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[국내논문] LTE-Advanced 이동통신망 Fronthaul 구간을 위한 Radio over Fiber 시스템의 필요 전송용량 및 요구사항 분석
Required Specification Analysis of Radio over Fiber system for LTE-Advanced Fronthaul link 원문보기 논문타임라인

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.8, 2014년, pp.915 - 919  

김성만 (경성대학교 전자공학과)

초록
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전 세계적으로 스마트폰이 널리 보급되고 있으며, 이에 따라 이동통신망에서 데이터 통신의 수요가 폭증하고 있다. 이를 수용하기 위하여 전 세계적으로 LTE-Advanced와 같은 차세대 이동통신 서비스가 보급되고 있다. 이러한 LTE-Advanced 기지국을 구현함에 있어서 DU(digital unit)와 RU(radio unit)로 분리된 형상의 기지국이 많이 사용되고 있다. 이때에 DU와 RU를 연결하는 네트워크 구간인 Fronthaul 구간에 기존에는 CPRI(common public radio interface)라는 디지털 광통신 기술로 구현되어 왔으나, 폭증하는 데이터 수용을 감당하기에는 그 한계에 다다른 상태이다. 따라서, 본 논문에서는 이 구간을 아날로그 광통신 기술인 RoF(Radio over Fiber)로 구현하여 폭증하는 전송용량을 경제적으로 수용할 수 있는 방안을 연구하였다. 또한, LTE-Advanced 이동통신망의 Fronthaul 구간을 RoF로 구현하기 위한 기술적인 요구사항을 연구하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since smart phones are widely used globally, the demand for high-speed mobile communications are increasing. To accommodate the increased communication demand, the next-generation mobile communication services such as LTE-Advanced are deployed. In the LTE-Advanced base stations, the base station sch...

Keyword

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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 LTE-Advanced 이동통신 망에서 Fronthaul 구간을 아날로그 광통신 기술의 일종인 Radio over Fiber(RoF) 기술을 이용하여 구현하는 방안을 연구하였다. RoF 기술을 이용하면 이동통신의 무선 구간에 사용되는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 신호를 그대로 아날로그 형태로 전송하여 요구되는 전송량을 디지털 광통신 기반의 CPRI 기술에 비해 획기적으로 줄일 수 있다.
  • RoF 기술을 이용하면 이동통신의 무선 구간에 사용되는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 신호를 그대로 아날로그 형태로 전송하여 요구되는 전송량을 디지털 광통신 기반의 CPRI 기술에 비해 획기적으로 줄일 수 있다. 본 논문에서는 LTE-Advanced 이동통신 망에서 요구되는 Fronthaul 구간의 전송용량을 분석하고, 이를 RoF로 구현하기 위한 요구사항을 분석하여 본 응용 시장에 뛰어들고자 하는 RoF 전송 시스템의 개발목표를 설정하고자 한다.
  • 본 논문에서는 LTE-Advanced 이동통신망에서 Fronthaul 에 필요한 통신용량을 분석하여 기존의 CPRI 규격으로는 하나의 RU 당 약 120 Gb/s에 해당하는 막대한 통신용량이 필요함을 밝혀내었다. 따라서, 이를 경제적으로 구현하기 위하여 아날로그 광통신 기술인 RoF 를 이용하여 구현하는 방안이 필요하다.
  • 본 논문에서 연구한 내용은 LTE-Advanced 이동통신망의 Fronthaul을 RoF 시스템으로 구현하고자 하는 연구자들에게 중요한 지침이 될 것으로 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
RoF 시스템에는 몇 개의 20MHz 채널이 필요한가? RoF 시스템에서는 무선 구간의 아날로그 OFDM 신호를 그대로 보내므로, 무선 구간의 채널 숫자와 섹터수, MIMO 안테나 수만이 곱해져서 최종적으로 96 개의 20 MHz 채널이 필요하다. 이를 단순히 산술적으로 계산하면 총 1920 MHz의 아날로그 채널이 된다.
RoF 시스템의 기존 시스템과의 호환을 위해서 무엇을 해야하는가? 기존의 이동통신에서 사용되는 CPRI 의 규격을 잘모르는 연구자라면 표 3의 결과가 전부라고 생각하기 쉬우나, 실제로는 CPRI의 용량 중에 무선 구간의 OFDM 신호이외에 DU와 RU간에 필요한 제어채널이 있기 때문에 기존 시스템과의 호환을 위해서는 이러한 제어채널을 RoF 시스템에서도 보내주어야 한다. 이러한 제어채널은 아날로그 형태로 보내어줄 수 있는 것이 아니며, 디지털 통신의 형태로 보내주어야 한다.
수십 개의 MIMO 안테나를 사용하여 빔포밍을 하는 기술의 구현에 한계가 있는 이유는? 최근에는 Massive MIMO 라는 개념으로 수십 개의 MIMO 안테나를 사용하여 빔포밍을 하는 기술도 활발히 연구 중에 있다[8]. 이러한 기술을 구현하려면, 엄청난 전송량의 CPRI 회선이 필요한데, 이를 디지털 광통신 기반의 CPRI 기술로는 수용하기에 한계가 있다.
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참고문헌 (9)

