○ CDMA의 Frame structure
- CDMA의 frame의 forward channel 구조를 살펴보게 되면 위의 그림과 같이 각 walsh code당 19.2kbps data 속도로 64개의 walsh code로 인해 19.2kbps x 64 =1.2288Mbps 가 할당 되며 1frame 당 BW는 1.25MHz가 필요하게 된다. 각 코드 당 채널들은 pilot,sync, paging, traffic 채널로 구성 되어 있으며 각각의 channel은
- pliot channel : channel Estimation을 위해서 필요
- sync channel : 기지국과 단말기 동기를 맞추기 위해서
- paging channel : 기지국에서 이동국을 호출하고 제어 정보를 전송하기 위해서 사용되는 순방향 채널로 이루어져 있음.
○ CDMA의 이동통신(이동전화) 적용에 따른 특징
- 디지털화된 셀룰러시스템
- 가입자마다 서로 다른 식별코드(확산코드)를 부여하여 디지털화된 음성신호와 함께 전송하여 여러 가입자가 동시에 통화하는 방식의 디지털 셀룰러시스템
- 기존 아날로그 FDMA 방식에 비해 수용용량이 약 10∼20배
- TDMA 또는 FDMA와 같지 않게 수용 용량의 한계는 다소 불명확
- 다른 사용자들의 잡음량(간섭량)에 따라 결정됨 => C/I, 전력제어
- TDMA,FDMA 방식에 비해 CDMA 방식은 낮은 송신출력을 사용
- 배터리 사용시간을 3배 이상 길게 할 수 있음
- 주파수 이용효율이 높음(주파수 재사용 계수 = 1)
- 핸드오프(hand-off)시에 통화의 순간적인 끊어짐을 없앨 수 있음
- 보안성이 좋음
- 사용자 마다 고유한 PN 코드(Pseudo Noise Code) 사용
- 다이버시티를 이용한 통화품질의 향상
- 넓은 대역에 걸쳐있는 신호(다른 주파수대에 다른 주파수 특성을 갖게됨) 특성 때문에 일종의 주파수 다이버시티 효과를 이용하여 페이딩 현상을 극복 가능
- 통화하며 타 기지국으로 이동하여도 순간 통화 단절 현상이 없어, 통화품질 우수
- 전력 제어 및 동기화 기술이 필요
라. W-CDMA
○ 광대역 부호 분할 다중 접속(W-CDMA, Wideband Code Division Multiple Access)는 3세대 이동통신. W-CDMA는 UMTS라는 이름으로 3GPP에서 표준화됨. FDD와 TDD의 2개 모드가 있으나 FDD모드만 상용화 되는 추세이다.
기술적으로 W-CDMA는 보다 빠른 속도와 2세대 GSM 네트워크에서 사용하는 시분할 다중 접속(TDMA)보다 많은 사용자를 지원하기 위해 직접 시퀀스 코드 분할 다중 접속 신호처리 방법(CDMA)를 이용하는 광대역 스프레드-스펙트럼 이동식 무선 인터페이스이다. GSM을 모태로 한 3세대 통신 규약이기 때문에 비슷한 역할을 하는 구성 요소들(Core Network 등)도 존재하고 이름만 다를 뿐 내부적으로는 비슷한 구조를 하고 있는 부분들 (Node B - RNC와 BTS - BSC간의 관계 등)도 많다.
동기식 3세대 이동통신인 CDMA 2000 1X와 기술적인 차이를 구분하여 비동기식 3세대 이동통신이라 부르기도 한다. 대표적인 서비스로 영상통화와 하향 고속 패킷 전송(HSDPA, High Speed Downlink Packet Access), 상향 고속 패킷 전송(HSUPA, High Speed Uplink Packet Access)이 있다. 최초의 상용화로 2001년 일본의 NTT 도코모에서 서비스를 시작한 FOMA가 있으며, 대한민국에서는 KT의 olleh mobile과 SK텔레콤의 T LIVE가 있다. 유럽에서는 UMTS라 부른다. LG U+의 OZ는 CDMA2000 1x EV-DO Rev.A와 1x EV-DO Rev.B기술을 사용한 것으로 W-CDMA와 관계가 없다.
W-CDMA 시스템은 많은 가입자를 수용할 수 있으며 Long PN 코드를 사용하여 다른 가입자로 부터의 간섭을 억압한다.
대역 확산의 방식은 DS(Direct Sequence) 방식이 사용되는데 주파수 사용 효율이 높고, 간섭에 강하며 Fading에 강하다는 장점이 있다.
