이동통신기술의 발전과정

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이동통신기술의 발전과정

자료목차

아날로그 통신과 디지털 통신 통신자원의 할당방식 주요 국가별 통신 기술 방식 CDMA 전송과정 셀룰러와 PCS 최근 이동통신 기술

최근 이동통신 기술

1. IMT-2000의 도입 배경 및 현황

1) 개 요

대한민국, 세계최초 IMT-2000 서비스 시작
ITU는 1985년부터 IMT-2000(International Mobile Telecommunication) 서비스를 2000MHz대역에서 2000년에 서비스를 시작한다는 목표를 가지고 개발을 시작하였다. 이에 따라 1992년 WARC-92에서 2GHz대 총 230MHz(1885-2025MHz, 2100-2200MHz)를 IMT-2000 대역으로 지정하게 되었다. 그리고 마침내 2000년 10월 한국에서 세계 최초로 cdma2000 방식으로 IMT-2000 서비스를 시작하였다.

<그림 6-1> IMT-2000 서비스의 구현목표

무선이라는 전송매체를 사용하여 멀티미디어 서비스를 하기 위한 많은 제약을 극복하고자 등장한 것이 IMT-2000이다. IMT-2000도입에 따른 서비스 구현 목표는 <그림 6-1>과 같이 유무선 통합화와 세계공통의 주파수 사용을 통하여 자유로운 이동성을 보장하기 위한 국제로밍 제공을 추진하고 있으며 최종적으로 멀티미디어 서비스가 가능한 진정한 네트워크의 구현을 목표로 하고 있다.
ITU는 2000년에 5개의 무선접속규격을 표준으로 승인하였는데 CDMA방식이 대세로 북미 방식의 cdma2000과 유럽 방식의 W-CDMA 방식이 표준으로 포함되었다. 핵심망은 ANSI-41의 북미식과 GSM-MAP의 유럽식으로 2개의 기술 표준을 사용하고 향후 IP-based 네트워크로 통합할 것을 권고하였다. ITU가 정의한 IMT-2000 기술 표준은 ITU-R M.1457 권고안에서 기본 규격을 정의하고 있으며 상세한 규격은 규격을 제안한 표준화 기관을 참조하고 있다.

<그림 6-2> IMT-2000 시스템의 표준

2000년 승인된 IMT-2000 기술 표준인 ITU M.1457은 기술 발전에 따라 1년 단위로 수정하고 있으며 2005년에 cdma2000 1x EV-DO, cdma2000 1x EV-DO Rev.A, cdma2000 1x EV-DV, cdma2000 1x EV-DV Rev. D, W-CDMA HSDPA 등이 반영된 ITU-R M.1457-5를 승인하였다. 또한 향후 ITU-R M.1457의 개정을 위한 로드맵을 작성하였는데 IMT-DS, IMT-TC, IMT-MC의 주요 내용은 다음과 같다.

IMT-2000 CDMA direct spread(IMT-DS) 및 IMT-2000 CDMA TDD(IMT-TC)

- UMTS 2.6 GHz (FDD), UMTS 2.6 GHz (TDD), UMTS 900 MHz
- Multiple input multiple output antennas (MIMO)
- RAB(Radio Access Bearer support enhancement
- 7.68 Mcps TDD option
- Uplink enhancements for UTRA TDD
- UTRA and UTRAN evolution
- etc.

IMT-2000 CDMA multi-carrier (IMT-MC)
- 3G Mobile Equipment Identifiers (MEID)
- Additional Band Classes
- End-to-End QoS
- HRPD Supplemental Packet Data Services
- Mobile Receive Diversity
- Multimedia Messaging Services (MMS) Enhancements
- Multimedia Streaming Service (MSS)
- Packet Switched Video Conferencing Service
- R-UIM to MS Enhancements
- Wideband Vocoder
- etc.

2) IMT-2000 시스템의 구성

IMT-2000 시스템이 가장 크게 개선된 점은 데이터 서비스의 보편화이다. 이는 음성위주로 서비스를 할 수 있도록 제공하였던 이동통신 시스템 구조에 근본적인 변화를 가져 왔다. <그림 6-3>에서와 같이 데이터를 음성과 분리하여 서비스를 제공하는 새로운 시스템이 추가되기 시작하였다.

이것은 2000년 이후부터 급격히 증가하는 인터넷의 사용을 무선 분야까지 확대하는 결과를 낳았다. 즉 기지국으로 들어오는 음성 및 패킷 데이터는 기지국 제어기에서 분리되어 음성은 과거의 교환기로, 데이터는 패킷 교환기로 별도의 경로로 서비스가 이루어지면서 인터넷망에 적합한 빠른 무선 접속 기술을 요구하게 되었다. 이러한 요구가 IMT-2000 시스템 개발에 더욱 박차를 가하게 되었다.

<그림 6-3> IMT-2000 시스템의 일반적인 구성도

3) IMT-2000 서비스에서 동기와 비동기의 의미

정보를 받는 사람은 정보를 보낸 사람이 언제 보냈는지를 알아야 정확히 정보를 알 수 있다. 이와 같이 정보를 보내는 사람의 송신 시각을 정확히 맞추는 기능이 동기(Synchronization)이다. 이러한 동작은 비트 단위로 데이터를 보내는 디지털 통신에서 필수적인데 통신망에서 데이터 송수신 시각을 일치시켜 오류가 없는 정보를 송수신하는 것은 매우 중요하다. IMT-2000 시스템의 동기/비동기의 구분은 동기를 하는가, 안 하는가의 기준이 아니라 동기를 위해 GPS 신호를 사용하는 것인가, 아닌가의 차이이다.

동기식이든 비동기식이든 CDMA 방식이므로 기지국과 이동국이 통신하기 위해서는 기지국의 고유한 코드가 있어야 한다. 그런데 기지국과 기지국이 서로를 구별하는 방법으로 동일한 코드를 가지고 시작점을 달리하는 방식과 완전히 다른 코드를 사용하는 방식이 있다.

cdma2000의 경우 동일한 코드를 사용하면서 시작점을 달리하는 방법을 이용하였다. 이것은 모든 기지국이 동일한 코드를 발생하는 회로를 가지면서 출력되는 코드의 시작점만 다르게 하여 사용한다는 것을 의미한다. 이때 기지국간의 코드가 구분되기 위해서는 시간 지연에 의해 동일한 코드가 되지 않도록 코드 값이 차이가 나야 하는데 cdma2000의 경우 64chip만큼 차이가 나며 1chip의 지연은 약244m이므로 15.6 km 떨어진 점의 기지국이 동일한 코드를 갖게 됨을 의미한다. 한편 동일한 코드를 이용하므로 항상 모든 기지국이 동일한 시간을 기준점으로 가져야 하는데 이를 위해 GPS 위성을 사용하게 되므로 이것을 동기식이라고 한다.

