이동응용연구부
- 소형셀 기지국 SW 개발스마트 폰의 등장으로 모바일 데이터 트래픽은 계속적으로 급증할 것으로 예측되고 있으며 기존의 매크로 기지국을 활용하는 방안에는 한계가 있어 단위 면적당 용량 증대가 가능하고 사용자의 QoS(Quality of Service)도 높일 수 있는 방법으로 소형셀 기술이 새롭게 부각되고 있다. 소형셀은 3G 이동통신에서는 Femto Cell이라는 이름으로, 4G LTE 를 위한 3GPP Rel.8/9 에서는 Home eNB 개념으로 다루어졌으며, 이는 매크로 기지국과는 달리 소출력으로 적은 커버리지의 주거용 혹은 도심 음영지역, 혹은 도심 핫스팟에 적은 비용으로 설치될 수 있는 특징을 갖고 있다. 5G의 핵심 기술 요소 중 하나인 UDN(Ultra Dense Network) 의 기반 기술인 소형셀 SW 기술은 5G 이동통신의 단위 면적당 용량 증대, 사용자 체감 전송 속도 향상, 에너지 절감 분야에 기여하고 있다.
소형셀 기지국 SW 기술 개발 과제의 1단계 (2014.3~2016.2)에 상용 소형셀 기지국 HW에 탑재하여 상용단말과 연동 가능한 3GPP Rel. 10 기반의 소형셀 기지국 SW를 개발하였으며, 2단계(2015.3~2018.2) 에서는 Rel.11 기반의 소형셀 상용화를 위한 기능 추가와 5G 소형셀 기지국 SW에 대한 선도 기술 연구를 수행 할 예정이다. 소형셀 기지국 SW 관련 연구개발 주제는 다음과 같다.
- 3GPP Rel. 8~13 규격을 지원하는 프로토콜 스택 개발
(MAC/RLC/PDCP/GTP/RRC/ S1AP/ X2AP)
- TDD/FDD 모드, CA, eMBMS 등 기능 개발
- LTE-A Pro 소형셀 기지국 연구 개발 (면허/비면허 대역 결합, NB-IOT)
- MAC 스케쥴러 알고리즘 연구 개발
- 5G UDN을 위한 소형셀 간섭제어/에너지 절감 알고리즘 연구 개발
- 호 인가제어/핸드오버/전력제어 등을 위한 RRM 알고리즘 연구 개발
- 자동구성네트워크 (SON; Self-Organizing Network) 알고리즘 연구 및 개발
- UDN을 고려한 RAN Virtualization연구 및 SON 연구
- 3GPP Rel.13 소형셀 기지국 시스템 및 시험환경 개발
<소형셀 기지국 SW 구조>
<소형셀 기지국 SW 시연>
- 초고속 근접통신 (Zing) 기술 개발거리의 이정표, 광고 포스터, 미술관이나 박물관의 전시품 등 주변 환경의 다양한 사물들이 단계적으로 정보를 포함하게 될 것으로 예측되고 있다. 스마트폰의 발전으로 모바일 기기 및 가전 기기 뿐만 아니라, 온갖 사물들은 스마트폰과 서로 연결되고, 사물들이 가지고 있는 대용량 정보들은 실시간 순간전송으로 스마트폰으로 전송되어질 것이다. 사물들은 무전원인 태그형태의 정보를 가지게 되고, 사람의 필요에 따라 태그의 정보를 전송받을 수 있을 것이다.
본 연구 목적은 근접거리(10cm 이내)에서 대용량 미디어를 리더(有전원 모바일기기)에서 태그(無전원 무선저장장치)로 무선전원을 공급하면서 기가급(Gbps)으로 데이터를 순간전송하는 초고속 차세대 근접통신(Zing) 기술을 개발하는 것이다. 근접거리에서 무전원 형태인 태그와 스마트폰 같은 리더 형태의 기기 간 실시간 데이터 전송을 활용하면, 주변 무선장치들과의 간섭영향이 거의 없으므로, 주파수 활용도가 매우 높아지게 된다. 그리고 태그가 부착된 사물과의 통신의 경우에는 필요한 순간에만 무선전력전송으로 전원을 태그에 전달하기 때문에 태그가 부착된 사물에 대한 전원(배터리) 관리 등의 유지보수 등이 요구되지 않는다.
초고속 근접통신 기술은 다음과 같은 특징이 있다.