그 외 W-CDMA System의 특성은 아래와 같은 것이 있다.
- Power Control
- Path Diversity receiving
- Error Control
- Interference Canceler system(ICS)
- Robust Voice Encoding
W-CDMA 시스템이 Fading에 강한 것은 Power Control, Path Diversity, Error Control에 기인한 것이며 ICS로 인하여 큰 용량을 가지게 된다. 또한 뛰어난 음성 코딩 방식으로 유선에 가까운 높은 음성 품질을 얻을 수 있다.
1) Path Diversity
W-CDMA 시스템에는 Rake Receiver가 사용되며 다음과 같은 세 가지 기능을 가지고 있다.
- 대역 확산 신호의 동기화된 샘플링
- 다중 경로 지연에 따른 Correlation Detection
- 채널 반사에 따른 Weighting Diversity
2) Error Control
Fading 채널에서 대부분의 에러는 수신된 신호가 낮을 때 발생하며 에러는 Burst의 형태로 나타난다. 이 Burst Error가 Convolutional 코드에 유입되면 송신 신호에서 에러가 발생할 확률이 높아지므로 이러한 현상을 방지하기 위하여 Error Pattern을 Randomize하게 만들어주는 인터리버가 사용된다.
3) ICS(Interference Canceler System)
W-CDMA의 Reverse Link에는 ICS가 사용되며 ICS는 기지국에 설치된다. ICS는 무선 채널 Estimator, Pilot 신호 Canceler, Interference Canceler로 구성된다.
* OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor)
동기식에서와 동일하게 기지국에서 순방향 채널간, 이동국에서 역방향 채널간의 구분은 직교코드에 의하며, 전송되는 데이터 속도에 따라 직교 코드 길이가 변화하는 OVSF기법이 사용된다. 기존의 code tree structure 기반의 인덱싱 방식에서는 확산 계수와 코드 번호라는 두 개의 인덱스를 이용하여 하나의 코드워드를 표시한 반면에 단일 코드 인덱싱 기법에서는 하나의 코드 인덱스만을 사용하여 각 층의 코드워드의 확산 계수와 코드 번호를 모두 표시할 수 있다. 단일 코드 인덱스의 이진 표현은 코드워드의 패턴을 나타내 주어 코드워드를 코드 인덱스로부터 직접 생성할 수 있게 할 뿐만 아니라, 두 개의 다른 코드워드의 직교 여부를 코드 인덱스의 비교로 결정할 수 있게 한다.
○ 코드 길이
- OVSF 코드의 사용은 확산인자(SF,Spreading Factor)의 변화를 허용하고도,
다른 길이의 다른 확산부호들간의 직교성을 유지한다.
- 전송되는 데이터의 속도에 따라 왈쉬 코드의 길이가 변화한다.
○ OVSF 생성 방법
위쪽으로 분기될때에는 상위 코드를 2번 반복하여 코드를 생성하며, 아래쪽으로 분기될 때에는 상위 코드를 한번은 그대로 사용하고 한번은 반전하여 뒤에 붙여서 코드를 생성한다.
SF : Spreading Factor로서 심볼의 대역폭을 몇 배의 주파수 대역폭으로 확산 시키는가를 나타내는 인자
○ WCDMA의 경우 심볼 전송율에 직교코드 길이를 곱하면 항상 3.84 MHz가 되어야 한다. 따라서 심볼 전송율이 변화하면 직교코드의 길이도 동시에 변화하여야 한다.
데이터가 고속화되면 직교코드의 길이는 짧아지게 되고 사용할 수 있는 직교 코드의 개수는 줄어들게 된다. 음성과 같은 저속데이터에 대해서는 길이가 긴 직교코드가 필요하여 직교코드의 개수도 증가하게 되지만 고속 데이터에 대해서는 길이가 짧은 직교코드가 필요하게 되어 가용한 코드의 개수도 줄어들게 된다.
