이동전송연구부
- 밀리미터파 전파특성 측정 및 모델링밀리미터파는 셀룰러 이동통신용 주파수(800MHz ~ 6GHz)와 달리, 급격한 전파전파감쇄 및 전파 직진성 등의 특성에 따라, 기존의 채널 모델을 그대로 활용하기 어렵기 때문에 새로운 모델을 도출하여 시스템 설계 및 네트워크 구축에 활용할 수 있어야 한다. 채널 모델링을 위해서는 실측 데이터를 활용하여 전파특성 모델을 도출하는 방법도 있으며, 지형지물에 대한 정보에 기반하여 전파 추적 (Ray Tracing) 기법을 이용하여 채널 특성을 도출하는 방법을 활용할 수도 있다. 이동전송연구부에서는 이동응용연구부의 협조로 채널 특성 파라미터 및 시스템 규격 파라미터 도출을 통해 “기가코리아 – 5G 이동통신” 및 “고속이동무선백홀” 규격에 적용함으로써 규격의 타당성 확대를 꾀한다. 또한 2015년 9월 개최된 3GPP 5G 워크샵의 결과로 추진되고 있는 밀리미터파 채널 모델링 표준화 업무에 적극적으로 기고함으로써 밀리미터파의 이동통신 활용 가능성 확대를 위해 노력한다.
<채널 사운드를 통한 전파특성 실측을 통한 밀리미터파 채널 특성 분석>
<지형정보 기반의 전파 추척을 통한 통한 밀리미터파 채널 특성 분석>
- 밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템 개발이동전송연구부에서는 기가코리아 – 네크워크 컨소시움을 통해 밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템을 주도적으로 개발하고 있다. 밀리미터파를 새로운 이동통신시스템에 적용하기 위해서 핵심적인 요소기술들을 조기에 개발하고 이를 규격에 반영하여 시스템 연동을 통해 검증하고, 특히 규격관련 핵심 요소기술들은 국제 표준화 기관의 표준기술로 반영함으로써 국내 기술력을 드높힐 계획이다.
이를 위하여 “밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템 개발” 사업에서는 “밀리미터파(10~40GHz) 기반 기가급 모바일 서비스를 제공하는 광대역 이동통신 시스템 개발”을 목표로 1) 규격 개발 및 국제 표준화, 2) 최대 100기가급 기지국 및 3) 평균 1G 및 최대 1.5G 서비스를 지원하는 단말 시제품 개발을 추진하고 있다. 또한, 이 기술들은 ITU-R에서 제시한 8개의 핵심 요구사항을 만족시키기 위한 기술로 진화시키고 있다.
밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템 개발은 3차년도에 28GHz 주파수의 1GHz 대역을 TDD로 활용하여 셀당 16개(노드B별 최대 48개)의 빔을 사용하고, 8개의 FA(Frequency Allocation)를 이용하여 최대 20Gbps를 제공하는 기지국과 단말기 개발 및 실내 실외 시연을 제공한다. 차년도에는 기지국당 최대 100Gbps를 제공하고, 요구사항 변경에 따라서 단말당 최대 전송률도 향상시켜 개발함으로써 향후 2018년 평창올림픽에서 시연(시범) 서비스를 제공할 예정이다.
밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템에서 가장 중요한 핵심기술 중 하나는 기지국당 늘어나는 빔간 이동성을 효과적으로 제공하는 빔스위칭 기술이다. 밀리미터파 환경에서 일정한 수준 이상의 통화 품질을 획득하기 위해서는 빔간의 간섭을 최소화함으로써 신호대 간섭비를 증대시키고, 저지연 빔간 스위칭을 획득하여야 한다. 이를 위하여 물리계층 뿐만 아니라 MAC/RRC기능의 효과적 운용을 제공하는 핵심기술들이 통합적으로 반영되어야 한다. 아래 그림은 하드모드 및 소프트모드 빔스위칭 기술을 계층 통합적(Cross-Layer)으로 개발하고 있다.
현재 밀리미터파 기반 5G 이동통신 물리계층 규격 V1.1 및 상위계층 규격 V1.0이 개발되어 있으며, 규격 기반의 통합시제품을 개발 후 시험 진행중이다. 통합시제품은 코어망에뮬레이터, 20Gbps급 기지국 및 1Gbps(최대 1.5Gbps)급 단말로 구성되며, 기지국은 28GHz 주파수 대역에서 1GHz 대역폭을 활용하는 복수의 빔을 제공한다. 단말 소형화를 위한 28GHz 대역 (1GHz 대역폭) RFIC 개발이 진행 중이며, 2016년 1월에 칩 성능시험을 계획하고 있다.
복수 빔, 복수 단말 기반의 고속 빔스위칭 요소기술이 개발되어 실내 환경에서 실험 및 시연이 완료 되었으며, 2015년 12월에 전체 프로토콜 스택이 탑재된 호절차 기반의 상하향 데이터 전송(단말 최대 1.5Gbps) 및 빔스위칭 시연, 2016년 4월에 20Gbps급 기지국을 이용한 실외 환경에서의 단말 이동성 및 핸드오버 시연을 제공할 계획이다.
<밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템의 최종 목표>
<밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템 시제품 형상 >
<밀리미터파 기반 5G 이동통신시스템 빔스위칭 핵심기술 개요>
<밀리미터파 기반 5G 이동통신 시스템 핵심 부품>
<밀리미터파 기반 5G 이동통신 빔스위칭/핸드오버 테스트베드>
- 5G 무선액세스 기술 표준화6GHz 이하 대역에서 5G 무선액세스를 위한 핵심기술개발을 위하여 “초연결 스마트 모바일 서비스를 위한 5G 이동통신 핵심기술 개발” 사업이 2014년도부터 진행되고 있다. ITU-R비전에서 제시한 모바일 광대역 (enhanced Mobile Broadband) 서비스, 초신뢰성 및 저지연 (Ultra-high reliable and low-latency) 서비스, 그리고 대규모 사물인터넷 (massive Internet of Things) 서비스를 제공하기 위한 핵심기술을 개발하고, PoC와 테스트베드를 사용하여 검증하였다.
ITU-R WP5D가 5G 이동통신 규격의 개발 절차와 일정을 정의하고, 규격이 달성해야할8대 KPI를 제시하였다. 3GPP는 New RAT SI에서 5G 무선액세스 기술논의를 시작으로, Rel-15에서 Phase I규격을 개발하고 Rel-16에서 Phase II 규격을 개발할 계획이다. 초기 5G 이동통신 시스템은 2020년 이후에 상용서비스가 시작될 예정이다.
이동전송연구부는 ITU-R이 제시한 8대 KPI를 달성하는 5G 무선액세스 핵심기술을 개발한다. 핵심기술들은 mmWave 대역을 포함하는 6GHz 이상 주파수 대역의 소형셀 기술과 6GHz 이하 주파수 대역의 매크로셀 기술로 분류된다. GK-5G 사업과 QK-5G 사업은 각각 mmWave 주파수 대역과 6GHz 이하 주파수 대역에서 5G 무선 액세스 핵심기술을 개발하고, 이를 3GPP 표준화에 반영한다.
5G 서비스 시나리오를 통합하여 제공하고 각 서비스 시나리오를 유연하게 제공하는 무선액세스 기술을 개발한다. 5G 서비스 시나리오를 지원하는 통합프레임 기술, 서비스 별 유연성을 제공하는 무선전송 및 제어기술, 시나리오 다양성을 제공하는 무선액세스 기술, 다수 주파수대역 및 다른 무선액세스 통합 기술 등의 분야에서 핵심기술을 개발한다.
<5G 무선액세스 규격 개발 일정>
- 이동 엑스홀 네트워크 기술 연구이동 엑스홀 네트워크 기술은 SDN/NFV 기반으로 다수의 소형셀이 밀집 배치된 5G 무선 접속 네트워크 자원을 적응적으로 유연하게 사용하는 새로운 이동통신 네트워크 기술이며 본 연구부에서는 다음과 같은 기술적인 이슈에 대해 연구한다.
- Xhaul (Fronthaul + Backhaul) 중심의 5G RAN 구조 기술
- Xhaul 무선자원 관리 기술 연구
- Xhaul 링크를 위한 빔형성.조정 및 Xhaul 중계 기술
- Xhaul 용량 증대를 위한 A6G(Above 6GHz)/B6G(Below 6GHz) 통합 전송 기술
<백홀과 프론트홀의 개념도>
- 대규모 사물 디바이스를 위한 무선전송 기술대규모 사물 디바이스를 위한 무선전송 기술은 단위면적당 약 100만대의 사물 디바이스 수용을 위해 필요한 원천 기술이며 본 연구부에서는 다음과 같은 기술적인 이슈에 대해 연구한다.
- 대규모 사물 디바이스를 위한 waveform
- 대규모 사물 디바이스를 위한 다중접속 방식
- LTE기반의 대규모 사물 디바이스 전송기술
<대규모 연결성을 위한 new waveform>
- UDN (Ultra-Dense Network)을 활용한 단말 중심 가상 셀 형성 기술다수의 송수신점은 단위 면적당 전송용량과 주파수 효율을 증가 시키기 위하여 밀집하여 배치할 수 있다. 셀 중심 관점의 배치는 셀 영역으로 인하여 셀 경계 지역이 발생하고 다른 셀의 간섭이 사용자의 데이터 전송속도를 크게 감소 시킨다. 반면에 사용자 중심 관점의 배치는 사용자가 최적의 송수신점들을 선택할 수 있으므로 셀간 경계가 사라지는데 다중점 다중 계층 송수신 기술은 사용자 당 다수의 데이터 스트림을 전송할 수 있고 데이터 속도를 높일 수 있다. 인접 송수신점과 인접 사용자의 간섭을 완화하거나 제거하는 기술이 중요하다.
<UDN을 활용한 단말 중심 가상 셀 형성>
