본 논문은 현 3GPP REL-13 에서 논의 중인 LAA(License Assisted Access) 기술 하에서, 5 GHz 비면허 대역에서 LTE 시스템과 기존 무선 통신 시스템(e.g Wi-Fi) 간의 공존 문제 분석을 기술한다. LAA 기술은 면허대역의 도움 하에 면허 대역과 비면허 대역간의 반송파 집성(Carrier aggregation, CA)을 통하여 대역폭 증가를 통한 전송률 증가를 얻기 위한 기술이다. 반면 이러한 LAA 기술은 비면허 대역에서의 규제 조건을 만족함과 동시에, 해당 비면허 대역에 존재하는 기존 Wi-Fi 시스템과의 공존에 대한 연구가 필수적이다. 본 논문은 LAA 시스템과 Wi-Fi 시스템이 효율적으로 공존할 수 있도록 비면허 대역 LTE 시스템과 인접 대역 Wi-Fi 시스템 간의 간섭분석을 통하여, 비면허 대역에서 동작하는 LTE 시스템이 기존 Wi-Fi 시스템에 미치는 영향을 최소화 할 수 있는 인접 채널 간섭에 대한 RF 요구사항을 간섭 분석 연구를 통하여 도출하였다.
넓은 커버리지를 요구하는 응용이 늘면서 서비스 지연에 민감하지 않은 소량의 데이터를 전달하기에 적합한 LPWA 네트워크 기술이 주목받고 있다. 본고는 LPWA 네트워크기술을 시장과 밀접한 관련을 갖고있는 무선 대역으로 구분하여, 비면허 대역 기술과 면허 대역 기술로 나누어 최근 개발 및 확산 동향을 살펴본다. 특히, 비면허 대역의 대표적인 기술인 Sigfox, LoRaWAN, PRMA 등의 기술을 다루었으며, 면허 대역의 기술로는 3GPP의 LTE기술을 중심으로 살펴본다. 또한, LPWA네트워크 기술과 관련하여 최근 진행 중인 IETF의 표준화 동향을 정리한다.
본고에서는 현재 급증하고 있는 모바일 트래픽을 수용하기 위하여 제안된 LTE-U기술의 개념 및 특성, 요구사항 등을 살펴보고자 한다. 비면허 대역을 이용한 LTE-U 혹은 LTE-LAA 기술은 WiFi와 동일한 주파수 대역을 이용하기 때문에 두 방식간의 공존문제가 중요하게 다루어져야 한다. 또한 주파수 정책과 기술의 밀접한 관련성을 고려하여 다양한 LTE-U 기술 채용 시나리오와 후보 주파수 대역을 비교, 분석하여 5G 이동통신시스템 개발 및 연구에 있어서 비면허 대역을 이용한 기술 관련한 현황 및 시사점을 도출해보고자 한다.
다양한 서비스가 등장으로 인해 스펙트럼 부족 문제가 가속하됨에 따라, 면허 대역에서 통신하던 사용자들을 비면허 대역에서 통신하는 NR-U(New Radio-Unlicensed)가 등장하였다. 하지만 NR-U 네트워크 사용자로 인해 동일한 비면허 대역에서 통신하는 Wi-Fi 네트워크 사용자의 성능이 감소하게 된다. 본 논문에서는 NR-U 네트워크 사용자와 WiFi 네트워크 사용자가 공존해있는 비면허 대역의 처리량과 비면허 대역의 사용에 대한 공평성을 동시에 최대화하는 것을 목표로 한다. 먼저 비면허 대역에서 전송률 분할 다중 접속 기술을 활용한 NR-U 네트워크의 합-전송 속도 (Sum of Rate)를 최대화하기 위해 강화 학습의 몬테 카를로 정책 하강법(Monte Carlo Policy Gradient)을 활용한 최적의 전력 할당 기법을 제안하였다. 그 뒤, 동일한 비면허 대역에서 NR-U 네트워크와 WiFi 네트워크의 공존을 위해 시스템 처리량과 공정성을 동시에 최대화할 수 있는 게임 이론의 순차적 라이파 협상 해법(Sequential Raiffa Bargaining Solution)을 활용한 채널 점유 시간 분할 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 결과에서 동일한 전력 할당 기법을 사용하였을 때, 본 논문에서 제안한 전송률 분할 다중 접속 기술이 기존의 다중 접속 기술들보다 더 빠른 합-전송속도를 보임을 확인하였다. 또한 비면허 대역 네트워크의 전송량과 공평성을 비교해본 결과 본 논문의 순차적 라이파 협상 해법을 활용한 채널 점유 시간 분할 알고리즘이 타 알고리즘보다 처리량과 공정성을 동시에 만족함을 입증하였다.