○ Walsh code와 OVSF code 비교
| 구분 | Walsh code | OVSF code |
| 알고리즘 | 하다마드 | Tree |
| 길이 | 64비트 | 4~512 비트 |
| 방식 | 동기식 | 비동기식 |
| 특징 | 고정/ 음성 위주 | 가변/ 데이터 위주 |
| 채널 구분 | 고정 Walsh code | walsh code |
| 기지국 구분 | short PN code | scramble code |
| 이동국 구분 | Long PN code | scramble code |
| CDMA 2000 VS W-CDMA | ||
| 동기식(CDMA 2000) | 비동기식(W-CDMA) | |
| 데이터 전송방식 | 미국이 지구 상공에 쏘아올린 GPS 위성을 이용해 송신측과 수신측의 시간대를 맞춰 데이터를 전송하는 방식, GPS 위성에 의존 | 위성을 거치지 않고 기지국과 중계국만 거쳐 데이터를 주고받는 방식 |
| 원천기술 | 미국의 퀄컴 | 에릭슨, 노키아 |
| 주도기역 | 북미 | 유럽 |
| 기술표준 다네 | 3GPP2 | 3GPP |
| 구성단체 | TIA(미국),ARIB/TTC(일본), CWTS(중국), TTA(한국) | ETSI(유럽),TIA(미국), ARIB/TTC(일본), CWTS(중국), TTA(한국) |
| 기지국간 동기 | GPS를 이용한 기준신간을 획득하는 동기방식으로 기지국마다 동일한 PN코드를 사용하며 단지 시간차를 이용하여 기지국 구분 | 각각의 기지국마다 상이한 PN 코드를 갖는 비동기식 |
| RF개념의 표현 | MC 3X3개의 carrier 사용 | DS방식의 FDD와 TDD |
| 기반기술 | IS-95 | GSM |
| 칩 속도 | 3.684Mcps/s | 3.84Mcps/s |
| 국내 적용 시 장점 | 기존에 운용중인 IS-95계열과 호환가능 | 기지국 설치용이, DS방식으로 용량 개선 |
| 국내 적용 시 단점 | 시장성 미흡, 미국 GPS에 예속 우려 | 국내 기술력 부족, 새로운 시스템의 네트워크 구성 |
라. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
○ 다원접속 방식 중 하나로 한 사용자가 모든 유효 부반송파를 독점하는 것이 아니라 여러 사용자가 유효한 부반송파의 부분집합을 서로 다르게 분할 할당받아 사용하는 방식.
OFDMA는 여러 OFDM 심볼로 구성된 시간 슬롯의 시간/주파수 자원을 시간과 주파수 영역으로 나누어 사용자에게 할당하는 방법이다. 이때 자원 할당 방법으로는 주파수 영역에서 멀리 떨어져 있는 부반송파를 할당하여 주파수 다양성을 얻는 방법이 있다. 이 경우에는 주파수 도약 방식처럼 셀마다 데이터 채널을 구성하는 부반송파 인덱스 집합을 다르게 할당함으로써 인접 셀 간섭을 평균화할 수 있다. 다른 방법으로는 비슷한 채널 응답을 갖는 인접한 부 반송파 그룹을 할당하고 그룹에 대한 채널 상태에 따라 전송 방식을 바꾸는 방법이 있다. 이 경우는 채널 품질을 추정하여 간섭을 회피할 수 있다.
OFDMA는 OFDM 기술을 고정 액세스 무선 시스템에서 이동성을 가진 진정한 셀룰러 시스템으로 이동시키도록 개발되었다. 바탕에 깔린 기술은 동일하지만 시스템 운용에 있어서 더 많은 융통성이 정의되어있다. OFDMA에서는 준 반송파들이 더 큰 유닛인 서브채널들로 그룹 화되어 있으며, 이 서브채널들은 다시, 무선 사용자들에게 할당될 수 있는 버스트로 그룹 화된다. 각 버스트 할당은 변조 순서 내에서 프레임 마다 바뀔 수 있다. 이는 기지국이 현재 시스템의 필요 요건에 따라 대역폭 사용을 동적으로 조정할 수 있게 해준다.
게다가 각 사용자가 전체 대역폭의 일부만을 소비하기 때문에 각 사용자의 파워도 현재 시스템의 필요 요건에 따라 조정될 수 있다. QoS는 음성, 스트리밍 비디오, 인터넷 액세스 같은 특정 어플리케이션에 따라 서로 다른 사용자들에게 적응될 수 있는 또 다른 특징이다.
