannel)'인 채널 A를 사용하여 가상 안테나 어레이를 구성

    - 사용자 단말기는 통상 무지향성(Omni-directional) 안테나를 장착하므로 사용자 1이 목적국으로 전송하는 데이터를 사용자 2도 청취할 수 있음(이러한 사용자간 통신에서는 별도의 무선 자원이 추가로 필요하지 않음)

    - 협력통신에서 협력 사용자(사용자 2)는 사용자간 채널로 수신한 원천국의 정보를 처리하여 이 정보를 목적국으로 재송신

    - 협력통신에서 얻을 수 있는 이득은 주로 사용자-목적국간 채널들이 독립적인 페이딩을 나타나는데 기인하여 다이버시티 효과를 얻을 수 있음

   2) 중계 이득의 효과

    - 협력 통신에서는 목적국에 근접한 사용자 2가 목적국으로부터 떨어진 사용자 1의 트래픽을 중계함으로써 저전력 송수신이 가능

    - 이때 사용자 2는 중계국(relay)의 역할을 하므로 협력통신은 전통적인 다중(Multi-hop) 통신과 유사

    - 그러나 다중홉 통신과 달리 협력통신에서는 목적국이 원천국으로부터 직접 받은 정보를 버리지 않고 중계국으로부터 받은 정보와 결합시켜 더 나은 성능을 나타냄

1. 개요

2. Motivation

3. Cognitive Radio 의 구성 블록도

4. Cognitive Radio 핵심 기술

  4.1 Spectrum Sensing

  4.2 Spectrum Management

  4.3 Spectrum Mobility

  4.4 Spectrum Sharing

5. Cognitive Radio의 표준화(IEEE 802.22)

6. 기대 효과

1. 개요

  - 무선 통신기기가 주변의 스펙트럼을 관측하고 이 정보로부터 주변상황을 인식한 후에 행동을 취하는 기술

    (대역폭 결정, 통신 상대방과 통신절차, 전력제어, 전송방식, 전송속도 등)

  - 기존의 주파수 사용자에게는 간섭 신호를 일으키지 않고, 빈 주파수 공간을 알아서 찾아다니면서 통신

    (기존 우선순위 사용자(Primary user)에게 할당된 주파수가 사용되지 않을 경우에, 주변 무선환경을 인지하고 최적화된 파라미터를 설정하여 CR 사용자와 통신가능)

2. Motivation

 - 급속히 발전하는 다양한 형태의 무선 통신 기술들로 인해 사용 가능한 주파수 대역이 포화(Spectrum scarcity)

 - 주파수의 실제 이용률에 대한 연구결과 약 15%에서 85% 정도의 사용률 결과를 얻음(비어있는 주파수에 대한 중복사용 가능)

3. Cognitive Radio 의 구성 블록도

4. Cognitive Radio 핵심 기술

  4.1 Spectrum Sensing

      - 사용하지 않고 있는 스펙트럼 검출

  4.2 Spectrum Management

      - 가용한 스펙트럼 중에 가장 좋은 신호 선택

  4.3 Spectrum Mobility

      - 우선 사용자가 주파수를 사용할 경우에 이를 비워주고 seamless하게 다른 주파수 대역으로 이동하는 기능

  4.4 Spectrum Sharing

      - 공정한 스펙트럼 스케줄링 제공

5. Cognitive Radio의 표준화(IEEE 802.22)

  -  CR 기술 기반으로 VHF/UHF TV 주파수 대역에서 비신고, 비간섭으로 사용할 수 있는 무선기기에 대한 PHY 및 MAC의 표준을 만들기 위해 IEEE 802.22 WRAN(Wireless Regional Area Network)이 구성

  -  도시 외곽 지역에서 비어 있는 TV 채널을 센싱하여 비허가 무선기기들을 사용할 수 있도록 무선통신 서비스를 제공하는 것을 목표

6. 기대 효과

  - 도심의 통신 요구가 많은 지역에서 무선 홈 네트워크, 무선 인터넷 접속 서비스에 대한 지능적 관리가 가능

  - 경제성이 낮은 교외, 농어촌 지역 및 도서지역에서 저렴한 시설 비용으로 광역 무선 접속서비스 제공 가능

  - 다수의 서비스가 다수의 주파수를 미리 정해진 규칙에 의거해 자유롭게 사용하는 개방형 주파수 이용이 가능

<References>

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=3243&id=768

http://mmlab.snu.ac.kr/courses/2007_advanced_internet/handout/20071017_hwlee.pdf

http://www.cs.tut.fi/kurssit/TLT-6556/Slides/5-CognitiveRadio.pdf

1. 개요

2. Conventional 무선 통신 시스템

3. Typical SDR structure

4. 4세대 SDR을 위한 핵심기술

   4.1 RF Front-End 및 Digital IF 기술

   4.2 기저대역 디지털 신호처리 기술

   4.3 소프트웨어 다운로드

5. 향후 전망

1. 개요

  - Software Defined Radio(SDR) 기술은 첨단 디지털 신호처리 기술과 시스템 소프트웨어 기술 기반으로 하드웨어 수정 없이 모듈화된 소프트웨어 변경만으로 단일의 송수신 시스템을 통해 다수의 무선 통신 규격을 통합, 수용하기 위한 무선 접속 기반 기술임

