LTE ( Long Term Evolution )

1. LTE (Long Term Evolution) 컴퓨터네트워크(E11) 20081576 박근호 20081674 이선규 20081693 이태용 20081694 이태희

2. 개 요 • LTE 표준은 100Mbps의 하향링크 최고 속도, 50Mbps의 상향링크 최고 속도, 10ms 이하의 RAN(Radio access network) round-trip time을 제공한다. 또한 반송파대역폭을 1.4MHz에서 20MHz까지 조정이 가능하며, TDD와 FDD를 이용한 전이중통신을 지원한다. • LTE 표준의 일부는 SAE(System Architecture Evolution)이라고 불리며, 이는 GPRS 코어 네트워크를 대체하고 과거의 시스템이나 GPRS, WiMAX와 같은 비-3GPP 시스템 사이에서의 이동성을 보장하기 위해 설계된 플랫 IP 기반 네트워크 아키텍처이다. • LTE의 주요 이점은 높은 처리량, 낮은 지연 시간, 플러그 앤 플레이, 같은 플랫폼에서 FDD와 TDD를 사용할 수 있다는 점, 향상된 end-user experience, 단순한 아키텍처, 그로 인한 낮은 운영비이다. LTE는 또한 GSM, cdmaOne, UMTS, CDMA2000와 같은 구형 네트워크 기지국으로의 원활한 이동을 지원한다. LTE의 다음 단계는 LTE 어드밴스드(LTE Advanced)이며, 현재 3GPP Release 10에서 표준화가 진행중이다.

3. 현재 상황 • 표준의 대부분은 3G UMTS를 4G 이동통신 기술로 개선하는 것이며, 4G는 근본적으로 상위에 향상된 멀티미디어 서비스를 갖는 이동 광대역 통신기술이다. 표준은 아래와 같다. • 4x4 안테나의 경우 326.4 Mbit/s, 2x2 안테나의 경우 172.8 Mbit/s의 최대 하향속도(20MHz 대역폭 기준) • 단일 안테나의 경우 대역폭 20MHz당 86.4Mbit/s의 상향속도 • 음성 중심 클래스부터 최대 전송률을 지원하는 하이엔드 터미널까지 5개의 클래스가 정의됨 • 매 5MHz 셀마다 최소 200명의 활성 유저 지원(구체적으로, 200개의 활성 데이터 클라이언트) • Small IP 패킷에 대해 Sub-5 ms의 지연 • 향상된 스펙트럼 유연성. 이는 1.4MHz부터 20MHz까지의 스펙트럼 슬라이스를 지원한다.(W-CDMA는 5Mhz 슬라이스가 필요하였고, 5MHz가 보통의 스펙트럼 할당량인 국가에서 기술의 롤-아웃 문제로 이어졌다. 이는 GSM과 IS-95와 같은 과거의 표준에서 자주 사용되었던 대역폭이다.) 대역폭을 5MHz로 제한하면 핸드셋 당 대역폭도 제한된다.

4. 현재 상황 • 교외지역에서 사용되는 900MHz 주파수 대역에서는, 5km의 최적 셀 크기와 적정 성능(reasonable performance)하에서 30km의 셀 크기를 지원하며, 허용 성능(acceptable performance)하에서는 100km의 셀 크기를 지원한다. 도심지역에서는 고속 모바일광대역 통신을 지원하기 위해 더 높은 주파수 대역(EU에서는 2.6GHz)이 사용된다. 이 경우, 셀 크기는 1km 이하이다. • 이동성 지원이 탁월하다. 사용되는 주파수 대역에 따라서, 350km/h 또는 500km/h에서도 고성능 모바일 데이터 전송이 가능하다. • 기존의 시스템과의 공존 가능 (사용자는 데이터 전송을 시작하고 커버리지를 벗어나면, 추가 조작없이 GSM/GPRS, W-CDMA 기반 UMTS, 심지어 CDMAOne, CDMA2000과 같은 3GPP2 네트워크를 사용하여 동작을 계속할 수 있다.) • MBSFN(Multicast broadcast single frequency network)을 지원. 이 기능은 LTE 기반 모바일 TV와 같은 서비스를 지원하며, 이는 DVB-H 기반 TV 방송의 경쟁 서비스이다. • 표준 기술의 많은 부분이 시스템 아키텍처를 단순화하는 데에 초점이 맞춰져 있다. 예를 들면 기존의 UMTS 서킷 + 패킷스위칭 결합 네트워크에서 all IP 플랫 아키텍처 시스템으로 전이되고 있다. CDMA - 다중접속방식중의 하나 DVB-H - DVB-H는 유럽에서 이동중지상파 디지털 텔레비전(DTV) 수신율을 향상시키기 위해 제정된 기술표준. H는 'Handheld'를 뜻한다 UMTS - 유럽의 IMT-2000 (주파수를 이용하는 멀티미디어 이동전화) 명칭

5. All IP 네트워크 • 차세대 네트워크는 인터넷 프로토콜(IP)를 기반으로 한다. NGMN(Next Generation Mobil Networks Alliance)를 보면 그 예를 볼 수 있다. • 2004년, 3GPP는 IP를 미래의 차세대 네트워크로 제안하고 All IP 망(AIPN)의 타당성 조사를 시작했다. 제안서는 3GPP Release 7(2005)을 추천했으며, 이는 LTE와 같은 상위 계층 OSI 모델 프로토콜의 기반이다. 인터넷 프로토콜(IP)는 OSI 모델 계층 4(전송 레이어) 프로토콜이다. 이러한 추천은 SAE(3GPP System Architecture Evolution)의 일부이다. 그러나 All IP 네트워크의 어떤 측면은 release 4에 이미 규정되어 있었다. OSI – 개방형 상호접속 시스템