○ OFDMA 특징
- 동일 셀 내의 각 사용자들은 서로 다른 부반송파 집합을 사용하여
- 유연한 자원 할당 가능 (Flexible Resource Allocation)
- ISI(심볼간 간섭) 및 ICI(채널간 간섭) 가 발생할 가능성이 작음
- 사용자 간의 주파수 및 타이밍 옵셋의 영향을 충분히 작은 수준으로 유지하면, 셀 내 간섭은 거의 받지 않음
- 시간 및 주파수 영역에서 2차원적으로 자원을 분할 할당
- 부반송파들의 일부 집단을 하나의 집합으로 구성하여, 각 사용자에게 할당
- 이를 두고 부채널(Subchannel, Subchannelization)이라고도 함
- 전 대역을 각 사용자가 요구하는 전송속도에 따라서 주파수 영역 상에서 부반송파를 할당함으로써, 채널용량의 최적화가 가능
- 부채널의 할당을 각 사용자의 요구에 따라 동적으로 할당
- 사용자가 요구하는 전송속도에 따라 할당되는 부반송파의 수를 변화시킴
- 셀 내 간섭의 영향이 적음
- OFDMA 방식은 사용자 마다 서로 다른 부반송파들을 할당 받음으로 인해, 셀 내 간섭의 영향을 받지 않음
- 통상의 OFDM 방식 보다 많은 수의 부반송파 사용
- 802.11a는 52개의 부반송파사용
- WiBro는 864개 부반송파 사용
- LTE는 사용 대역폭에 따라 사용되는 부반송파 개수도 달라짐
- OFDMA방식에서는 CDMA방식 보다는 전력제어의 중요성이 낮음.
- 동일 셀 내에서 직교성이 충분히 보장됨
○ FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA 간단비교
마. SDMA(Space Division Multiple Access)
○ 복수의 지역별 spot beam antennas를 이용하여, 다수의 지구국으로부터의 신호를 위성 내 에서 다중화하는 다중 접속의 한 방식.
- 다른 지역은 동일한 주파수로 서비스 될 수 있음.(TDMA,CDMA, FDMA와 결합 하여 사용)
- 무선 다중 접속 통신 시스템에서 우수한 성능 제공
- Adaptive antennas는 사용자 수 등에 따라 동적으로 적응
- 스마트 안테나 기술을 사용하여 셀 내에서 모바일 장치의 공간 위치를 다르게 함 -> 성능향상(단위 면적당 용량 증대)
- Multi-path 문제를 줄임
- 단점
(1) 비용이 비쌈
(2) 안테나가 고정되어 있어 셀 구성에 있어 유연성 부족
(3) 역방향 링크는 문제 : 배터리 용량 제한, 간섭 문제
바. BDMA(Beam Division Multiple Access)
○ Beam 형성 기술을 사용하여 다중 액세스를 제공 할 수 있도록 셀 에서 동시에 다수의 빔 성형 패턴 사용
- 기지국이 이동국들과 통신 할 때, 직교 빔이 각 이동국에 할당됨
- LOS (Line of Sight) 상태에 있으면 셀 가장자리에서 움직이는 방송국과 간섭하지 않고 통신 할 수 있도록 서로의 위치를 지시하는 빔을 전송할 수 있음
- 이동국의 위치에 따라 안테나 빔을 분할하여 이동국이 다중 액세스를 허용함 으로써 시스템의 용량을 크게 증가시킴
3. Application System
가. GSM(Global System for Mobile communication)
GSM은 유럽 및 기타 지역에서 광범위하게 사용되는 디지털 이동전화 시스템이다. GSM은 시분할 다중접속 (TDMA)의 변종으로서 이것은 TDMA, CDMA와 함께 가장 널리 사용되는 3개의 디지털 무선전화기술 중 하나이다. GSM은 데이터를 디지털화하고 압축한 다음, 그것을 두 개의 다른 사용자 데이터와 함께 한 채널을 통해 보내는데, 각각의 데이터는 나름대로의 고유한 시간대에 보내진다. GSM은 900MHz와 1800MHz 주파수 대역에서 모두 동작할 수 있다.