2. Conventional 무선 통신 시스템

  - 아래 Block diagram은 종래의 무선통신 시스템을 보여줌

  - Mixer, Filter, Amp, Modulator/Demodulator 등 모두 하드웨어로 구현이 되었음

  - 자주색으로 표시된 부분을 소프트웨어로 구현하려는 시도가 SDR임. 즉 하드웨어적으로 구성되었던 RF 모듈 부분을 소프트웨어적으로 구성시킴으로써 범용적인 컴퓨터 기술인 단순한 소프트웨어 업그레이드로 RF 모듈 부분의 변경을 가능토록하는 기술

3. Typical SDR structure

  - 그림은 IF 아날로그 신호를 고속 ADC를 통해 디지털 신호로 변환하고 이후의 처리는 DSP를 이용하여 처리하는 SDR 기반의 무선 송수신기의 구조임

  - ADC/DAC의 위치를 기저대역으로부터 IF 혹은 RF 안테나까지 근접시킴으로써, 시스템 표본화 처리 대역을 RF까지 증가시키는 추세임

  - SDR은 안테나와 가장 가까운 곳에서 수신 신호를 디지털화하여, 하드웨어 의존성을 낮추도록 프로그램이 가능한 하드웨어 부분을 확장하고, 소프트웨어 프로그램 능력을 증대하여 시스템의 유연성을 증가시키는 무선 기술  

4. 4세대 SDR을 위한 핵심기술

 4.1 RF Front-End 및 Digital IF 기술

     - 이종 시스템 혹은 사업자들에게 할당된 주파수 대역에 구애 받지 않고 언제 어디서나 자유롭게 무선채널을 액세스하고 또한 특정 채널을 임의로 선택하기 위한 디지털 RF/IF 및 채널화기/역채널화기가 필요

     - 다중 이동통신 모드를 지원할 수 있는 유연성이 가미된 디지털 RF/IF 및 채널화기/역채널화기가 필요

 4.2 기저대역 디지털 신호처리 기술

     - 서로 다른 물리 계층 규격의 여러 무선 전송 시스템은 대부분 상이한 기저대역 신호처리 방식을 적용하고 있어, 이들을 통합 처리하기 위해서는 기저대역에서의 SDR 기법에 기반한 디지털 신호처리 기술의 적용이 필수적

 4.3 소프트웨어 다운로드

     - SDR 기술을 적용한 단말이나 기지국 장비의 기능을 변화하기 위해 새로운 프로그램들을 적용하는 소프트웨어 다운로드 기능은 SDR의 성공적인 전개를 위해 매우 필요

     - 소프트웨어 다운로드를 통해 새로운 사용자 애플리케이션 및 프로토콜 스택뿐 아니라 물리 계층의 모뎀 기능등의 다운로드가 가능

5. 향후 전망

   - SDR의 기술 발전의 걸림돌로서 초고성능의 프로세서 필요, 시스템간의 인터네트워킹 문제, 다중모드로의 통신수요의 비관적 예측, RF 부품 역할의 디지털화 등의 문제점이 지적되고 있음

   - 그러나 SDR 기술은 RF기술에서 컴퓨터 기술까지 적용해야 할 기술분야가 상당히 넓고 각 단위기술 별로 지속적인 발전이 예상되기 때문에 향후 계속해서 진화할 것임

   - SDR 기술이 이동통신기술에서 주도적인 역할을 수행하기 위해서는 아키텍처와 플랫폼 및 IC 개발, 소프트웨어 개발 등에 많은 투자와 연구가 절실히 요구되는 실정임

<References>

http://transition.fcc.gov/pshs/techtopics/techtopics4.html

http://www.ecnmag.com/articles/2007/08/software-defined-radios-adapt-change

1.개요

2. 다중 안테나 기술 분류

  2.1 안테나 구성에 따른 분류

     2.1.1 SISO(Single Input Single Output)

     2.1.2 SIMO(Single Input Multi Output)

     2.1.3 MISO(Multi Input Single Output)

     2.1.4 MIMO(Multi Input Multi Output)

  2.2 Open-loop MIMO 시스템과 Closed-loop MIMO 시스템

     2.2.1 Open-loop antenna 시스템

     2.2.2 Closed-loop antenna 시스템

   2.3 사용자 수에 따른 분류

       2.3.1 SU-MIMO(Single User- MIMO)

       2.3.2 MU-MIMO(Multi User- MIMO)

3. 다중안테나 주요 기술

 3.1 공간/안테나 다이버시티

    3.1.1 수신안테나 다이버시티(Receive Spatial/Antenna Diversity)

