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인피니언의 모바일 3G 저가 솔루션 발표


K모바일  한상영기자  news@kmobile.co.kr
인피니언 테크놀로지스 코리아 (대표이사 마티아스 루드비히)는 비용 최적화된 3G 네트워크 연결 기능으로 고속 모바일 인터넷 액세스를 가능하게 하는 새로운 저가 플랫폼 솔루션 XMM™ 6130을 발표했다.

인피니언의 XMM6130은 3G HSPDA를 통한 빠른 데이터 전송속도로 모바일 인터넷 경험을 강화하는 경쟁력 있고 비용 최적화된 3G 솔루션의 새로운 표준을 세웠다. 이 플랫폼은 셀룰러 시스템-온-칩X-GOLD™ 613을 포함하고 있고, 모노리식으로 통합된 2G/3G 디지털 및 아날로그 베이스밴드와 전력관리 기능으로 구성되어 있다. 이것은 65nm CMOS 기술로 제조된다. 인피니언의 최신 베이스밴드 솔루션은 HSPDA 등과 같은 강화된 모뎀 기능을 대중시장에 제공하는 다음 단계로 나아가고 있다.

XMM 6130은 지난해 소개되어 인터넷 브라우징, 음악 및 비디오, 3메가픽셀 카메라, FM 라디오, 메시징 등을 저가 시장에 제공한 인피니언의 XMM™2130 플랫폼의 성공을 이을 것이다. 새롭게 출시된 3G 솔루션은 EDGE에서 3G로 기능을 확장하고 고객들의 핵심 모바일 기능의 생산 비용을 줄여주며 3G MID (Mobile Internet Device)를 구현한다.

X-GOLD™ 613에 대해서

플래그십 (flagship) 디바이스인 X-GOLD 613은 저가 Entry 3G 시장을 위한 베이스밴드이다. 저가 휴대전화를 위해 설계된 이 칩은, ARM11 기반 MCU, 카메라, 디스플레이, USB, 메모리카드 등을 위한 전용 인터페이스를 가진 멀티미디어 기능, 3G 무선 인터페이스의 이점 등을 함께 제공한다.

XMM 6130/X-GOLD 613은 2009년 6월 샘플 공급 예정이며, 양산은 2010년 상반기로 예정되어 있다.


출처: http://www.kmobile.co.kr/k_mnews/news/news_view.asp?tableid=IT&idx=228730

posted by Salt n Light
. Background: Mobile technology evolution
  • Mobile technologies are undergoing a rapid change. Because it is impossible to predict what mobile technologies will look like in 2031, operators have to base their decisions on the current standards under development by the ITU and other industry standards bodies.
  • Since the advent of IMT-2000, significant enhancements to the air interface are now standardised and deployed at least once per year.
  • Rec M 1457 that specified the radio interface for 3G in the year 2000 is now undergoing its sixth revision.
  • IMT Standards:
  1. There are two dominant IMT standards; one based on the CDMA standard has a carrier bandwidth of 1.25 MHz, the other based on the UMTS standard has a carrier bandwidth of 5 MHz.
  2. Both standards are aiming to provide long term evolution (LTE) symmetrical peak data rates of 100 Mbps (see pages 7 and 8). To provide such high data rate operators need wider carrier bandwidths than in current 3G systems. The 3GPP and 3GPP2 are both considering a value of 20 MHz. This corresponds to a peak spectrum efficiency of 5 b/s/Hz.
  3. It should be noted that even with 20 MHz wide carriers, the peak data rates will only be available at a vanishingly small part of the cell area.
  4. In addition the standard aims to enable the realisation of peak data rates over a much larger cell area; the target is 50%. The increased area spectrum efficiency will in turn require reduced cell sizes and complex antenna arrangements.
  • IMT Advanced Standards:
  1. Beyond the IMT family of technologies, the ITU is currently planning the standardisation of IMT Advanced.
  2. The goal of IMT Advanced is to provide 100 Mbps for mobile services and 1 Gbps for nomadic applications.
  3. The 100 Mbps for mobile services is to be available over 80% of the cell area.
  4. See Appendices E and F.

The IMT Advanced systems are likely to come into deployment post 2015, though Japan and Korea may do an earlier deployment.

  • ITU-R WP 8F has recently completed its estimates of spectrum for IMT Advanced, that will be considered by WRC-07 under agenda item 1.4.
  • Radio characteristics of IMT Advanced are not yet standardised. However for the purposes of spectrum estimates, carrier bandwidths of 20 MHz and 120 MHz have respectively been assumed for the mobile and nomadic components of IMT Advanced.
  • WRC-07 will consider the identification/allocation of spectrum for IMT Advanced. One possible approach is to identify new bands for exclusively IMT Advanced. Another approach is to ‘re-farm’ existing spectrum for the IMT family of technologies (including IMT Advanced) and also identify any new spectrum. This approach does not give a special regulatory status to a band for a particular application and instead enables administrations to deploy IMT Advanced over an band where it is permitted.
  • One of the leading candidate bands for IMT Advanced is the 3.4-4.2 GHz band. This band is already in private hands in NZ and is also not channelled appropriately for the requirements of IMT Advanced. Therefore, the re-farming approach may be preferable for NZ. It will permit the use of 850 and 900 MHz bands for IMT Advanced technologies.

In summary: Our belief is that 20 MHz wide carriers will be the unit of future wireless systems. As the renewal period of the cellular rights includes the time period of LTE and IMT Advanced, Telecom intends to use all of the 850 MHz spectrum for the ongoing enhancement of its mobile network.

[image] CDMA evolution.

[image] GSM/UMTS evolution.

[SOURCE FROM] http://www.rsm.govt.nz/cms/policy-and-planning/current-projects/radiocommunications/rights-at-expiry/cellular-rights/past-consultation-and-documents/submissions/cross-submissions/cross-submission-no-01/1-background-mobile-technology-evolution

posted by Salt n Light
Standardizing smart antenna API for SDR networks

Sep 1, 2007 12:00 PM  By Seungheon Hyun, June Kim, Seungwon Choi, Lee Pucker, and Bruce Fette

In addition to defining the smart antenna application programming interface (API), this article will also describe the smart antenna API in detail and explore its benefits. Plus, it will introduce the smart antenna working group and the process they are following in developing this API, as well discuss steps toward standardization.

The Smart Antenna Working Group of the SDR Forum is developing an application-programming interface (API) supporting interoperability and compatibility of various kinds of smart antenna systems operating in a software-defined radio (SDR) network following an open-architecture model. The smart antenna API consists of three components:

  1. SAControl component is used for controlling the smart antenna system.

  2. SAAlgorithmDevice component is used for executing various algorithms such as beamforming, direction-of-arrival (DOA) estimation, space-time coding (STC), channel estimation and spatial multiplexing.

  3. SASynchronization component is used for calibration. This article introduces the smart antenna API, illustrating its use as a standard model and standard service in advanced wireless networks, and defining a roadmap for the API for additional standardization.


A smart antenna (SA) is an array of antennas that are used in conjunction with a signal-processing subsystem within a wireless base station, wireless gateway or mobile terminal device to significantly improve wireless system performance[1]. These improvements are well known, and include increased communications capacity, enlarged cell coverage, and improved operations during handover. Smart antenna systems generally come in one of four basic types:

  • Beamforming systems. These types of systems allow the antenna to adaptively adjust its beam pattern to receive and transmit from specific directions. Beamforming can be used to extend the communications range in a specific direction, or to allow more users to access a network through techniques such as spatial division multiple access (SDMA) that group users within different designated beams.

  • Diversity combining systems. These systems mitigate the multipath fading effects inherent in many wireless networks by combining the signals from multiple spatially diverse antennas together to improve signal quality.

  • Space-time equalization systems. These types of systems use temporal processing on the signals received from multiple spatially diverse antennas to correct frequency distortion in the received signal path.

  • Multiple-input, multiple output (MIMO) systems. In the MIMO system, data is transmitted from one or more transmit antennas to one or more receiver antennas[2]. If the antennas are sufficiently far apart, the signals traveling between the transmit and receive antennas will fluctuate or fade in an independent manner. As such, by encoding the transmit signals using either spatial multiplexing or a space-time diversity code, processing in the receiver can be used to extract the transmitted data. MIMO systems offer a significant increase in performance over more traditional single-input single-output communication links, which has led the IEEE 802 committee to design MIMO technology into the 802.16 standard[3].

    FROM: http://rfdesign.com/software_radio/signal_processing/smart-antenna-api-sdr-networks-0907/

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802.11n: MIMO really needs smart antennas

  • Date: May 14th, 2008
  • Author: Michael Kassner
  • Category: General, Wireless, mobile technology, Ethernet
  • Tags: Device, Network, Signal, IEEE 802.11n, Interference, MIMO, Technology, Antenna, RF, Ruckus Wireless

    As Wi-Fi standards go, 802.11n has a lot to live up to. Especially after hearing how 802.11n’s advertised throughput, security, and reliability will allow Wi-Fi to replace existing wired networks. This means 802.11n’s RF technology needs to be rock-solid, just like Ethernet cables, while facing ever-changing environmental conditions.

    Initially I felt it was entirely possible. 802.11n’s new RF technology was certainly enough to take on all real-world demands, but I’m not so sure now. I’d like to explain, but before doing so I feel it’s important to really understand what challenges 802.11n technology must overcome in order to become rock-solid. To begin with, Ethernet bits flow nicely through solid amorphous materials like copper. Whereas Wi-Fi bits travel through a variety of media and environments, which can affect the following parameters:

    • Received signal strength is dependent on the distance between the transmitter and receiver. Physical obstructions along the link path that absorb or disperse the RF signal also affect signal strength. Ultimately, received signal strength must exceed the receiver’s noise floor by a certain amount; otherwise, the signal cannot be processed.
    • In-band RF interference comes in two flavors. The first flavor is non-802.11 RF capable devices like cordless phones or microwaves, which happen to share the same frequency band as Wi-Fi networks. The second flavor pertains to co-channel and or adjacent channel interference from other Wi-Fi networks. Both types of interference if strong enough will create sufficient RF noise to make it difficult or impossible for the receiver to distinguish between the interference and real traffic.
    • Out of band RF interference is something most people don’t think about. This interference emanates from devices that are not normally considered RF transmitters. Any electromagnetic (fluorescent light) or thermal (lightning) radiation has the potential to disrupt the RF link between two Wi-Fi devices.
    • Multipath interference or fading occurs when a RF signal encounters objects on its way to the receiving antenna. These objects could reflect or refract the original RF signal, creating variations that have different timing and phase characteristics. When the original RF signal and variations reach the destination antenna, that receiver usually has a difficult time trying to sort out what’s what. I went into more detail about this subject in an article named “Multipath environments and how they affect Wi-Fi propagation“.

    Many people will argue that the previously mentioned types of interference exist in both wired and wireless networks. I agree, with the exception of multipath interference or fading, which is unique to RF propagation. The TRSFC crew may disagree and bring up the topic of electron or photon barrier activity in a captive medium, but that’s another topic. The simple reality is Wi-Fi networks are much more susceptible to interference than wired networks.

    The fallout from poor signal quality is the re-transmission of digital traffic to meet TCP/IP requirements of error free data transmission. With sufficient errors, the connected 802.11 devices will renegotiate the transmission rate incrementally until the error count is below a set level, which dominos into lower data throughput and decreased network efficiency. The following chart graphically shows the extent of signal reduction caused by interference. I’d like to thank Ruckus Wireless for use of the chart.

    < ![endif]-->signal-strength-versus-noise-rev.jpg

    Pre-802.11n solutions

    Prior to 802.11n there were various methods to reduce the affects created by interference. Most helped to a limited extent and I penned an article “How to make the best of 802.11 multipath environments” that looks at the different solutions.

    Now that we are on the same page as to what a RF signal has to contend with on its way to the receiving antenna, let’s proceed to the next topic. 802.11n uses RF technology based on MIMO, antenna diversity, and spatial multiplexing to help deal with the above-mentioned challenges. I’d like to take a few moments to explain the inner workings of MIMO as a prelude to pointing out why MIMO in of itself is not the definitive answer.

    MIMO: Antenna diversity

    Antenna diversity isn’t new to Wi-Fi technology. It’s just becoming official as part of the 802.11n standard. Wikipedia does a great job of explaining antenna diversity:

    “Antenna diversity is especially effective at mitigating multipath situations. This is because multiple antennas afford a receiver several observations of the same signal. Each antenna will experience a different interference environment. Thus, if one antenna is experiencing a deep fade, it is likely that another has a sufficient signal. Collectively such a system can provide a robust link. While this is primarily seen in receiving systems (diversity reception), the analog has also proven valuable for transmitting systems (transmit diversity) as well.

    Antenna diversity can be simple as “receive selection combining”. Where a multi-antenna device transmits using the same antenna from which it just successfully received digital traffic. Or as complicated as equipment using “maximum ratio combining”, which allows multiple RF signals to be sent simultaneously between two proprietary devices. The following graphs from Ruckus Wireless show the difference in signal gain between the two different approaches.

    < ![endif]-->receive-diversity.jpg

    MIMO: Spatial multiplexing

    If you remember, earlier in the article I mentioned that RF signals will be altered as they traverse multipath environments. Well, spatial multiplexing is counting on that. As it’s the only way a receiving 802.11n device will be able to distinguish between the different RF signals. The Ruckus Wireless chart below depicting spatial multiplexing helps explain the process. As you can see in the first graph, the signals are similar enough to make it difficult to distinguish the two, whereas the second graph depicts two uncorrelated signals.

    < ![endif]-->spatial-multiplexing.jpg

    If everything is working correctly, one 802.11n device using spatial multiplexing will transmit a unique data stream using N (number of antennas) antennas. The receiving 802.11n device with at least N antennas will then receive N unique data streams. Therefore, the link’s total throughput capacity is equal to the individual data throughput multiplied by N antennas. If interested, I went into more detail about this in the article “802.11n, MIMO, and multipath environments“.

    MIMO: kind of hit or miss

    Now it’s easy to see how antenna diversity and spatial multiplexing theoretically improve throughput and the reliability of Wi-Fi networks. My concern is what happens when dealing with real-world environments that are constantly changing. For example, if there isn’t enough alteration to a RF signal, the receiver using spatial multiplexing will not be able to distinguish it from the rest. Another example pertains to antenna diversity. What if it’s a bad assumption to transmit using the same antenna that worked the best for receiving? Seems to me that too much is left to chance. 802.11n networks need to be more self-determining and less reliant on the RF environment if they are going to compete with wired networks.

    Smart antennas and beamforming

    It took awhile but with all that background information, we can now tackle smart antenna technology. The term smart antenna in reality is a misnomer as all of the intelligent signal conditioning takes place before the RF signal gets to the appropriate set of antennas. Beamforming is the technology that does all of the hard work. The following definition is from a University of Washington website. It’s the best explanation of beamforming I’ve come across. The site even has interactive models to help explain the technology.

    Beamforming is a general signal processing technique used to control the directionality of the reception or transmission of a signal on a transducer array.

    Using beamforming you can direct the majority of signal energy you transmit from a group of transducers (like audio speakers or radio antennae) in a chosen angular direction. Or you can calibrate your group of transducers when receiving signals such that you predominantly receive from a chosen angular direction.”

    Beamforming isn’t new, being a key component of both radar and sonar systems for many years. Recently, telco and Wi-Fi researchers have become interested in beamforming and the ability to steer signals to where they do the most good. Ruckus Wireless is one such company and has a great deal of research expertise in beamforming. Ruckus Wireless also has been instrumental in introducing products into the Wi-Fi market that have beamforming capabilities. BeamFlex is their interpretation of beamforming and the following description comes from one of their technical articles:

    “Central to BeamFlex is an agile antenna system with multiple antenna elements that can be combined in real time to offer an exponential increase in diversity order. With N number of high-gain, directional antenna elements, a BeamFlex antenna array provides 2N-1 unique radiating patterns to maxi­mize range and coverage in a home.

    A Diversity Combiner composed of low cost, software-controlled circuitry allows the BeamFlex software to manage antenna combining in real time. The core of the BeamFlex software is an expert system that constantly learns the environment - the RF conditions, communicating devices, network performance and application flows.

    A Path Control module selects optimum antenna combinations on a per packet basis to ensure a quality signal path to each receiving device.

    The Transmission Control module sets the transmission policies including data rate and queuing strategy based on application and station knowledge. The BeamFlex software interfaces to the 802.11 MAC layer and is compatible with standard 802.11 chipsets. Residing in the host processor, it adds minimal incremental CPU load and memory utilization.”

    In my research on smart antenna systems and beam forming, the Ruckus Wireless approach has surfaced as a very elegant design. It has the potential to alleviate my concerns about the inability of MIMO and spatial multiplexing to be reliable enough. The individual advantages are as follows:

    • BleamFlex antenna arrays can rapidly present many different antenna configurations. Which translates into significantly different RF signal patterns that will afford spatial multiplexing technology the best opportunity of success.
    • BeamFlex antenna arrays use both horizontal and vertical polarized antenna elements. Once again, to create RF signal patterns with increased diversity and ensure recognition by the 802.11n receiver using spatial multiplexing.
    • BeamFlex architecture uses application-level performance parameters when making decisions on how to optimize the signal quality. Rather than information from the PHY and MAC layer that doesn’t take into account QoS or application networking requirements.

    The following diagram depicts current equipment from Ruckus Wireless, which include all of the above-mentioned features.

    < ![endif]-->beamflex1.jpg

    I’m more interested in a symbiotic relationship between the BeamFlex antenna and 802.11n technology so as to have the best of both worlds. Ruckus is continuing work on this front as shown in the following diagram.

    < ![endif]-->beamflex2.jpg

    Final thoughts

    I remain very optimistic about 802.11n being a disruptive technology that will alter everyone’s perception of data networks. 802.11n’s antenna diversity and spatial multiplexing are vast improvements over what’s been available in previous standards. I’m just concerned that the required reliability will not be there until additional RF signal conditioning like that offered by Ruckus Wireless is used to combat environmental variables.

