오늘날 무선통신은 급속도로 성장하고 있으며, 글로벌 무선통신은 한창이며, 이동통신, 오디오 전송, 단말기 어플리케이션에 대한 수요가 날로 증가하고 있으며, 인터넷은 어디에나 있기 때문에 4G 가 계속 공급을 확장할 때에도 5G 세대가 곧 다가올 것이며, 그 안에 포함된 기회는 더욱 무한하다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 무선통신, 무선통신, 무선통신, 무선통신, 무선통신, 무선통신, 무선통신, 무선통신)
이 방대한 통신인 블루해를 맞이하기 위해 각국은 적극적으로 앞장서야 하고, 많은 자원과 연구에 투자하고, 차세대 5G 통신을 계획하고 개발하며, 그 중 핵심 기술과 특허를 파악해 3 세대 파트너 프로그램 (3rd generation partnership project) 을 제고하고 있다
5G 통신 성능이 크게 향상되었습니다.
산업이 빠르게 성장함에 따라 클라이언트의 다양한 애플리케이션도 증가하고 있습니다. 데이터 전송 및 네트워크 용량에 대한 글로벌 사용자의 수요가 높아지는 상황에서 5G 네트워크가 탄생합니다. 3GPP 의 5G 관련 표준 기술은 216 년에 확정될 것으로 예상되며 22 년에는 관련 제품이 비즈니스 단계에 들어설 것으로 예상됩니다 미래의 발전에는 큰 전송 속도가 필요할 뿐만 아니라 현재보다 몇 배나 큰 링크 수가 필요하며, 전 세계는 모든 것이 네트워크로 연결되는 시대로 접어들 것입니다 (그림 1). < P > 그림 1 5G 발전 추세 < P > 유명 컨설팅기관인 맥킨지는 225 년 사물인터넷 (IoT) 의 응용생산액이 11 조 1 조 달러에 이를 것으로 전망하고, 5G 는 짧은 지연, 고전송, 저전력, 대련 매듭 등의 특징을 제시하며, 5G 이동통신은 22 년 전 세계적으로 5 억 개가 될 것으로 전망했다. < P > 스마트 미터, 스마트 가전제품, 스마트 공장, 착탈식 장비 등 응용형 단말기가 대거 등장하면서 점점 더 많은 일과 삶이 스마트 단말기를 통해 해결되어야 한다는 점에서 고밀도 링크와 단말기 비용 절감에 대한 수요가 커지고 있다.
5G 핵심 기술 분석
는 향후 5G 에서 큰 전송 속도뿐만 아니라 현재보다 몇 배 큰 링크 수를 필요로 하며, 전 세계는 모든 것이 네트워크로 연결되는 시대로 접어들고, 3GPP 에서 먼저 기계 대 기계 (M2M)/ 기계 유형 통신 (machine type communune) 을 제안한다 설계 목표는 주로 낮은 장비 비용, 낮은 전력 소비, 더 큰 적용 범위 및 많은 수의 장비 연결을 지원하는 것입니다. 그러나 전력 소비 및 구축 비용이 여전히 너무 높기 때문에 이는 전환 단계 버전일 뿐이라고 생각하는 경우가 많습니다. 낮은 전력 소비와 더 많은 링크 수가 필요한 애플리케이션에는 아직 사용할 수 있는 기술이 부족하기 때문에 3GPP 는 R13 에서 더 낮은 전송 데이터 양을 제안합니다. Nb-IOT (narrow band-internet of thing) 라고 불리며, 최대 전송 데이터 양은 2kbit/s 이고 대역폭도 2kHz 로 떨어지며 커버리지가 몇 배 높아질 수 있기 때문에 각 주요 통신 사업자들은 이 기술을 강력하게 지원합니다 (표 1
NB-IoT 는 이미 여러 해 동안 물인터넷 블루해 < P > 물인터넷이 발전해 왔으며, LoRa, SIGFOX 와 같은 다양한 응용 및 기술도 저전력 및 넓은 범위의 수요를 강조하고 있지만, LoRa 및 SIGFOX 는 비승인 스펙트럼을 사용하기 때문에 누구나 이 주파수 대역을 사용할 수 있습니다. 따라서 전 세계 주요 통신 사업자들은 3GPP 가 제안한 NB-IoT 기술을 지원하는 경향이 있는데, 이는 라이센싱 주파수 대역을 사용하고 기존의 벌집 네트워크 장비에 NB-IoT 를 신속하게 배치할 수 있기 때문에 운영자에게 프로비저닝 비용을 절감하고 기존 LTE 네트워크를 신속하게 통합할 수 있기 때문에 향후 NB -IoT 가 전 세계가 될 것으로 예상할 수 있습니다.