WCDMA는 기지국을 구별하기 위해 GPS를 사용하지 않으며 동일한 코드를 이용하지도 않는다. 각 기지국은 단말기의 데이터 수신 시간을 알려주기 위해 모든 기지국이 사용하는 특수코드(무변조 신호)를 전송한다. 단말기는 시간을 맞춘 후 해당 기지국 그룹의 식별코드를 통해 8개의 기지국이 속한 그룹을 확인한다. 그리고 8개 기지국 가운데 자신이 접속할 기지국을 최종 확인한다. 이 경우 동기식과 같이 동일한 기준 시간을 확인할 필요가 없다. GPS를 이용하지 않으므로 WCDMA는 기지국을 구별하기 위해 별도의 기지국 식별 코드를 이용해야 한다. 단말기가 자신이 접속하는 기지국을 찾기 위해 여러 기지국 코드를 비교하는데 기지국 코드의 생성회로가 기지국마다 다르므로 동기 방식과 비교해 작업이 복잡하다.

동기식 IMT-2000과 비동기식 IMT-2000을 비교하면 다음과 같다.

<그림 6-4> IMT-2000 동기와 비동기 시스템 비교

2. 동기식 IMT-2000

1) 동기식 IMT-2000의 망 진화

cdma2000은 북미 규격인 IS-95 기반 CDMA 방식의 연속적인 진화과정임을 아래 그림에서 알 수 있다. CDMA 20001x의 진화는 <그림 6-5>과 같다.

<그림 6-5> cdma2000의 망진화

① cdma2000 1x Release A

cdma2000 1x에서 S/W upgrade 및 일부 H/W보완을 통한 데이터 전송속도를 최대 307kbps까지 전송이 가능하며, 규격은 2000년 2월에 완료되었다.

② cdma2000 1x EV-DO

퀄컴에서 제안한 방식이며, 데이터만 2.4Mbps의 속도로 제공되는 것으로써 기존(IS-95A, B)장비와 RF부분이 호환성을 가지고 있다. 또한 규격은 2000년 10월에 완료되었으며 국내 사업자들에 의해 2002년 초 세계 최초로 상용화에 성공했다. 이후2004년 3월에 cdma2000 lx EV-DO의 성능을 개선한 cdma2000 1x EV-DO Revision A 표준을 완성하였다. cdma2000 lx EV-DO는 3.2 Mbps 역방향 1.8 Mbps의 성능향상, 방송서비스, 타 무선접속기술과의 호환성, QoS별 다중 서비스제어 등의 기능이 보강되었다.

③ cdma2000 1x EV-DV

음성과 데이터가 동시에 제공되며 최대 3.2Mbps(평균 1.8Mbps)의 전송속도로서 cdma2000 1x장비의 업그레이드를 통하여 구현할 수 있으며, 비동기(W-CDMA)방식의 성능보다 데이터 전송속도 측면에서 훨씬 뛰어난 기능을 가지고 있다.

2) cdma2000 1x 시스템

우리나라에서는 IS-95B에서 진보된 방식을 한때 IS-95C로 불렀으나, 북미지역에서는 IS-95B에서 IS-2000이라는 규격으로 업그레이드하였으며, ITU가 IMT-2000 규격 논의를 구체화 할 때 cdma 2000 1x란 이름으로 공식 결정되었다. cdma2000 1x는 기존 IS-95A의 무선접속 규격을 상당부분 변경하여 데이터 서비스를 위한 용량 문제 등을 근본적으로 해결함으로써 고속데이터 통신을 하는 방식이다. 데이터 전송속도가 144kbps(6초에 A4용지 100장을 전송할 수 있는 속도)까지 지원되므로 보통 IMT-2000하면 흔히 사람들이 떠올리는 동영상 서비스까지 비교적 자연스럽게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 속도 면에서 IMT-2000 관련해서 ITU가 권고하는 사항을 만족함으로써 명실상부한 IMT-2000 규격으로의 자리를 차지하게 되었다.

cdma2000 1x는 2G 대비 가입자 용량이 2배로 확대되었고 데이터 서비스의 경우 2G 대비 약 10배 효율이 증가되었으며, 과금도 사용한 데이터량 만큼만 과금하는 패킷과금 방식을 적용할 수 있게 되었다. 이것은 이동성 및 콘텐츠 품질과 더불어 무선데이터 통신의 수요를 불러일으키는 결정적인 요소가 되었고, 단말기 대기시간도 기존 제품에 비해 최대 4배까지 향상되었다.

기존 IS-95A에서는 음성만 핸드오프가 되었는데 cdma2000 1x에서는 데이터 서비스도 음성통화의 교환기 핸드오프와 유사한 핸드오프(PDSN이 변경되어 IP가 변경되어도 통화가 지속되는 Mobile IP) 기능이 추가됨으로써 데이터 서비스 시 단말의 이동성 제공이 가능하게 되었다.

또한 단말기는 사업자간 로밍과 보다 효과적이고 안정된 인터넷 뱅킹을 위하여 무선신호의 전송과 Application을 담당하는 이동장비와 사용자 인증을 위해 탈착이 가능한 R-UIM (Removable User Identity Module)카드를 삽입하여 타인의 단말기를 이용하거나 타사업자 망을 이용하여 서비스 할 수 있다. 또한 선택적으로 GSM망에서도 서비스가 가능할 수 있도록 R-UIM 카드와 USIM(UMTS Subscriber Identity Module)카드를 함께 구현하여, 사업자 간에 로밍 계약에 의한 서비스를 구현할 수 있게 되었다.

cdma2000 1x가 IS-95와 비교하여 향상된 점을 요약하면 다음과 같다.

o Data 서비스 속도 및 시스템 용량 향상
o Packet Data Service 처리를 위한 별도의 Data Core Network의 추가
o Mobile IP 지원
o R-UIM(Removable User Identity Module)카드를 이용한 로밍 서비스 가능(중국)
o 기지국 Backbone망이 ATM으로 구축
o 순방향 diversity 제공으로 통화품질 향상

<표 6-1> 동기방식의 기술적 특성 비교

cdma2000 1x네트워크의 망 구성은 가입자정보를 가지고 있는 HLR과 음성을 저장하는 VMS및 FAX메일을 저장하는 FMS(Fax Mail System)등은 2G망과 같이 사용한다. IS-95A/B 시스템과 비교하면 기지국에서 고속 및 저속데이터를 전용으로 처리하기 위하여 BSC에서 교환기를 통하지 않고 PDSN(Packet Data Serving Node)를 거쳐 데이터를 처리한다. 최대 데이터 전송속도가 144kbps이고, BSC에서 데이터 서비스를 구분하여 PDSN으로 라우팅하는 등 기존 MSC에 종속적이던 구조를 배제함으로써 중?고속 데이터 시비스를 위해 시스템이 진화했음을 알 수 있다.
PS Core Network의 내부에는 인터넷 연결을 위한 PDGN(Packet Data Gateway Node)과 PDSN(Packet Data Serving Node)이 신설되어 IP Network를 통한 인터페이스 기능을 수행한다. 또한 PDSN을 통한 Mobile Packet Data Service 처리를 위해 별도의 IP Network가 추가 되었다. 무선 지능망은 IS-95A에서 사용되고 있는 기존 망을 이용하여 각종 정보 제공과 부가정보 서비스를 처리한다.