    FROM: http://blogs.techrepublic.com.com/networking/?p=505

  • posted by Salt n Light
    정보 생활의 혁명을 가져올 휴대인터넷
    2. 와이브로의 핵심 '다중접속 방식' 대해부
    3. 와이브로의 미래는 매력적인 애플리케이션에 있다
    4. 휴대인터넷 서비스의 핫이슈 '보안'
    특집 2부에서는 국내 2.3 GHz 대역 휴대인터넷 서비스를 위한 기술 표준인 와이브로의 다중접속 방식에 대해 살펴본다.

    먼저 와이브로 다중접속의 기본 전송 방식인 OFDM 전송 기술과 다중 안테나 기술에 대해 설명한 후 와이브로 관련 표준화 동향과 TTA에서 제정이 완료된 와이브로 1단계 표준안의 주요 내용에 대해 알아 볼 것이다. 또한 와이브로 다중접속 표준안의 요소 기술에 대해서도 살펴본다.

    현재 휴대폰을 이용한 무선인터넷 사용자도 대략 3000만명에 이르는 것으로 추산되고 있다. 이는 전체 국민 대비 인터넷 사용자의 수적인 측면에서 보면 가히 세계적이라 할 수 있다.

    그러나 현재 제공되고 있는 무선인터넷 서비스는 데이터 전송 속도에 제한이 있어 ADSL, VDSL 또는 케이블 모뎀 등의 유선망을 이용한 초고속 인터넷 서비스에 비해 멀티미디어 서비스를 포함한 실시간 인터넷 서비스가 불가능한 실정이다.

    최근에는 도심지역 활동인구와 차량 내에서 활동하는 시간이 많아짐에 따라 유선망이 갖는 이러한 한계를 극복하고 정지 및 이동 중에 언제, 어디서나 저렴한 가격으로 초고속 인터넷 서비스를 제공할 수 있도록 하는 서비스 모델을 사용자 및 서비스 사업자들이 강력하게 요구하고 있다.

    이에 따라 국내에서는 기존에 무선 가입자망(Wireless Local Loop: WLL)에 할당되었던 2.3GHz 주파수 대역을 활용하여 기존 시스템의 한계를 극복하고 ADSL 수준의 품질과 비용으로 정지 또는 중속 이동(최고 시속 60km) 중에도 노트북 PC, PDA, 스마트폰 및 전용 단말기를 사용하여 고속인터넷 접속이 가능한 무선인터넷 서비스로서 휴대인터넷을 2002년부터 개발하게 되었으며, 현재 사업자 선정 및 표준화 제정을 마무리한 상태이며, 관련 장비 및 부품의 개발에 박차를 가하고 있다.

    휴대인터넷 서비스는 정액제의 ‘Always Connected’ 형태로 유선 ADSL과 유사한 수준의 전송률과 품질을 보장함으로써 기존의 이동통신 및 3세대 이동통신 서비스와 차별화를 추구하고 있다.

    현재 국내의 휴대인터넷 표준인 와이브로는 사용자가 이동하고 있는 상태에서도 고속 데이터 서비스가 가능하도록 하기 위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)이라는 신호 전송 방식을 사용하고 있다. 또한, 여러 명의 사용자가 동시에 인터넷 서비스를 받을 수 있도록 OFDM에 근간을 둔 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)라는 다중접속 방식을 사용하고 있으며, 사용자에게 인터넷 서비스를 안정적으로 제공하기 위해 기지국과 단말기에 여러 개의 안테나를 장착하는 MIMO(multiple Input Multiple Output) 기술을 옵션으로 사용할 수 있도록 규정하고 있다.

    이 기사에서는 조만간 실생활에서 자유롭게 사용하게 될 휴대인터넷 서비스에 대한 기본적인 원리의 이해를 돕고자 와이브로 표준의 다중접속 방식에 대한 내용을 다루고자 한다. 이와 관련하여 먼저 와이브로 표준의 기본 기술이 되는 OFDM 방식에 대한 원리와 통신 성능을 향상시킬 수 있는 MIMO 기술에 대하여 설명할 것이다.

    다음으로는 와이브로의 표준화 진행 과정과 실제 와이브로 표준에 제시된 기본 규격에 대해 알아보고, 마지막으로 와이브로 표준의 기술적 내용에 관심 있는 독자들을 위해 실제 와이브로 표준을 구현하는 경우에 고려해야 하는 관련 기술들을 요약하여 설명할 것이다. 기술적인 설명이 딱딱하고 어렵게 느껴질 수 있겠지만 와이브로의 핵심 기술에 대해 꼼꼼히 파악하는 시간이라 생각하고 천천히 음미해 주길 바란다.

    광대역 전송 기술
    OFDM 전송 기술
    다중경로 페이딩
    무선 채널로 신호를 전송하는 경우 송신기와 수신기 사이에는 다양한 장애물들에 의해 전파가 반사되는 다중경로 채널 환경이 형성된다(<그림 1>). 다중경로가 존재하는 무선 채널은 마지막 반사 신호가 수신되는 시간인 ‘최대 지연 확산(maximum delay spread)’과 ‘전송 신호의 주기’로 그 특성을 정리할 수 있다.

    시간축의 관점에서 최대 지연 확산보다 신호의 전송주기가 긴 경우에는 <그림 2(a)>와 같이 연속적으로 수신되는 신호 사이에 간섭이 발생하지 않는다. 이러한 채널을 주파수 비선택적 페이딩(frequency-nonselective fading) 채널이라고 한다. 이 채널을 통과하는 신호의 주파수 성분은 모두 유사한 주파수 특성으로 수신된다.

    그러나 광대역을 사용하는 고속 전송의 경우에는 <그림 2(b)>와 같이 신호의 전송주기가 최대 지연 확산보다 짧아 연속된 수신 신호 사이에 간섭이 발생하여 수신된 신호는 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference, 이하 ISI)을 받게 된다. 이 채널의 주파수 특성은 주파수 선택적 페이딩(frequency-selective fading)으로 주어지며, 이 채널을 통과한 신호의 서로 다른 주파수 성분은 서로 다른 형태로 변형되어 수신된다. 하나의 RF 주파수를 사용하여 신호를 변조하는 단일 반송파 전송 방식에서는 ISI를 제거하기 위해 수신단에서 등화기의 사용이 요구된다.

    데이터 전송 속도가 높아져 전송신호 사이의 간격이 작아지는 경우에 ISI가 증가하게 되는데 이에 따라 등화기의 복잡도도 함께 증가하게 된다. 또한 DS-CDMA 방식을 사용하여 10Mbps 시스템을 구축하기 위해 처리이득을 10~100으로 할 경우 100Mcps~1Gcps의 칩 전송률(chip rate)이 필요하므로 모뎀의 복잡도가 크게 증가하게 된다.

    이와 같이 DS-CDMA의 하드웨어 복잡도 또는 단일 반송파 전송 방식에서의 등화 문제를 해결하기 위한 대안으로 OFDM 방식이 개발되었다. 최근 유럽에서는 디지털 오디오 방송(DAB)과 디지털 지상 텔레비전 방송(DTTB)의 전송 방식으로 OFDM 방식을 채택했다. 또한 무선랜의 국제 표준인 IEEE 802.11a/g와 와이맥스로 불리는 IEEE 802.16a의 표준 전송 방식으로 채택됐으며, 국내 2.3GHz 대역 휴대인터넷 서비스 표준인 와이브로의 물리 계층 전송 방식으로 채택되었다.

    <그림 1> 다중경로 전파 환경

    <그림 2> 전송 속도에 따른 수신신호 특성

    직교 주파수 분할 다중화
    OFDM 방식은 사용하고자 하는 주파수 대역을 여러 개의 작은 주파수 대역(부채널)으로 분할하여 데이터를 전송하는 주파수 분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplexing) 방식의 일종으로 볼 수 있다. 즉, <그림 3>과 같이 전송하고자 하는 일련의 데이터 시퀀스를 부채널의 수만큼 병렬화하고 각각의 병렬 데이터로 각 부채널에 해당하는 부반송파를 변조시킴으로써, 전체 데이터 전송 속도는 원래의 전송 속도를 유지하면서 각 부채널에서의 심볼 주기는 부채널의 수만큼 길어지게 하여 <그림 2(a)>와 같은 효과를 얻게 되는 것이다.

    <그림 3> 다수 반송파를 사용하는 주파수 분할 다중화

    그런데 <그림 3>을 살펴보면 각 부채널로 전송되는 신호는 대역 제한이 되지 않고 곧바로 부반송파에 의해 해당 통과대역(passband)으로 천이되는 것을 알 수 있다. 따라서 각 부채널의 전송 스펙트럼 모양은 <그림 4>와 같은 형태를 가지게 되며 이 때문에 인접한 부채널 사이에 간섭이 발생할 수 있는 가능성이 발생한다.

    <그림 4> 특정 부반송파의 전송 스펙트럼

    그러나 <그림 4>의 스펙트럼 특성을 살펴보면 1의 값을 갖는 중심 주파수 양쪽으로 주기적으로 0의 값을 갖는 것을 볼 수 있는데, 이 때 0이 되는 주기는 각 부채널의 전송주기의 역수가 된다. 따라서 각 부채널의 부반송파 위치를 0이 되는 위치에 배치하게 되면 부채널 사이에 간섭이 발생하지 않게 되어 결국 각 부반송파는 직교(orthogonal) 성질을 갖게 되는 것이다.

    기저대역 고속 변복조
    <그림 4>를 보면 N개의 부반송파를 사용하여 통과대역이 변조되는 것을 알 수 있는데 이를 위해서는 N개의 오실레이터가 사용되어야 한다. 오실레이터를 통과한 아날로그 신호는 모두 더해져서 무선 채널로 전송된다. 이 아날로그 신호의 중심 주파수를 DC로 변환하여 기저대역(baseband) 신호를 생성한 후 샘플링을 통해 이산시간 신호로 변환시킨다.

    그 결과는 통과대역이 변조되기 이전 데이터 심볼들을 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)하는 결과와 동일하게 된다. 따라서 실제로는 다수의 통과대역 부반송파를 사용하는 것이 아니라 기저대역에서 N개의 데이터를 IDFT한다. 이후 그 결과 신호를 단일 오실레이터를 사용하여 원하는 주파수 대역으로 천이시킴으로써 통과대역 OFDM 변조를 이룰 수 있다.

    수신단에서는 단일 오실레이터를 사용하여 통과대역 수신 신호를 기저대역으로 변환한 후 IDFT의 대응 연산인 DFT를 수행하여 이룰 수 있다. 또한 IDFT와 DFT는 전체 부반송파의 수가 2의 거듭제곱인 경우 이들의 고속연산인 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT를 통해 구현하게 된다.

    <그림 5>는 기저대역에서 부반송파를 할당하는 예를 나타낸 것이다. 이 그림에서 전체 전송 주파수 대역은 512개의 부채널로 분할됐으며, 512개의 부반송파 중 400개의 부반송파에 데이터를 전송하고 DC를 포함한 나머지 112개의 부반송파에는 데이터를 전송하지 않는다. 좌우 양쪽 끝의 부반송파를 비워두는 이유는 대역 밖으로 누설되는 잡음을 줄이기 위한 것으로 이를 가상 반송파(Virtual Carrier)라고 한다.

    <그림 5> 전체 부반송파의 수가 512인 경우의 부반송파 할당 예

    Cyclic Prefixv 주기적 전치 부호
    OFDM 심볼의 전송은 블럭 단위로 처리가 이뤄지나 OFDM 심볼이 다중경로 채널을 통해 전송되는 동안 이전에 전송된 심볼에 의해 영향을 받게 된다. 이러한 OFDM 심볼간 간섭을 방지하기 위해 연속된 OFDM 블럭 사이에 보호 구간(GI : Guard Interval)을 삽입한다. 이 때 보호 구간의 길이는 무선 채널의 최대 지연 확산보다 길어야 한다.

    수신단에서는 보호구간을 제거한 후 나머지 수신 신호를 취하여 데이터 복조를 수행한다. 보호 구간에 삽입되는 신호를 ‘0’으로 할당하면 이전 심볼의 지연 성분을 모두 흡수할 수 있어 심볼간 간섭이 발생하지 않지만 채널간 간섭은 존재하게 된다.

    만약 채널을 통과한 후 수신된 신호의 모든 부반송파가 지연 없이 수신되었다면 FFT 구간에서 직교성이 유지된다. 하지만 N개의 부반송파 중 어떤 부반송파가 시간 지연을 갖고 수신되었다면 그 부반송파는 FFT 구간 내에서 기본 주파수의 정수배 주기가 되지 않아 직교성이 파괴된다. 따라서 다른 부반송파에 왜곡을 주는 채널간 간섭이 발생하게 되는 것이다. 이러한 문제는 보호 구간 위치에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입함으로써 해결할 수 있다.

    <그림 6>과 같이 CP를 삽입하게 되면 임의의 부반송파에 지연이 발생할 경우에도 FFT 구간 내에서 부반송파가 정수배 주기가 유지되어 직교성이 보장된다. 복조된 신호에는 단지 지연에 의한 위상의 회전만이 발생하게 되므로 채널간 간섭이 발생하지 않는다. 이러한 보호 구간의 삽입으로 대역폭 효율이 감소하게 된다. 보호 구간의 길이는 채널의 최대 지연 확산을 고려해서 결정하지만 통상 전체 심볼 주기의 1/4 이하가 되도록 해야 한다.

    <그림 7>은 지금까지 설명한 OFDM 구조를 송신기와 수신기로 구분하여 블럭도로 나타낸 것이다. 이 구조에서 FEC(Forward Error Correction)는 데이터 전송 오류를 정정하기 위한 채널 부호화로 길쌈 부호, Reed-Solomon 부호, Low Density Parity Check(LDPC) 부호, 터보 부호 등이 사용될 수 있다.

    <그림 6> 심볼간 간섭과 채널간 간섭을 방지하기 위한 CP의 삽입 방법

    <그림 7> OFDM 방식의 송신기와 수신기 블럭도

    다중 액세스 방식
    방송용이 아닌 셀룰러 이동통신, 무선 ATM, 무선랜 등에 OFDM 전송 방식을 사용하는 경우에는 단일 반송파 전송 방식과 마찬가지로 다수의 사용자를 위한 다중 액세스 방식이 사용되어야 한다. 대표적 방식으로는 TDMA(Time-Division Multiple Access), FDMA(Frequency-Division Multiple Access), CDMA(Code-Division Multiple Access)가 있으며 OFDM과 이들 액세스 방식을 결합한 구조는 <그림 8>에서 비교해 보았다.

    <그림 8> 다중 액세스 방식의 비교

    TDMA의 경우에는 전체 전송 대역이 N개의 부반송파로 구성되어 있고 각 사용자는 할당된 시간동안 모든 부반송파를 이용한다. FDMA는 전체 부반송파 중에서 일부 부반송파를 이용하여 시간에 제한받지 않고 데이터를 전송하는데 부반송파의 할당은 사용자의 상태에 따라 동적으로 변할 수 있다. CDMA는 각 사용자가 고유의 확산 부호를 사용하여 모든 시간과 부반송파를 이용하는데 확산 방식에 따라 MC-CDMA, multicarrier DS-CDMA, MT-CDMA로 구분할 수 있다.

    패킷 전송을 하는 셀룰러 이동통신, 무선ATM, 무선랜에서는 상향과 하향의 듀플렉싱 방식으로 TDD(Time Division Duplexing)가 유리하며, 상향 전송시에는 동기식인 경우 사용자가 서비스 시간 동안 최대의 전송률을 가지도록 OFDM-TDMA가 적합하고, 하향전송에는 세 가지 방식이 모두 사용될 수 있다.

    OFDM의 고려 사항
    OFDM 방식에서는 다수의 데이터들을 IFFT함으로써 기저대역 변조를 이룬다. 이는 불규칙 위상을 갖는 다수의 데이터가 더해지는 것으로 볼 수 있으며, 그 결과 신호의 크기 변화가 크게 나타난다. 신호 크기의 변화 정도를 측정하는 방법으로 신호의 최대전력 대 평균전력의 비(PAR : Peak-to-Average Power Ratio)를 사용하는데 OFDM 방식은 단일 반송파 방식에 비해 큰 PAR를 갖는 것이 일반적이다.

    이와 같이 큰 PAR는 D/A 및 A/D 변환기, 고출력 증폭기를 사용하는 경우에 커다란 단점으로 나타나게 된다. PAR를 감소시키기 위한 가장 간단한 방법으로 신호의 크기를 일정 레벨로 제한시키는 클리핑(clipping) 기법을 사용할 수 있다.

    OFDM 방식에서는 각 부반송파에서의 페이딩을 보상하기 위해 단일탭 등화기를 사용하며 이를 위해 먼저 각 부반송파의 페이딩 정보를 추정하는 채널 추정을 수행해야 한다. 채널 추정을 위해서는 특정 부반송파에 파일럿 신호를 할당하는 기법과 훈련 심볼을 데이터 심볼 이전에 먼저 전송하는 기법이 사용될 수 있다.

    하나의 OFDM 심볼이 전송되는 동안 수신기가 고속으로 이동하는 경우에는 무선 채널의 특성이 변하게 되며 이로 인해 부반송파 사이의 직교성이 파괴되어 수신 성능이 나빠진다. 따라서 고속 이동 환경에서 OFDM을 사용하는 경우에는 이에 대처할 수 있는 채널 추정이나 등화 기법을 사용해야 한다.

    OFDM 방식의 수신단에서는 심볼 동기와 반송파 주파수 동기를 정확히 이뤄야 전송 데이터를 정확하게 복원할 수 있다. 심볼 동기는 변복조가 각각 IFFT와 FFT에 의해 이뤄지기 때문에 필요한 것으로 수신단에서 OFDM 심볼의 시작 위치를 찾아내어 FFT 수행한다.