  1. S.-M. Kim, "A new RF-path calibration method for BSs with repeaters," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 6, no. 2, Apr. 2011, pp. 274-279. 

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    최근 전세계적으로 스마트폰이 널리 보급되면서 이동통신망에서 데이터 통신의 수요가 폭증하고 있다[1-4].

  2. J.-H. Yoon, "Design of circular ring antenna with half-circular strip for WLAN/WiMAX applications," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 4, Apr. 2014, pp. 417-424. 

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    최근 전세계적으로 스마트폰이 널리 보급되면서 이동통신망에서 데이터 통신의 수요가 폭증하고 있다[1-4].

  3. J.-M. Kim, J.-I. Kim, J.-S. Kim, and G.-R. Kwon, "Public bicycle system using smart phone," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 6, June 2014, pp. 727-732. 

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    최근 전세계적으로 스마트폰이 널리 보급되면서 이동통신망에서 데이터 통신의 수요가 폭증하고 있다[1-4].

  4. S.-U. Kim, "An image denoising algorithm for the mobile phone cameras," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 5, May 2014, pp. 601-608. 

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    최근 전세계적으로 스마트폰이 널리 보급되면서 이동통신망에서 데이터 통신의 수요가 폭증하고 있다[1-4].

  5. S.-M. Kim, "Limits of digital unit-remote radio unit distance and cell coverage induced by time division duplex profile in mobile WiMAX systems," Int. J. of Communication Systems, vol. 26, no. 2, Feb. 2013, pp. 250-258. 

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    이러한 LTE-Advanced 기지국을 구현함에 있어서 최근에는 그림 1과 같이 중앙처리 부인 DU(digital unit)와 외부의 RU(radio unit)로 분리된 형상의 기지국을 많이 사용하고 있다[5-6].

  6. S.-M. Kim, "Limit Analysis of the distance between DU and RU in 4G FDD mobile communication systems," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 1, Feb. 2012, pp. 135-139. 

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    이러한 LTE-Advanced 기지국을 구현함에 있어서 최근에는 그림 1과 같이 중앙처리 부인 DU(digital unit)와 외부의 RU(radio unit)로 분리된 형상의 기지국을 많이 사용하고 있다[5-6].

  7. S.-H. Cho, H. Park, H. Chung, K. Doo, S. Lee, and J. Lee, "Cost-effective next generation mobile fronthaul architecture with multi-IF carrier transmission scheme," In Proc. Optical Fiber Communication Conf. (OFC 2014), San Francisco, USA, Mar. 2014, paper Tu2B.6. 

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    이렇게 DU와 RU 로 분리된 형상의 이동통신 기지국에서 DU와 RU 사이를 연결하는 구간의 네트워크를 우리는 주로 이동통신망의 Fronthaul이라고 지칭하고 있다[7].

  8. K. T. Truong and R. W. Heath Jr., "Effects of channel aging in massive MIMO systems," J. of communications and networks, vol. 15, no. 4, Aug. 2013, pp. 338-351. 

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    최근에는 Massive MIMO라는 개념으로 수십 개의 MIMO 안테나를 사용하여 빔포밍을 하는 기술도 활발히 연구 중에 있다[8].

  9. Bin Guo, Wei Cao, An Tao, and Dragan Samardzija, "LTE/LTE-A Signal Compression on the CPRI Interface," Bell Labs Technical J., vol. 18, no. 2, Sept. 2013, pp. 117-133. 

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    만약, CPRI 용량을 줄일 수 있는 기술측면에서 RoF 시스템과 경쟁관계에 있는 CPRI 압축기술과 비교를 해 본다면, 40 % 정도의 압축률에서 1.5 % 정도의 EVM 을 보이고 있다[9].

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