<그림 6-6> cdma2000 1x 망구성도

3. 비동기식 IMT-2000

1) 비동기식 IMT-2000 망 진화

비동기 방식은 GSM을 기반으로 <그림 6-7>과 같이 발전되어 왔다. GSM의 무선구간 전송기술은 TDMA 방식으로 회선 음성서비스에서 데이터 전송속도를 보강하는 HSCSD(High-speed Circuit Switched Data, 전송속도 57.6kbps)로 발전되었으며, HSCSD에서 116kbps까지 전송이 가능한 GPRS(General Packet Radio Service)로 발전되었다. GSM 방식은 IMT-2000서비스가 도입되더라도 상당기간 병행하여 서비스가 지속될 것이며, IMT-2000에 도입되는 모든 시스템의 기본구성방식은 GSM을 기반으로 하는 H/W, S/W를 적용하려고 노력할 것이다.

<그림 6-7> WCDMA의 망 진화

IMT-2000 비동기방식 무선망은 기존망(GSM)과 별도의 새로운 기술방식(CDMA)을 도입한 것으로써 상호연동성이 없으므로 독자망으로 진화될 것이다. 기존의 GSM 망의 진화에 따른 단계별 시스템 적용방법을 살펴보면 다음과 같다.

① HSCSD(High-Speed Circuit Switched Data)
o 데이터 전송속도 : 57.6kbps
o 화상회의에 적합하도록 설계
o 회선전송의 데이터 서비스이므로 비교적 안정된 품질확보

② GPRS(General Packet Radio Service)
o always on-time, Always connected
o 데이터 전송속도 : 115kbps까지
o 유선인터넷 접속응용, 멀티미디어 메일제공
o 패킷 단위 전송으로 회선 효율의 극대화

③ EDGE(Enhanced Data rates for the GSM Evolution)
o 적용 주파수 대역의 확장 : 800, 900, 1800, 1900㎒
o 200 ㎑의 TDMA 방식을 통한 고속데이터 전송

④ WCDMA
o 적용 주파수 대역 : 2 ㎓ 주파수
o 채널당 대역폭 개선 : 5 ㎒ / 채널
o 완전히 새로운 기술도입 및 고품질 음성, 데이터, 영상서비스 구현

2) WCDMA시스템

동기방식에서 기지국 확인 및 기지국 간 핸드오프를 위한 시간 동기는 위성(GPS) 신호를 이용한 동기(Synchronous) 방식을 사용하는데 비하여, 비동기 방식에서는 기지국 고유의 스크램블 코드를 이용해서 각 기지국의 확인 및 핸드오프를 함으로써 각 기지국이 시간적으로 동기를 맞추지 않아도 된다. 따라서 동기방식은 하나의 PN코드에 시간차를 두어서 사용하므로 매우 긴 PN코드 일지라도 빠른 시간 내에 동기를 할 수 있으므로 동기 및 다중화에 효율적이다.

현재 IMT-2000 서비스를 제공하고자하는 사업자의 80% 정도가 W-CDMA를 도입하려고 계획 중에 있다. 따라서 IMT-2000 서비스에서 필수적으로 제공해야 할 국제로밍에 있어서는 GSM를 기반으로 한 W-CDMA가 유리할 것으로 보인다. 뿐만 아니라 서비스 사업자들은 다양한 지능망 서비스와 부가서비스의 개발 및 보급에 있어서도 동기식 방식과 비교하여 유리할 것으로 전망하고 있다. 또한 동기방식에서 1FA당 주파수 대역폭이 1.25㎒인데 비하여, 비동기식에서는 1FA당 주파수 대역폭을 5㎒로 광역화하기 때문에 데이터의 고속전송에 적합하다.

유럽 및 일본에서 서비스하고 있는 W-CDMA의 망구조는 <그림 6-8>과 같으며, 동기방식의 BSC 기능을 하는 RNC(Radio Network Controller)를 중심으로 회선 트래픽은 교환기(MSC)를 경유하여 처리되고 데이터 트래픽은 패킷단위로 SGSN을 통하여 처리된다. 음성회선 통화방식은 IS-95와 같은 방법으로 수행되고 있으며, RAN(Radio Access Network)은 기지국(Node-B)과 기지국제어기(RNC : Radio Network Controller)로 구성되어 있다.

<그림 6-8> 비동기 방식의 망구성도

동기 및 비동기 방식 IMT-2000 시스템의 진화방안을 요약하면 다음과 같다.

<그림 6-9> 동기 및 비동기 방식의 망 진화 요약

4. IMT-2000 기술의 발전

1) 개 요

IMT-2000 기술은 기존 이동전화 등에 비해 데이터 전송속도가 고속화되고 세계적 표준에 맞춰 전 세계 어디서나 동일한 단말기로 통화가 가능한 통신 서비스를 말한다. IMT-2000은 국제전기통신연합(ITU)의 규격에 따르면 휴대폰 사용자가 정지하거나 걷는 정도의 속도로 움직일 때는 최고 384Kbps, 고속이동체 안에서는 128Kbps, 고정 또는 장착된 2Mbps까지 전송속도를 낼 수 있는 기능을 갖고 있어야 한다.

ITU는 이러한 요구사항을 만족하는 5개 기술을 표준으로 승인하였지만 실제적으로 WCDMA와 cdma2000이 전 세계 대부분의 시장을 점유하고 있다. 2000년 초기 IMT-2000 기술의 초기 요구 사항을 만족한 3GPP의 WCDMA, 3GPP2의 cdma2000 1x는 점차적으로 진화하여 HSDPA, HSUPA, cdma2000 1x EV-DO, cdma2000 1x EV-DV 등으로 거듭 발전하고 있다.

<그림 6-10> IMT-2000 기술의 발전

2) 비동기식 IMT-2000

WCDMA 표준을 담당하고 있는 3GPP의 조직은 여러 TSG(Technical Specification Group)로 구성되어 있으며, TSG RAN의 Work Group에서 Radio Access Network 관련 표준을 진행하고 있다. WCDMA의 최대 장점이자 ITU가 내세운 세계 표준은 지구촌 어디서나 동일한 단말기로 통화를 할 수 있는 글로벌 로밍(Global Roaming)이다.