    또한, 송신기와 수신기에서 사용하는 오실레이터는 서로 다른 주파수를 가질 수 있어 복조 신호에는 반송파 주파수 오차가 발생할 수 있다. OFDM 심볼은 다수의 부반송파가 서로 인접하여 구성되므로 약간의 주파수 오차에도 민감한 특성을 갖는다. 따라서 수신단에서는 주파수 동기를 이루기 위한 기술을 사용해야 한다.

    다중 안테나 OFDM 전송기술
    다중 안테나 전송 기술은 송신기와 수신기에 다수의 안테나를 장착하여 신호를 송수신하는 기술을 말한다. 다중 안테나 기술을 사용하는 목적은 송신단과 수신단에 각각 하나의 안테나를 사용하여 통신을 하는 경우와 비교할 때 사용 목적 또는 구현 형태에 따라 수신 신호의 전력을 안정적인 수준에서 유지할 수 있고, 많은 양의 데이터를 동일 시간에 전송할 수도 있으며, 다중 사용자 환경에서 특정 사용자에게 안정적인 신호 전송이 가능하다는 장점을 갖는다. 여기에서는 다중 안테나 기술을 MIMO-OFDM 전송기술과 스마트 안테나 OFDM 기술로 나누어 설명한다.

    MIMO-OFDM 기술
    MIMO-OFDM 기술은 주파수 선택적 페이딩 채널 환경 하에서 OFDM과 MIMO 기법의 장점을 동시에 취할 수 있는 기술이다. 특히 MIMO-OFDM 기술은 시간과 공간만이 아니라 주파수 영역을 활용할 수 있기 때문에 기존의 시공간 MIMO 시스템을 유연하게 확장하여 OFDM에 적용시킬 수 있다.

    이러한 MIMO-OFDM 기법은 다이버시티 이득과 부호화 이득을 목적으로 하는 다이버시티(diversity) 기법, 채널 용량을 증대시켜 전송률의 증가시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 기법, 다이버시티와 공간 멀티플렉싱 기법을 결합한 기법 등으로 분류할 수 있다. 이 중 다이버시티 기법으로는 STC-OFDM 기법이 대표적이며 이에는 STTC(Space-Time Trellis Code)-OFDM, STBC(Space-Time Block Code)-OFDM, SFBC(Space-Frequency Block Code)-OFDM 등이 있다. <그림 9>는 MIMO-OFDM의 블럭도를 보여주고 있다.

    <그림 9> MIMO-OFDM 블럭도

    STTC는 다중 송신 안테나를 사용하여 공간 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 기법으로 대역폭 손실 없이 부호화 이득도 함께 얻을 수 있다. 입력 비트열은 STTC 부호화기에 의해 심볼로 변환되는데 이 때 미리 정해진 상태도에 따라 다이버시티 이득과 부호화 이득이 최대가 되도록 각 송신 안테나에 심볼이 맵핑된다.

    할당된 심볼은 각각의 안테나를 통해 동시에 전송되며, 수신단에서는 비터비 복호기를 사용하여 전송 비트를 검출하게 된다. 이 방식은 설계 기준에 따라서 성상도의 크기와 다이버시티 이득, 트렐리스의 복잡도 및 전송률 사이의 트레이드 오프(trade-off)를 가진다.

    STTC는 우수한 대역폭 사용 효율과 다이버시티 및 부호화 이득에도 불구하고 높은 복잡도로 인해 실제 적용하는데 있어 커다란 문제를 갖게 된다.

    STBC는 이와 달리 송신단에서의 간단한 부호화와 수신단에서의 단순한 선형 결합을 사용하면서도 큰 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. STBC는 주파수 비선택적 페이딩 채널 환경을 기반으로 설계되었으며, OFDM 방식에서 각 부반송파는 근사적으로 주파수 비선택적 페이딩을 겪게 되므로 STBC-OFDM을 쉽게 구현할 수 있다.

    STBC-OFDM에서 부호화는 전송 데이터의 간단한 변환에 의해 이뤄지며 송신 안테나의 수가 2인 경우 STTC와 마찬가지로 대역폭 손실 없이 공간 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 이 때 두 개의 채널이 독립적인 페이딩을 겪을 경우 큰 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

    그러나 안테나의 수가 2 이상인 경우에는 최적의 복소수 부호를 얻기 위해 대역폭이 증가하게 되는 단점이 있다. 또한, 하나의 부호가 다수의 OFDM 심볼 주기 동안 전송되므로 도플러 주파수에 의한 채널 변화가 크게 발생할 경우 채널 오차에 의한 왜곡을 받게 된다.

    시간적으로 연속된 두 OFDM 심볼간에 채널의 변화가 없을 경우 STBC-OFDM을 적용할 수 있으며 이 방식은 부반송파간 간격이 작고 유효 심볼의 길이가 짧은 무선랜과 같은 응용에서 유리하다. 반면, 채널의 시변 정도가 커서 연속된 OFDM 심볼 사이에 채널이 변화할 경우에는 STBC-OFDM은 적용이 어려워진다. 그러나 채널의 주파수 선택적 특성이 크지 않고, FFT 크기가 매우 커서 인접 부채널간의 채널 주파수 응답이 유사한 경우에는 주파수 영역에서 부호화를 적용하는 SFBC-OFDM을 적용할 수 있다.

    BLAST-OFDM 방식은 리치 스캐터링(rich scattering) 환경에서 송수신단에 다중 안테나를 사용하여 각 송신 안테나마다에 신호를 전송함으로써 전송률을 향상시킬 수 있으며, 송신 신호가 채널의 동기 대역폭보다 작은 대역폭을 갖는 주파수 비선택적 페이딩을 가정하기 때문에 BLAST-OFDM 방식이 다중경로 환경에 쉽게 적용될 수 있다.

    이러한 BLAST-OFDM 방식에서는 송신 다이버시티 기법과는 달리 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 같거나 많아야 하고 독립적인 페이딩 채널이 형성되어야 하기 때문에 송수신단의 거리가 비교적 작고 노트북과 같이 다중 수신안테나를 사용할 수 있는 무선 랜 또는 무선 PAN(Personal Area Network)과 같은 환경에 적합하다.

    스마트 안테나 OFDM 기술
    스마트 안테나 기술은 phased array, SDMA(Space Division Multiple Access), 적응 배열 안테나 시스템, 빔 형성(beam forming), 공간처리 기술 등을 포함하며, 크게 switched 빔과 적응배열 안테나의 두 가지 범주로 나눌 수 있다.

    Switched 빔 기법은 미리 정해진 빔 패턴(beam pattern) 중 수신 전력에 따라 최고의 성능을 줄 수 있는 빔 패턴을 선택하여 수신하는 방식이다. 이 방식은 무지향성 안테나(omni-antenna)에 비해 공간 선택으로 인한 수신 전력의 이득을 얻을 수 있으나 간섭 신호를 능동적으로 제거할 수 없어 성능 향상이 제한된다.

    반면에 <그림 10>과 같은 적응 배열 안테나 시스템의 빔 형성 기법은 안테나 배열을 사용하여 각 엘리먼트별로 입사된 신호들을 특정 기준(예 : MMSE, ML, maximum SINR) 하에서 결합하여 다른 공간상의 위치한 co-channel 사용자로부터의 간섭 신호와 원하는 신호를 분리할 수 있는 기법으로 간섭 신호에 적응적으로 대처할 수 있는 장점이 있다.

    이와 같은 스마트 안테나 기술을 셀룰러 통신 시스템에 적용할 경우에 서비스 범위, SNR, 셀 허용 용량 등이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 OFDM 기반의 셀룰러 시스템에선 소비 전력의 감소, 셀간 간섭의 회피, 다중경로 신호의 감소로 인한 OFDM의 신호 오버헤드(보호 구간) 감소 등의 효과가 있다.

    <그림 10> 협대역 적응 빔 형성기

    빔 형성을 수행하기 위한 기술로는 공간상의 정보를 기반으로 하는 SRB(Spatial Reference-Based)-BF(Beamformer), 훈련 신호를 이용하여 공간 특성을 추정하는 TRB(Training Reference Based)-BF와 특정한 정보 없이 수신된 신호의 특성을 기반으로 빔을 형성하는 Blind BF의 세 가지로 크게 분류할 수 있다.

    스마트 안테나 시스템에서 입사되는 광대역 신호들은 배열 안테나의 각 엘리먼트별로 다중경로를 경험하며 수신된다. 이러한 광대역 TRB 빔 형성은 공간상에서의 간섭뿐만 아니라, 시간 영역상의 다중 경로에 의한 왜곡/간섭(ICI, ISI)의 영향을 고려해야 한다. 이 경우 빔 형성은 시간 영역에서 TDL 형태의 FIR 필터 또는 주파수 영역에서 다수 개의 협대역 BF로써 수행될 수 있다.

    이와 같이 광대역 신호에 대한 스마트 안테나 OFDM 시스템에서 적응 빔 형성을 위한 방식으로는 FFT 전단인 시간 영역에서 각 안테나별로 적응 필터링(TDL)을 수행하는 Pre-FFT BF와 각 안테나별로 FFT 후 주파수 영역에서 각 부반송파별로 적응 필터링(1-tap)을 수행하는 Post-FFT BF 형태를 고려할 수 있다. 스마트 안테나 관점에서 OFDM 시스템은 여러 개의 협대역 채널로 구성되어 있어, 전체 대역폭은 주파수 선택적 페이딩이다. 하지만 각 부반송파는 주파수 비선택적 페이딩을 경험하므로 각 부반송파별로 협대역 빔 형성을 수행할 수 있어 Post-DFT BF로의 구현이 용이하다.

    다중 사용자를 고려하여 SDMA 뿐만 아니라 OFDMA(OFDM/FDMA)를 수행할 수 있으며, 스마트 안테나 OFDMA에서는 각 사용자에게 부분 대역을 할당하고 사용자별로 할당된 대역에서 빔 형성을 수행할 수 있다. TDD 시스템에서 프레임 내의 채널 변화가 없는 경우에 상향 링크와 하향 링크의 채널이 동일한 장점이 있어 상향 링크에서 계산된 빔 형성 계수를 하향 링크에 적용할 수 있다.

    하지만 사용자가 이동하는 경우에 채널 변화에 대한 고려가 필요하며 또한 상향 링크와 하향 링크의 채널은 동일하더라도 간섭은 동일하지 않기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다. 반면, FDD 시스템에서는 사용대역에 따라 다른 채널 응답을 갖기 때문에 각각 최적의 계수 값을 구해야 하며, 하향 링크에서 계수 값을 추정하기 위해서는 하향 링크 채널 정보를 기지국에 제공할 피드백 채널이 필요하다.

    와이브로 다중접속 표준
    표준화 동향
    초기 무선 접속 기술은 MMDS나 LMDS로 대표되는 LOS(Line-Of-Sight) 환경에서의 고정 무선 접속 방식이 주류를 이루었다. 이후 Non-LOS에서도 많은 양의 데이터를 전송할 수 있는 광대역 무선 접속 방식에 대한 연구가 진행되어 왔다.

    이 방식은 단순한 음성이나 데이터 서비스를 넘어 멀티미디어 서비스를 제공해줄 수 있어 사용자들의 다양한 욕구를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 광대역 무선 접속의 한계인 이동성 문제를 극복하기 위해 사용자의 이동성을 지원할 수 있는 휴대인터넷에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. <그림 11>은 휴대인터넷과 관련하여 광대역 무선 접속 기술의 진화 단계를 도식화한 것이다.

    <그림 11> 광대역 무선 접속 기술

    국내의 경우 2003년 6월 20일 제33차 정보통신표준총회에서 TTA 휴대인터넷 그룹(PG05)이 신설되어 총 52개 기관, 약 235명이 참여하여 표준화 활동을 전개했으며, 2004년 3월 PG302로 명칭을 변경했다. PG302에는 무선 접속 실무반, 서비스 및 네트워크 실무반, IPR Ad Hoc 그룹, 국제협력 Ad-Hoc 그룹, IOT/CT Task Force가 활동하고 있으며, 조정위원회에서 이들간의 업무 조정을 수행하고 있다.

    이 프로젝트 그룹은 2004년 6월 25일에 1단계 30Mbps급 TTA 표준(Phase I)을 완성했다. 이 표준은 물리 계층(TTAS.KO-06.0064)과 매체접근 제어 계층(TTAS.KO-06.0065)으로 구성되어 있다. 2004년 7월부터 2단계 50Mbps급 TTA 표준(Phase II)에 대한 논의가 진행되고 있으며, 고속 데이터 전송률을 보장하는 기술에 중점을 두고 있다. 2004년부터는 ‘와이브로’라는 공식 명칭을 사용하고 있다.

    한편, 2004년 7월 정보통신부는 국내 휴대인터넷 표준 선정 기준으로 IEEE 802.16e 표준과 호환되면서 여기에 5가지 조건을 만족시키는 것으로 결정했다고 발표했다. 다섯 가지 조건으로는 시속 60km로 이동시 최소 하향 512kbps, 128kbps의 전송 속도 구현, 9MHz 이상의 채널대역폭, 사업자 장비간 로밍, TDD 방식, 주파수 재사용 계수 1 등이 있다. 이에 TTA에서는 와이브로와 IEEE 802.16e와의 호환성 문제에 대한 검토를 진행하고 두 방식 사이의 차이점에 대한 해결책을 모색하고 있다. 정보통신부는 2005년 2월에 3개의 휴대인터넷 사업자를 선정하였으며 2006년에 중반에 상용 서비스를 목표로 하고 있다.

    한편 국내의 휴대인터넷 표준과 유사한 형태의 국제 표준화 활동은 미국의 IEEE 802.16과 IEEE 802.20을 중심으로 휴대인터넷과 관련된 표준화를 진행하고 있다. IEEE 802.16은 최근 P802.16-REVd의 표준화 작업이 완료되어 IEEE 802.16-2004로 배포되었다. 한편 인텔이 중심이 된 와이맥스(WiMax) 포럼이 결성되어 IEEE 802.16a의 성공적인 표준화와 시장 진입을 위해 활동하고 있으며 이미 인텔에서는 와이맥스 칩을 개발하여 추후 상업화 성공 여부가 주목된다.

    와이브로와 가장 유사한 규격은 앞서 언급한 IEEE 802.16e이며, 이 둘의 주요한 특성은 <표 1>과 같다. IEEE 802.16e의 경우 2005년 상반기에 규격화가 완료될 것으로 보이며 다중화 방식으로 TDD, FDD 둘 모두를 지원하며 변조 방식으로 SC2, OFDM, OFDMA 등을 지원한다. 주파수 대역은 2~6GHz이고 채널 대역폭은 가변적으로 할당할 수 있다.

    <표 1> IEEE 802.16e와 와이브로의 특성 비교

    물리 계층 표준 내용
    휴대인터넷 시스템은 하향 링크와 상향 링크를 시간으로 구분하는 TDD 방식이 사용되며, 다중접속 방식으로는 OFDMA가 사용된다. OFDMA 심볼은 총 1024개의 부반송파로 이루어져 있으며, 데이터가 전송되는 데이터 부반송파, 채널 및 동기 등을 추정시 사용되는 파일럿 부반송파, 그리고 보호 밴드와 DC 부반송파가 포함된 널 부반송파로 구성된다.

    보호 밴드의 목적은 OFDMA 신호의 스펙트럼이 ‘brick wall’ 형태를 갖도록 하는 것인데, 좌우 다수개의 부반송파에 ‘0’을 전송함으로써 인접 주파수 대역에 간섭으로 작용하는 신호 성분이 작아지도록 하는 것이다. 각 부반송파들은 부반송파 하위 집합으로 나뉘고 각 하위 집합은 부채널로 명명된다. 하향링크에서 부채널은 여러 다른 수신기를 위한 것이며 상향링크에서 송신기는 하나 이상의 부채널에 할당되고 동시에 여러 송신기가 신호를 전송할 수 있다. <그림 12>에서 이에 대한 개념을 예를 들어 나타냈다.

    <그림 12> OFDMA 부반송파의 부채널 할당 방법

    기본 시스템 변수는 5msec의 고정 프레임 구조로 설계되어 있으며, <표 2>에 기본 시스템 변수를 나타냈다. TDD 시스템의 상향 링크와 하향 링크는 전송시간으로 구분된다. 하향 링크 전송은 <그림 13>에서처럼 한 개의 프리앰블 심볼, FCH 및 DL-MAP, 데이터 심볼 순서로 시작된다. 상향 링크는 제어심볼 전송부터 시작되며, 상하향 전송 시간을 구분하기 위한 보호시간인 TTG(121.2㎲) 및 RTG(40.4㎲)는 프레임 중간과 마지막에서 하향 링크 및 상향 링크 사이에 삽입된다.

    <그림 12> OFDMA 부반송파의 부채널 할당 방법

    <그림 13> 프레임 구조

    하향 링크 프리앰블은 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널 추정에 사용할 수 있다. 하향 링크의 데이터 전송 구간은 PUSC 부채널 구간과 다이버시티 부채널 구간 및 AMC 부채널 구간으로 나뉜다. PUSC 부채널은 두 개의 심볼에 걸쳐 분산된 부반송파로 구성되고, 다이버시티 부채널은 동일한 대역에 있는 여섯 개의 인접한 빈으로 구성된다. PUSC 심볼, 다이버시티 심볼 및 AMC 심볼의 구성은 단말들의 채널 분포에 따라 기지국이 결정한다. 하향 링크 후반부에 위치한 일부 심볼은 방송 서비스를 위해 사용할 수 있다.

    상향 링크의 처음 세 심볼은 레인징 채널, ACK 채널 및 CQI 채널에 사용된다. 상향 링크에서 다이버시티 부채널을 구성하는 기본 단위는 타일이며 전체 주파수 대역에 분산된 세 개의 타일로 이루어진다. AMC 부채널을 구성하는 기본 단위는 빈이며, 하나의 AMC 부채널은 여섯 개의 빈으로 구성된다. 하향 링크에서처럼 AMC 및 다이버시티 부채널의 구성 비율은 프레임마다 변경 가능하다. <그림 14>는 타일과 빈의 구조를 나타낸다.

