무선 이동 통신 2세대 표준과 3세대 표준

라2세대는 다양한 표준들이 존재했다. 3세대 이동 세대 시스템으로 넘어오면서 단일 표준으로 만들어 보자는 시도가 있었다.

여러 관계자들로부터 표준 제안서를 받았다. 우리나라의 경우 GSM기반이 아닌 CSMA기반이었다. 서로 다른 나라에서 서로 다른 표준때문에 호환되지 않은것들을 통합하고자 했던것이 IMT-2000이라는 단체이다.

이동전화 단체들의 모임이다.

GSM에 기반한 ANSI라고 하는 미국 표준 제정화 기구에서 GSM의 발전된 형태인 UMTS를 제안했다. 결국엔 여러 단일화된 표준을 만들지 못하고 6가지 규약이 3세대 표준으로 만들어 졌다. 이중에 하나를 선택하게 되면 3세대 이동전화 시스템이다 라고 iMT-2000에서 인정해주기로 했다.

이해 관계자들의 이견차이를 좁히지 못하고 6개의 표준으로 만들어 졌다.

예전에 우리나라에서 만들어진 와이브로는 6번째 표준으로 받아들여 졌는데 전세계적으로 사장된 기술이 되었다.(802.16e)

이 중에서 우리는 UTRA FDD라고 불리우는 W-CDMA에 대해서 살펴 보겠다.

UTRA FDD의 경우 UMTS라는 표준의 일부로서 제안이 된것이다. UTRA는 어떻게 무선통신을 해야하는가를 정의한 것이다. 그 뿐만 아니라, 인프라를 만들어 줘야 한다. 이런 인프라가 어떻게 운용이 될것인지에 대한것은 GSM방식을 그대로 따르자. 라고 한게 UMTS라는 표준이다.

GSM의 인프라를 그대로 사용하고, 

무선 통신 방법만 바꾼 CDMA방식을 이용한 방식을 UMTS라는 이름을 붙였다.

GSM은 기본적으로 TDMA를 사용하였다.(프레임 멀티프레임 슈퍼프레임) 근데 TDMA의 어떤 한계 때문에, 결국 아무리 발전 시켜도 1Mbps를 넘기기 힘들어서 이걸 해결 하기 위해 CDMA방식으로 바꾸게 되었다 앞에 W의 의미는 wibro라는 의미이다.

W-CDMA ->넓은 주파수 대역을 사용하는 코드 디비젼 방식 멀티플 엑세스 ,2세대 표준과 구분짓기 위해서 앞에 W를 붙였다.

얼마전에 엘지 유플러스만 통신이 안됬던 적이 있는데 3세대로 넘어오면서 CDMA2000이라는 독자적인 표준을 사용했기 때문이다.

시스템 구축 비용을 절감하기 위해서 GSM인프라를 그대로 사용했다.(gsm에서 진화하는 방식으로)

무선 통신 부분만 따로 분리해서 UTRA FDD 또는 W-CDMA이다. IMT-2000이라는 기관에서 정한 정식 명칭은 IMT-DS이다.

CDMA가 spread spectrum과 동일한 기술이지만 서로 다른 목적을 가지고 있다고 했었다.

IMT - TC -> TDD방식. 결국엔 CDMA인데,  듀플렉스를 타임 디비젼 방식으로 하는 것이다. 중국에서 제안한 표준이다. 중국시장에서만 이 서비스가 이루어 졌었다.

IMT- MC -> Multi carrier의 줄임말, 한때 엘지 유플러스에서 사용했던 3세대 또는 미국 일부 회사에서 지원했던 표준이다.

GSM의 발전된 방식으로 엣지라는 시스템이 있었다. -> 3세대 이동 통신 표준으로 받아들여졌다.

DECT도 받아들여 졌다.

무선 통신 규약만 따로 떼어내서 서로 다른 통신 규약들을 새롭게 만들어 냈다. 우리나라에서 만들어 냈던 와이브로는 OFDM 기반이다.

OFDM기반의 멀티플 엑세스를 하는것을 OFDMA라고 한다.

역사를 보면 한때는 CDMA가 유행했다가 요즘에는 OFDM이 유행하고 있다. 와이파이 lte등 모두 거의 대부분의 시스템에서 OFDM기반 시스템을 사용하고 있다.