WCDMA의 최대 전송속도는 2Mbps로 EV-DO와 동일하지만 데이터 업로드, 다운로드 속도에서 차이가 난다. WCDMA는 데이터를 다운로드할 때와 업로드할 때의 속도가 동일하다. 따라서 WCDMA의 장점은 상대방과 실시간으로 음성과 화상을 주고받을 수 있는 동화상 통화를 구현하는데 유리하다. 따라서 동화상 통화는 WCDMA방식이 내세울 수 있는 최대 차별화된 서비스다. WCDMA의 발전과정을 다음과 같다.

WCDMA의 발전과정
가. WCDMA Release 5
WCDMA Release 5는 Release 99와 Release 4에서 최대 데이터 전송속도인 2Mbps였던 것을 최대 14.4Mbps 데이터 전송속도가 가능하도록 하는 HSDPA를 표준화한 것을 가장 큰 특징이다.

HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)는 고속 순방향 패킷 접속을 의미하며 순방향 패킷의 데이터 속도를 증가시키고, 전체 시스템 성능(Throughput)을 증가시키기 위한 목적으로 표준화가 이루어졌다. Target service로는 streaming interactive service, 또는 background service 등, 관련 application으로는 인터넷 브라우징, 이메일, 또는 멀티미디어 서비스 등을 이야기 할 수 있다.

HSDPA를 지원하기 위한 대표적인 기술로 HARQ, AMC, 그리고 short TTI를 들 수 있다. HARQ(Hybird Automatic Repeat Request)란 물리 계층에서 지원되는 ARQ 방법으로, 하나의 패킷 전송에 있어서 보다 적은 에너지로 여러 번에 나누어 전송하는 방법이다.
한 번에 큰 에너지로 전송하는 기존 방법에 비해 HARQ 방법을 사용하면, 같은 QoS를 만족시키면서 early termination gain을 얻을 수 있으며 이로 인해 전체 시스템 성능이 크게 증가하게 된다. HARQ를 위하여 N channel Stop & Wait 방법과 IR(incremetal Redundancy) 방법이 함께 규격에 채택되었으며, 추가적인 정보로 역방향의 ACK/NACK와 순방향으로 TFRI(Transport Format and Resource Indicator) 정보가 필요하게 되었다.

AMC(Adaptive modulation and coding) 방법은 채널 상황에 따라 변조 방법(modulation scheme)과 채널 코딩 레이트(coding rate)를 바꾸어 주는 방법이다. 패킷의 부호화 단위인 TTI를 짧게 만들어 준 것(shorter TTI)도 채널 상황을 좀 더 정확히 맞추기 위한 방법이다. 위와 동시에 HSDPA를 위하여 MAC과 같이 기존 RNC가 가졌던 기능이 node B로 옮겨오게 됨에 따라 물리 계층에서의 기능이 좀 더 복잡해지게 되었다.

<그림 6-11> WCDMA 기술의 발전

나. WCDMA　Release 6

2003년에 완성된 HSDPA 표준화 이후에 2004년 12월 표준 완성을 목표로 하고 있는 Release6는 방송서비스(MBMS), 역방향 성능향상(EDCH), IMS 성능 향상(IMS enhancement) 등의 기능을 통해 멀티미디어 서비스를 효율적으로 지원하기 위한 기술을 포함하고 있다.

o EDCH(Enhanced Uplink Dedicated Channel)

Enhanced uplink 기술은 UMTS 시스템의 uplink에서 패킷 데이터의 전송의 성능을 향상시킬 수 있도록 시스템의 throughput과 coverage를 증대시키려는 목적으로 제안되는 기술이다. 새로이 도입되는 Enhanced uplink에서 전송 효율을 높이기 위해서 기존의 HARQ와 Node-B 기반 스케쥴링, 짧은 TTI 기술 등이 제안되고 있다. 2002.09 ~ 2004.03의 study item기간 동안 기존 시스템의 성능 향상을 가져올 수 있음을 기술 분석과 검증을 통해서 확인하고 2004.03부터 work item"FDD Enhanced Uplink“가 제안되어 2004.12 표준화 작업을 마쳤다. 향후 이 기술이 상용화되어 HSDPA에 같이 사용될 경우 video-clips, multimedia, e-mail, telematics, gaming, video-streaming과 같은 패킷 중심의 멀티 미디어 서비스를 보다 효율적으로 지원할 수 있을 것이다.

o MBMS(Multimedia Broadcasting and Multicasting Service)

MBMS는 이동통신 시스템에서 하나의 데이터 소스로부터 대용량의 멀티미디어 콘텐트를 다수의 사용자에게 전송할 때, UMTS 핵심망과 무선 접속망에서 point-to-multipoint 전송을 가능하게 하여 효율적으로 UMTS 네트워크 자원을 이용 할 수 있도록 하는 서비스이다.
RNC는 MBMS 세션 시작 시 셀별로 동일한 MBMS 서비스를 수신하고자 하는 UE들을 동시에 페이징 할 수 있도록 MBMS용 그룹 페이징을 지원한다. 일반적으로 MBMS 서비스는 공용채널을 이용해 전송되지만 셀에 MBMS를 수신하고자 하는 UE가 있는 경우 전용 채널을 이용하는 것이 무선 자원 이용 측면에서 효율적일 수 있다. 이를 위해 RNC는 셀 별로 UE 수를 헤아리고 충분한 수의 UE가 없는 경우 대기 상태에 있는 UE들에게 RRC 연결 설정을 명령 할 수 있다. MBMS는 기존의 이동통신의 패킷 서비스 인프라를 활용하여 방송서비스를 제공할 수 있으므로 커버리지가 넓으며 제공 가능한 서비스의 수에도 제한이 없다. 또한 동일한 MBMS 서비스에 가입한 사용자가 위치한 지역에 따라 지역화 된 다른 정보를 수신할 수 있다.
MBMS 서비스는 위성 DMB의 방송서비스에 비해 유연한 서비스를 제공하고 별도 칩을 내장하지 않으므로 가격 경쟁력이 뛰어날 것으로 예상된다. 뛰어난 기술력에 비해 상대적으로 킬러 애플리케이션이 부재하다고 평가 받는 3G 이동통신 시스템에서 MBMS는 사용자들에게 어필할 수 있는 좋은 서비스이다. 상용화 시기가 되면 위성DMB, 미디어플로(MediaFLO), 지상파 DMB기술 후보로 거론되는 DVB-H등과 경쟁을 벌이게 될 것으로 예상된다.