    <그림 14> 타일 및 빈의 구조

    하향 링크의 첫 번째 심볼은 프리앰블이며 특정 PN 코드가 BPSK 변조되어 전송된다. 프리앰블 부반송파 집합은 세 가지 타입으로 나뉜다. 매 4번째 하향 링크 프레임에서 마지막 OFDM 심볼은 공용 동기 심볼로 사용할 수 있다. 기지국에서는 안테나 0을 통해 공용 동기 심볼을 전송한다. 주파수 영역에서 정의되는 공용 동기 심볼의 구조를 <그림 15>에 나타냈고, 시간 영역에서 정의되는 공용 동기 심볼의 구조를 <그림 16>에 나타냈다.

    <그림 15> 공용동기 심볼 구조(주파수 영역)

    <그림 16> 공용동기 심볼 구조(시간 영역)

    하향 링크 다이버시티 심볼과 상/하향 링크 AMC 심볼은 파일럿, 데이터 및 널 부반송파로 구성된다. 파일럿 부반송파의 할당은 연속되는 9개의 부반송파로 구성되는 빈 내에서 특정 부반송파 한 개를 할당함으로써 이루어진다. 빈 내에서 파일럿 부반송파의 위치는 심볼의 인덱스에 따라 달라진다. 빈 안의 9개의 부반송파의 인덱스를 0~8이라 하고 심볼의 인덱스를 m이라 할 때 파일럿 부반송파의 인덱스는 3l+1이 된다(l=m mod 3). <그림 17>은 하향 링크 다이버시티 심볼 및 상/하향 링크 AMC 심볼에서의 파일럿 부반송파의 할당을 나타낸다.

    <그림 17> 하향 링크 다이버시티 심볼 및 상/하향 링크 AMC 심볼에서의 파일럿 부반송파 할당

    AMC 부채널을 구성하기 위해 각 심볼에서 널 부반송파를 제외한 전체 부반송파는 9개의 인접한 부반송파로 이루어진 빈이라는 단위로 나눠지고 이렇게 만들어진 인접한 빈 M개를 묶어서 밴드를 구성한다. AMC 부채널은 각 밴드 내에서 인접한 6개의 빈들로 구성된다. 인접한 빈 6개를 구성하는 방법은 주파수-시간축 상에서 1빈x6심볼 블록, 2빈x3 심볼 블록, 3빈x2심볼 블록으로 구성할 수 있으며, 마지막으로 각 밴드 내에서 주파수 축 방향 그리고 시간축 방향으로 순서대로 인덱스를 지정한 후 앞에서부터 6개씩 나누어 부채널을 구성할 수 있다.

    다이버시티 부채널을 할당하기 위해, 슬롯 안에 있는 전체 데이터 부반송파는 서로 인접해 있는 데이터 부반송파 군들로 분할된다. 각 부채널은 이 군들로부터 하나씩 선택된 부반송파의 개수와 같은 48이 된다. 하나의 군 안에 있는 부반송파의 개수는 부채널의 개수 16과 동일하며, 부채널을 구성하는 분할 방법은 하향 링크 순열 공식이라고 불리는 수식에 따른다.

    상향 링크 부채널 할당은 기본적으로 하향 링크에서와 동일하다. 다이버시티 부채널 심볼 이후의 나머지 모든 데이터 심볼들은 AMC 부채널에 할당한다. 상향 링크 AMC 부채널에서 파일럿 부반송파의 위치는 하향 링크에서 파일럿 부반송파의 위치와 동일한 방법으로 세 심볼을 주기로 같은 위치를 점유하게 된다. 상향 링크 다이버시티 부채널을 할당하기 위해, 연속되는 3 심볼 안의 부반송파 9개의 톤이 들어 있는 3x3 주파수-타임 블럭인 타일들로 분할한다.

    전체 주파수 대역은 인접해 있는 타일들로 이뤄진 군들로 분할된다. 각 부채널은 6개의 타일로 구성되는데, 각 타일은 서로 다른 군에서 선택된다. 각 부채널은 6개의 타일로 구성되므로 48개의 데이터 부반송파와 6개의 파일럿 부반송파로 이루어진다. 부채널을 구성하는 방법은 상향 링크 순열 공식이라고 불리는 수식에 따른다.

    상향 링크에는 하향 링크와 다른 미니 부채널이 존재하는데, 기존의 다이버시티 부채널과 동일하게 6개의 3x3 타일로 구성된다. 미니 부채널은 다이버시티 부채널을 심볼 방향으로 M (M=2, 3, 6)개 연결한 후, 세 심볼 각 구간에서 6/M개의 타일을 할당함으로써 전체 6개의 타일로 구성된다.

    OFDMA 물리 계층에서는 4가지 레인징 모드를 정의한다. 상기 레인징 모드들은 초기 레인징, 주기적 레인징, 핸드오프 레인징 및 대역폭 요구 레인징으로 구성된다. 이 모드 중에서 대역폭 요구 레인징은 단말이 기지국에 대역폭을 요구하는 목적으로 사용되며, 이 외의 모든 모드는 단말과 기지국간의 상향 링크 동기 획득과 전력 제어 목적으로 사용된다.

    레인징 신호는 동일한 시간에 다수의 단말로부터의 레인징 신호 송출이 허용되는데, 각 단말은 앞서 설명된 용도에 따라 레인징 모드를 구분 사용하게 된다. 레인징 신호 변조를 위하여 단말은 사용 가능한 레인징 부호 중에서 하나를 임의로 선정하고 BPSK 변조하여 송출한다. 이 때 단말은 임의로 선택한 레인징 부호로 레인징을 시도하기 때문에 레인징 채널 상에서 충돌될 수 있다. 레인징 채널에 할당된 부반송파의 수는 144이며, 3×3 타일 형태의 상향링크 다이버시티 부채널 8개를 할당해서 0~143번의 부반송파를 사용한다.

    레인징 부호는 BPSK 변조되기 때문에 레인징 부호 길이 또한 144이다. 이 때 단말이 임의 선택하여 전송 가능한 해당 레인징 모드별 레인징 부호수는 시스템 배치 때 결정되는 시스템 운용 파라미터이다. 단말에게 허용된 레인징 전송 구간은 레인징 모드에 따라 다르다. 초기 레인징과 핸드오프 레인징 전송 슬롯은 상향 링크 프레임 구간에서 첫 번째와 두 번째 OFDMA 심볼로 구성되며, 주기적 레인징과 대역폭 요구 레인징 전송 슬롯은 상향 링크 프레임 구간에서 세 번째 OFDMA 심볼로 구성된다.

    초기 레인징과 핸드오프 레인징의 경우, 상향 링크 동기가 전혀 확보되지 않은 상태에서 시도되므로 두 개의 연속된 OFDMA 심볼 구간으로 구성된다. <그림 18>과 같이 첫 번째 심볼은 기존의 OFDMA 심볼과 같은 구조로 두 번째 심볼은 보호 구간을 신호 뒷부분에 추가하여 두 OFDMA 심볼 구간의 경계 지점에서 파형의 불연속이 발생하지 않도록 한다.

    <그림 18> OFDMA에 대한 초기 및 핸드오프 레인징 신호

    레인징 부호는 <그림 19>의 PRBS에서 생성된 PN 부호가 레인징 부호로서 사용된다. PN 부호를 생성하기 위해 사용되는 생성 다항식은 ‘1+X1+X4+X7+X15’와 같고, 셀 구분을 위한 PN 부호 생성기의 초기화 부호가 셀마다 다르게 적용된다.

    <그림 19> 레인징 부호 생성을 위한 PRBS

    PN 생성기 레지스터는 ‘00101011’과 7비트의 셀 인식 번호에 의해 초기화된다. 단말은 개방루프 전력 제어를 통해 송출 전력을 조정한 다음 레인징 신호를 전송한다. 이에 따라 각 단말로부터 전송된 레인징 신호는 거의 동일한 신호 세기로 기지국에 수신되기 때문에 레인징 성공 확률이 높아진다.

    휴대인터넷 기지국에서는 다중 안테나를 사용한 시공간 처리(STP : Space Time Processing) 기술을 사용할 수 있다. 시공간 처리 기술은 다수 개의 안테나를 가진 기지국에서의 하향 링크에 적용되어 전송 다이버시티를 통해 신호의 신뢰도를 증진시키게 된다. 또한 송수신 양측에 다수 개의 안테나를 사용하는 공간 다중 기법을 통해 주파수 효율성도 증가시킨다. 휴대인터넷 규격에서는 2개의 혹은 4개의 송신 안테나 시스템이 고려된다.

    물리 계층으로 입력되는 MAC PDU의 크기가 허용된 입력 비트의 수가 아닐 경우 ‘1’이 MAC PDU의 뒤에 패딩된다. 패딩된 패킷은 랜덤화 블럭으로 입력되며, 랜덤화 과정은 데이터 버스트 별로 수행된다. PRBS 생성 다항식은 1 + X14 + X15이다.

    이때 PRBS를 생성하기 위하여 초기화 벡터가 사용되는데, 전송하려고 하는 버스트의 비트를 MSB부터 연속적으로 랜덤화기에 입력한다. 생성된 PRBS와 버스트 비트의 XOR 과정을 통해 랜덤화 과정이 수행된다. 랜덤화기는 각 버스트에 대하여 초기화 벡터에 의해 초기화된다. 초기화 벡터는 IDcell의 하위 5비트를 초기화 벡터의 하위 5비트로 사용하며, 나머지 부분은 ‘1’로 설정한다.

    랜덤화기를 통해 생성된 버스트는 H-ARQ가 적용될 경우 CRC 부호화된다. CRC의 크기는 16이며 ITU-R 권고안 X.25에 정의된 CRC-16-CCITT가 사용되며, CRC 부호가 추가된 패킷은 그 크기가 n*4800일 경우, n개의 4800 비트 블럭으로 분할되어 처리되고, 변조기 입력단에서 이전에 분리된 순서로 재조립된다.

    또한 H-ARQ가 적용되지 않은 버스트의 경우 부호화 과정의 기본 단위는 부채널이고 이를 연접하여 부호화한다. 즉, 일정 규칙에 따라 연접된 부채널에 맵핑될 수 있는 입력 단위에 대하여 독립적으로 부호화를 적용한다. 따라서 하나의 버스트에 할당된 전체 부채널은 일정 단위로 연접된 부채널로 분할되고, 랜덤화기의 출력은 연접된 부채널에 맵핑될 수 있는 단위로 분할되어 부호화된다. 부호화된 신호열은 분할된 순서로 다시 조립된다. 휴대인터넷에서 사용되는 채널 부호는 컨볼루션 터보 부호이다.

    컨볼루션 터보 부호기는 이중 이진 CRSC 부호를 사용하며, 부호화될 데이터의 비트는 교대로 A와 B로 입력된다. 또한 A와 B로 입력된 데이터는 CTC 인터리버를 통과한 후 부호화되어 출력 비트는 ABY1Y2W1W2가 된다. CTC 부호화기를 통과한 패킷은 인터리빙(inter-leaving)되며, 인터리빙은 서브블럭 분할, 인터리빙, 그룹화로 구성된다.

    인터리빙된 부호 패킷들은 서브 패킷의 형태로 전송된다. 서브패킷은 인터리빙된 CTC 부호기 출력 비트열의 일부를 선택하여 생성한다. 각 기지국은 파일럿 패턴 및 데이터의 구분을 위해 파일럿과 데이터 부반송파에 기지국마다 할당된 고유의 스크램블링 수열이 곱해진다.

    스크램블링된 트래픽 버스트의 비트들은 MSB부터 변조기에 입력되어 QPSK, 16QAM, 또는 64QAM 심볼에 그레이 방식으로 맵핑되며, 각 변조 방식별로 동일한 평균 파워를 얻기 위해 맵핑된 심볼에 c를 곱하여 정규화한다. 프리앰블의 경우 부반송파들은 BPSK 변조되며, 하향 링크와 상향 링크 파일럿 부반송파는 OFDMA 심볼 내의 부반송파 위치에 따라 스크램블링 신호열이 BPSK 변조되어 전송된다. 하향 링크와 상향 링크 파일럿 부반송파는 모두 데이터 부반송파 대비 2.5dB 부스팅되어 전송된다. 또한 레인징 부반송파들 역시 BPSK 변조되며, 데이터 부반송파와 동일한 적력으로 변조된다.

    단말은 측정된 채널 CINR(carrier to interference and noise ratio) 값을 주기적으로 기지국에 보고해야 하며, CINR에 따라 4~6비트 정보로 부호화하여 CQI(channel quality indicator) 채널을 통해 전송한다. CQI 채널에는 다이버시티 사용자용 완전 CQI 피드백 모드와 AMC 사용자용 차등 CQI 모드의 두 가지 모드가 있다.

    다이버시티 사용자용 완전 CQI 피드백 모드에서는 하향링크 프리앰블의 5비트(또는 4비트) 평균 CINR이 전송된다. AMC 사용자용 차등 CQI 모드에서는 선택된 대역용 5비트(또는 4비트) 차등 CINR 피드백이 단말을 통해 전송된다. 여기서 전송 비트 수는 5비트나 4비트 중 하나를 임의로 선택할 수 있다. 하나의 CQI 채널은 3×3 타일 형태의 상향링크 다이버시티 부채널 하나, 즉 18톤×3 심볼 형태로 구성된다. CQI 채널을 통해 보내는 정보비트 수는 6비트, 5비트, 4비트의 세 가지가 있다.

    상향 링크 ACK는 하향 링크 H-ARQ에 대한 빠른 피드백을 제공한다. 단말은 하향 링크 패킷 데이터에 대한 ACK 또는 NAK 피드백을 전송한다. 3×3 타일 형태의 상향 링크 다이버시티 부채널 하나, 즉 18톤×3 심볼 형태에 두 개의 ACK 채널이 지원된다. 첫 번째 ACK 채널은 짝수 번째 타일들로 구성되고, 다른 ACK 채널은 홀수 번째 타일들로 구성된다.

    와이브로 다중접속 요소 기술
    다중접속은 시간, 주파수, 부호 등의 한정된 무선 자원을 여러 사용자나 시스템이 공유 및 분할하여 사용하는 것을 말한다. 다중접속을 위해 고려해야 할 사항으로 듀플렉스 방식과 MAC 및 PHY 계층이 있다. 듀플렉스 방식으로 크게 FDD 방식과 TDD 방식이 있다.

    MAC 계층에서는 트래픽에 따라 효율적으로 자원을 할당하는 방식이 사용되며 IP 및 QoS를 지원해야 한다. 공정하고 효율적으로 스케쥴링을 수행할 수 있어야 하며 통신 환경을 모니터링하고 보고하는 기능을 수행해야 한다. PHY 계층은 주파수 재사용 효율을 증대시킬 수 있어야 하며 고속의 데이터를 전송할 수 있어야 한다.

    채널 단위의 세분화 및 제어의 효율성이 뛰어나야 한다. 간섭에 강한 다중접속 기술을 제공해야 하며 이동성 및 핸드오프를 지원해야 한다.

    와이브로는 듀플렉스 방식으로 TDD 방식을 채택하고 있으며 다중접속 기술로 OFDMA 방식을 사용하고 있다. TDD 방식은 비대칭적인 트래픽에 유연하게 적응할 수 있으며, 핫스팟 혹은 마이크로 셀에 사용하기에 적합하다. 상/하향 링크에서 발생하는 간섭을 제거하기 위해 보호 시간을 사용하며, 동일한 주파수 대역을 사용하므로 채널 추정과 링크 적응에 유리하다.

    그러나 심볼 동기가 정확해야 하고 핸드오프 과정이 복잡하며 FDD에 비해 링크 버짓이 3dB 감소한다는 단점이 있다. OFDMA 방식은 시간과 부반송파를 적절히 분할하여 부채널을 형성하고 이를 사용자에게 할당해주는 방식으로 채널 제어의 유연성이 뛰어나 최대 동시 사용자 수를 증가시킬 수 있다.

    또한, 시간과 부반송파의 채널 할당을 제어하거나 전송률을 조정하여 다양한 QoS를 지원할 수 있으며, 셀 내의 사용자들에 의해 발생하는 간섭이 거의 없다. 반면, 소프트 핸드오프가 복잡하고 고속 이동시 부반송파간 직교성이 파괴되어 간섭이 발생할 수 있으며 셀간 간섭의 영향을 받을 수 있다. 이 부분에서는 와이브로에서 다중접속을 위해 고려해야 할 주요 요소 기술에 대해 소개한다.

    셀 탐색과 레인징
    이동국은 하향 링크를 통해 여러 기지국에서 전송하는 프리앰블을 수신하고 이를 통해 초기 셀 탐색을 수행한다. 이 과정을 통해 이동국은 자신이 속한 기지국이나 섹터를 알 수 있으며 서비스를 위한 링크를 형성할 수 있다. 와이브로에서 각 기지국은 프리앰블을 생성할 때 고유의 IDCell 정보와 세그먼트 정보를 사용하며 이 두 가지 정보를 통해 이동국은 자신의 기지국을 구분할 수 있게 된다.

    <그림 20> 프리앰블 생성 과정

    <그림 20>은 하향 링크 프리앰블을 생성하는 과정을 보여준다. 이 프리앰블은 초기 동기와 셀 탐색뿐만 아니라 주파수 옵셋과 채널 추정에도 사용될 수 있다. 각 기지국은 IDCell 정보와 세그먼트(segment) 정보에 의해 표준에 주어진 PN 수열 중 하나를 선택할 수 있다. 이 PN 수열은 부스팅된 BPSK에 의해 변조된다. 변조된 PN 수열은 PreambleCarrierSetn 정보에 의해 적절한 위치의 부반송파에 할당된다. 셀 탐색을 위해 여러 가지 방법이 사용될 수 있으나 여기에서는 다음의 방법을 예시한다.