○ 유럽에서 사용된 2G 방식으로 기술적으로 TDMA을 기본으로 하고 있음
○ 데이터를 디지털화 하고 압축 한 후 두개의 다른 사용자 데이터와 함께 한 채널로 보냄
○ 각각 데이터 나름대로의 고유시간대에 보내게 됨
○ 900MHZ~1800MHZ 주파수 대역에서 모두 동작
○ 주로 음성 통화를 위해 서 설계 됨
○ 핵심 기능 중 하나인 SIM 카드(가입자 식별 모듈)
- 사용자의 가입정보 및 전화번호부를 포함하는 분리 가능한 스마트카드 FDMA와 TDMA를 사용하는 시스템
○ FDMA
(1)25MHZ에 이르는 주파수 대역 200kHz 대역의 124개 채널로 분할
(1)각 200kHz 주파수 대역을 8개 타임 슬롯으로 구분 전송
(2)1-Frame : 156.25 bit
(3)Guard interval : 8.25bit, 총 148bit로만 정보 전송
○ The Specification of GSM
나. IS-95
○ IS-95(Interim Standard 95)는 미국 퀄컴사가 개발한 첫 번째 CDMA 기반의 디지털 셀룰러 표준이다. IS-95는 대표적으로 CDMA1(cmdaOne)으로 불리기도 하며 TIA-EIA-95로도 잘 알려져 있다. 이는 코드분할 다중 접속을 사용하는 2세대 무선 통신 규격으로 모바일 이동 전화기들과 셀 영역간의 디지털 무선 통신, 음성통신 그리고 전화번호 같은 신호정보 전달을 위해 설계되었다. 코드 분할 다중 접속(CDMA) 방식은 bit를 (PNS) 전송하는 디지털 무선 통신 시스템이다. CDMA는 여러 무선 통신들이 동일한 주파수를 사용하는 것을 허용하며 시 분할 다중 접속(TDMA) 방식과는 다르다. TDMA는 GSM방식의 2세대에서 사용하는 경쟁 시스템으로 활성 무선 통신의 숫자적 제한이 없으므로 모든 무선 통신은 동일한 시간대에 작동하는 것을 말한다. 소수의 셀로 많은 이동전화기의 번호에 서비스를 제공할 수 있게 함으로 CDMA 기반의 규격은 주파수 분할 다중방식의 TDMA 기반의 표준 또는 다른 구형 셀룰러 표준보다 중요한 경제성을 보유하게 된다. 북미 지역은 경쟁기술이었던 Digital AMPS(IS-136, TDMA 기술)에서 SI-2000(CDMA2000)에 의해 CDMA 기반 표준으로 대체되었다.
IS-95 방식에서는 순방향과 역방향에 서로 다른 채널 구조를 가지고 있다. 아래와 같이 순방향은 파이롯 채널(pilot channel), 동기 채널(sync channel), 페이징 채널(paging channel), 통화 채널(traffic channel)로 구성되어 있고, 역방향 링크에는 접속 채널(access channel), 통화 채널(traffic channel)로 구성되어 있다.
○ 순방향 채널은 Walsh 코드에 의해서 확산이 되지만, 역방향 채널은 Long code에 의해서 확산이 된다. 각 페이징 채널에 대응되는 접속 채널은 접속 채널 Long code Mask를 사용하고, 통화 채널은 Public Long code 와 Private Long Code Mask를 사용한다.
○ IS-95A
IS-95 표준화를 진화시킨 것으로 주로 세계 각국의 상업용 CDMA 시스템이 해당된다.
광대역 CDMA 채널은 1.25MHz 이고 전력과 호(call)제어가 가능하며 위치 등록 기능이 있고 데이터 속도는 최대 14.4kbps 이다. 주요 데이터 서비스로는 sms 폰메일이 있다.
○ IS-95B
IS-95A가 진화된 서비스로 IS-95A에 비하여 통화 단절 확률이 적고 음성 통화 품질과 속도가 개선된 특징이 있다. IS-95A와 같은 채널을 이용하고 데이터 속도는 최대 64kpbs로 IS-95A보다 4배 빠르다. 속도를 개선시키기 위하여 병렬로 무선채널을 최대 8개 할당하여 속도를 향상시켰다. 패킷 데이터 서비스는 115.2Kbps이다. 주요 데이터 서비스는 VOD 포토메일 서비스 등이 있다.
○ IS-95C
제 3세대 동기식 이동통신 기술 방식으로 기존의 2세대 이동통신보다 훨씬 빠른 데이터 전송 속도를 가지고 있기 때문에 화상통신, 무선 인터넷 등에 적합하다. 또한 고속 패킷 데이터 서비스가 가능하다.
다. CDMA2000
○ CDMA2000은 2.5G와 3G의 혼합형 기술로 CDMA을 사용한다. CDMA2000은 1xRTT에서는 2.5G 기술로 고려되며, EVDO에서는 3G 기술로 고려된다. CDMA는 모바일 디지털 무선 기술로 코드(PN sequence)를 통해 채널이 정의된다. CDMA는 동일한 주파수 채널에서 여러 전송이 동시에 일어날 수 있으며, 이는 GSM, D-AMPS에서 사용되는 TDMA나 AMPS에서 사용되는 FDMA와는 다르다. 더 작은 수의 cell 사이트에서 더 많은 수의 무선 단말을 사용할 수 있어 CDMA 기반의 표준은 TDMA, FDMA 기반의 표준보다 경제성을 갖는다.
| CDMA | CDMA2000 | |
| chanel Bit Rate | 1.2288Mbps | 3.3864Mbps |
| user fix BW | 1.25MHz | 3.75MHz |
○ CDMA2000 1X
IS-95 A·B보다 한 단계 진화된 형태로, 속도가 훨씬 빨라 153.6kbps까지 지원이 가능하다. 고속 패킷 데이터 서비스와 모바일 IP 서비스 지원이 가능하고, 수용 용량이 크며, 단말기 대기시간이 IS-95 A·B의 2배이다.