o RAB support for IMS

RAB(Radio Access Bearer) support for IMS(IP Multimedia Subsystem) 기술은 IMS의 target application이 될 VoIP에 대한 UTRAN에서의 효율적인 지원을 목적으로 2003년 11월에 시작되었다. 관련된 규격으로는 TR 25.862 'RAB support for IMS‘이 있으며, 2004년 12월 작업 완료를 목표로 규격 작성이 진행 중이다. 현재까지는 RTP와 RTCP의 효율적인 지원에 work item의 초점이 맞춰져 있는 상태이다. VoIP에서 음성 데이터는 RTP 패킷의 크기가 가변적이라는 점과, RTCP 트래픽의 요구 대역폭이 일정하지 않다는 문제점이 있다.
현재 위의 문제점들에 대한 해법으로 아래와 같은 것들이 논의되고 있다. RTCP 패킷 송수신을 위해서 1) RTP와 RTCP를 핵심망과 단말상에서 별도의 베어러로 분리해서 지원하거나 2) RTP와 RTCP를 기지국 제어기와 단말상에서 별도의 베어러로 분리해서 지원하거나 3) RTP와 RTCP를 동일한 베어러로 지원하면서, RTCP 패킷 전송이 필요하면 RTP 패킷 전송을 잠시 중단하는 방안 등이 논의되고 있다.
첫 번째 방안은 핵심망의 규격과 상치되는 부분이 있기 때문에 논의의 중심에서 멀어진 상태이며, 두 번째 방안이 점차 힘을 얻어가고 있는 형국이다. RTP 패킷 송수신을 위해서 1) RTP 최대 요구 대역폭을 만족하는 코드 채널을 별도의 스크램블링 코드 트리(secondary scrambling code tree) 상에서 사용하거나, 2) RTP 요구 대역폭에 맞춰 베어러를 재설정하는 방안이 논의되고 있다. 상기 두 방안의 장단점과 각 사의 호/불호가 아직 뚜렷하기 않은 상황이며, 2가지 안 모두 채택되는 상황도 배재할 수 없는 상황이다.
Release 6 또는 Release7에서 VoIP 서비스의 효용이 제고된다면, 많은 사업자들이 VoIP와 IMS에 대해 보다 전향적인 시각을 견지 할 것이고, 이를 통해 새로운 시장이 형성될 것으로 기대된다.

다. WCDMA Release 7

2004년 완성을 목표로 하는 Release 6 이후에 진행할 Release 7 기술에 대한 Work Item 등이 제안되고 있으며 대표적인 기술로 고려되고 있는 것이 OFDM 기술과 MIMO 기술이다. 2004년 11월에 RAN Evolution workshop에서는 Release 7에서 다루어질 기술들에 대한 논의가 이루어졌다.

o OFDM

OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 여러 개의 방송파를 사용하는 다중 반송과 전송의 일종으로 최근 유무선 통신에서 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 각광받고 있다. OFDM 방식은 상호 직교한 다중 반송파를 사용하므로 주파수 이용효율이 높아지고 단일 탭의 간단한 등화기로 다중 경로에 의한 주파수 선택적 페이딩 채널을 잘 대처할 수 있는 장점이 있다.
또한 송수신단에서 복수의 반송파를 변복조하기 위하여 IDFT/DFT와 동일한 기능을 하는 IFFT/FFT를 사용할 수 있으므로 간단한 구조로 고속 구현이 가능하다. 이러한 OFDM 방식은 이미 무선 LAN(IEEE 802.11a, HIPERLAN/2) 및 디지털 오디오 방송(DAB)과 디지털 지상 텔레비전 방송(DVB-T)의 표준 방식으로 채택되어 있다.

비동기 방식의 무선전송기술 표준인 3GPP에서도 하향링크 고속 데이터 전송 서비스인 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)에서 OFDM 방식을 사용하기 위한 기술 검토가 이루어지고 있다. 2002년 6월에 시작하여 2004년 6월에 마무리된 ‘Feasibility study for the analysis of OFDM for UTRAN’ 이 해당 Study Item이다. 상기 SI의 연구결과를 바탕으로 향후 3GPP에서의 OFDM 연구 진행방향에 대한 논의가 이루어질 전망이다.

3GPP는 여러 사람이 동시에 기지국에 접속하는 다중접속 방식으로 OFDM 기술을 활용하는 것을 검토하고 있는데, 대표적인 방식으로 OFDM-FDMA(OFDMA), OFDM-TDMA, OFDM-CDMA 등이 있다. OFDM-FDMA는 동일 시간에 여러 사람이 전체 부반송파를 나누어 사용하는 방법이고 OFDM-TDMA는 여러 사람이 자신에게 할당된 시간에 전체 부반송파를 사용하는 방법이며, OFDM-CDMA는 여러 사람이 동일 시간에 전체 부반송파를 변경하며 사용하는 방법이다. OFDM-FDMA및 OFDM-TDMA는 셀내 간섭이 없지만 OFDM-CDMA는 약간의 간섭이 발생할 수 있다. 또한 세 방식 모두 셀간 간섭이 존재한다. OFDM-FDMA가 주파수 할당 측면에서 효율성이 뛰어난 반면 OFDM-CDMA는 주파수 다이버시티에서 이득을 얻을 수 있다. 또한 OFDM-FDMA 및 OFDM-CDMA 모두 간섭을 평균화하여 간섭을 억제하는데 OFDM-TDMA는 주파수 재사용율을 변경하여 간섭을 억제한다. 이후 새로운 Work item 또는 Study Item 등으로 발전되어 논의될 고급 기술에는 여러 부반송파로 옮겨가면서 데이터를 전송함으로써 주파수 다이버시티를 얻는 주파수 도약 기술(FH:frequency hopping)과 각 사용자의 채널 상황을 기반으로 부반송파를 할당하는 DCA(dynamic channel allocation) 및 AMC(Adaptive modualation and coding) 기술, 또는 다중 안테나를 사용한 MIMO-OFDM 기술 등이 있다. 또한 HSDPA 서비스뿐만 아니라 멀티미디어와 브로드캐스팅 서비스 등으로의 확장도 고려해 볼 수 있다. 이러한 연구를 기반으로 하여 OFDM 기술은 향후 rel-6이후의 중/단기적 UTRAN evolution에서 중요한 기술이 될 것으로 예상된다.

o MIMO

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 기술은 송신기와 수신기에서 다중의 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 방식이다. 각 송신 안테나에 대해서 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭을 더 증가시키지 않고 보다 고속의 데이터를 전송할 수 있는 spatial muliplexing 기술과, 다중의 송신 안테나에서 같은 데이터를 전송하여 송신 diversity를 얻고자 하는 spatial diversity 기술로 BLAST 기술은 송신기에서 각 전송 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고 수신기에서 적절한 간섭제거 및 신호처리를 통해 송신 데이터를 구분해내는 것을 특징으로 한다.
BLAST 방식은 많은 데이터를 전송한다는 점에서는 이득이 있지만, 무선 채널 간에 상관도(Correlation)가 큰 경우, 안테나 간 데이터의 상관도가 커지게 되어 데이터를 분리하는 데 문제가 제기될 수 있다.
Spatial diversity 기술로는 전송 diversity를 통해 수신 신호 대 잡음 비를 높이고자 하는 STC(space-time code)가 있다. 최근에는 열악한 이동 통신 환경에서 데이터 전송 속도는 향상 시키지 못하나 diversity 이득을 동시에 얻거나 채널의 변화에 link adaptation하기 위해 spatial muliplexing과 spatial diversity 기술을 결합한 방법에 대한 연구가 진행 중이다.또한 OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술과 접목되어 AMCAdaptive Modulation and Coding) 환경에서 발생하는 간섭을 제거하기 위한 기술들과의 결합에 관해서도 연구가 진행되고 있다.
3GPP에서는 MIMO 기술을 무선 링크 향상 기술의 핵심 요소로 enhanced 표준 규격인 Release 7의 주요 feature로 고려하고 있다. 최대 4개의 송수신 안테나를 사용하는 MIMO 시스템을 고려하고 있으며 2005년 12월에 RAN(Radio Access Network)에서 MIMO 기술의 표준 반영을 완결지을 예정이다.