    먼저, 초기 시간과 주파수 동기를 수행하고 CP를 제거한 후, FFT를 수행하여 시간 영역 신호를 주파수 영역으로 변환한다. 이렇게 수신된 주파수 영역 신호와 이미 알고 있는 각 세그먼트의 PN 수열 부호비트와의 합을 구한다. 이 합의 결과 중 제일 큰 값을 갖는 수열을 선택하면 그 수열에 해당하는 IDCell 정보와 세그먼트 정보를 얻을 수 있다.

    레인징은 이동국과 기지국간의 상향링크 동기 획득과 전력 제어, 이동국의 대역폭 요구 등을 위해 사용된다. 와이브로는 초기 레인징, 주기적 레인징, 핸드오프 레인징, 대역폭 요구 레인징의 4가지 모드를 정의하고 있다. 초기 레인징은 처음으로 시스템 채널과 상향링크 동기화를 하고자 하는 이동국에 의해 이뤄진다. 핸드오프 레인징은 핸드오프 처리가 되는 동안 다른 기지국과 동기화를 하고자 하는 이동국에 의해 이루어진다.

    초기 레인징과 핸드오프 레인징은 상향 링크 동기가 전혀 확보되지 않은 상태에서 시도되므로 2개의 연속된 OFDMA 심볼 구간을 통해 동일한 레인징 부호가 전송된다. 주기적인 레인징은 동기 추적을 위해 주기적으로 전송되며, 대역폭 요구 레인징은 이동국이 기지국에 대역폭을 요구할 경우 사용된다.

    이 두 가지 레인징 신호들은 동기가 확보된 상태에서 사용되므로 하나의 OFDMA 심볼 구간에 전송된다. 레인징 신호는 동일한 시간에 다수의 이동국에 의해 전송되며, 각 이동국은 앞서 언급한 4가지 모드 중 용도에 따라 레이징 모드를 선택하고 사용 가능한 레인징 부호 중에서 하나를 임의로 선정하고 BPSK 변조하여 전송한다. 임의로 선택한 부호를 사용하여 레이징을 시도하기 때문에 레이징 채널상에서 충돌이 발생할 수 있다.

    레인징 채널에 할당된 부반송파의 수는 144이며, 33 타일 형태의 상향 링크 다이버시티 부채널 8개를 할당하여 사용한다. 이동국은 개방 루프 전력 제어를 통해 송출전력을 조정한 다음 레인징 신호를 전송하기 때문에 각 이동국으로부터 전송된 레인징 신호는 거의 동일한 신호세기로 기지국에 수신된다.

    동기 기술
    동기 기술은 수신된 신호를 복조하는 과정에서 발생하는 주파수 옵셋, 심볼 동기 옵셋, 샘플 타이밍 옵셋 등을 추정하고 보상하는 작업을 말한다. 주파수 옵셋은 송/수신단 발진기의 영향이나 채널에 의한 Doppler 천이 등으로 발생한다. 주파수 옵셋으로 인해 부반송파의 심볼 위치가 순환 이동하거나 ICI(Inter-Carrier Interference)가 발생하여 시스템 성능이 심각하게 열화될 수 있다. 심볼 동기 옵셋은 다중경로 페이딩 채널을 통과한 신호를 복조할 때 발생한다.

    동기가 CP 구간 내에서 이루어질 경우 위상 왜곡이 발생하고, CP 구간 밖에서 이루어질 경우 ISI와 이로 인한 ICI가 발생하여 성능이 열화된다. 샘플 타이밍 옵셋은 위상 왜곡을 유발시키며 타이밍 지터는 위상잡음으로 작용하여 시스템의 성능을 열화시킨다. OFDMA 시스템에서 동기기술은 복잡도, 비용, 성능 등에 따라 시간영역 혹은 주파수 영역에서 구현될 수 있다.

    OFDMA 시스템은 프레임(혹은 패킷) 단위로 정보가 전송되므로 수신 여부를 확인하기 위해 프레임 동기를 수행해야 한다. 프레임 동기는 프레임의 시작 위치를 정확하게 찾기보다는 대략적인 위치를 찾는 것을 목적으로 하며 이후의 다른 동기 알고리즘이 안정적으로 사용될 수 있도록 해준다. 대표적인 방식으로 더블 슬라이딩 윈도우 방식이 있다.

    수신된 OFDMA 심볼을 FFT를 통해 복조하기 위해서는 심볼의 시작 위치를 정확히 알아야 한다. 심볼의 시작 위치를 찾는 과정을 심볼 동기라고 하며, 크게 프리앰블의 자기 상관 및 상호 상관을 사용하는 방식과 CP를 사용하는 방식으로 나뉜다. 대표적인 심볼 동기 방식으로 Schmidl & Cox 알고리즘이 사용된다. 이 방식은 반송파 주파수 옵셋 및 페이딩에 강건한 특성을 갖는다.

    주파수 옵셋은 정수배와 소수배 옵셋으로 나뉘며 성능의 극대화를 위해 따로 추정한다. 정수배 주파수 옵셋은 일반적으로 송수신기가 이미 알고 있는 훈련 심볼을 사용하여 추정한다. 훈련 심볼의 배치 및 구성에 따라 추정방식이 달라질 수 있으나, 수신된 주파수 영역 심볼과 특정 위치에 할당된 훈련 심볼을 매 시점마다 순차적으로 회전 천이시키면서 상관을 구하는 방식이 흔히 사용된다.

    소수배 주파수 옵셋을 추정하는 방식으로는 크게 자기상관을 사용하는 방식과 CP를 사용하는 방식이 있다. 대표적인 자기상관 방식으로 Moose 알고리즘 있다. 이 방식은 동일한 두 개의 OFDM 심볼을 보호구간 없이 전송하여 주파수 옵셋을 추정한다.

    와이브로 하향 링크의 경우 각 이동국은 기지국이 전송한 프리앰블을 통해 주파수 및 시간 동기를 맞추게 되는데, 이 프리앰블을 어떻게 사용하는 가에 따라 여러 가지 동기방식이 사용될 수 있다. 상향 링크는 레인징 과정을 통해 동기가 이루어진다. 기지국은 다수의 이동국에 의해 전송된 레인징 신호를 수신하게 되는데, 이 신호들이 동일한 시간에 동일한 전력으로 수신된다면 FFT 처리와 레인징 부호의 상관 특성을 통해 쉽게 동기를 이룰 수 있다.

    그러나 이동국마다 채널 환경이 다르기 때문에 신호의 수신 시점이 달라질 수 있고 전력의 크기 또한 달라질 수 있다. 와이브로는 초기 및 핸드오프 레인징을 수행할 때 연속된 OFDMA 심볼 구간을 통해 동일한 레인징 부호를 전송하기 때문에 동기 범위가 넓고 성공 확률 또한 높다. 이와 더불어 주기적인 레인징을 수행하기 때문에 각 이동국의 동기를 추적하고 조정할 수도 있다.

    채널 추정 기술
    다중경로 페이딩에 의해 발생하는 신호의 왜곡을 추정하고 보상하는 과정을 채널 추정이라고 한다. 채널을 추정하기 위해 사용하는 데이터의 형태에 따라 크게 훈련 심볼을 사용하는 방식과 데이터를 사용하는 방식이 있다. 훈련 심볼을 사용하는 방식은 다시 프리앰블과 같이 모든 부반송파를 파일럿으로 사용하는 방식와 데이터 부반송파 사이에 파일럿을 삽입하는 방식으로 나뉜다.

    데이터를 사용하는 방식은 훈련 심볼을 사용하지 않기 때문에 전송효율이 좋다는 장점이 있다. 이 방식은 수신된 데이터를 검파하고 재생성하여 채널을 추정하는 방식이다. 채널 추정을 위해 사용한 기준에 따라 채널 추정 방식을 분류하기도 한다. 대표적인 추정기로 LS(Least Square) 채널 추정기와 LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error) 채널 추정기가 있다.

    와이브로는 프리앰블과 파일럿을 사용하여 채널을 추정한다. 프리앰블을 사용할 경우 앞에서 언급한 방식 중 하나를 선택하여 사용할 수 있는데, 구현의 용이한 LS 방식이 적합할 것으로 보인다. 파일럿을 이용하여 채널을 추정할 경우 LS 방식과 보간 기술을 혼용하여 채널을 추정한다.

    보간 기술로 선형 보간, 이차 보간, 큐빅 스플라인 보간, 저역통과 필터를 이용한 보간, DFT/IDFT를 이용한 보간 등이 있다. 일반적으로 채널 추정을 시간이나 주파수 영역 중 어느 한 곳에서만 수행하는 1차원 방식이 사용되지만, 성능을 높이기 위해 시간과 주파수 영역 모두에서 채널 추정을 수행하는 2차원 방식이 사용되기도 한다. 채널 추정 방식이나 형태는 시스템의 요구 조건과 파일럿의 배치 등에 따라 달라질 수 있다.

    와이브로에서 하향 링크 다이버시티 심볼과 상/하향 링크 AMC 심볼은 파일럿, 데이터 및 널 부반송파로 구성된다. 파일럿과 널 부반송파들를 배치한 후 데이터 부반송파를 배치하도록 할당 순서가 정해져 있다. 파일럿 부반송파의 할당은 연속되는 9개의 부반송파로 구성되는 빈 내에서 특정 부반송파 한 개를 할당함으로써 이뤄진다. 빈 내에서 파일럿 부반송파의 위치는 심볼의 인덱스에 따라 달라진다.

    정확한 파일럿 부반송파의 위치는 9k+3m+1에 의해 결정된다. 여기서, k는 0~95의 값을 가지며 m=[symbol index] mod 3에 의해 정해진다. 이것과는 달리 상향 링크 다이버시티 심볼은 33 주파수-시간 블록인 타일 단위로 처리되며 이 타일의 중앙에 하나의 파일럿이 삽입된다. 하향 링크 다이버시티 심볼이나 AMC 심볼의 경우, 각 이동국은 OFDMA 심볼 내에 삽입된 모든 파일럿 심볼을 사용하여 채널을 추정할 수 있다. 상향 링크 다이버시티 심볼이나 AMC 심볼의 경우, 기지국은 서로 다른 채널 환경을 통과한 여러 이동국의 신호를 수신하므로 각 사용자마다 채널을 추정해줘야 한다.

    전력 제어
    전력 제어는 자기 기지국 용량의 최대화, 배터리 수명 연장, 인접 기지국 용량 최대화, 균일한 서비스 품질 유지 등을 위해 사용된다. 전력 제어로는 개방루프 전력 제어, 폐루프 전력 제어, 순방향 전력 제어, 외부루프 전력 제어, 순방향/역방향 과부하 제어 등이 있다. 와이브로는 하향 링크에서 순방향 전력 제어를, 상향 링크에서 개방루프 전력 제어를 수행한다.

    순방향 전력 제어는 기지국으로부터 멀리 있거나 전파 상태가 좋지 않은 이동국에게는 더 큰 출력으로 송신하고 반대의 경우에는 작은 출력으로 송신하는 방식이다. 개방루프 전력 제어는 기지국으로부터 가까이 있는 이동국은 출력을 작게, 멀리 있는 이동국은 출력을 크게 송신하는 방식으로써, 이동국은 단지 기지국으로부터의 신호세기에 따라 출력을 결정하게 된다. 즉, 기지국으로부터의 수신 전력이 크면 이동국 출력을 작게, 수신 전력이 작으면 이동국 출력을 크게 함으로써 근사적으로 기지국에 도달하는 이동국 출력을 최소화할 수 있다.

    정리하자면 다중접속 방식으로 OFDMA를 사용하는 와이브로는 하향 링크 전력 제어를 위해 부채널 별로 전 력할당을 조정할 수 있고, 상향링크 전력 제어를 위해 하향 링크 수신 전력에 따라 상향 링크의 송신 전력을 조정할 수 있다.

    서비스 중 기지국과 기지국 사이를 이동하는 이동국의 서비스가 원활히 유지되도록 하는 과정을 핸드오프라고 한다. 핸드오프는 소프터 핸드오프, 소프트 핸드오프, 하드 핸드오프로 구분된다. 소프트 핸드오프는 서비스 중 이동국이 기지국과 기지국간을 이동할 때 양쪽 기지국의 신호를 동시에 잡는 중간 과정을 거쳐 서비스를 연결해주는 방식으로 ‘make before break’라고 한다.

    소프트 핸드오프는 기지국의 섹터간에 이루어지는 핸드오프를 말하며, 한 섹터를 버리고 새로운 섹터를 취하는 스왑 과정에 의해 이루어진다. 하드 핸드오프는 이동국이 인접 기지국간을 이동할 때 순간적으로 서비스 절단을 발생시키지만 사용자가 서비스의 지장을 느끼지 못하는 순간에 다음 기지국으로 서비스를 재연결시켜 준다. 하드 핸드오프를 make after break라고도 한다. 교환기간이나 주파수간에 주로 하드 핸드오프가 사용된다. 와이브로는 하드 핸드오프 방식을 사용할 것으로 보인다.

    간섭제거 기술
    이동통신 시스템에서 주로 발생하는 간섭으로 셀간 간섭과 셀내 간섭이 있다. 셀간 간섭은 동일한 중심 주파수를 사용하는 셀들간에 발생하는 간섭을 말하다. 셀내 간섭은 셀내에 존재하는 이동국간에 발생하는 간섭을 말한다. 와이브로는 주파수 재사용률이 1이므로 모든 기지국은 동일한 중심 주파수를 사용하며 이로 인해 셀간 간섭이 발생할 수 있다.

    이 간섭을 줄이기 위해 각 기지국마다 부채널의 할당을 달리하는 방식과 일부의 부채널만을 사용하고 나머지 부채널은 비워두는 PUSC(Partial Usage of Subchannels) 채널 등이 사용된다. 그러나 인접한 기지국들이 모든 부채널을 사용한다면 셀간 간섭은 심각한 수준에 이르게 되므로 이를 해결할 방안에 대한 연구가 필요하다. 셀내 사용자간 간섭은 OFDMA 방식이기 때문에 존재하지 않는다고 해석한다.

    ‘이동 중’이라는 새로운 차원의 서비스
    지금까지 우리는 내년 중반에 서비스가 이루어질 국내 휴대인터넷 서비스 표준인 와이브로의 기술적인 특징에 대해 다루었다. 기본적인 와이브로 1단계 표준에 대해 살펴보았으며 와이브로 다중접속을 위해 사용되는 OFDM 기술과 MIMO 기술을 개념적으로 설명했다. 또한, 와이브로 표준의 구현시 실제로 고려해야 하는 필수적인 기술들을 정리했다. 현재 국내 정보통신 표준화 단체인 TTA에는 휴대인터넷을 위한 2단계 표준화 작업을 진행하고 있으며 이것이 완성될 경우 더욱 빠른 속도의 인터넷 서비스를 누릴 수 있을 것이다.

    휴대인터넷은 지금까지 경험한 인터넷 서비스 환경과는 차원이 다른 ‘이동 중’이라는 새로운 차원의 서비스 사용 환경을 제공하게 될 것이며, 그 결과 지하철에서 스포츠신문이나 책을 읽는 사람, 하릴 없이 창밖을 바라보는 사람, 차창에 머리를 기대고 자는 사람들의 모습은 점차 사라지고 저마다의 단말기를 손에 들고 열심히 정보의 바다를 항해하는 사람들의 모습을 쉽게 찾아볼 수 있을 것이다.@

    * 이 기사는 ZDNet Korea의 제휴매체인 마이크로소프트웨어에 게재된 내용입니다.

    출처 블로그 > kyckhan님의 블로그
    원본 http://blog.naver.com/kyckhan/80030380460

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    WiBro(휴대인터넷)국내외 표준화 동향
    윤철식, 안지환 | 한국전자통신연구원 이동통신연구단
    Ⅰ. 서론

    시내 주행속도(~60km/hr)로 이동중에도 언제 어디서나 인터넷접속 서비스를 지향하는 휴대인터넷서비스는 정보통신부의 IT 8-3-9 전략 중 서비스 분야의 대표적인 서비스로서 추진되고 있다. 휴대인터넷은 2003년부터 HPi (High-speed Portable Internet) 이라는 프로젝트 명으로 한국전자통신연구원 등을 중심으로 주요 제조업체 및 사업자를 중심으로 2.3GHz 대역의 100MHz의 대역폭을 사용한 TDD 방식의 시스템 개발을 위한 연구개발이 추진되고 있다. 2003년 7월에는 한국정보통신기술협회(TTA)에 기술표준화 프로젝트그룹(PG 302)를 구성하고, 산하 무선접속실무반에서 물리계층(PHY) 및 매체접근제어계층 (MAC) 규격을 개발하고, 서비스 및 네트워크 실무반에서는 서비스 및 네트워크 요구사항을 정의하며 참조모델을 정의하는 등 국내표준화를 활발히 추진하고 있다. 또한, IEEE 802.16에서 국제표준화 및 국내표준과의 공조를 위한 노력을 경주하고 있다. 본고에서는 휴대인터넷과 관련한 국제표준화 및 국내표준화 동향에 대하여 소개한다.