또 시스템 집적도 증가로 장비 설치공간이 줄어들고, 무선 데이터 시장 활성화에 따른 단계적 투자가 가능한 것도 장점이다. 활용 분야는 실시간 동영상 서비스, 동영상 음악, 화상 클립, 화상 대화, 화상 이메일 등 멀티미디어 서비스 지원과 다양한 무선 데이터 서비스 분야 등이다. SK텔레콤(주)이 2000년 10월 세계 최초로 서비스를 시작하였다.
○ CDMA2000 1x EVDO
고속·고용량 데이터 전송에 최적화된 무선접속 기술표준이다. 1X에서 한 단계 진화한 기술로, CDMA 기술에 TDM의 장점을 이용해 데이터를 전송한다. 최대전송속도는 2.45Mbps이며, 용량도 1X의 5배나 된다. 이러한 성능으로 인해 무선 인터넷 접속, 실시간 교통정보, 무선 생방송, 텔레비전, 영화, 뮤직비디오, 인터넷게임, M-커머스 따위의 분야에서 멀티미디어 콘텐츠 제공이 가능하다.
1999년 미국의 퀄컴이 시험통화에 성공하였고, 한국에서는 2001년 2월부터 서비스를 시작하였다. 꿈의 이동통신을 실현할 3세대형 이동통신으로 불린다.
○ The Specification of CDMA
○ CDMA2000은 상대적으로 오랜 기술적 역사를 가지고 있으며 퀄컴에서 개발한 cdmaOne과 같은 과거의 CDMA 통신 기법과의 호환성을 갖는다. CDMA2000 표준인 CDMA2000 1xRTT, CDMA2000 EV-DO 그리고 CDMA2000 EV-DV는 ITU의 IMT-2000 표준에서 승인되었고, 2G CDMA, IS-95(cdmaOne)을 계승하는 표준이다. CDMA2000은 3GPP2에서 표준화가 진행되었다. CDMA2000은 TIA-USA의 공인 트레이드마크이며 CDMA와 같은 일반적인 용어가 아니다. CDMA2000은 3G 표준인 UMTS와 호환되지 않으며, 450 MHz, 700 MHz, 800 MHz, 900 MHz, 1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz 대역에서 동작한다.
○ Comparison of IS-95 Series and CDMA 2000
○ 서킷과 패킷
- 서킷 : 통신을 연결할 때 경로 선택을 최초 통신 연결 시 결정하여 연결을 끊을 때까지 같은 경로를 사용하는 방식 (경로 점유에 대한 통신료를 부담하게 되는 방식이며 음성통화 연결 방식으로 많이 사용)
- 패킷 : 이동할 데이터를 일정 크기 단위로 조각을 내서(이 단위가 패킷) 조각마다 서로 다른 경로를 통해 목적지까지 간 후 이 조각을 다시 순서대로 조합하여 사용하는 방식
* 일정 경로를 점유하지 않고도 데이터를 전송할 수 있다는 장점
라. UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)
○ 유럽의 3세대 이동통신(3G) 기술 가운데 하나로서 W-CDMA를 기술표준으로 하는 이동통신 기술이다. 유럽과 일본 주축의 이동통신 협력기구인 3GPP에 의해 표준화 되었으며, 국제전기통신연합(ITU)의 3세대 이동통신 규격인 IMT-2000에서 유럽 쪽을 대변하였다. 2G에서 3G 기술로 넘어 갈 때 Low carrier freq.에서 High carrier freq.로 증가함으로 인해 사용자당 할당 대역폭이 High carrier freq.를 커버하기 위해서 증가하게 됨(1.25MHz->5MHz) 따라서 채널 대역폭도 25MHz에서 60MHz로 증가하게 됨. 이렇게 증가된 주파수로 인해1920 kbit/s data 전송률까지 지원하며, 실제 망에서도 384kbit/s 성능까지 기대한다. 다양한 시스템(셀룰러, 무선전화, 무선가입자망, 무선LAN, 위성통신) 통합, 국제로밍 제공하고 음성, 화상 데이터 등의 멀티미디어 서비스를 2Mbps까지의 가변적인 전송률로 지원한다. 다양한 광대역망과 연동되는 등 IMT-2000과 동일한 요구 조건과 동일 주파수대역에서 사용한다.