FCC (Federal Communications Commission)는 비면허 광대역 운영을 6 GHz 대역으로 확장하여 공공의 이익을 극대화하고자 5.925 ~ 7.125 GHz(6 GHz) 대역에서 기존 서비스를 지속적으로 제공하면서 비면허 이용이 가능한 1,200 MHz 스펙트럼을 제공할 수 있는 새로운 규칙을 채택하였다. 국내에서도 6 GHz 대역에서 비면허 서비스를 도입하기 위한 M/W(microwave) 주파수 재분배 방안 연구가 진행되어 왔으며, 국민 편익을 고려하여 실내 이용의 경우 1,200 MHz 폭 전체를 공급하되, 실외 이용으로 기존 사업자를 보호하기 위해 출력조건을 제한하여 하위대역(5925 ~ 6425 MHz)의 500 MHz 폭만 우선 공급이 고려되고 있다. 본 논문에서는 국내에서도 6 GHz M/W 주파수 대역에 대한 재분배 등으로 비면허 기기 도입이 적극적으로 추진되고 있지만, 이를 운용하기 위한 기술기준 마련이 절실히 필요하므로 현재 구체화 되고 있는 미국의 6 GHz 비면허 규칙 등을 분석하여 국내 비면허 확장 도입을 위한 기술기준 제정에 필요한 데이터를 제공하고자 한다.
5G와 IoT로 인한 무선 트래픽 급증에 대응하기 위해서는, 무선망 성능 및 주파수효율 향상, 신규주파수할당, 주파수 공동사용 기술 개발 등이 복합적으로 적용되어야 달성 가능하다. 그의 일환으로, LTE를 비면허 대역에 사용하려는 LTE-U(Long Term Evolution-Unlicensed)라는 새로운 패러다임의 수평적 주파수 공동사용 기술을, 이동통신에 적용하려는 시도가 진행되고 있다. LTE-A의 주파수 집성기술을 활용하여, 1차 캐리어를 면허 대역 LTE 기반으로 하고, 2차 캐리어를 비면허 대역 LTE로 묶어서 고속으로 데이터를 전송하는 기술이다. 우선적으로 5GHz 비면허 대역에 적용을 검토하고 있는데, 기존에 사용하던 Wi-Fi 및 기상레이다 등과의 공정한 공존(fair coexistence)이 가장 중요하다. 따라서 각국의 5GHz 주파수 대역 규제 현황, 공존을 위한 LBT(Listen-Before-Talk)통신 메커니즘, 표준화 현황을 살펴본다. 또한 이해 당사자인 Wi-Fi, LTE, 이용자, 기술기준의 입장을 살펴보고, 구현이슈, 지적소유권 동향 등을 검토하고, 기술적 및 정책적 대응전략을 살펴본다.
본고에서는 최근 이동통신분야에서 많은 주목을 받고 있는 비면허대역(unlicensed-band)을 활용한 3GPP Long Term Evolution (3GPP-LTE) 시스템의 표준화 및 상용화 동향을 알아본다. 먼저 비면허대역과 관련 전파규정을 알아보고, LTE 시스템이 비면허대역을 활용할 수 있는 3가지 방법인 LTE-U, LTE-LAA, LTE-H를 각각 알아본다. 각각의 방식의 장단점과 표준화 방향 및 향후 LTE 발전 방향에 미치는 영향을 논의한다.
LTE Licensed-Assisted Access(LAA)는 3GPP에서 진행되고 있는 비면허대역을 활용하여 LTE 시스템을 동작시키는 표준기술이다. LTE-LAA의 필요성과 표준의 진화 과정을 알아보고, Listen-Before-Talk(LBT) 등 핵심 표준기술들을 소개하였고, 특히, WiFi 등 기존의 비면허대역에서 동작하는 시스템과의 공정한 공존(fair coexistence)를 위해 어떠한 노력이 이루어졌는지를 중점적으로 살펴보았다. 마지막으로, 현재 3GPP 표준에서 논의되는 enhanced LAA를 통해 비면허대역을 활용하는 LTE 시스템 기술의 진화를 전망해 보았다.
최근, 사물인터넷이 초연결사회에 다가서는 발판으로 많은 관심을 받으면서 비면허 대역을 사용하는 비면허 무선기기의 수가 증가하고 있다. 따라서 본 논문은 효율적인 주파수 사용을 위해서 900 MHz 대역에서 802.11ah 기반 비면허 무선기기가 주면허 무선기기인 LTE 단말기(UE, User Equipment)에 미치는 전파 간섭 영향을 분석하였다. 간섭 분석 방법으로는 최소결합손실(Minimum Coupling Loss) 방법과 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 사용했다. 최악의 상황을 가정한 최소결합손실 방법으로 단일 간섭원일 때 희생원에 간섭이 없음을 보장하기 위한 간섭원과 희생원 사이의 최소이격거리는 약 22 m로 계산되었고, 통계 기법을 기반으로 한 몬테카를로 방법을 통해 희생원의 셀 반경 내에서 간섭 확률 5% 이하를 만족하는 최대 간섭원의 수는 약 3000개로 산출됐다. 본 논문에서 제시한 간섭 분석 방법 및 결과는 향후 비면허 무선기기와 주면허 무선기기의 공유 방안으로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
비면허대역을 이용한 LTE(즉, LTE-U)에 대한 관심이 증가하고 있다. LTE와 WLAN은 같은 대역에서 동작할 때 필요한 공존 방법을 가지고 있지 않기 때문에 성능열화가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 기존 연구들이 LTE와 WLAN의 공존을 어떻게 모색하고 있는지에 대해 정리한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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