    Ⅱ. IEEE 802.16 표준화 동향

    광대역 무선가입자망 기술의 개념에서 출발한 Wireless MAN(Metropolitan Area Network)은 도심 및 부심지 에서의 고정수신 안테나와 가입자 장치(Subscriber Station)을 이용하여 10~66 GHz 대역의 Line-of-Sight 통신환경에서의 서비스를 제공하기 위한 PHY 및 MAC 규격을 개발하기 위하여, 2000년 3월 IEEE802 LAN/MAN Standard Committee(LMSC) 산하에 IEEE 802.16 작업반 (Working Group)을 결성하여 표준화 활동을 시작하였다. IEEE 802.16 작업반은 상용 케이블모뎀의 표준규격인 DOCSIS(Data-Over-Cable Service Interface Specification)을 근간으로 10~66 GHz 대역의 LOS 환경의 PHY 및 MAC 규격을 개발하였으며, 이는 IEEE Std. 802.16-2001으로서 승인되었다.
    이후, 도심지 등에서의 None-Line-of-Sight 사용자 환경에서의 서비스 제공을 위하여 2~11 GHz 대역에서의 새로운 PHY 모드들이 추가로 개발되었으며 (SCa, OFDM, OFDMA), MAC 규격에 있어서는 PHY에 따르는 수정사항을 제외한 대부분의 규격을 공유하는 개념으로 IEEE 802.16a (IEEE Std. 802.16a-2003) 표준화가 추진되었다. 그러나, 이 규격은 개선될 여지가 많았으며 수정사항 (Amendment) 관련부분만을 기술함으로써 규격의 이해에 어려움이 많은 등의 문제점이 있었다.
    따라서, 기존 Single Carrier 방식만을 지원하는 LOS 환경의 IEEE 802.16-2001 규격, 새로운 PHY 모드를 추가한 None LOS 환경의 IEEE 802.16a-2003 규격, 그리고 시스템간 호환성을 위한 프로파일을 정의한 IEEE Std. 802.16c-2002 규격의 다수의 모드들을 그대로 유지하면서 이들 규격을 하나로 통합하고 성능 개선 및 규격의 불명료성의 해소, deployment의 용이성을 위한 수정 및 보완 작업을 하기 위한 Task Group-d(TGd)가 결성되었다. TGd는 활발한 표준화 작업을 통하여 2004년 10월 IEEE Std. 802.16-2004 규격을 승인하고 발간하였다.

    또한, IEEE Std. 802.16-2004(TGd Specification)과의 역방향 호환성(backward compatibility)를 유지하면서, 단말의 이동성을 지원하기 위한 표준화 작업그룹 (Task Group e; TGe)이 2002년 12월에 결성되어, 활발한 표준화 활동이 진행중이다. 역방향 호환성의 의미는 고정형 규격을 지원하는 TGd 기반의 가입자 단말은 이동성을 지원하는 TGe 기반의 기지국에 의하여 서비스가 제공되어야 한다는 것과, 이동성을 지원하는 TGe 기반의 가입자 단말은 이동성을 제한하였을 때 고정형 TGd 기반의 기지국에 의하여 서비스가 제공될 수 있어야 한다는 것이다. TGe 표준화 범위는 2~6 GHz 대역에서 licensed bands에서의 이동성을 지원하기 위한 규격을 개발하는 것이었다. 휴대인터넷 시장환경의 변화와 다양한 시스템간 호환성 제공의 필요성에 따라, 2003년 9월, IEEE SA(Standard Association)은 TGe(Project P802.16e)의 표준화의 범위를 정의하는 PAR(Project Authorization Request)의 수정을 승인하였다. 이에 따르면, TGe 표준화의 범위는 이동성의 지원을 위한 규격의 변경뿐만 아니라, 고정형 규격의 개선을 위한 여지를 남겨두었으며, OFDMA mode에서의 scalability를 지원하기 위한 128, 512, 1024 FFT mode의 추가 등을 반영하며, 이에 대해서는 backward compatibility의 유예 등이 포함된다.

    한편, 2004년 7월 정보통신부의 휴대인터넷 추진일정 및 기술방식 확정 발표에 따라 WiBro 규격은 IEEE 802.16-2004 및 IEEE P802.16e/D3 또는 이후 버전을 만족하는 규격으로서 이중화 방식은 TDD(Time Division Duplesing)을 사용하고, 주파수 재사용계수는 1을 만족하여야 하며, 채널대역폭은 9 MHz 이상을 가지고, 이동성 시속 60 km/hr에 대하여 최소 전송속도 UL 128 kb/s, DL 512 kb/s를 만족하여야 하며, 사업자간 로밍을 제공하여야 하는 이상 5가지 요구사항을 만족하여야 하게 되었다. 따라서, WiBro 표준화는 국내 TTA 표준화 및 IEEE 802.16 TGe의 표준화 활동이 상호 규격간 호환성을 유지하도록 공조하여야 하게 되었다. IEEE 802.16 TGe에서는 이동성을 지원하기 위하여 Handover 및 Sleep Mode 기능 제공뿐만 아니라, 단말의 절전 기능을 극대화시키며 광역에서 기지국간 seamless한 멀티캐스트/브로드캐스트 서비스를 제공하기 위한 MBS(Multicast & Broadcast Service) 및 Idle Mode 기능, 착신 서비스를 고려한 Paging 기능, 그리고 보다 빠른 핸드오버를 제공하기 위한 FBSS(Fast Base Station Switching) 기능 등이 표준에 반영되었다. 또한, 고정형 시스템 및 이동 시스템에서의 보안 기능을 강화하기 위한 PKMv2(Privacy and Key Management version 2) 관련 제안들이 반영되었다. 최근에는 시스템의 성능을 향상시키기 위한 다중안테나 관련 기술(AAS 및 MIMO; Adaptive Antenna System 및 Multiple-Input Multiple-Output)들이 다수 제안되고 채택되었으며, 보다 개선된 Channel Coding 방식이라고 볼 수 있는 LDPC 기술 등도 채택됨으로써 규격이 보다 다양한 기능을 제공하는 반면 복잡도를 더하게 되었다.
    이처럼 다양한 기술들이 제안 및 논의됨에 따라, 당초 2005년 1월중 사실상 Working Group 수준에서의 표준화 완료를 목표로 했던 일정이 다소 지연되었다. 현재, TGe 규격은 2차 Sponsor Ballot(스폰서 전자투표)를 앞두고 있으며, P802.16e/D6 버전이 제공된 상태이다. 정상적으로 표준화가 진행된다면, 2005년 3월 Session #36(미국, Atlanta) 회의의 결과로서 RevCom(Review Committee)에 조건부 승인을 신청하게 된다. P802.16e/D7 문서를 2005년 4월 초순에 공지하고 마지막 Sponsor Ballot을 거쳐 2005년 4월 말 정식으로 RevCom 승인을 신청하게 될 것이다. 이렇게 진행되는 경우, IEEE SA에서의 정식 승인을 2005년 6월 중에 득하여, 2005년 7월에는 IEEE Std. 802.16e-2005가 출판될 것이다. 이는 IEEE 표준화 일정이 순조롭게 진행될 때의 예상될 수 있는 일정으로서, 다소간 지연이 발생할 가능성을 배제할 수는 없다.

    2006년 상반기중 WiBro 상용 서비스를 계획하고 있으며, IEEE 802.16 규격과의 호환성을 기본으로 제공하는 것을 목표로 하고 있는 한국의 입장에서는 가능한 한 IEEE P802.16e 표준화 일정이 조속히 마무리되고, 규격에 있어서의 오류의 해소, 명료성 및 일관성을 제공하기 위한 후속작업이 조기에 완료되도록 하는 데에 최대한의 노력을 경주하게 될 것이다.

    한편, IEEE 802.16에서는 이 외에도 NetMan Task Group에서 망관리를 위한 MIB(Management Information Base) 규격을 개발하기 위한 TGf 및 망 측면의 절차 및 서비스(Management Plane Procedures and Services) 등을 정의하기 위한 TGg가 구성되어 활동하고 있다. 특히, TGg는 IEEE 802 계열 규격의 scope가 물리계층 및 매체접근제어 계층만을 다룸으로써 제외되었던, Handover, Paging 및 Location Update, MBS 등의 서비스를 제공하기 위하여 필수적인 망 측면의 절차 및 메시지의 표준화도 범위로 삼고 있어서 TGe 표준화가 완료되면 보다 활발한 활동이 기대된다. 현재 TGf는 MIB Draft 1 문서가 완료되었으며, TGg는 Baseline 문서가 완료된 상태이다.
    IEEE Std. 802.16-2004가 완료되었으나 규격상의 오류나, 기술 내용의 일관성의 유지 등을 수정/보완하기 위한 Maintenance Task Group 활동이 2005년 상반기중 완료를 목표로 활동 중이며, 현재 Corrigenda Draft 1 규격이 완료된 상태이다. IEEE Std. 802.16-2004, IEEE P802.16e/D6, 그리고 IEEE P802.16/Cor/D1 규격은 WiBro 규격과의 호환성 제공을 위한 공조 (Harmoni- zation)의 참조 규격이라고 볼 수 있다.

    Ⅲ. TTA 표준화 동향

    한국에서의 휴대인터넷 서비스를 위한 규격 개발을 목적으로 2003년 7월 TTA 산하에 휴대인터넷 프로젝트 그룹 (PG302)이 결성되었다. PG302는 산하에 2 개의 실무반 (무선접속실무반, 서비스 및 네트워크 실무반)과 2 개의 Ad Hoc Group(IPR Ad Hoc Group, 국제협력 Ad Hoc Group)을 두고 있다. 무선접속실무반은 물리계층(PHY)과 매체접근제어계층(MAC) 규격을 개발하는 것을 목표로 한다. 서비스 및 네트워크 실무반은 서비스 및 네트워크의 요구사항을 정의하며, 그에 따른 네트워크 참조모델과 관련 요소기술에 대한 표준규격을 개발하는 것을 목표로 한다. 한편, IPR Ad Hoc 그룹은 관련 지적재산권 취급 사례와 휴대인터넷 기술과 관련된 지적재산권 현황을 분석하여 향후 그 취급 방안을 마련하기 위한 작업을 수행한다. 국제협력 Ad Hoc은 국내 표준기술을 국제 표준규격(IEEE 802.16)과 공조하기 위한 협력방안을 수립하고 실행하는 역할을 수행한다. 또한, 이들 실무반과 Ad Hoc 그룹간의 효율적인 의견조정과 전체일정 등을 총괄 조정하기 위한 조정위원회를 별도로 두어 운영하고 있다.
    무선접속실무반(PG3021)은 여러 차례의 실무반 회의를 거쳐 회원사간의 의견조율을 통하여 2.3 GHz 휴대인터넷의 무선접속에 적합한 주요 방식, 파라미터 및 요구사항 (요구사항 문서는 서비스 및 네트워크 실무반에서 작업)을 결정하고, 이를 만족하는 무선접속 후보기술을 선정하였다. 성능평가를 위한 평가단을 구성하여, 기술평가 기준을 작성, 기준을 만족하는 것으로 제안된 기술들을 베이스라인으로 선정하고, 시뮬레이션 결과 등을 종합하여 잠정규격 초안을 승인하고, 보완 및 총회승인 절차를 따랐다.
    실무반에서는 무선접속 주요 시스템 파라미터 및 필수요구사항을 선정하였으며, 그 기준을 다음과 같이 제시하였다.

    상기 기준을 만족하는 것으로 제안된 2 개의 표준안에 대하여, 제출된 시뮬레이션 결과 등을 바탕으로 평가단 회의를 거쳐 ㈜삼성전자/한국 전자통신연구원에서 제안된 규격을 2004년 3월 표준초안으로 채택하고, 성능향상에 대한 요소기술의 반영을 통하여 2004년 6월 TTA WiBro Phase-I 규격이 총회의 승인을 통하여 확정되었다.
    Phase-I 규격은 상당부분 국내 독자 규격의 성격을 가지고 있었으나, 협소한 국내 시장의 한계를 넘어서 규모의 경제에 따른 효과를 거두고 외국 시장에의 진출을 위해서 그리고 외국 업체에 대한 시장개방의 요구 등을 고려할 때 국제표준화를 만족하여야 할 필요성이 제기되었으며, 2004년 7월 정보통신부의 휴대인터넷 추진일정 및 기술방식 확정 발표에 따라 WiBro 규격이 IEEE 802.16 과 상호 호환성을 유지하여야 하는 것이 가장 중요한 요구사항 중의 하나가 되었다. 따라서, 무선접속실무반에서는 2004년 8월 TTA WiBro Phase-I 규격과 IEEE 802.16 규격과의 공통점 및 차이점을 분석한 Gap Document를 작성하고, 차이가 있는 부분에 대한 IEEE 802.16 표준에의 적극적인 반영을 지원하고, 미 반영된 부분에 대한 Phase-I 규격에의 적절한 반영을 통한 호환성을 제공하는 수정/보완된 TTA WiBro Phase-I Step-I 규격을 2004년 12월 작성/승인하였다. 주된 수정/변경은 IEEE 802.16에서의 mandatory 기능들을 수용하며, 성능개선을 위하여 Phase-I 규격에 반영된 제한요소들을 해소하는 것 등에 해당되었다.
    서비스 및 네트워크실무반에서는 서비스 및 네트워크 요구사항 및 네트워크 참조모델 등을 정의하였다. 서비스 요구사항은 앞에서 기술한 바와 같은 셀의 형태 및 최소 전송속도의 제공, 핸드오버 등의 이동성 제공, 다양한 서비스 클래스에 따른QoS 제공, 인증 및 암호화, 그리고 타 망간의 연동서비스에 대한 요구사항 등이 포함된다. 네트워크 요구사항은 주파수 효율성, 서비스 관점에서의 전송속도 및 핸드오버 지연시간 등이 제시되었다. 단말기 측면의 요구사항으로서는 단말기 전력소모 절약기능 및 멀티캐스트/브로드캐스트 수신 기능 등이 추가로 제시되었다. 제어국 및 코어 네트워크 요구사항으로서는 망관리, IP 기반의 이동성, 과금 관리 기능, 접속제어 기능, 전송제어 기능 등이 제시되었다. 한편, 네트워크 참조모델 및 망 구성 예 등을 제시하였다. 이를 그림 1), 그림 2) 및 표 2)에 보였다.

    PG302 휴대인터넷 프로젝트 그룹에서는 제조업체 및 사업자간 시스템의 호환성을 극대화하고 조속한 상용화의 추진을 지원하기 위하여 2004년 12월 무선접속실무반 내에 WiBro IOT/CT Task Force를 구성하였다. 이에 따라, IOT/CT Task Force는 2005년 1/4분기까지WiBro IOT Profile을 작성완료하고, 2/4분기까지 WiBro IOT/CT 규격을 작성하며, 3/4분기 중으로 수정 및 보완을 완료하여, 2005년 4/4분기사업자 및 TTA를 중심으로 시험규격 작성 및 호환성/적합성 시험이 이루어질 수 있도록 하는 계획으로 추진 중이다. 이에 따라, WiBro IOT Profile이 제안되어 논의되고 있으며, 기본프로파일은 2005년 3월 중으로 확정될 예정이다. 다음은 논의 중인 WiBro 프로파일의 대표적인 항목이다.
    휴대인터넷 프로젝트 그룹에서는 TTA WiBro Phase-II 표준규격 개발을 위하여 요소기술 제안 및 논의를 거쳐 2005년 6월까지 다중안테나 기술 등 성능향상을 위한 제안요소기술들을 포함하는 규격의 개정안을 개발한다는 목표로 표준화 활동을 추진하고 있다. Phase-II 표준화는 Phase-I에 대한 2단계 수정/보완 작업과 병행하여 추진키로 하였으며, 이에 따라 IEEE 802.16 규격과의 공조를 위한 규격의 수정/변경, 기능 및 성능 향상을 위한 규격의 개선 작업이 동시에 이루어지게 될 것이다. 2005년 2월 무선접속실무반 회의를 통하여 FRSS (Fast RAS Switching), Idle Mode, Header 및 Subheader 관련 수정, HARQ 를 위한Normal MAP Extension 의 수정 등과 다중안테나 기술인 AAS, MIMO, 그리고 LDPC 기술 등이 요소기술로서 제안 채택되었다.

    보다 신속한 표준규격 개발을 위하여 실무반 내에 Editing Ad Hoc을 구성하여, 제조업체 및 연구기관을 중심으로 규격 초안 작업을 수행하기로 하였다.

    Ⅳ. 결 론

    WiBro 서비스는 한국에서 세계 최초로 상용화되는 공중 사업자망을 통한 이동무선환경에서의 무선인터넷접속 서비스로서 그 기술적 및 경제적 파급효과가 매우 크다고 할 수 있다. 표준화 관련해서는 완성도 높은 규격의 조기 확정과 프로파일의 통일 및 그에 따른 호환성/적합성을 보장하기 위한 시험 규격의 개발 등이 주요한 해결과제이며, 이에 따르는 장비 및 다양한 형태의 단말기의 개발, 서비스 콘텐츠의 개발, 셀설계에 따르는 문제점의 해결 등 많은 제조업체 및 사업자가 준비해야 할 일 또한 많다고 할 것이다.
    국내외적으로 비상한 관심 속에 WiBro 관련 표준화 및 기술 개발이 추진되고 있고, 성공적인 상용화를 위하여 정부, 연구기관, 학계, 제조업체 및 사업자 모두 최선의 노력을 경주하고 있다. 따뜻한 관심과 격려를 보내주시기를 기대한다

    출처 ripen77님의 블로그 | 장동건
    원본 http://blog.naver.com/ripen77/100018462047

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    posted by Salt n Light


    From Wikipedia, the free encyclopedia

    WiMAX is defined as Worldwide Interoperability for Microwave Access by the WiMAX Forum, formed in June 2001 to promote conformance and interoperability of the IEEE 802.16 standard, officially known as WirelessMAN. The Forum describes WiMAX as "a standards-based technology enabling the delivery of last mile wireless broadband access as an alternative to cable and DSL".



    The bandwidth and reach of WiMAX make it suitable for the following potential applications:

    • Connecting Wi-Fi hotspots with each other and to other parts of the Internet.
    • Providing a wireless alternative to cable and DSL for last mile (last km) broadband access.
    • Providing high-speed mobile data and telecommunications services.
    • Providing a diverse source of Internet connectivity as part of a business continuity plan. That is, if a business has a fixed and a wireless internet connection, especially from unrelated providers, they are unlikely to be affected by the same service outage.
    • Providing Nomadic connectivity.

     Broadband Access

    Many companies are closely examining WiMAX for "last mile" connectivity at high data rates. This could result in lower pricing for both home and business customers as competition lowers prices.

    In areas without pre-existing physical cable or telephone networks, WiMAX may be a viable alternative for broadband access that has been economically unavailable. Prior to WiMAX, many operators have been using proprietary fixed wireless technologies for broadband services.