NB-IoT 는 저전력 WAN (Low Power Wide Area,LPWA) 기술로 매우 낮은 전력 소비량과 광범위한 적용 범위 및 방대한 링크 수를 특징으로 하며, 장치 적용 범위를 2dB 로 늘리고 배터리 수명을 1 년 이상 초과할 수 있습니다. 각 NB-IoT 반송파 < P > NB-IoT 설계에는 커버리지를 높이기 위해 코드율 (Coding Rate) 을 낮추어 신호의 신뢰성을 높일 수 있는 몇 가지 목표가 있습니다 따라서 상수 포락선 (Constant Envelope) 을 사용하는 방식으로 전력 증폭기 (pa) 가 포화 구간에서 작동하여 컨베이어 엔드의 사용 효율을 높이고 물리적 레이어 설계에서 일부 컴포넌트를 단순화하여 복잡성을 줄일 수 있습니다. 사물인터넷에서는 이렇게 높은 전송 속도가 필요하지 않기 때문에 이렇게 큰 스펙트럼이 필요하지 않고, 사용에서도 더 유연하게 분배할 수 있고, 또 하나의 중요한 설계 목표는 시스템 용량을 대폭 높여 대량의 터미널을 동시에 연결할 수 있도록 하는 것이다. 한 가지 방법은 부반송파 구간을 더 작게 만들어 스펙트럼 자원 할당에 더 많은 부반송파를 더 많은 터미널에 할당할 수 있도록 하는 것이다.
NB-IoT 스펙트럼에는 세 가지 프로비저닝 방법이 있습니다. 첫 번째는 독립 또는 글로벌 이동 통신 시스템 (GSM) 의 스펙트럼을 사용하는 개별 프로비저닝 (Standalone) 입니다. 서로 간섭하지 않고 가장 단순한 프로비저닝 방법이지만 자체 스펙트럼이 필요합니다. 두 번째는 보호 주파수 대역 (Guard Band) 을 사용하여 프로비저닝하고 LTE 스펙트럼 에지 보호 주파수 대역을 사용하여 신호 강도가 약한 부분 프로비저닝을 통해 자체 스펙트럼이 필요하지 않다는 장점이 있습니다. 단점은 LTE 시스템과의 간섭 문제가 발생할 수 있다는 것입니다. 세 번째는 현재 작동 대역 내 프로비저닝 (In Band) 으로, 그림 2 와 같이 사용 중인 스펙트럼은 7MHz, 8MHz, 9MHz 등과 같은 낮은 주파수 대역에서 선택됩니다. 낮은 주파수 대역에서 더 넓은 적용 범위를 가질 수 있고, 더 나은 전파 특성을 가질 수 있기 때문에 실내 환경에 더 좋을 수 있습니다.
그림 2 NB-IoT 세 가지 배포 시나리오 사진 출처: NB-IoT enabling new business opportunities, 화웨이
하지만 현재 3GPP 가 제시한 nb-IOT 에도 다양한 기술이 포함되어 있어 현재 크게 두 가지로 나눌 수 있다 노키아 (Nokia), 에리신 (Ericsson), 인텔 (Intel) 등 진영이 지원하는 NB -LTE(Narrowband-LTE) 와 화웨이와 Vodafone 이 지원하는 NB-CIOT < P > NB-LTE 는 현재의 LTE 장치와 거의 호환되지만, NB-CIoT 는 새로운 칩을 구축해야 하는 재설계된 기술이라고 할 수 있지만, 적용 범위가 더욱 높아질 것으로 예상되며 장비 비용도 낮아질 것으로 예상되므로 두 기술 모두 천추라고 할 수 있습니다. 다음은 두 기술에 대한 개요입니다.
NB-LTE 역호환성 비용 절감
NB-LTE 에서 사용되는 대역폭은 2KHz 이고, 하행에서는 OFDM (orthogonal frequency division multiple access) 를 사용합니다
NB-IoT 업스트림은 sc-FDMA (single-carrier frequency-division multiple access), 부반송파 대역폭 2.5kHz, 예 NB-LTE 는 주로 오래된 LTE 물리적 계층 부분을 사용할 수 있기를 희망하며, 상위 LTE 네트워크를 상당히 많이 사용할 수 있어 운영자가 프로비저닝 시 장비 업그레이드 비용을 줄일 수 있으며, 구축 시 기존 하이브 네트워크 아키텍처를 그대로 사용하여 신속한 프로비저닝을 수행할 수 있습니다.
