LTE ( Long Term Evolution ) 컴퓨터네트워크 (E11) 박근호 이선규 이태용 이태희

개 요 LTE 표준은 100Mbps 의 하향링크 최고 속도, 50Mbps 의 상향링크 최고 속도, 10ms 이하의 RAN(Radio access network) round-trip time 을 제공한다. 또한 반송파 대역폭을 1.4MHz 에서 20MHz 까지 조정이 가능하며, TDD 와 FDD 를 이용한 전이중 통신을 지원한다. LTE 표준의 일부는 SAE(System Architecture Evolution) 이라고 불리며, 이는 GPRS 코어 네트워크 를 대체하고 과거의 시스템이나 GPRS, WiMAX 와 같은 비 -3GPP 시스템 사이에서의 이동성을 보 장하기 위해 설계된 플랫 IP 기반 네트워크 아키텍처이다. LTE 의 주요 이점은 높은 처리량, 낮은 지연 시간, 플러그 앤 플레이, 같은 플랫폼에서 FDD 와 TDD 를 사용할 수 있다는 점, 향상된 end-user experience, 단순한 아키텍처, 그로 인한 낮은 운영비이다. LTE 는 또한 GSM, cdmaOne, UMTS, CDMA2000 와 같은 구형 네트워크 기지국으로의 원활한 이동 을 지원한다. LTE 의 다음 단계는 LTE 어드밴스드 (LTE Advanced) 이며, 현재 3GPP Release 10 에 서 표준화가 진행중이다.

현재 상황 표준의 대부분은 3G UMTS 를 4G 이동통신 기술로 개선하는 것이며, 4G 는 근본적으로 상위에 향상된 멀 티미디어 서비스를 갖는 이동 광대역 통신기술이다. 표준은 아래와 같다. 4x4 안테나의 경우 Mbit/s, 2x2 안테나의 경우 Mbit/s 의 최대 하향속도 (20MHz 대역폭 기준 ) 단일 안테나의 경우 대역폭 20MHz 당 86.4Mbit/s 의 상향속도 음성 중심 클래스부터 최대 전송률을 지원하는 하이엔드 터미널까지 5 개의 클래스가 정의됨 매 5MHz 셀마다 최소 200 명의 활성 유저 지원 ( 구체적으로, 200 개의 활성 데이터 클라이언트 ) Small IP 패킷에 대해 Sub-5 ms 의 지연 향상된 스펙트럼 유연성. 이는 1.4MHz 부터 20MHz 까지의 스펙트럼 슬라이스를 지원한다.(W-CDMA 는 5Mhz 슬라이스가 필요하였고, 5MHz 가 보통의 스펙트럼 할당량인 국가에서 기술의 롤 - 아웃 문제로 이어 졌다. 이는 GSM 과 IS-95 와 같은 과거의 표준에서 자주 사용되었던 대역폭이다.) 대역폭을 5MHz 로 제한하 면 핸드셋 당 대역폭도 제한된다.

현재 상황 교외지역에서 사용되는 900MHz 주파수 대역에서는, 5km 의 최적 셀 크기와 적정 성능 (reasonable performance) 하에서 30km 의 셀 크기를 지원하며, 허용 성능 (acceptable performance) 하에서는 100km 의 셀 크기를 지원한다. 도심지역에서는 고속 모바일 광대역 통신을 지원하기 위해 더 높은 주파수 대역 (EU 에 서는 2.6GHz) 이 사용된다. 이 경우, 셀 크기는 1km 이하이다. 이동성 지원이 탁월하다. 사용되는 주파수 대역에 따라서, 350km/h 또는 500km/h 에서도 고성능 모바일 데 이터 전송이 가능하다. 기존의 시스템과의 공존 가능 ( 사용자는 데이터 전송을 시작하고 커버리지를 벗어나면, 추가 조작없이 GSM/GPRS, W-CDMA 기반 UMTS, 심지어 CDMAOne, CDMA2000 과 같은 3GPP2 네트워크를 사용하여 동작을 계속할 수 있다.) MBSFN(Multicast broadcast single frequency network) 을 지원. 이 기능은 LTE 기반 모바일 TV 와 같은 서 비스를 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 + 패킷 스위칭 결합 네트워크에서 all IP 플랫 아키텍처 시스템으로 전이되고 있다. UMTS - 유럽의 IMT-2000 ( 주파수를 이 용하는 멀티미디어 이동전화 ) 명칭 CDMA - 다중접속방식중의 하나 DVB-H - DVB-H 는 유럽에서 이동중 지 상파 디지털 텔레비전 (DTV) 수신율을 향 상시키기 위해 제정된 기술표준. H 는 'Handheld' 를 뜻한다