3) 3GPP2 RAN 기술 동향

cdma2000 표준을 담당하고 있는 3GPP2의 조직은 여러 TSG(Technical Specification Group)로 구성되어 있으며 상위 의결기관인 Steering Committee 아래 RAN 접속을 담당하는 TSG-A, CN을 담당하는 TSG-X, 무선접속부문인 TSG-C, 서비스와 아키텍쳐를 담당하는 TSG-S 등으로 이루어져 있다. 2세대인 IS-95에서 음성(Voice), 64kps의 패킷 데이터(Packet Data), 회선형 데이터(Circuit Data)등의 서비스를 제공하였다. 3세대인(cdma2000) 시스템에서는 더욱 다양한 멀티미디어 데이터서비스와 고속의 전송대역을 지원하기 위하여 여러 가지 기능을 추가로 도입했는데, 음성, 고속의 패킷과 서킷 데이터 서비스가 지원되며, 이들 중 복수의 서비스를 동시에 수행하는 기능이 추가되었다.

또한 여러 가지 멀티미디어 서비스들의 다양한 QoS 요구조건들을 만족시키기 위하여 QoS 제어 메커니즘을 도입하였다. lx EV-DV/lx EV-DO 기술을 통하여 데이터 전송속도를 2Mbps 이상 높였고 최근 완성된 cdma2000 Rev.D/lxEV-DO Rev.A를 통하여 멀티미디어 서비스의 장애였던, 역방향 최대 전송률을 1.8Mbps까지 눂여 쌍방향 멀티미디어 서비스 기능이나 멀티미디어 메시징 기능 등의 구현이 용이해졌다.

cdma2000의 발전과정

가. cdma2000 Rev.D
cdma2000 표준은 lxEV-DV기술을 포함하는 Rev.C를 통해, 고속 패킷서비스를 강화하였으며, 2004년 2월 완성된 cdma2000 Revision D는 역방향 성능향상(Reverse Link Enhancement), 방송서비스(BCMCS), 빠른 호 설정(Fast Call Setup) 등의 기능을 통해 멀티미디어 기능 및 QoS 관련 기능을 보강하였다. Rev. D에 새로이 추가된 기능을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

o 역방향 성능향상(Reverse Link Enhancement)

cdma2000 Rev.D에서는 최고 전송 속도 1.8Mbps를 지원하게 되었다. 이를 위해서 HARQ, Shorter Frame Size, 고속 스케쥴링 기법들을 이용하여 고속 역방향 링크를 구현하였다. 물리계층의 재전송인 HARQ기능을 통하여 수신 성능을 향상시키고 있다. 역방향 데이터 송신 시, 기지국에서 ACK/NAK을 단말 쪽으로 전송하여 물리계층 재전송을 수행하고, 재전송된 신호를 합쳐서 역 부호화시킴으로써, 수신 성능을 향상시키게 되었다. 이 기능은 순방향링크에서 사용되고 있는 방식이다. Short Frame Size를 기존의 20ms에서 10ms로 줄여 전송지연을 줄이고 자원할당의 효율성을 높이고 있다. 전송율 할당 방식을 살펴보면, 기존의 방식은 3계층 메시지를 이용한 역방향 자원 할당 방식을 사용하고 있다.
그러나 기존 방식으로는 역 방향 채널의 상황을 제대로 반영하지 못함으로 인해 자원할당의 효율성이 떨어지게 되었다. Rev.D에서는 물리계층 신호를 이용하여 실시간으로 단말의 상황을 알려줌으로써 효율적인 자원할당이 가능해졌다. 즉, ACK채널에 의한 재전송 동작과 Rate Control 비트에 의한 전송율 제어가 매 프레임마다 일어난다.

o 방송서비스(Broadcast Multicast Service)

cdma2000 Rev.D 표준에서는 멀티미디어 방송데이터의 전송 기능을 강화하였다. 기존의 방송데이터 전송방식은 일대일 전송 방식을 기반으로 하여 서비스되고 있다. 멀티미디어 방송 데이터를 셀룰러 네트워크에서 서비스하기 위해서는 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 방안이 필요하다. 그래서 새로운 표준에서는 기존 방송전송방식과 유사한 일대다(多) 방식을 기반으로 한 전송방식을 통해 방송서비스 기능을 보강하였다.
BCMCS 기술은 동일한 데이터를 여러 사용자가 동시에 수신할 필요가 있다는 특성을 이용하여, 일대다 방식의 전송형태를 통해 높은 품질의 영상을 효율적으로 전송하게 되었다. 방송서비스는 기본적으로 일대다 통신인 특성을 살리기 위해 전력제어가 없이 모든 수신자가 공통으로 이용하는 방송용 부가채널(F-BSCH)를 이용하는 방안을 구현하였다. 그래서, 순방향링크의 전력제어가 없으므로, 역방향 전용채널을 할당할 필요가 없게 되었고, 이러한 특징으로 인해 일대일 서비스 시의 영향과 관계없이 불특정 다수가 동일한 품질로 수신할 수 있게 되었다.

o 빠른 호 설정(Fast Call Setup)

3G시스템을 이용한 응용서비스 중, 음성채팅과 같은 리얼타임 양방향 패킷 데이터를 서비스 할 때, 패킷 서비스의 효율을 최대한 살리려면 데이터의 특성에 따라, 채널의 설정과 회수가 이루어져야한다. 이때 채널설정 시 사용자가 느끼는 지연을 줄여야 한다. 이를 위해 빠른 호 설정 기능이 필요하다. 빠른 호 설정과 관련되어 보강된 기능은 크게 호출주기를 조절하는 방안과 호출과 동시에 채널을 할당하여 단말의 호출 응답 시간을 줄이는 방안과 할당된 채널의 설정을 위한 검사 절차를 줄이는 방안 등이 있다.

o MEID(Mobile Equipment Identifier)

기존의 32비트 ESN(Electronic Serial Number) 기반의 단말기 식별자는 대량생산으로 인해 공간이 부족해짐에 따라, 3GPP2에서는 56비트길이의 새로운 단말기 식벼자인 MEID를 정의하고 이를 Rev.D표준부터 적용하게 되었다.

