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5G 이동통신을 위한 무선접속 기술 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.31 no.12, 2014년, pp.106 - 112  

강길모 (숭실대학교) ,  김현민 (숭실대학교) ,  신오순 (숭실대학교)

초록
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본 고에서는 차세대 5G 이동통신 무선접속 후보 기술에 대해 살펴본다. 4G 이동통신 기술은 OFDM 전송 기술의 적용으로 인해 데이터 전송률 향상 및 서비스 다양화 등의 측면에서 큰 성능 향상을 이루었다. 하지만 4G에 비해서도 월등히 향상된 성능을 추구하는 5G 이동통신 구현을 위해서는 근본적으로 주파수 효율성 향상이 필요하다. 본 논문에서는 주파수 효율성 향상을 위한 연구 중 하나로서 새로운 무선접속(Air Interface) 기술에 대한 최근 연구 동향을 살펴보고 후보 기술들이 OFDM 기술을 비롯한 다른 방식들에 대해 갖는 장단점을 분석한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • <그림 4>는 FBMC에서 주파수 효율을 증가시키기 위한 목적으로 OQAM (Offset QAM) 변조 방식을 적용한 SMT (Staggered Multitone) 방식 블록도를 보여준다[12]. SMT 방식은 QAM의 허수 성분을 지연 시켜 인위적인 위상 차를 생성하여 전송 효율을 향상시킨다.
  • 본 논문에서는 5G 이동통신을 위한 무선접속 기술로 연구가 진행 중인 FBMC, UFMC, GFDM, BFDM 기술의 구조 및 특성을 살펴보고 기존 OFDM 기술과의 차이점에 대해서 설명하였다. 아직 5G 이동통신이 어떤 기술을 채택하여 어떤 방향으로 구성될 지에 대한 논의의 초기 단계에 있으며 국가별 주도권 경쟁이 한창 진행 중이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
OFDM 전송 기술은 어디에서 사용되는가? OFDM 전송 기술은 유선/무선 통신에서 많은 연구가 이루어 졌으며 LTE, Wi-Fi, DMB/DVB 등 방송 및 통신 분야에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다[4]. OFDM은 부반송파(Subcarrier) 간 직교성을 유지하며 IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT (Fast Fourier Transform)를 이용하여 낮은 복잡도로 구현할 수 있는 장점이 있다.
OFDM의 다중 사용자 접속 방식의 문제점은? 하지만 다중 사용자 접속 방식에 있어서는 많은 문제점이 존재한다. 대표적으로 OFDM 기반의 다중사용자 접속 기술인 OFDMA 방식은 사용자 간의 ICI (Inter-Carrier Interference) 발생을 방지하기 위해 수신단에서 신호의 완벽한 동기를 필요로 한다[6]. 하지만 상향링크의 경우 각 사용자는 서로 다른 위치에 있으며 송신신호의 전파 시간 또한 서로 다르기 때문에 완벽한 동기화를 획득하기 어렵다[7]. 매 심볼마다 CP (Cyclic Prefix)를 붙임으로써 동기화 문제를 해결할 수 있지만 이로 인한 전송률 손실 문제가 발생한다. 또한 OFDM 신호의 Sidelobe 누수 전력은 인지 라디오(Cognitive Radio) 시스템에서 매우 심각한 문제가 된다[8].
5G 이동통신의 목표는? 5G 이동통신은 4G에 비해 최대 1,000배의 전송속도 실현을 목표로 하고 있다. 4G 이동통신 시스템의 근간을 이루는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 물리 계층 전송 기술은 부반송파 간의 직교성을 이용하여 주파수 자원의 효율을 높임과 동시에 고속 전송을 구현하였음에도 불구하고 많은 양의 Sidelobe에 의한 누수전력 소모로 인해 최대의 주파수 효율을 얻을 수 없다.
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참고문헌 (25)

  1. ITU-R, "Recommendation ITU-R M.1645: Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000," June 2003. 

  2. ITU-R WP5D, "Working document toward preliminary draft new recommendation ITU-R M.[IMT.VISION]: IMT Vision - Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond," June 2014. 

  3. Network Technology R&D Center, "SK Telecom's view on 5G vision, architecture, technology, and spectrum," SK Telecom, Oct. 2014. 

  4. R. V. Nee and R. Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communications. Boston, MA: Artech House, 2000. 

  5. Y. Li and G. L. Stuber Eds., Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wireless Communications. New York, NY: Springer-Verlag, 2006. 

  6. IEEE, "Air interface for fixed and mobile broadband wireless access systems," IEEE Standard 802.16e, 2005. 

  7. M. Morelli, C.-C. J. Kuo, and M.-O. Pun, "Synchronization techniques for orthogonal frequency division multiple access (OFDMA): A tutorial review," Proc. IEEE, vol. 95, no. 7, pp. 1394-1427, July 2007. 