    3.1.2 송신안테나 다이버시티(전송 다이버시티, Transmit Spatial/Antenna Diversity)

  3.2 스마트 안테나(Beam-forming)

  3.3 공간 다중화(Spatial Division Multiplexing)

4. 결론

1.개요

 - 지금까지 한 개의 송신 안테나와 한 개의 수신 안테나를 사용했던 기존방식에서 탈피하여 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

 - 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있음

 - OFDM 기술을 접목할 시 고속의 전송률과 전송데이터를 대용량화 할 수 있는 멀티미디어 서비스에 이용될 수 있음

참조>

MIMO는 대역폭의 확장없이 물리적인 공간(다수안테나를 설치할 수 있는 공간)을 양보함으로써 고속의 데이터를 전송할 수 있습니다.

그런데 동일한 송신기에서 안테나만 달리했다고 이러한 것들이 가능할까요

이론적으로 안테나들을 공간적으로 반파장이상 이격하면 물리적으로 다른 특성을 갖고 수신할 수 있습니다.

특히 MIMO에서는 물리적 채널이 산란채널일 경우 그렇지 않은 경우보다 더 성능이 좋습니다

2. 다중 안테나 기술 분류

  2.1 안테나 구성에 따른 분류

     2.1.1 SISO(Single Input Single Output)

         - 단일 송신 안테나, 단일 수신 안테나

         - 안테나 다이버시티 및 공간 다중화 효과 없음

     2.1.2 SIMO(Single Input Multi Output)

         - 단일 송신 안테나, 다중 수신 안테나

         - 수신 안테나 다이버시티 효과 있음, 공간 다중화 효과 없음

     2.1.3 MISO(Multi Input Single Output)

         - 다중 송신 안테나, 단일 수신 안테나

         - 수신 안테나 다이버시티 효과 없음, 공간 다중화 효과 있음

     2.1.4 MIMO(Multi Input Multi Output)

         - 다중 송신 안테나, 다중 수신 안테나

         - 안테나 다이버시티 및 공간 다중화 효과 모두 가능

  2.2 Open-loop MIMO 시스템과 Closed-loop MIMO 시스템

     2.2.1 Open-loop antenna 시스템

           - 송신기에서 채널정보를 알지 못함

           - 다이버시티 이득, 다중화 이득을 얻을 수 있음

     2.2.2 Closed-loop antenna 시스템

          - 송신기에서 채널정보를 알고 있음

          - 수신단에서 채널의 상태를 추정하여, 송신단으로 채널 정보가중치를 귀환시켜, 송신 시 이 가중치를 이용하여 전송

          - 개루프 방식보다는 우수한 성능을 보이나 고속에서 지연발생

          - 빔포밍 이득, 다중화 이득을 얻을 수 있음

    2.3 사용자 수에 따른 분류

       2.3.1 SU-MIMO(Single User- MIMO)

             - 단일 사용자 MIMO

       2.3.2 MU-MIMO(Multi User- MIMO)

             - 다수 사용자 MIMO

3. 다중안테나 주요 기술

 3.1 공간/안테나 다이버시티

    - 송신, 수신측에 복수 개의 안테나(다중 안테나)를 설치하여 다이버시티 효과를 얻는 방법

    - 종류: 수신안테나 다이버시티, 송신안테나 다이버시티

    3.1.1 수신안테나 다이버시티(Receive Spatial/Antenna Diversity)

          - 공간적으로 충분히 이격된 2개 이상의 안테나를 이용하여 다이버시티 효과을 얻는 기법

          - 서로 다른 무선 채널을 통과한 신호를 수신하고 이중에 페이딩 영향이 적은 것을 선택하거나 합성 수신

          - 이는 전송률을 향상시키는 방법은 아님, 다이버시티 이득에 의한 전송의 신뢰도를 높이는 기술임

          - 선택형 다이버시티(복수개 안테나로 들어온 신호 중 제일 좋은 신호를 취함), EGC(Equal Gain Combining), MRC(Maximal Ratio Combining, IS-95 역방향 링크에서 사용)

    3.1.2 송신안테나 다이버시티(전송 다이버시티, Transmit Spatial/Antenna Diversity)