    WiMAX subscriber units are available in both indoor and outdoor versions from several manufacturers. Self install indoor units are convenient, but the subscriber must be significantly closer to the WiMAX base station than with professionally installed units. As such, indoor installed units require a much higher infrastructure investment as well as operational cost (site lease, backhaul, maintenance) due to the high number of base stations required to cover a given area. Indoor units are comparable in size to a cable modem or DSL modem. Outdoor units allow for the subscriber to be much further away from the WiMAX base station, but usually require professional installation. Outdoor units are roughly the size of a textbook, and their installation is comparable to a residential satellite dish.


    A commonly held misconception is that WiMAX will deliver 70 Mbit/s, over 70 miles (112.6 kilometers). Each of these is true individually, given ideal circumstances, but they are not simultaneously true. In practice this means that in line-of-sight environments you could deliver symmetrical speeds of 10Mbps at 10Km but in urban environments it is more likely that 30% of installations may be non-line-of-sight and therefore users may only receive 10Mbps over 2Km. WiMAX has some similarities to DSL in this respect, where one can either have high bandwidth or long reach, but not both simultaneously. The other feature to consider with WiMAX is that available bandwidth is shared between users in a given radio sector, so if there are many active users in a single sector, each will get reduced bandwidth. However, unlike SDSL where contention is very noticeable at a 5:1 ratio (if you are sharing your connection with a large media firm for example), WiMAX does not have this problem. Typically each cell has a 100Mbps backhaul so there is no contention here. In practice, many users will have a range of 2-, 4-, 6-, 8- or 10Mbps services and the bandwidth can be shared. If the network becomes busy the business model is more like GSM or UMTS than DSL. It is easy to predict capacity requirements as you add customers and additional radio cards can be added on the same sector to increase the capacity.

    Mobile applications

    Some cellular companies are evaluating WiMAX as a means of increasing bandwidth for a variety of data-intensive applications; indeed, Sprint Nextel has announced in mid-2006 that it will be investing about US$ 3 billion in a WiMAX technology buildout over the next few years. [1]

    In line with these possible applications is the technology's ability to serve as a high bandwidth "backhaul" for Internet or cellular phone traffic from remote areas back to an Internet backbone. Although the cost-effectiveness of WiMAX in a remote application will be higher, it is not limited to such applications, and may be an answer to reducing the cost of T1/E1 backhaul as well. Given the limited wired infrastructure in some developing countries, the costs to install a WiMAX station in conjunction with an existing cellular tower or even as a solitary hub are likely to be small in comparison to developing a wired solution. Areas of low population density and flat terrain are particularly suited to WiMAX and its range. For countries that have skipped wired infrastructure as a result of prohibitive costs and unsympathetic geography, WiMAX can enhance wireless infrastructure in an inexpensive, decentralized, deployment-friendly and effective manner.

    Technical info


    WiMAX is a term coined to describe standard, interoperable implementations of IEEE 802.16 wireless networks, in a rather similar way to Wi-Fi being interoperable implementations of the IEEE 802.11 Wireless LAN standard. However, WiMAX is very different from Wi-Fi in the way it works.

    MAC layer

    In Wi-Fi the media access controller (MAC) uses contention access — all subscriber stations that wish to pass data through a wireless access point (AP) are competing for the AP's attention on a random interrupt basis. This can cause subscriber stations distant from the AP to be repeatedly interrupted by closer stations, greatly reducing their throughput. This makes services such as Voice over IP (VoIP) or IPTV, which depend on an essentially constant Quality of Service (QoS) depending on data rate and interruptibility, difficult to maintain for more than a few simultaneous users.

    In contrast, the 802.16 MAC uses a scheduling algorithm for which the subscriber station need compete once (for initial entry into the network). After that it is allocated an access slot by the base station. The time slot can enlarge and contract, but remains assigned to the subscriber station which means that other subscribers cannot use it. The 802.16 scheduling algorithm is stable under overload and over-subscription (unlike 802.11). It can also be more bandwidth efficient. The scheduling algorithm also allows the base station to control QoS parameters by balancing the time-slot assignments among the application needs of the subscriber stations.

    Physical layer

    The original WiMAX standard (IEEE 802.16) specified WiMAX for the 10 to 66 GHz range. 802.16a, updated in 2004 to 802.16-2004 (also known as 802.16d), added specification for the 2 to 11 GHz range. 802.16d (also known as "fixed" or "nomadic" WiMAX) was updated to 802.16e in 2005 (known as "mobile" WiMAX). and uses scalable orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) as opposed to the OFDM version with 256 sub-carriers used in 802.16d. More advanced versions including 802.16e also bring Multiple Antenna Support through Multiple-input multiple-output communications. This brings potential benefits in terms of coverage, self installation, power consumption, frequency re-use and bandwidth efficiency. 802.16e also adds a capability for full mobility support. The WiMAX certification allows vendors with 802.16d products to sell their equipment as WiMAX certified, thus ensuring a level of interoperability with other certified products, as long as they fit the same profile.

    Most interest will probably be in the 802.16d and .16e standards, since the lower frequencies suffer less from inherent signal attenuation and therefore give improved range and in-building penetration. Already today, a number of networks throughout the World are in commercial operation using certified WiMAX equipment compliant with the 802.16d standard.

    Advantages over Wi-Fi

    • The WiMAX specification provides symmetrical bandwidth over many kilometers and range with stronger encryption (3DES or AES) and typically less interference. Wi-Fi is short range (approximately 10's of meters) has WEP or WPA encryption and suffers from interference as in metropolitan areas where there are many users.
    • Wi-Fi Hotspots are typically backhauled over ADSL in most coffee shops therefore Wi-Fi access is typically highly contended and has poor upload speeds between the router and the internet.
    • It provides connectivity between network endpoints without the need for direct line of sight in favourable circumstances. The non-line-of-sight propagation (NLOS) performance requires the .16d or .16e revisions, since the lower frequencies are needed. It relies upon multi-path signals, somewhat in the manner of 802.11n.

    Spectrum Allocations issues

    The 802.16 specification applies across a wide swath of the RF spectrum. However, specification is not the same as permission to use. There is no uniform global licensed spectrum for WiMAX. In the US, the biggest segment available is around 2.5 GHz, and is already assigned, primarily to Sprint Nextel and Clearwire. Elsewhere in the world, the most likely bands used will be around 3.5 GHz, 2.3/2.5 GHz, or 5 GHz, with 2.3/2.5 GHz probably being most important in Asia. In addition, several companies have announced plans to utilize the WiMAX standard in the 1.7/2.1 GHz spectrum band recently auctioned by the FCC, for deployment of "Advanced Wireless Services" (AWS).

    There is some prospect in the United States that some of a 700 MHz band might be made available for WiMAX use, but it is currently assigned to analog TV and awaits the complete rollout of digital TV before it can become available, likely by 2009. In any case, there will be other uses suggested for that spectrum if and when it actually becomes open.

    It seems likely that there will be several variants of 802.16, depending on local regulatory conditions and thus on which spectrum is used, even if everything but the underlying radio frequencies is the same. WiMAX equipment will not, therefore, be as portable as it might have been - perhaps even less so than WiFi, whose assigned channels in unlicensed spectrum vary little from jurisdiction to jurisdiction.

    The actual radio bandwidth of spectrum allocations is also likely to vary. Typical allocations are likely to provide channels of 5 MHz or 7 MHz. In principle the larger the bandwidth allocation of the spectrum, the higher the bandwidth that WiMAX can support for user traffic.



    The current 802.16 standard is IEEE Std 802.16e-2005[2], approved in December 2005. It followed on from IEEE Std 802.16-2004[3], which replaced IEEE Standards 802.16-2001, 802.16c-2002, and 802.16a-2003.

    IEEE Std 802.16-2004 (802.16d) addresses only fixed systems. 802.16e adds mobility components to the standard.

    IEEE 802.16e

    IEEE 802.16e-2005 (formally named, but still best known as, 802.16e or Mobile WiMAX) provides an improvement on the modulation schemes stipulated in the original (fixed) WiMAX standard. It allows for fixed wireless and mobile Non Line of Sight (NLOS) applications primarily by enhancing the OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).

    SOFDMA (Scalable OFDMA) improves upon OFDM256 for NLOS applications by

    On the other hand, 802.16-2004 (fixed WiMAX) offers the benefit of available commercial products and implementations optimized for fixed access. Fixed WiMAX is a popular standard among alternative service providers and operators in developing areas due to its low cost of deployment and advanced performance in a fixed environment. Fixed WiMax is also seen as a potential standard for backhaul of wireless base stations such as cellular, WiFi or even mobile WiMAX.

    SOFDMA and OFDM256 are not compatible so most equipment will have to be replaced. However, some manufacturers are planning to provide a migration path for older equipment to SOFDMA compatibility which would ease the transition for those networks which have already made the OFDM256 investment. This affects a relatively small number users and operators.


    Similar to IEEE 802.16 is the European (ETSI) standard HIPERMAN. WiMAX and HIPERMAN are partially based on same IEEE standards.


    South Korea's electronics and telecommunication industry spearheaded by Samsung Electronics and ETRI has developed its own standard, WiBro. In late 2004, Intel and LG Electronics have agreed on interoperability between WiBro and WiMAX.

    WiBro has South Korean government support with the requirement for each carrier to spend over US$1 billion for deployments. The Koreans sought to develop WiBro as a regional and potentially international alternative to 3.5G or 4G cellular systems. But given the lack of momentum as a standard, WiBro has joined WiMAX and agreed to harmonize with the similar OFDMA 802.16e version of the standard. What makes WiBro roll-outs a good 'test case' for the overall WiMAX effort is that it is mobile, well thought out for delivery of wireless broadband services, and the fact that the deployment is taking place in a highly sophisticated, broadband-saturated market. WiBro will go up against 3G and very high bandwidth wire-line services rather than as gap-filler or rural under-served market deployments as is often exampled as the 'best fit' markets for WiMAX.



    WiMAX Forum

    WiMAX Forum logo

    The WiMAX Forum is the organization dedicated to certifying the interoperability of WiMAX products. Those that pass conformance and interoperability testing achieve the "WiMAX Forum Certified" designation and can display this mark on their products and marketing materials. Some vendors claim that their equipment is "WiMAX-ready", "WiMAX-compliant", or "pre-WiMAX", if they are not officially WiMAX Forum Certified. [1]

    WiMAX Spectrum Owners Alliance - WiSOA

    WiSOA logo

    WiSOA is the first global organization composed exclusively of owners of WiMAX spectrum. WiSOA is focussed on the regulation, commercialisation, and deployment of WiMAX spectrum in the 2.3–2.5 GHz and the 3.4–3.5 GHz ranges. WiSOA are dedicated to educating and informing its members, industry representatives and government regulators of the importance of WiMAX spectrum, its use, and the potential for WiMAX to revolutionise broadband.[2]

    Competing technologies

    Within the marketplace, WiMAX's main competition comes from widely deployed wireless systems with overlapping functionality such as UMTS and CDMA2000, as well as a number of Internet oriented systems such as HIPERMAN and WiBro.

    3G and 4G Cellular Phone Systems

    Both of the two major 3G systems, CDMA2000 and UMTS, compete with WiMAX. Both offer DSL-class Internet access in addition to phone service. UMTS has also been enhanced to compete directly with WiMAX in the form of UMTS-TDD, which can use WiMAX oriented spectrum and provides a more consistent, if lower bandwidth at peak, user experience than WiMAX.

    3G cellular phone systems usually benefit from already having entrenched infrastructure, being upgrades from earlier systems. Users can usually fall back to older systems when they move out of range of upgraded equipment, often relatively seamlessly.

    The major cellular standards are being evolved to so-called 4G, high bandwidth, low latency, all-IP networks with voice services built on top. With GSM/UMTS, the move to 4G is the 3GPP Long Term Evolution effort. For AMPS/TIA derived standards such as CDMA2000, a replacement called Ultra Mobile Broadband is under development. In both cases, existing air interfaces are being discarded, in favour of OFDMA for the downlink and a variety of OFDM based solutions for the uplink. These will bring Internet access speeds comparable to, or better than, WiMAX.

    In some areas of the world the wide availability of UMTS and a general desire for standardization has meant spectrum has not been allocated for WiMAX: in July 2005, the EU-wide frequency allocation for WiMAX was blocked. In September 2006, frequency bidding in Malaysia was stopped and any allocation of WiMAX has been suspended indefinitely.

    Internet Oriented Systems

    Early WMAN standards, the European standard HIPERMAN and Korean standard WiBro have been harmonized as part of WiMAX and are no longer seen as competition but as complementary. All networks now being deployed in South Korea, the home of the Wibro standard, are now WiMAX.

    As a short-range mobile internet solution, such as in cafes and at transportation hubs like airports, the popular WiFi 802.11g system is widely deployed, and provides enough coverage for some users to feel subscription to a WiMAX service is unnecessary.


     v  d  e 
    Comparison of Mobile Internet Access methods
    Standard Family Primary Use Radio Tech Downlink (Mbps) Uplink (Mbps) Notes
    802.16e WiMAX Mobile Internet MIMO-SOFDMA 70 70 Quoted speeds only achievable at very short ranges, more practically 10 Mbps at 10 km.
    HIPERMAN HIPERMAN Mobile Internet OFDM 56.9 56.9
    WiBro WiBro Mobile Internet OFDMA 50 50 Mobile range (900 m)
    iBurst iBurst 802.20 Mobile Internet HC-SDMA 64 64 3-12 km
    UMTS/3GSM Mobile phone CDMA/FDD .384
    HSDPA widely deployed. Typical downlink rates today 1-2Mbps, ~200kbps uplink; future downlink up to 28.8Mbps.
    UMTS-TDD UMTS/3GSM Mobile Internet CDMA/TDD 16 16 Reported speeds according to IPWireless using 16QAM modulation similar to HSDPA+HSUPA
    LTE UMTS UMTS/4GSM General 4G OFDMA/MIMO/SC-FDMA (HSOPA) >100 >50 Still in development
    1xRTT CDMA2000 Mobile phone CDMA 0.144 0.144 Obsoleted by EV-DO
    EV-DO 1x Rev. 0
    EV-DO 1x Rev.A
    EV-DO Rev.B
    CDMA2000 Mobile Internet CDMA/FDD 2.45
    Rev B note: N is the number of 1.25 MHz chunks of spectrum used. Not yet deployed.

    Notes: All speeds are theoretical maximums and will vary by a number of factors, including the use of external antennae, distance from the tower and the ground speed (i.e. communications on a train may be poorer than when standing still.) Usually the bandwidth is shared between several terminals. The performance of each technology is determined by a number of constraints, including the spectral efficiency of the technology, the cell sizes used, and the amount of spectrum available. For more information, see Comparison of wireless data standards.

    Future developments and IEEE 802.20

    MBWA is a technology developed by IEEE 802.20. It is the future technology standard for true wireless broadband or 4G and so far iBurst is the only pre-selected solution with over a dozen commercial deployments worldwide. IEEE 802,20 was established by IEEE as MBWA, Mobile Broadband Wireless Access for operation from 120 to 350 kph. The PAR was not for a broad mobile application. Since conception, the standard has been re-purposed as filling general requirements for NGMN. In so doing, 802.20 standard has taken on many of the methods of mobile WiMAX, including dynamic modulation up to 64 QAM and similar scalable OFDMA capabilities. It apparently retains fast hand-off, FEC and cell edge enhancements. But 802.20 is being shunned by ETSI 3GPP LTE, major network operators in North America and EU, and is unlikely to become broadly accepted. Compared to mobile WiMAX, the momentum has stalled. Mainstream of development efforts for both WiMAX and LTE have shifted to MIMO-AAS-OFDMA and SC-OFDM for LTE on the up-link.

    The IEEE 802.20 working group resumed activity on 1 October 2006 after complaints by Intel (a supporter of the competing 802.16e standard) about approval procedure that has the backing of Kyocera and Qualcomm, the US cellular communications giant that acquired 802.20 developer Flarion Technologies in January. This followed questions of whether panel participants had disclosed their affiliations in a proper manner.http://grouper.ieee.org/groups/802/mbwa/email/pdf00015.pdf. The standard is expected to be finalized in Q1 2007. Attendance at the recent plenary session just met minimum requirements and the meeting was concluded one day earlier than scheduled.

    Current Deployment


    (Country by Country List)

    The WiMAX Forum now lists over 170 WiMAX trials and deployments. Current and planned deployments and the bands in which they operate and the standards they use are listed in above article.

    See also




    1. ^ WiMAX Forum — Frequently Asked Questions
    2. ^ WiSOA



    • L. Nuaymi: WiMAX, Technology for Broadband Wireless Access, Wiley, january 2007, ISBN 9780470028087
    • M. Sauter: Communication Systems for the Mobile Information Society, John Wiley, September 2006, ISBN 0-470-02676-6

    External links


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    2004년 5월

    1. 서론


    최근 광대역 액세스 분야에서는 IEEE 802.16 ETSI HIPERMAN/HIPERACCESS 표준에 기반한 광대역 무선 액세스(Broadband Wireless Access: BWA)가 세인들의 주목을 받고 있다. BWA 사업자들은 수년 전 LMDS(Local Multipoint Distribution Service)/MMDS(Multichannel Multipoint Distribution Service) 솔루션으로 시장의 문을 두드린 바 있지만, 수익성 있는 비즈니스 모델을 발굴하지 못해 대부분의 사업자들이 실패를 경험한 바 있다. BWA 관련 업체들은 BWA 사업 실패의 원인들 가운데 하나로 단일 표준 부재 및 규모의 경제 미확보를 지적했으며, BWA 산업 활성화를 위해 2001 Nokia, Ensemble Communications, OFDM 포럼 등이 중심이 되어 산업 촉진 단체인 WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 포럼이 창설되었다. 2003년에는 세계 최대의 반도체 업체인 Intel WiMax 포럼에 가세하면서, BWA 산업에 등을 돌렸던 많은 사람들이 다시 동 산업의 향방에 관심을 기울이게 되었다.