다양한 무선 표준이 있고 다양한 인프라 표준들이 있다. 통신 인프라를 어떻게 구축할것인가?

GSM방식

CDMA2000계열 에서 사용하는 미국 표준 방식이 있고,

순수 IP방식도 있다. 이런것들을 어떤 서비스 프로바이더가 선택해서 사용할수 있는 flexibility를 IMT-2000에선 제공 했다.

3세대 표준은 코어 네트워크 부분(인프라 선택)과 라디오 엑세스 부분(무선 통신 프로토콜 선택)으로 나뉘어 져 있다.

UTRA FDD

사용자가 인프라와 어떻게 통신 할지를 정해 놓은것.

사용자에게 무선 통신을 가능하게끔 하는 인프라를 UTRAN(network)이라고 한다. 

UTRA FDD를 이용해서 사용자와 통신할 수 있도록 해주는 인프라를 UTRAN이라고 한다. 셀 구조 기반이다.

UE는 단말기이다.

UTRAN은 셀 기반의 기지국들의 모음이라고 할 수 있다. 

UTRAN은 기본적으로 사용자가 무선으로 통신 할 수 있게끔 해주는 것이다.

UTRAN은 UTRAN들 끼리 연결해주는 코어 네트워크와 연결 되어 있다. 서로서로 연결 되어 있어야 전국적인 서비스가 가능하게 된다.

코어네트워크로 연결 되어 있기 때문에 가능하다.

우리는 Uu라는 인터페이스에 대해서 자세히 살펴 볼 것이다.

User Equipment Domain내부에서도 유심도메인과 모바일 장비 도메인으로 나뉘어져있다.

둘을 왜 구분해놨냐? 유심의 역할을 정확히 구분하게 하기 위해서 SIM에 발전된 형태를 표기하기 위해 U자를 붙인것이다.

유심에서의 사용자 인증과 다양한 기능들을 명확히 하기 위해서 따로 도메인을 나눈 것이다. 그래야 단말기 제조업자와 유심 제조업자가 서로 달라도 호환성의 문제가 발생하지 않을 것이다.

유심에서 정보를 넘겨주면 실제 단말기는  Uu에서 정한 규약을 따라서 데이터를 기지국에 보내고 기지국에서도 사용자에게 무선 신호를 Uu에 정해진 방식에 따라 전송하게 되는 것이다. 

RAN(Radio Access Network)은 사용자가 무선 신호를 보내면 무선신호를 받아서 유선 신호로 바꾸어 준다. 실제로 네트워크에 접속하게끔 해준다는 의미로 엑세스 네트워크라는 이름이 지어졌다.

무선신호를 유선신호로 바꿔주는 부분이 UTRAN이다. 이것은 코어 네트워크와 연결이 되어야 한다.

기본적으로 모든 사용자는 홈 네트워크를 가지고 있다.(기본적으로 자기가 소속된 네트워크)

돈을 내고 있는 서비스 프로바이더 일것이다.

홈 네트워크를 가지고 있는데, 내가 현재 무선신호를 보내고 있는데 이 무선신호를 유선신호로 바꿔주는 기지국을 관리해주는 다른 회사가 있다면 그것을 serving network라고 부른다.

내가 지금 skt를 쓰다가 외국에 가면 다른 서비스 프로바이더의 네트워크를 이용하는 것이다.

현재 나에게 접속 서비스를 제공하는 그런 네트워크를 서빙 네트워크라고 한다.

무선 신호를 서빙 네트웤에서 필요에 따라 다른 네트워크로(홈또는 인터넷) 보내는 일을 해준다.

필요한 데이터를 또다른 네트워크로 넘겨주는 역할을 수행하는 네트워크를 Transit Network라고 한다

코어 네트워크의 경우 기능을 4가지로 나눌수 있다.

결국 다른 사용자가 어디엔가 있을텐데 (홈네트워크 또는 같은 서빙 네트워크에, 내가 전화를 걸면 받는 사람이 반드시 존재하므로)

내가 인터넷으로 뭘 보고 있다 하면 웹 서버가 어딘가에 있을것이고 Transit Network를 거쳐서 나에게 데이터가 올 것이다.

infrastructure domain

내 단말기가 정보를 보내면 알맞게 처리해 주는 역할을 하는 부분을 지칭한다.