          - 송신단에서 다중안테나를 사용하여 수신 다이버시티 효과를 내도록 한 기술

          - 같은 데이터를 다중의 송신 안테나에 전송하면 송신다이버시티 효과가 있어 전송의 신뢰성이 높아지게 됨

          - 동일한 심볼을 여러 송신 안테나로 전송 시 다양한 경로를 통해 전송되므로 한 채널이 심한 페이딩을 겪어 손실되더라도 다른 경로 심볼이 전달 될 수 있으므로 무선 채널의 페이딩을 극복할 수 있음

          - 수신단에서 여러 안테나를 사용하여 다중 경로를 통해 전달된 신호들 중에 페이딩 영향이 적은 것을 취사선택하는 공간 다이버시티 기법을 단말기에 적용하기에는 크기등 한계가 있기 때문에 송신단에서 다중 안테나를 사용함

          - 하향 방향으로 많은 데이터가 보내지는 비대칭형 전송 형태에 유리

          - 알라무티 코드(Alamouti code): 가장 많이 알려진 Transmit Spatial Diversity 기술

          - Cyclic Delay Diversity(CDD):Transmitter쪽 두 개 이상의 안테나에서 같은 신호를 약간의 시간차를 두고 전송하는 것을 의미

  3.2 스마트 안테나(Beam-forming)

      - 스마트 안테나를 포함한 폐루프 빔포밍 기술은 송신단이 수신단에서 추정한 채널 정보를 피드백 받아 이용함

      - 폐쇄루프 빔 포밍 기술은 특정 사용자에게 RF 에너지가 집중되도록 각 안테나의 위상, 진폭의 가중값 등을 조정해주는 기술로 8×8 또는 16×16 MIMO 등이 사용됨

       - 기지국의 RF 에너지를 특정사용자에게만 향하도록 형성하면 특정 사용자에게만 송신신호 전력이 집중되므로 안테나 어레이 이득을 얻을 수 있어 수신 신호대 잡음비 향상, 타사용자에게는 간섭이 줄게되어 셀용량 증대와 셀커버리지를 크게할 수 있음

       - 빔 형성 방법에 따라 스위치 빔 어레이 안테나(Switched Beam Array Antenna), 적응 어레이 안테나(Adaptive Array Antenna)가 있음

          가. Switched Beam Array Antenna

             - 미리 정해진 유한 개의 안테나 빔 패턴 중에 수신 전력에 따라 최고의 성능을 줄 수 있는 빔 패턴을 선택 수신하는 방식

          나. Adaptive Array Antenna

             - 실시간으로 조정되는 무한 개의 빔 패턴을 적응적으로 이용

  3.3 공간 다중화(Spatial Division Multiplexing)

      - 송신 안테나의 개수 만큼 심볼을 병렬 전송 할 수 있기 때문에 전력과 주파수 대역을 증가시키지 않으면서 최대 송신 안테나의 개수만큼 전송률을 증대시킬 수 있음

      - 송신 안테나의 개수만큼 데이터 전송 정보의 양을 늘릴 수 있다는 장점이 있으나 채널의 페이딩 현상에 취약하여 비트 오차 확률이 증가하는 문제점이 있음

      - 전송 다이버시티나 Beam forming은 수신 신호의 품질을 좋게 만들어 주는 것이 그 목적이었으나 SDM은 수신 품질은 그대로지만 전송 capacity를 늘리는 것이 목적

4. 결론

 - MIMO 기술이 기존 시스템에 잘 적용되기 위해서는 채널 상황에 따라 적절한 변조 방식, 전력 등과 같은 무선 자원의 이용, 시공간 부호화에 대한 연구가 있어야 함

 - MIMO기술은 이동 통신 단말과 중계기등에서 폭넓게 사용할 수 있는 다중안테나 기술로 무선 인터넷의 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있음

 - MIMO 기술은 제한된 주파수와 전력 환경에서 고속 데이터를 전송할 수 있는 핵심기술로 4G, WLAN, WiMAX등에 폭넓게 사용될 예정임

 - 향후 인접한 셀에 위치한 기지국과 상호 협력을 통해 셀 경계에 위치한 사용자에게 고품질의 서비스를 제공하기 위한 Cooperative MIMO 시스템도 LTE-Advanced에서 적용 예정임

<References>

http://edu.tta.or.kr/upload/22/sub/3%C0%E5_%C1%B6%BA%C0%BF%AD%20-%2003_MIMOforLTE.pdf

http://www.whydsp.org/210

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?id=777&m_temp1=2863&nav=2

http://www.dailywireless.org/2010/05/13/mimo-the-paper-war/

http://ytd2525.files.wordpress.com/2012/09/106767244-lte-tdd-system-multiple-antenna-techniques-mimo-and-beamforming.pdf

http://www.mpirical.com/blog/article/156

http://www.agilent.com/about/newsroom/tmnews/background/N5106A/