    본 고에서는 최근 국내에서도 휴대 인터넷 표준 및 서비스와 관련하여 관심을 모으고 있는 IEEE 802.16 표준을 중심으로 기술 개요를 간략하게 설명하고, WiMax 솔루션을 이용한 앞으로의 사업 전개 방향과 관련 업체들의 동향을 소개하고자 한다.

    2. IEEE 802.16 WiMax 개요

    최근까지도 BWA는 실패한 기술 및 비즈니스로 인식되어 왔다. WLL/LMDS/MMDS 등의 기존 BWA 솔루션들은 기술의 미성숙, 표준의 부재, 규모의 경제 미확보, 수익성 있는 비즈니스 모델의 부재 등의 이유로 DSL케이블 모뎀 등 경쟁 솔루션에 비해 망 구축 비용이 높았으며, 이로 인해 전화/케이블 사업자들은 자연스럽게 무선보다는 기존 유선 인프라를 적극 활용하는 DSL과 케이블 모뎀에 집중 투자하게 되었다. 결국 BWA는 당초 커다란 기대와는 달리, 지리적/경제적 이유로 광 케이블/전화 동선/동축 케이블 등 유선망이 도달하지 못하는 서비스 음영 지역용 틈새 시장 솔루션으로 전락하고 말았다.

    과거 LMDS/MMDS 사업 실패를 교훈 삼아, 관련 업체들이 산업 활성화 처방으로 제시한 것은 기술의 표준화, 호환성 보장, 그리고 이를 통한 규모의 경제 확보였다. 업체들은 일단 망 구축 비용을 DSL케이블 모뎀 수준으로 끌어내려 가격 경쟁력을 확보해야만 생존이 가능하다고 판단했다. 이를 위해 BWA 업체들은 무선 LAN을 대중화시키는데 결정적인 공헌을 했던 Wi-Fi Alliance 모델을 벤치마킹하기로 하고, 2001년 산업 촉진 및 BWA 제품 호환 인증 단체인 WiMax 포럼을 출범시켰다. 2004 4월 현재 WiMax 포럼 회원사는 총 97개 업체이며, 주요 반도체 및 장비 업체로는 Intel, Fujitsu Microelectronics, Wavesat, Alvarion, Alcatel, Siemens, Redline Communications, Atheros Communications, Proxim, Nortel 등이 있다.

    WiMax 1999년부터 표준화 작업이 진행되고 있는 IEEE 802.16 표준에 기반을 두고 있다. IEEE 802.16 표준은 지역간 장비 호환성 문제로 보급이 지연되었던 IEEE 802.11a 무선 LAN과 달리 처음부터 유럽 ETSI 표준과의 호환성을 염두에 두고 디자인되어 전세계적인 무선 MAN 표준으로 인정받고 있다. IEEE 802.16 표준은 LOS(Line-of-Sight)가 반드시 확보되어야 하는 802.16, 11GHz 이하의 저주파수를 사용하여 LOS가 필요 없는 802.16a, 그리고 제한된 이동성 및 로밍 기능이 추가된 802.16e로 크게 구분할 수 있는데, 802.16e 2005 2/4 분기 경에 완성될 것으로 예상된다(< 1> 참조).

    802.16a는 최대 50km 거리에서 75Mbps를 전송할 수 있다고 하지만, 최대 전송 거리와 전송 속도는 동시에 달성되기 힘들 것이며, 도심 지역에서 실제 전송 거리는 8~10km 내외가 될 것으로 보인다. 802.16e의 경우 전송 속도 15Mbps, 전송 거리 3~5km를 목표로 하고 있지만, 이 역시 실제 스루풋 및 전송 거리와는 상당한 거리가 있을 것이다.

    한편, IEEE 802.20에서는 802.16e와 마찬가지로 모바일 무선 광대역 표준을 개발하고 있는데, ArrayComm, Flarion Technologies, IPWireless 등의 업체들이 표준화를 주도하고 있다. 802.16은 고정 방식의 경우 최대 50km/75Mbps, 이동 방식의 경우 5km/15Mbps에 저속 차량 이동성을 지원하므로 DSL/케이블 모뎀/WiFi 서비스와 경쟁한다고 볼 수 있으며, 802.20 250km의 고속 이동 속도에서 1Mbps 정도의 대역폭 제공을 목표로 하므로 셀룰러 기술과 경쟁 관계에 있다. 그러나 현재 802.20은 각 업체들간의 이해 관계가 첨예하게 대립하고 있어 조기 표준화는 요원한 상태이며, Nextel을 제외하고는 메이저 장비/서비스 업체들이 아직 관심을 가지지 않고 있어 동 표준의 상업적 성공 여부는 현재 가늠하기 어려운 상황이다.

    따라서 중단기적으로 무선 광대역 시장은 802.16을 중심으로 성장할 것으로 보인다. 시장조사회사인 Visant Strategies802.16/WiMax 장비 시장이 2008 10억 달러 규모까지 성장할 것으로 전망하고 있다. WiMax의 가장 매력적인 시장은 유선 인프라 커버리지가 넓지 못한 중국/인도 등이다. 특히 중국은 최근 광대역 접속 서비스 가입자 수가 폭발적으로 증가하고 있어, 서비스 음영 지역을 위한 솔루션으로 802.16에 큰 관심을 가지고 있다.

    3. WiMax 서비스 전개 방향

    WiMax 서비스의 전개 방향은 WiMax Backhaul, WiMax Access, WiMax Mobile 등 크게 3 가지 경우로 나누어 생각해 볼 수 있다.

    첫째, 현재 WiFi 핫스팟 서비스를 제공하는 WISP(Wireless Internet Service Provider) 또는 통신 사업자들에게 보다 저렴한 무선 백홀 서비스를 제공하는 WiMax Backhaul 서비스가 가장 먼저 상업적으로 구현될 가능성이 높다. 현재 대부분의 WISP들은 DSL 또는 T1/E1 서비스를 이용해 WiFi 백홀을 구현하고 있는데, WiMax가 도입될 경우 장비 설치비 및 운영 비용을 대폭 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 솔루션은 WiMax 칩셋이 개발되어 보급되기 시작하는 2005년 상반기부터 제일 먼저 상업적으로 구현될 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 동 애플리케이션 성장은 핫스팟 서비스 성장에 따라 좌우된다는 단점이 있다.

    둘째, 기업 및 가정 고객들에게 고정(fixed) 무선 광대역 액세스 서비스를 제공하는 WiMax Access 서비스를 생각해 볼 수 있다. WiMax Access의 경우, 전문 설치 요원의 도움이 필요한 옥외형 안테나 솔루션은 상업적으로 2005년 말이나 2006년 초쯤 도입될 것으로 예상되며, 자가 설치가 가능한 옥내형 안테나 솔루션은 2007년 이후에나 이용 가능할 것으로 예상된다. 서비스가 mass-market으로 진입하기 위해서는 옥내형 非LOS 솔루션이 반드시 필요하다.

    현재 BWA 서비스 사업자들이 주력하고 있는 시장은 대부분 DSL 또는 케이블 모뎀이 서비스되지 않는 틈새 시장인데, 이는 아직까지 BWA 솔루션이 DSL이나 케이블 모뎀과 경쟁할만한 뚜렷한 비즈니스 모델 및 원가절감 요인을 제시하고 있지 못하기 때문이다. 그러나 이러한 틈새 시장도 최근 전화사업자/케이블사업자들의 적극적인 서비스 커버리지 확장 노력에 힘입어 규모가 점차 줄어들고 있다. 2003년 말 서유럽 지역에서 DSL 서비스 커버리지는 83%에 이르고 있으며, 미국에서 케이블 모뎀 서비스 커버리지도 85%를 넘고 있다. 따라서 WiMax가 앞으로 시장에서 생존하기 위해서는 DSL/케이블 모뎀의 확실한 경쟁 기술로 자리매김할 수 있는 명백한 가치를 통신 사업자와 소비자들에게 제시할 수 있어야 할 것이다.

    WiMax는 분명 유선 통신 인프라가 존재하지 않는 서비스 지역을 커버하는데 있어 가장 비용 효과적인 솔루션이다. WiMax의 기지국 당 설치 비용은 약 2만 달러, 고객 1명 당 설치 비용은 350달러 정도가 예상되어, 기업들은 기존 T1/E1 서비스 가격의 10% 정도에 동일한 서비스를 이용할 수 있을 것이다. DSL/케이블모뎀/T1 서비스가 제공되지 않는 서비스 음영 지역에서는 WiMax가 분명한 장점을 가지고 있지만, 이미 DSL/케이블모뎀 서비스가 제공되는 주요 도심 지역에서는 원가를 비슷한 수준으로 낮추지 않는 한 경쟁하기는 쉽지 않을 것이다.

    만약 WiMax Access가 이동 통신 사업자들에 의해 구현된다면, 기존 기지국 장비들을 활용하여 신규 투자를 최소화할 수 있으며, 유선 통신 사업자들의 DSL/케이블모뎀 서비스와 직접적으로 경쟁할 수 있게 할 것이다. 반면, WiMax Access가 유선 통신 사업자들에 의해 구현된다면, 전송 거리가 길어 원가 측면에서 매력도가 없는 시골 등 서비스 음영 지역에 서비스를 제공하는 보조 수단으로 사용되거나, 이미 널리 구현되고 있는 WiFi 서비스를 대체 또는 보완하는 차세대 WiFi 서비스로 진화하게 될 것이다.

    셋째, WiMax는 이동성이 향상된 802.16e 표준을 기반으로 현재 WiFi 핫스팟 서비스를 대체하여 차세대 WiFi 서비스로 자리매김할 수 있다. 그러나 저속 이동성만 제공하므로 셀룰러 기술과는 경쟁하지 않는다. Intel 은 앞으로 자사의 Centrino 칩셋에 WiMax 기능을 탑재하여 차세대 Centrino로 개발할 계획이며, 2006년 말 제품 출시를 목표로 하고 있다.

    그러나 이러한 비전을 실현하기 위해서는 여러 기술적 문제점들이 산적해 있다. WiMax 장비는 현재 피자박스 정도로 비교적 크고 옥외 안테나 설치를 필요로 하며 전력 소모량이 많아 WiFi처럼 노트북에 들어갈 정도로 작게 만들기가 쉽지 않다. WiMax 초기에는 외부 전원 공급을 필요로 하는 외장형 안테나가 필요할 것이며, 갖고 다닐 수 있는 노트북/PDA/휴대폰 등의 휴대형 단말기에 적용되려면 적어도 2007년 이후에나 가능할 것이다. 또한 한정된 단말 배터리 용량을 고려해 저전력 설계는 필수적이며, 전송 출력의 경우 사용자의 전자기파 노출을 최소화해야 한다는 점도 고려하지 않으면 안된다.

    기술적인 문제 외에도 고려할 요인들은 많다. 우선 WiMax는 적어도 WiFi와 비슷한 수준의 가격으로 시장에 제공되어야 한다. WiMaxWiFi보다 커버리지 측면에서 장점이 있다 하더라도 가격이 비싸면 시장은 쉽게 형성되지 않을 것이다. 가격을 낮추기 위해서는 규모의 경제를 확보해야 하는데, Intel Centrino 모바일 칩셋에 WiMax를 포함시키기로 하였으므로 이러한 우려는 어느 정도 해소될 수 있을 것으로 보인다.

    4. 관련 업체 동향

    현재 Intel, Fujitsu Microelectronics, Wavesat 등이 WiMax 호환 반도체를 개발하고 있다.

    자세한 내용은 여전히 밝혀지지 않았지만, Intel WiMax 칩을 2004년 하반기에, WiMax가 포함된 Centrino 칩은 2006년 말에 각각 출시한다는 계획이다. 최근 Intel Alcatel과 표준화/제품개발/마케팅 등에서 함께 협력하기로 하였으며, Siemens와도 장비 개발에 있어 협력하고 있다. WiMax의 인지도/시장 요구가 높아질수록, Intel의 입지는 점점 커질 전망이다.

    Fujitsu Microelectronics는 캐나다 통신 장비 업체인 Wi-LAN과 공동으로 WiMax SoC를 개발하고 있으며, WiMax 포럼이 2004년 말 제품 인증 테스트를 시작할 경우 가장 먼저 제품 인증을 받을 것으로 예상된다. WiMax SoC ARM9 CPU ARCTangent 코프로세서를 도입하고 있으며, 상업적으로 256 OFDM 기술을 구현한 최초의 사례로 인정받고 있다.

    또 다른 WiMax 반도체 업체인 Wavesat Atmel 솔루션을 활용하여 DM256칩을 2004 2/4분기에 출시할 계획이며, 최근 중국 통신 장비 업체인 ZTE, CESEC 등과 반도체 공급과 관련한 협력 관계를 체결하였다.

    장비 분야에서는 Alvarion WiMax 제품 상용화에 가장 발빠른 움직임을 보이고 있으며, Redline, Proxim, Aperto, Siemens, Alcatel 등이 반도체 업체들과 함께 기지국/가입자 장비를 개발하고 있다.

    5. 산업 활성화를 위한 제언

    2004 5 WiMax 포럼 초기 멤버였던 Nokia는 돌연 WiMax 포럼을 탈퇴했다. 탈퇴 이유에 대해서 Nokia로서는 802.16 기술의 잠재적 중요성이나 미래 가치가 낮을 것이라고 판단했기 때문이라는 해석이 지배적이다. Nokia WiMax 포럼 탈퇴로, 시장에서는 WiMax 전망에 대한 회의론이 일기 시작했다. Intel과 같은 대형 업체가 강력하게 지원하고 있음에도 불구하고 WiMax의 전망에 대해 긍정적인 평가를 시원스럽게 내릴 수 없는 이유는 시장의 잠재력이 그다지 높지 않을 것으로 예상되기 때문이다. 고정 무선에서는 DSL/케이블모뎀 서비스와 직접 경쟁하기 어려울 것이고, 이동 무선에서는 저렴한 WiFi, 이동성이 뛰어난 802.20, 그리고 보다 향상된 셀룰러 무선 인터넷과 경쟁해야 한다.

    따라서 동 산업의 향방은 어떤 통신 사업자들이 WiMax에 관심을 가지고 얼마나 투자하느냐, 그리고 얼마나 서비스가 활성화되느냐에 달려 있다고 볼 수 있다. 만약 북미, 유럽, 아시아 등의 주요 전화사업자들이 WiMax를 외면한다면 BWA는 또 다시 일부 WISP들이 지원하는 틈새 시장용 솔루션으로 남아있을 수 밖에 없을 것이다.

    따라서 WiMax가 주요 통신 사업자들의 관심을 끌기 위해서는 반도체/장비 업체들은 빠른 표준화, 제품 상용화, 규모의 경제 확보를 통해 통신 원가 측면에서 핸디캡을 없애야 할 것이며, 서비스 사업자들은 적절한 표적 시장을 설정하여 WiMax가 가져다 줄 수 있는 소비자 효용 및 가치 향상을 중심으로 적극적인 마케팅 및 인지도 전략을 전개해야 할 것이다.


    Copyright (c) 2004 by 김용균(http://blog.naver.com/metalgear2.do)

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    Nortel trials collaborative MIMO

    Oct 25, 2006 5:50 PM, By Kevin Fitchard

    Already one of the biggest proponents for multiple smart antennas in the WiMAX kit, Nortel Networks is adding a new facet to its Multiple Input/Multiple Output (MIMO) technology. It’s developed what it calls uplink collaborative MIMO, which can send multiple streams of information from different users over the exact same frequencies.

    Normal’s MIMO is focused on adding capacity to individual users on a dense urban network, using multiple antennas on a single device to send either two signals over the same frequencies to the cell site. Those dual signals can be contain either the same information, creating a resilient and redundant connection, or different information, doubling the capacity sent over any given channel. But Nortel’s collaborative technique is following the latter approach, but instead of sending those dual signals from the same device, it allows two separate devices to transmit different signals over the same frequency simultaneously, allowing the base station to support double the amount of customers on the same spectrum.

    “Some carriers are more interested in the number of subscribers they can support with MIMO than they are in bandwidth to the individual subscriber,” said Bruce Gustafson, director of WiMAX marketing for Nortel. “We’ve done some fancy footwork and doubled the amount of subscribers supported.”

    Nortel recently conducted tests of the new technology in its labs in Ottawa and is looking to commercialize the technology in future WiMAX releases. Nortel unveiled its MIMO base station earlier this month at WiMAX World, claiming it is the only carrier to have a system fully ready for the WiMAX Forum’s second wave of certification next year.

    FROM: http://telephonyonline.com/wireless/technology/nortel_collaborative_mimo_102506/

    posted by Salt n Light

    In two previous blog entries I focused on the limited uplink power of mobile stations and how WiMAX, UMTS/HSDPA and LTE overcome this hurdle by allowing several mobiles to transmit simultaneously. In the future, however, limited transmission power might not be the only limitation.

    WiMAX and LTE will probably both use a technology called MIMO (Multiple Input / Multiple Output) which makes use of multiple antennas at both the transmitter and the receiver to transmit independent data streams on the same frequency via different directions. Especially small hand held devices, however, might not be equipped with several antennas due to their small size or due to the additional cost incurred. Thus, they can not make use of MIMO. This reduces both their own speed as well as the overall speed of the network.

    The solution to this problem is called "uplink collaborative MIMO" or multi user MIMO (MU-MIMO). Here, the network can instruct, for example, two mobiles to transmit simultaneously, each on an independent MIMO path. Even though both signals are sent on the same frequency, a MIMO capable base station will still be able to pick up the signals independently from each other if the main energy of each signal arrives from a different direction. This in effect creates a MIMO channel, just that the two or more antennas do not belong to one terminal but to several. Interesting approach!

    From what I can read in the press, only Nortel has so far picked up on this and has stated that it will implement collaborative MIMO in the uplink direction for both WiMAX (here and here) and LTE (here).

    posted by Salt n Light
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