  8. B. Farhang-Boroujeny and R. Kempter, "Multicarrier communication techniques for spectrum sensing and communication in cognitive radios," IEEE Commun. Mag., vol. 46, no 4, pp. 80-85, Apr. 2008. 

    상세보기

  9. T. A. Weiss and F. K. Jondral, "Spectrum pooling: An innovative strategy for the enhancement of spectrum efficiency," IEEE Commun. Mag., vol. 42, no. 3, pp. S8-14, Mar. 2004. 

  10. S. Pagadarai, R. Rajbanshi, A. M. Wyglinski, and G. J. Minden, "Sidelobe suppression for OFDM-based cognitive radios using constellation expansion," in Proc. IEEE Wireless Commun. & Networking Conf. 2008 (WCNC 2008), Mar.-Apr. 2008, pp. 888-893. 

  11. S. Weinstein and P. Ebert, "Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete Fourier transform," IEEE Trans. Commun. Tech., vol. 19, no. 5, pp. 628-634, Oct. 1971. 

    상세보기 crossref

  12. B. R. Saltzberg, "Performance of an efficient parallel data transmission system," IEEE Trans. Commun. Tech., vol. 15, no. 6, pp. 805-811, Dec. 1967. 

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  13. L. Lin and B. Farhang-Boroujeny, "Cosine modulated multitone for very high-speed digital subscriber lines," EURASIP J. Appl. Signal Process., 2006, Article ID 19329. 

  14. B. Farhang-Boroujeny, "OFDM versus filter bank multicarrier" IEEE Signal Process. Mag., pp. 92-112, May 2011. 

  15. H. Zhang, N. B. Mehta, A. F. Molisch, J. Zhang, and H. Dai," Asynchronous interference mitigation in cooperative base station systems," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 7, no. 1 pp. 155-165, Jan. 2008. 

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  16. V. Kotzsch and G. Fettweis, "Interference analysis in time and frequency asynchronous network MIMO OFDM systems," in Proc. IEEE Wireless Commun. & Networking Conf. 2010 (WCNC 2010), Sydney, Australia, Apr. 2010, pp. 1-6. 

  17. P. Marsch and G. P. Fettweis, Coordinated Multi-Point in Mobile Communications: From Theory to Practice. Cambridge Univ. Press, 2011. 

  18. S. M. Alamouti, "A simple transmit diversity technique for wireless communications," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 16, no.8 pp. 1451-1458, Aug. 1998. 

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  19. V. Vakilian, T. Wild, F. Schaich, S. ten-Brink, and J.-F. Frigon, "Universal-filtered multi-carrier technique for wireless systems beyond LTE," in Proc. Inter. Workshop Broadband Wireless Access 2013 (BWA 2013), Atlanta, GA, USA, Dec. 2013. 

  20. N. Michailow, I. Gaspar, S. Krone, M. Lentmaier, and G. Fettweis, "Generalized frequency division multiplexing: Analysis of an alternative multi-carrier technique for next generation cellular systems," In Proc. Inter. Symp. Wireless Commun. Systems 2012 (ISWCS 2012), Paris, France, Aug. 2012, pp. 171-175. 

  21. G. Fettweis, M. Krondorf, and S. Bittner, "GFDM - Generalized frequency division multiplexing," in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. 2009 Spring (VTC 2009 Spring), Barcelona, Spain, Apr. 2009. 

  22. N. Michailow, S. Krone, M. Lentmaier, and G. Fettweis, "Bit error rate performance of generalized frequency division multiplexing," in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. 2012 Fall (VTC 2012 Fall), Quebec City, Canada, Sept. 2012. 

  23. W. Kozek and A. Molisch, "Nonorthogonal pulse shapes for multicarrier communications in doubly dispersive channels," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 16, no. 8, pp. 1579-1589, Oct. 1998. 

    상세보기 crossref

  24. D. Schafhuber, G. Matz, and F. Hlawatsch, " Pulse-shapingOFDM/BFDMsystemsfortime-varying channels: ISI/ICI analysis, optimal pulse design, and efficient implementation," in Proc. IEEE Inter. Symp. Personal, Indoor & Mobile Radio Commun. 2012 (PIMRC 2012), Sydney, Australia, Sept. 2012, pp. 1012-1016. 

  25. M. Kasparick, G. Wunder, P. Jung, and D. Maryopi, "Bi-orthogonal waveforms for 5G random access with short message support," in Proc European Wireless Conf. 2014, Barcelona, Spain, May 2014, pp. 1-6. 

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