6. 기 술 • 주파수 대역폭 • 1.4, 3, 5, 10, 15, 20MHz에서 선택 (최대 20MHz)데이터 변조 방식 • QPSK, 16QAM, 64QAM 중 하나 (순방향 64QAM 옵션)다중화 방식 • FDD의 경우 OFDMA (순방향) / SC - FDMA (역방향)위에서는 단일 반송파를 사용 SC - FDMA를 채용하여 전력 소비량 및 PAPR(Peak to Average Power Ratio)감소를 고려했다.전이중 모드 • FDD 또는 TDD경로 다중화 • (기지국 안테나 × 단말기 안테나) 1 × 2, 2 × 2, 4 × 2, 4 × 4 MIMO

7. 기존 기술과의 차이점

8. 기존 기술과의 차이점 • 1G통신 규격 • 1G 이동통신 방식은 ‘아날로그 통신’이었다. 즉, 음성을 그대로 전송하는 방식이기 때문에 전송하는 데이터양이 컸을 뿐 더러 전송속도의 한계도 있었다. 게다가 사용자가 많이 몰릴 경우 주파수가 부족해 아예 통화가 되지 않는 경우도 발생하는 등 문제점이 많았다. 1G 이동통신은 국내에는 1988년부터 1996년까지 적용되었다. • 2G 통신 규격 • 2G 이동통신 방식은 기존 아날로그 방식인 1G 이동통신의 단점을 개선해 음성을 디지털 신호로 변환해 전송하는 ‘디지털 통신’이다. 통신 방식이 디지털로 전환됨에 따라 1G 이동통신 방식보다 적은 데이터 용량으로 훨씬 더 깨끗한 품질로 통화할 수 있게 되었다. 데이터 전송속도는 14.4~64Kbps이고, 1996년 국내에 도입된 이래 현재까지 사용되고 있다.대체로 휴대폰 번호 앞자리가 010이 아닌, 01X(011,017 등)가 2G 이동통신 규격이라고 보면 된다. 물론 예외도 있다. 참고로 2G 이동통신 규격은 GSM(Global System for Mobile communications, 유럽 방식)과 CDMA(Code Division Multiple Access, 미국 방식)으로 나뉜다. 전세계적으로 GSM을 더 많이 사용했는데, 국내는 모두 CDMA방식을 채택했다.

9. 기존 기술과의 차이점 • 3G 통신 규격 • 3G 이동통신 규격은 2002년 12월부터 상용화되어 현재까지 보편적으로 사용되고 있다. 처음에는 ‘IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000, 국제 모바일텔레커뮤니케이션2000)’이라고 명명되었던 프로젝트로 진행되어, 2000년부터 1,800~2,200MHz 주파수 대역을 전 세계 공통으로 적용하려 했으나 제대로 시행되지는 않았다. 유럽식 GSM은 WCDMA로, 미국식 CDMA는 CDMA 2000으로 각각 나뉘어 발전됐기 때문이다. 3G 이동통신규격의 전송속도는 144K~2.4Mbps로 실시간으로 동영상, 사진 등을 전송할 수 있을 만큼 속도가 향상되었다. 이후 3G 이동통신은 각자의 방식대로 지속적인 발전을 거듭했다. 미국식 CDMA 2000은 CDMA 2000 EV-DO, 리비전(Rev.) A/B 등으로, 유럽식 WCDMA는 HSPA(HSDPA/HSUPA), HSPA+ 등으로 발전하며 데이터 전송속도가 향상되었다. 전세계적으로 보면 WCDMA 방식이 70%이상 차지하고 있으며, 현재 국내에는 SK텔레콤과KT가 HSPA, HSPA+ 방식으로, LG U+는 CDMA 2000 EV-DO 리비전A 방식으로 서비스하고 있다.

10. 기존 기술과의 차이점 • 4G 통신 규격 • 지난 2008년 ITU(International Telecommunication Union, 국제 전기통신 연합)에서 4세대 이동통신 규격을 정의하면서, 저속 이동 시 1Gbps, 고속 이동 시 100Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있어야 한다고 규정했다. 이에 따르면 현재 국내 및 해외에 적용된 LTE, 와이브로는 엄밀히 말해 4세대 이동통신 규격이라 할 수 없다. 또한, 당시 ITU는 4세대 이동통신 규격의 선정 후보로 LTE를 개선한 LTE-Advanced와 와이브로를 개선한 와이브로-에볼루션(Wibro-Evolution, 와이맥스2)을 언급한 바 있다. 그래도 LTE와 와이브로는 기존 3G 규격에 비해 기술적으로 상당히 발전한 규격인 점은 분명하다. 따라서, LTE와 와이브로는 ‘pre-4G’ 혹은 ‘3.9세대’로, 진정한 4G 규격은 각각이 발전한 LTE-Advanced와 와이브로-에볼루션(와이맥스2)으로 보는 것이 대체적인 견해였다. 그런데, 2010년 12월 ITU에서 LTE, 와이브로, 다른 진화한 3G 망(예: HSPA+) 등도 4G라고 부를 수 있다는 보도자료를 내면서 현재 명확한 세대 구분은 할 수 없는 상황이다. 따라서, 각 국의 이동통신사는 이를 '4G' 라고 부르고 있다.

11. 감 사 합 니 다.