차세대 무선 인터넷 시스템의 다원접속 방식 설계

 

 

                                                                                                            

  초고속 인터넷의 확산으로 무선 IP기술을 이용한 무선 인터넷 접속서비스 등 새로운 수요가 제기되고 있다. 무선 환경에서 사용자에게 인터넷 서비스를 제공하는 기술로는IMT-2000과 Wireless LAN이 있다. IMT-2000은 넓은 지역에서 고속으로 이동하는 사용자에게 데이터 서비스를 제공할 수 있으나, 전송 속도는 유선 인터넷 통신망에 비해 크게 떨어진다. 반면 Wireless LAN은 최대 50Mbps의 전송 속도를 제공해주지만, 서비스 영역은 좁은 지역으로 국한되어진다. 따라서, 데이터 사용자들에게 다양한 이동성을 지원하고 고속의 데이터 전송이 가능한 차세대 이동통신 시스템의 개발이 요구된다. 이러한 요구에 부합하기 위해 정부는 2.3GHz 주파수 대역을 활용이 저조한 Wireless Local Loop (WLL) 대신 휴대 인터넷 서비스용으로 용도 변경하였으며, 2003년에는 표준 기술방식을 확정하기로 공표하였다. 이에 표준 기술 방식 선정을 위한 차세대 이동통신 시스템 개발 연구가 활발히 진행되고 있다.

그림  Access Landscape

 

  새로운 차세대 무선 인터넷 시스템의 성능은 적용되는 다원접속 방식과 Duplex방식에 따라 크게 달라질 수 있다. 다원접속 방식으로는 TDMA, FDMA, CDMA등이 있다. 일반적으로 비교하면 CDMA방식은 주파수 재사용이 용이하고 또Cell planning이 수월한 이점을 가지고 있으며, TDMA 방식은 coverage와 셀당 peak data rate 측면에서 우수한 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 비교는 제공 서비스 특성, 여건 및 전자파 전파 환경 등의 영향을 받으며 서로 다른 결과를 보일 수 있다.

  대표적인 Duplex 방식에는 TDD와 FDD 방식이 있다. Time Division Duplex (TDD) 방식은 비대칭적인 상,하향 링크의 트래픽량에 따라 채널 자원을 유동적으로 분배할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 상, 하향 링크 사이의 Transition Guard Time때문에 자원 낭비가 발생하며, 다중경로 페이딩 환경의 영향에도 민감하다. Frequency Division Duplex (FDD) 방식은 하나의 주파수 대역쌍이 상,하향 링크에 할당되어지며, 상,하향 링크에서의 트래픽량에 따라 채널 자원을 변경하기 어렵다. 그러나, 상,하향 링크의 동기화와 Transition Guard Time이 필요하지 않으며, 비교적 다중경로 페이딩 환경의 영향에 덜 민감하다. 이 방식들을 일반적으로 비교하면 아래의 표와 같다.

 

1. Duplex 방식 비교

Duplexing

FDD

TDD

Spectrum

2 separate bands (guard band)larger spectrum required

Single band (guard time)   smaller spectrum required

Duplex

Full duplex

Half duplex

Frequency reuse factor

1 (possible)

Frequency planning required

Transmission Efficiency

High

Low

Flexibility

Low (by fixed frequency band)

High (dynamic allocation, instantaneous peak rate)

Complexity/Cost

High (RX filter, etc)

Low

Coverage

macro/micro (wide area),  support high speed mobility

micro/pico, difficult to support high speed mobility

UL Synchronization

Difficult

Easy, technique required to distinguish UL/DL signals

Etc.

Low latency

Reciprocal UL/DL channels   (SA, LA can be easily applied)

 

  본 연구에서는 2.3GHz 주파수 대역에서 OFDM, 동적채널할당, MIMO, Smart antenna 등 고효율 전송 방식이 적용되는 차세대 무선 인터넷 시스템을 위한 Duplex 방식과 다원접속 방식을 설계한다. 구체적으로 망 구성, 주파수 Plan, 네트워크 동기, 셀 구분, Control Channel 구조, Hand-Off 관점에서 각 Duplex 기술의 운용 시나리오를 결정하고 각 Duplex방식의 전송효율을 비교한다. 본 연구의 2단계에서는 정지상태의 가입자를 위해 설계된 IEEE 802.16a OFDMA 기술을 시작점으로 하여, 다중 셀 환경에서 중저속의(~60km/h) 고속 무선 인터넷서비스를 제공할 수 있는 다중접속기술을 설계한다. 구체적으로 OFDMA/TDD 물리계층을 위한 망 구성, 주파수 Plan, 네트워크 동기, 셀 구분, Control Channel 구조 및 운용방안, Hand-Off 시나리오를 만들고, 다중 안테나 기술과 동적채널할당 기술들을 적용하여 다중 셀 환경을 고려한 Link Simulation을 수행하고 또한 이를 바탕으로 시스템의 용량 개선정도를 분석한다.