나. cdma2000 1x EV-DO Revision A

cdma2000 lx EV-DO는 cdma2000 1x EV-DO Revision A 표준으로 2004년 3월에 완성되었다. lxEV-DO Rev.A표준에서는 cdma2000 Rev.D와 유사하게 역방향 성능향상, 방송서비스, 타 무선접속기술과의 호환성, QoS별 다중 서비스제어 등의 기능이 보강되었다. 이중 역방향 성능향상과 방송서비스 기능은 cdma2000 Rev.D 표준과 유사한 형태의 기능 향상으로 볼 수 있다.

이외에 순방향링크 최고 전송율을 3.2Mbps까지 올렸고, Cross Paging 기능이 추가되어 타 기술(lx 혹은 기타무선접속)과의 연동기능을 보강하였다. 그리고, QoS 특성이 서로 다른 multiple application flow를 지원하기 위해 multiple RLP flow를 정의하였다. 또한 서비스 스트림별로 RLP flow 와 RLP instance가 생성되어 각기 독립적으로 동작할 수 있도록 하였다.

마지막으로 다중 사용자 패킷 (Multi-User Packet) 기능을 도입하여 서로 다른 단말의 데이터를 MAC계층에서 다중화하여 전송 가능하게 함으로써, 낮은 전송률의 실시간 트래픽의 효율적 전송이 가능하도록 하였다.

5. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

1) 개 요

이동통신 가입자들의 서비스 수요가 음성에서 멀티미디어서비스로 변하면서 IP 중심의 패킷 기반 서비스로 옮겨가고 있다. 이와 같은 가입자들의 서비스 요구 변화로 이동통신시스템도 멀티미디어 패킷서비스 중심의 무선 인터넷의 수요를 충족시킬 수 있는 새로운 기술로 발전하고 있다.
비동기식 IMT-2000시스템의 표준 제정을 담당하는 국제표준화기구 3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 WCDMA의 발전된 형태로 무선이동 환경에서 패킷 전송 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 HSDPA(High Speed Downlink Pack Accee)기술을 표준화한 것은 2002년 6월이고 2006년부터 본격적인 서비스를 제공할 예정이다.
HSDPA는 비동기 IMT-2000시스템 진화 단계에서 R5(Release 5)에 포함된 기술로 기존의 WCDMA(R99/R4) 시스템에서도 패킷 방식의 데이터 전송 방식을 지원했으나, 기존의 회선 교환 방식을 위해 설계된 무선 접속 방식 기반에서 고속의 멀티미디어 패킷 서비스를 제공하는 데에는 한계가 있어 R5 시스템에서 새롭게 도입한 무선접속 기술이다.
HSDPA는 인터넷 서비스 트래픽 특성을 고려하여 상향 링크보다는 하향 링크의 전송률 개선에 초점을 두어 설계됐으며, 공용 채널 개념의 HS-DSCH를 통해 사용자가 자원을 공유하였는데, HSDPA는 WCDMA가 Dedicate 채널을 이용하여 최대 2Mbps까지 제공하던 서비스를 Shared 채널을 이용해 최대 14.4 Mbps까지 전송 속도를 높였다.
이는 기존의 프레임을 10ms에서 2ms까지 낮추어 고속의 데이터 스케쥴링이 가능하게 하였다. 또한 WCDMA에서는 RNC에서 수행하던 채널 할당을 기지국(Node-B)에서 수행하고 단말기와 RNC에서 수행하던 재전송 기법을 단말기와 기지국 사이에서 수행하여 더욱 속도를 높였으며, WCDMA에서 QPSK 변조만 사용하던 것을 변조율을 높이기 위해 16QAM을 함께 사용할 수 있도록 하였다.
HSDPA는 현재 상용서비스중인 1x EV-DO와 비교하여 주파수 활용도를 높일 수 있다. 1x EV-DO가 음성서비스 위주의 cdma2000 1x와 다른 FA를 사용함으로써 cdma2000 1x의 주파수가 여유가 있어도 EV-DO의 데이터용으로 사용할 수 없는 것에 비해 HSDPA는 동일 FA에서 음성, 데이터, 영상 서비스를 함께 처리할 수 있어 주파수 활용도 측면에서 유리하다.

2) HSDPA 주요 특징

가. 고속데이터 수용을 위한 시스템 및 채널 구조

WCDMA의 채널 구조는 사용자 각각에게 Dedicated 채널을 별도로 할당하였으나 HSDPA는 모든 사용자가 동시에 공용으로 사용할 수 있는 Big shared pipe의 채널 개념을 도입하고 있다. 이는 기존 채널 구조에서 사용자가 서비스를 잠시 중단하였을 때 해당 자원을 다른 사용자가 사용할 수 없었던 채널 구조를 크게 개선한 것이다.

<그림 6-12> 새로운 데이터 전송 채널 개념

HSDPA의 핵심 기술인 AMC와 HARQ 등을 효율적으로 운용하기 위해서는 이를 관리하고 제어하는 부문이 무선 인터페이스에 가까이 위치해야 한다. R99나 R4 시스템에서는 ARQ나 데이터의 스케줄링을 담당하는 부분이 RNC에 위치하기 때문에 lub 상의 지연 시간으로 인해 채널 환경의 변화에 적절히 대응, 효율성을 높이는 HSDPA 관련 기술의 장점을 살릴 수 없게 된다. 이 같은 이유로 스케줄링을 비롯한 대부분의 무선 자원 제어 기능이 RNC에서 Node B로 이동하게 됐으며 MAC계층의 일부 기능도 마찬가지로 이전됐다. 이 프로토콜 계층을 MAC-hs 부계층이라고 하며, MAC 계층의 가장 하부에 위치한다.
MAC-hs 부계층은 HSDPA를 추가하면서 발생할 프로토콜 상의 변화를 최소화하였고, 채널 환경에 맞는 적절한 변조 및 코딩율(MCS)을 선택하거나 패킷의 스케줄링 기능을 담당하기 위해 R5 시스템에서 새로 도입된 계층이다.