다음 행 섹션에서는 동기화 신호 (PSS/SSS), 물리적 브로드캐스트 채널 (PBCH), 물리적 다운스트림 제어 채널 (PDCCH) 등을 조정하거나 재설계해야 하며, 물리적 제어 형식 표시 채널 (PCFICH) 과 같은 일부 제어 채널에 있어야 합니다. 반면 NB-LTE 에서는 대역폭을 2kHz 로 줄이기 위해 원래 LTE 최소 대역폭 1.4MHz 의 6 분의 1 로 전송 기간이 늘어나므로 NB-LTE 에 원래 LTE 시스템에서 6 개의 연속 Subframe 인 M-subframe 이라는 새로운 시간 단위를 정의합니다. 6 개의 M-subframe 은 M-frame 을 구성하며 (그림 3), M-subframe 에서는 가장 작은 스케줄링 단위가 m 을 나타내는 물리적 계층 무선 리소스 블록 (prb) 입니다 < P > 그림 3 NB-LTE 다운링크 패킷 설계 사진 소스: 3GPP TR 45.82
상행부에서는 SC-FDMA 를 사용하며 터미널은 각 단일 반송파 리소스를 유연하게 사용할 수 있고 NB-IoT 애플리케이션에서는 수신측이 매우 약한 신호를 용인할 수 있어야 하며 시간의 오차는 주기 접두사 (Cyclic Prefix,CP) 보다 작기 때문에 CP 의 설계에서 더 길어야 하기 때문에 하위 반송파 대역폭은 원래 6 분의 1, 2.5kHz 로 설계되어 있어 터미널 장치가 스펙트럼에서 보다 유연하게 구성할 수 있습니다.
NB-CIoT 새로운 디자인 대규모 애플리케이션
NB-CIoT 에서 다운라인은 OFDMA 를 사용하며, 이전 LTE 시스템과 달리 NB-CIoT 은 48 개의 대역폭 3.75 kHz 의 부반송파를 사용하며 64 점의 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 사용합니다 시간 단위에서 NB-CIoT 패킷은 8 개의 하위 패킷으로 구성되며, 각 하위 패킷은 32 개의 슬롯으로 나눌 수 있으며, 각 슬롯은 17 개의 문자로 나눌 수 있습니다 (그림 4).
그림 4 NB-CIoT 다운링크 패킷 디자인 사진 소스: 3GPP TR 45.82
는 LTE 시스템처럼 고정 진폭 (Constant Amplitude) 을 사용하더라도 동기화 신호 (PSS/SSS) 와 같은 각 신호 채널에서도 재설계됩니다. 감지의 신뢰성을 높이기 위해 물리적 다운스트림 공유 채널 (PDSCH) 은 원래 터보 코드 (Turbo Coding) 의 인코딩을 사용했으며, 작은 데이터 전송에 적합한 컨볼 루션 코드 (Convolution Coding) 로 변경되어 시스템 아키텍처와 복잡성을 더욱 단순화하고 사물의 인터넷 요구 사항에 대한 시스템 처리 능력을 높였습니다.
위 섹션에서는 FDMA (frequency division multiple access) 시스템을 사용하며, OFDM 시스템에 비해 각 부반송파 간에 직교가 필요하지 않으므로 정확한 시간과 주파수 교정이 필요하지 않고 주파수 사용에 사용됩니다 GMSK (Gaussian-shaped minimum shift keying) 의 변조를 지원합니다. GMSK 는 일정한 포락선의 변조이며 PSK(Phase Shift Keying) 특성을 가지고 있어 스펙트럼 효율성이 높고 PSK 를 만들 수 있습니다 < P > 은 (는) NB-CIoT 의 전반적인 설계가 이전 LTE 시스템과 매우 다르다는 것을 알 수 있습니다. 패킷 시간 아키텍처뿐만 아니라 사용된 각 채널도 재설계되기 때문에 운영자에게 칩 모듈을 재설계해야 합니다. 비용과 구축 속도도 고려해야 할 중요한 부분입니다.
NB-LTE 와 NB-CIoT 은 각각 천추의
NB-LTE 와 NB-CIoT 기술을 비교한 표 2 에 나와 있듯이 NB-LTE 에서는 대부분 기존 LTE 시스템과 동일합니다 (예: 사용된 접속 기술 및 FFT 와 샘플링 주파수의 크기 등). 하지만 nb
운영자에게 NB-LTE 는 기존 시스템과 직접 적용할 수 있으며, 비용이 많이 들지 않고 기존 벌집 네트워크 기지국에 신속하게 프로비저닝할 수 있는 반면, NB-CIoT 은 패킷 설계, 샘플링 주파수 또는 부반송파 대역폭 크기에 관계없이 기존 LTE 와 다를 수 있지만