○ UMTS frame
UMTS의 frame 구조에서는 그림b에서 와 같이 uplink에서 data channel인 I channel 과 control channel 인 Q channel로 이루어져 있으며 down link도 data와 control channel로 구성되어 있음. 1frame당 15개의 time slot이 존재하며 10ms duration을 가지는데 1time slot당 2560chip이 존재하며 1frame에는 38400chip이 존재하게 됨. 따라서 3.84Mcps의 data rate가 되므로 사용자에게 할당되는 대역폭이 5MHz가 됨. UMTS는 W-CDMA 기술을 사용하는데 직교 코드로는 데이터 속도에 따라 코드 개수가 달라지는 OVSF를 사용하므로 그림 d와 e에서와 같이 SF에 개수에 따라서 사용자에 할당 가능 수가 달라지게 됨.
○ 기술
- W-CDMA 에어 인터페이스와 GSM의 애플리케이션, AMR과 EFR과 같은 GSM에서 사용되는 코텍들의 조합
- GSM에서 발전한 3G의 완전한 통신 프로토콜 스택
- W-CDMA구현에서 업링크 1900MHz와 다운링크 2100MHz상에서 5MHz채널 한 쌍을 사용
○ 상호 연동성과 국제 로밍
- UMTS자체는 GSM과 호환되지 않음. 오늘날 대부분의 UMTS 전화기들은 UMTS/GSM 듀얼모드 전화기로 판매
- UMTS 사용자가 UMTS 지역을 벗어나게 되면, 자동으로 GSM으로 전화되며, 통화 중 UMTS 커버리지를 벗어나게 되면 가능한 GSM 커버리지로 핸드오프하게됨.
- GSM 전화기는 UMTS 망에서 사용할 수 없음. Vodafone Japan은 W-CDMA 기술을 사용하는 3G망을 사용하며 UMTS와 호환
- UMTS/GSM 듀얼모드 전화기는 현존하는 GSM 심카드 사용가능
○ 다른 경쟁 기술
- CMDA2000과 W-CDMA 모두 ITU의 IMT-2000 3G표준
- EDGE(Enhanced Data Rates for Globel Evoltion)와 중국의 독자 3G 표준인TD-SCDMA 또한 3G표준
○ 문제점
- 단말기의 무거운 무게와 짧은 베터리 시간
- UMTS에서 VOD를 완전히 지원하기 위해서는 기지국이 1~1.5km 마다 있어야 하기 때문에 도시에서만 경제적
- 와이파이와의 광대역 접속 경쟁
- 3G에 대한 충분한 수요 부족
○ The Specification of UMTS
라. LTE & LTE-A
OFDM과 MIMO를 이용하여 HSDPA보다 12배 이상 빠른 속도로 통신할 수 있다. HSDPA의 진화된 규격인 HSPA+와 함께 3.9세대 무선통신규격으로 불린다.
표준화 기구가 설정한 규격과 비교하여 LTE는 IMT 어드밴스 4G요구사항을 완
벽하게 만족 시키지 못한다. 다운로드 속도는 최대 173Mbps(2x2 MIMO기준)이
다. LTE는 3G와 다르게 Bandwidth를 유연하게 사용한다.
100Mbps의 하향 링크 최고 속도,50Mbps의 상향링크 최고 속도, 10ms 이하의
RAN(Radio access network) round-trip time 제공한다. 또한 반송파 대역폭을
1.4MHz에서 20MHz까지 조정할 수 있다.
TDD와 FDD를 이용한 전이중통신통신 지원한다. LTE 통신 서비스를 가장 먼저 적용한 제품은 컴퓨터용 LTE모뎀이다. 기존 와이브로 모뎀과 유사한 형태로, 최대 다운로드 100Mbps, 최대 업로드 50Mbps 전송속도 지원한다.
○ Down Link_OFDMA
- 주파수 효울 및 셀 용량을 증대
- 수신기 구조 간단하게 만들 수 있도록 함.
- FFT 사이즈를 변화시킴에 따라 다양한 대역폭을 맞춤
* 다중경로 페이딩에 대한 동일한 강인성을 유지하는 확장성 특성을 가짐
○ Up Link_SC-FDMA
- PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 줄임으로써 전력 소모 줄임
- 송신단에서 PAPR을 약 2~3dB정도 줄여서 송신기의 전력 효율을 개선
- UPLink는 1920MHz~1980MHz를 사용하고 DownLink는 2110MHz~2170MHz를 사용한다.