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

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

기존 기술과의 차이점

1G 통신 규격 1G 이동통신 방식은 ‘ 아날로그 통신 ’ 이었다. 즉, 음성을 그대로 전송하는 방식이기 때문에 전송하는 데이터양이 컸 을 뿐 더러 전송속도의 한계도 있었다. 게다가 사용자가 많이 몰릴 경우 주파수가 부족해 아예 통화가 되지 않는 경 우도 발생하는 등 문제점이 많았다. 1G 이동통신은 국내에는 1988 년부터 1996 년까지 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 깨끗 한 품질로 통화할 수 있게 되었다. 데이터 전송속도는 14.4~64Kbps 이고, 1996 년 국내에 도입된 이래 현재까지 사 용되고 있다. 대체로 휴대폰 번호 앞자리가 010 이 아닌, 01X(011,017 등 ) 가 2G 이동통신 규격이라고 보면 된다. 물 론 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 GSM 을 더 많이 사용했는데, 국내는 모두 CDMA 방식을 채택했다.

기존 기술과의 차이점 3G 통신 규격 3G 이동통신 규격은 2002 년 12 월부터 상용화되어 현재까지 보편적으로 사용되고 있다. 처음에는 ‘IMT- 2000(International Mobile Telecommunication 2000, 국제 모바일 텔레커뮤니케이션 2000)’ 이라고 명명되었던 프로 젝트로 진행되어, 2000 년부터 1,800~2,200MHz 주파수 대역을 전 세계 공통으로 적용하려 했으나 제대로 시행되지 는 않았다. 유럽식 GSM 은 WCDMA 로, 미국식 CDMA 는 CDMA 2000 으로 각각 나뉘어 발전됐기 때문이다. 3G 이동 통신규격의 전송속도는 144K~2.4Mbps 로 실시간으로 동영상, 사진 등을 전송할 수 있을 만큼 속도가 향상되었다. 이후 3G 이동통신은 각자의 방식대로 지속적인 발전을 거듭했다. 미국식 CDMA 2000 은 CDMA 2000 EV-DO, 리비 전 (Rev.) A/B 등으로, 유럽식 WCDMA 는 HSPA(HSDPA/HSUPA), HSPA+ 등으로 발전하며 데이터 전송속도가 향상 되었다. 전세계적으로 보면 WCDMA 방식이 70% 이상 차지하고 있으며, 현재 국내에는 SK 텔레콤과 KT 가 HSPA, HSPA+ 방식으로, LG U+ 는 CDMA 2000 EV-DO 리비전 A 방식으로 서비스하고 있다.

기존 기술과의 차이점 4G 통신 규격 지난 2008 년 ITU(International Telecommunication Union, 국제 전기통신 연합 ) 에서 4 세대 이동통신 규격 을 정의하면서, 저속 이동 시 1Gbps, 고속 이동 시 100Mbps 의 속도로 데이터를 전송할 수 있어야 한다고 규정했다. 이에 따르면 현재 국내 및 해외에 적용된 LTE, 와이브로는 엄밀히 말해 4 세대 이동통신 규격이 라 할 수 없다. 또한, 당시 ITU 는 4 세대 이동통신 규격의 선정 후보로 LTE 를 개선한 LTE-Advanced 와 와이 브로를 개선한 와이브로 - 에볼루션 (Wibro-Evolution, 와이맥스 2) 을 언급한 바 있다. 그래도 LTE 와 와이브로 는 기존 3G 규격에 비해 기술적으로 상당히 발전한 규격인 점은 분명하다. 따라서, LTE 와 와이브로는 ‘pre- 4G’ 혹은 ‘3.9 세대 ’ 로, 진정한 4G 규격은 각각이 발전한 LTE-Advanced 와 와이브로 - 에볼루션 ( 와이맥스 2) 으 로 보는 것이 대체적인 견해였다. 그런데, 2010 년 12 월 ITU 에서 LTE, 와이브로, 다른 진화한 3G 망 ( 예 : HSPA+) 등도 4G 라고 부를 수 있다는 보도자료를 내면서 현재 명확한 세대 구분은 할 수 없는 상황이다. 따 라서, 각 국의 이동통신사는 이를 '4G' 라고 부르고 있다.

감 사 합 니 다.감 사 합 니 다.