- 근접거리(10 cm 이내)에서 초고속(3.5 Gbps급)으로 순간전송하는 무선통신기술
- 상품화가 용이한 60 GHz 저복잡도/저전력 기술 적용 (Cost-Effective 모뎀)
- 직관적 사용자 인터페이스 (Touch & Get 방식) 기반의 손쉬운 사용 환경 제공
- 무전원 저장장치로 전력을 무선 전송하여 대용량 미디어 전달 가능
- IoT 사물정보를 사용자 단말로 읽어 들일 수 있는 장치간 직접통신(D2D) 제공
본 연구 과제는 위와 같은 사용 개념과 기술 특징으로 인해 무선저장장치 (무선 USB, 무선 SSD), 키오스크 다운로딩, 모바일 기기 (스마트폰, 웨어러블 제품(시계, 팔찌, 밴드, 배지 등)), 태그를 내장한 스마트 카드 (음악, 영화, 게임, 교육, 완구 등), 각종 미디어 광고 포스터/안내판 및 미디어 잡지/도서 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.
<참고이미지>
- NB-IoT 기술개발3GPP에서 표준화되고 있는 Narrow-Band IoT (NB-IoT) 기술은 사물인터넷을 이동통신 시스템에 적용하기 위한 기술이다.
수행 중인 NB-IoT 사업은 광역 커버리지, 저비용, 저전력, 긴 배터리 수명 및 다수 디바이스 수용을 특징으로 하는 3GPP Rel-13 NB-IoT 표준에 근간을 둔 셀룰러 기반 사물인터넷 이동통신 단말 융합통신칩 및 전용 기지국 개발을 목표로 한다.
본 사업은 단말 및 디바이스를 중소기업과 공동으로 개발하고, 이동통신 사업자 망과 연동된 시범서비스를 통하는 국내 NB-IoT 산업 밸류체인을 조성하게 된다.
<NB-IoT 시스템 개요>
- MHN 이동무선백홀 기술 개발고속으로 이동하는 이동체에서 심각한 도플러 천이와 Cell-Edge 효과로 인하여 요구되는 성능을 확보하기 매우 힘들다. 특히 이 이동체에 매우 많은 사용자가 탑승한 그룹이동체인 경우에는 통화품질에 대한 요구조건이 더욱 엄격해지므로, 고속 이동환경에서도 안정적인 성능 확보가 가능한 기술에 대한 필요성이 제기되었다.
이를 위해 이동응용연구부에서는 밀리미터파를 활용한 MHN (Mobile Hotspot Network) 이동무선백홀 시스템을 개발하고 있다.
고속이동무선백홀 시스템은 미래부에서 2015년 11월 용도자유대역으로 지정한 24~26.5 GHz 대역의 500 MHz 대역폭을 이용하여 평균 1Gbps/Train을 달성하고, 이동체 내에서는 와이파이나 소형셀 등을 활용하는 것을 목표로, Pre-5G 시연, 지하철 시연 등을 통해 상용화를 위한 기술 검증을 수행하고 있다
고속이동무선백홀 시스템에 반영된 핵심기술에는 고속 도플러 천이를 극복하기 위한 새로운 상향링크 기준신호구조와 주파수 효율향상을 위해 단말 안테나 빔형성에 따른 단일 주파수 멀티플로우 기술을 포함하고 있다. 또한 고속이동체의 특성을 이용한 저지연 핸드오버를 달성하기 위한 이동성 관리 등을 포함한 코어망 기술도 함께 개발 중에 있다.
현재 개발된 상용 시제품은 대역폭을 500 MHz 를 사용하며 열차(Train)당 1 Gbps를 제공한다. 향후에는 대역폭 1 GHz, 전송속도 10 Gbps/Train (최대 500 km/hr 속도 지원)의 기술을 개발하고 있으며 평창올림픽과 연계한 5G 서비스 시연 준비 중이다.
2016년 1월에는 프로토타입 시스템으로 서울지하철 8호선에 구축하여 시험 및 시연을 하였으며 2017년 2월에는 상용수준으로 개발한 상용시제품으로 지하철 8호선의 일부 구간에서 달리는 지하철 열차를 이용하여 세계 최초 기가급 이동무선백홀 기술을 시연하였다.
<MHN 이동무선백홀 시스템 개념도>
<지하철 8호선 터널에 설치된 기지국 RU 상용시제품>
<달리는 지하철 내에서 시연 장면>