내 단말기는 USER Equipment Domain 이라고 한다.

UTRA FDD 또는 IMT-DS 또는 W-CDMA 의 가장 큰 특징은 CDMA를 사용한다는 것이다.

두가지 코드를 사용한다. spreading code 와 scrambling code가 있는데, 두개의 코드는 목적이 다르며, 업링크냐 다운링크냐에 따라서도 목적이 다르다. 

앞에서 배웠듯이, 서로 다른 데이터에 서로 다른 코드를 적용해서 합치면 나중에 수신자가 이 신호를 구분해 낼 수 있었다.

이 것을 코드라는걸로 구현한다.

여러가지 소스 데이터에 서로다른 코드를 적용해서 합치면 나중에 이것을 내가 원하는 데이터만 뽑아서 쓸 수 있다.(그 코드를 적용해서 추출)

스크램블링 코드 - 사용자를 구분 할 수 있게 해준다. 이해하기가 힘들다.

스프레딩 코드 - 서로 다른 종류의 데이터를 구분하기 위함이다.

같은 주파수를 이용해서 보내도 기지국에서 사용자마다 데이터를 구분해 낼 수 있다. 이 사용자가 어떤 코드를 사용하는지 미리 기지국은 알고 있기 때문이다.

서로 다른 채널을 구분하기 위해서 스프레딩 코드를 사용한다.

결국 보내지는 데이터는 디지털 데이터이다. 

Constant chipping rate of 3.84 Mchip/s

사용자마다 각자 가지고 있는 코드가 다른데, 이 코드는 서로 orthogonal한 특성을 가지고 있어야 한다.

코드를 곱해서 더했을때 0이어야 한다는 것이다. 이 특성을 갖고 있어야만, 사용자 구분이 가능하다.

곱해서 더했을때 0이 되는게 왜 필요한가?(사용자끼리 간섭현상을 왜 안일으키는가?)

orthogonal한 특성을 가진 코드는 나중에 더해지더라도 어차피 내가 내 코드를 적용하면 이 데이터는 다 없어져 버린다.

스크램블링 코드같은 경우에는 거의 orthogonal 하다.(quasi orthogonal)

결국 나오는 데이터는 디지털 데이터이다.

코딩이 적용되서 나가는 디지털 데이터의 전송 속도는 3.84 Mchip/s이다. bit를 여기선 chip이라는 것으로 표현했는데 coding이 적용된 데이터라서 그렇다.

사용자에서 기지국 - 업링크

기지국에서 사용자에게 - 다운링크

스크램블링 코드의 경우 업링크의 경우에는 유저 구분을 위해서 사용하는데 다운 링크의 경우엔 기지국을 구분하기 위해서 사용한다.

기지국 마다 간섭이 일어나면 안되기 때문이다.

GSM에서는 서로 다른 주파수를 사용해서 기지국간 간섭을 방지 했지만 w-cdma에서는 스크램블링 코드로 기지국을 구분 했다.

기지국 마다 스크램블링 코드를 다른것을 사용한다.

사용자는 어떤 기지국의 신호가 센지를 보고 그 기지국의 스크램블링 코드를 사용해서 데이터를 복원 해 낸다.

업링크용 다운링크용 스크램블링 코드의 역할이 다르다.

스크램블링 코드의 경우 spreading을 하지 않은 코드이다. 그것에 대비 시키기 위해서 스프레딩 코드라고 얘기 했는데

스프레딩 코드는 다양한 미리 정해진 spreading factor를 이용해서 스프레딩 코드를 만들어 낸다.

스프레딩 팩터란 한 개의 bit을 몇 bit로 암호화 된 스프레딩 코드로 변환 할 것인가에 대한 것이다. 이 변환된(암호화된) 코드들은 

서로 orthogonal한 특징을 갖는다.

코드 끼리 orthogonal한 특성을 가져야 한다고 얘기 했다.

다양한 Spreading Factor에서 orthogonal한 특성을 지킨 코드들을 만드는 방법이 OSVF라는 방법이다.

이 이후부터는 다음 포스팅에서 소개 하겠다.