- TDMA에서 20 Timeslots을 이용한다.(20Timeslots :10 subframe : 1Radio frame: 1Radio frame) user에게 할당 할 수 있는 최소 단위가 12면 Orthogonal subcarrier는 180kHz(15k*12)이다. 20 timeslot에 300(f)를 이용하면 6000명에게 할당할 수 있다.
○ Frame structure type1을 살펴보면 Ts= 1/(15000*2048)이다. 그래서 한 radio frame은 307200*Ts로 10ms가 된다. Sub Frame은 1ms이고 두 개의 슬롯이 있다.
○ The Specification of LTE
○ LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)
- 2011년 3월에 3GPP가 릴리즈 10을 기반으로 완성한 WCDMA계의 4세대 이동통신
- 주파수 집성 기술(Carrier Aggregation,CA)
20~100MHz폭의 LTE주파수를 최대 5개를 묶어서 하나의 주파수처럼 사용하는 기술
- 패킷 전용 통신 (PS Only)
(1) LTE는 본래 고속전송데이터 통신으로 음성네트워크인 서킷기반이 아니라 패킷 기반으로 본래 통화가 불가
(2) Volte를 통해 패킷기반으로만 음성통신 지원
(3) SK텔레콤, KT도 패킷 음성통화 HD보이스(VOLTE)를 서비스, LGU+는 서킷-패킷간 패킷통신인 VOLTE와 서킷망으로 호를 처리할 경우인 서킷방식을 같이 사용.
- 핵심은 10MHz 대역폭을 20MHz로 늘리는데 있음
(1) 최대 다운로드 속도 75Mbps는 주파수 대역폭 10MHz를 기준
(2) 대역폭 2배로 늘리면 ,전송속도도 2배로 늘어남. 이론적으로 75*2 150Mbps인셈
따라서, LTE-A 최대다운로드 전송 속도는 150Mbps
○ LTE보다 3배 빠른, 광대역 LTE-A
- 최대다운로드 전송속도는 225Mbps(가용할 수 있는 주파수 대역폭을 30MHz로 넓힘)
○ LTE보다 4배 빠른, 3밴드 LTE-A
- 주파수 3개를 묶어 주파수 1개처럼 사용하는 기존
- 기존 광대역 LTE 20MHz 대역폭에 다른 주파수의 10MHz 대역폭 2개를 더해, 총 40MHz 대역폭으로 서비스 (전송속도는 300Mbps)
라. NR(5G)
○ 3.4, 28, 38, 60GHz 등에서 작동하는 밀리미터파 주파수를 이용하는 통신
○ 모바일 네트워크의 성능, 유연성, 확장성 및 효율성을 크게 향상
○ 다양한 스펙트럼을 통해 사용 가능한 스펙트럼을 최대한 활용/수행
- 장치 대 장치 alca 멀티 홉 메시와 같이 장치가 상호 연결될 수 있는 새로운 방법 제공
- 전례 없는 수준의 비용
- 전력 및 배포 효율성
○ 핵심 디자인
- 최적환 된 OFDM 기반 파형 및 다중 액세스
(1) 낮은 복잡도에서도 고성능을 제공하는 고급기능으로 최적화
(2) 다양한 스펙트럼 대역, 스펙트럼 유형 및 배치 모델을 지원
(3) 다른 use case를 효율적으로 지원하고 다중화
(4) 낮은 대기 시간으로 확장성과 지연시간 줄임
- 향상된 모바일 광대역 (eMBB)
- 초안정성 및 저 지연 통신(uRLLC)
(1) 매우 높은 신뢰성, 가용성 및 보안을 필요로 하는 대기 시간에 민감한 서비스, ‘C-V2X’ 및 무인 항공기 통신과 같은 특정 use case에 특화된 기술
- 대규모 기계 유형 통신(mMTC) or 대규모 IoT
(1) 대량으로 적은 양의데이터를 사용하는 저비용, 저에너지 장치.
(2) Qualcomm은 보다 효율적인 업 링크 전송을 위한 RSMA(resource SpreadMultiple Access) 업 링크 다중 액세스 설계와 새로운 WAN 관리 멀티 홉 메시 아키텍처 제안
○ The Specification of 5G
○ NR(5G)의 핵심은 SCS(subcarrier spacing)을 15,30,60,120,240[kHz]를 사용 할 수 있는 것이다. Carrier가 6G 이하는 Range 1 Standalone를 이용하고 6G이상이면 Range 2 Standalone을 이용한다.