나. 패킷 스케줄링

이동통신 시장에서도 점차 무선 인터넷 서비스뿐 아니라 VoIP, 비디오 스트리밍 등과 같이 품질 보장(QoS)이 필요한 패킷 서비스에 대한 요구가 커지고 있다. 패킷 데이터를 다루는 시스템에서는 서비스 특성에 따라 안정적인 성능으로 패킷을 처리하고 무선 채널 상태에 따라 패킷 데이터 채널의 이용률을 최대화하여 패킷 전송을 가능케 하는 패킷 스케줄러의 개발이 중요하다.
패킷 스케줄러는 물리 계층과 직접적으로 연결돼 패킷 제어에 소요되는 지연을 최소화하고, HARQ, AMC 등과 밀접한 관계를 가지고 패킷 데이터 채널을 제어하여 패킷 전송의 효율성을 높이는 일을 담당한다. HSDPA는 데이터 프레임의 길이를 2ms로 단축하여 고속의 패킷 스케쥴링이 가능하도록 하였다.
여러 명의 사용자가 존재하는 경우 매 순간마다 채널 환경이 좋은 사용자에게 무선 자원을 우선적으로 할당해 준다면 시스템 전체의 용량이 크게 증가하게 되며 이를 다사용자 다이버시티(Multi-user Diversity) 이득이라 한다. 이 같은 이득을 얻기 위해서 각 사용자의 상태에 따른 스케줄링이 요구되며, 대표적인 스케줄링 방식에는 최대 CINR 방식, 라운드 로빈(RR) 방식, PF(Proportional Fair) 방식 등이 있다. 이 밖에 여러 개선된 알고리즘이 계속 연구되고 있다.
라운드 로빈 방식은 전송할 대상이 되는 단말에게 돌아가며 한 번씩 전송을 하는 방식으로, 최대 CINR 방식은 데이터의 전송 시점에 가장 좋은 무선 채널 상태에 있는 단말을 선택하여 데이터 블록을 전송하는 방식이다. 최대 CINR 방식은 다사용자 다이버시티 이득을 극대화할 수 있지만, 오랜 시간 열약한 채널 상태에 있는 단말은 수신 기회가 불균등해질 가능성이 발생한다. 이 같은 문제를 해결하기 위해 PF 방식은 최대 CINR 방식과 같이 무선 채널 상태를 고려하는 동시에 효율이 낮은 단말에게 가중치를 두어, 시스템의 용량과 개별 단먈의 공평성을 동시에 고려한다. 일반적으로 스케줄링 알고리즘은 규격에서 정의되지 않으므로, 망 운영자가 필요에 따라 적절히 선택하여 구현하여야 한다.

다. AMC

무선 채널의 상태는 단말의 위치, 신호의 경로 손실과 페이딩 특성 때문에 시간에 따라 계속 변한다. 그러므로 무선링크를 통한 효율적인 데이터 전송을 위해서는 링크 적응(Link Adaptation) 기법이 요구되며, 대표적으로 전력 제어(Power Control) 기법과 전송률 제어(Rate Control) 기법이 있다. 송신단에서 전력이나 전송률을 적응적으로 가변하기 위해서는 채널 상태를 알 수 있는 정보가 필요하며, 이 정보를 근거로 송신 전력 또는 전송률을 결정한다.
전력 제어 기법은 고정된 품질과 전송률을 보장하기 위해 페이딩 채널 환경에 맞도록 송신 전력을 제어하는 방식으로, 음성 기반 서비스처럼 고정된 전송률 상황에서 링크의 품질을 보장하기 위한 시스템에 효율적인 방식이다. 전송률 제어 기법은 다양한 전송률, 다양한 전송 품질 등이 요구되는 패킷 데이터 서비스에 적합한 방식으로, 채널 환경에 맞도록 데이터 전송률과 부호율을 적응시키는 방법이다.
HSDPA는 전송률 제어 기법으로 셀 전체의 Throughput을 증가시키는 AMC 기술을 적용하였는데, 단말이 측정한 무선 환경을 바탕으로 좋은 환경의 단말에게는 많은 양의 데이터를 할당하고 무선 환경이 나쁜 단말기에는 QoS를 보장하지 않는다.

<그림 6-13> HSDPA의 AMC 기술

한정된 주파수 대역을 이용하여 고속의 정보를 전송하기 위해서는 주파수 대역 사용의 효율성을 높이는 것이 무엇보다도 필요하다. 이를 위해 무선 시스템에서도 주파수 사용 효율이 높은 QAM(Quadratkure Amplitude Modulation)방식이 도입되고 있다. HSDPA를 위해 3GPP에서 결정된 변조 기법은 QPSK와 16QAM이며, 채널 상태가 상대적으로 양호한 경우 16QAM을 적응적으로 선택하여 전송하게 된다.
HSDPA에서는 동일한 원리로 변조 기법뿐 아니라 부호율(code rate)도 가변할 수 있다. 채널 환경이 좋은 경우는 높은 부호율과 16QAM 변조를 이용하여 주파수 이용 효율을 높이며, 페이딩이나 간섭 상태에 따라 채널 환경이 나쁜 경우는 낮은 부호율과 QPSK를 선택하여 SNR이 낮은 범위에서도 전송 성공률을 높일 수 있도록 한다.
데이터 전송 시 사용할 최적의 MCS(Modulation and Coding Scheme)의 선택은 단말(User Equipment) 또는 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)에서 수행될 수 있지만, 단말이 선택하는 경우에는 망에서 트래픽 관리나 실시간 서비스 지원이 어려우므로 UTRAN에서 제어되는 것이 바람직하다. UTRAN에서 MCS를 결정하기 위해서는 단말의 수신 품질에 대한 정보를 알고 있어야 하며, 단말은 수신 품질을 송신 측에 전달하기 위해 CQI(Channel Quality Indicator)라는 인덱스를 사용한다. AMC에 의한 링크 적응 기법은 기존의 1슬롯 지연을 갖는 전력 제어보다 지연이 크다. 그러므로 단말의 CQI 측정 지연 및 정확도가 전체 성능에 영향을 줄 수 있다.

라. HARQ

오류 제어 알고리즘은 크게 재 전송에 해당하는 ARQ와 채널 부호화에 해당하는 오류 정정(Forward Error Correction) 기법의 두 방식으로 분류될 수 있다. 일반적으로 ARQ는 데이터링크 계층(Data Link Layer)에서, FEC는 물리 계층(Physical Layer)에서 구현된다. 그러나 최근에는 무선 인터넷 패킷처럼 버스트하게 발생하는 특성을 지닌 패킷 데이터를 처리할 때 전송 효율을 향상시키기 위해 FEC와 ARQ를 접목시킨 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) 기술을 사용하고 있다.
HSDPA는 기존의 WCDMA에서는 RNC에서 재 전송하였으나 HSDPA는 기지국(Node-B)에서 재 전송하여 고속 데이터 처리가 가능하다.

<그림 6-14> HSDPA의 HARQ의 위치

HARQ에서는 기존의 ARQ와 같이 재 전송만을 적용하는 것이 아니라 수신 측에서 복호 오류가 발생했을 때, 송신 측으로 재 전송을 요구하는 동시에 FEC 이전의 데이터를 버리지 않고 저장한다. 이후 재 전송된 데이터를 수신하면 이전에 저장해 둔 데이터와 합쳐 성능 이득을 높인다. 결국 HARQ 기법을 적용하면 동일 FER(Frame Error Rate)에서도 전송 전력을 크게 줄일 수 있으며, 이 같은 전력 마진에 의해 16QAM과 같은 변조 기법 사용이 용이해진다.

제작 : Cetizen.com & SK Telecom