본 논문은 3GPP REL-12 에서 논의하는 반송파 집성(Carrier aggregation, CA) 기술의 표준 동향, 이를 지원하기 위한 단말요구 사항 정의, 그리고 이를 바탕으로 예측한 향후 기술 발전의 방향에 관한 것이다. 이는 REL-12에서 논의되는 상향 링크(Uplink, UL)에서의 2UL CA, 하향 링크(Downlink, DL)에서 3개의 반송파를 집성하는 3DL CA, TDD와 FDD를 결합하는 TDD-FDD CA 등이 포함되며, 또한 단말 RF 단에서 필요한 공존 이슈, 대역외 방사 이슈를 비롯한 여러 RF 요구사항을 분석 및 실험 결과들을 포함한다. 또한 CA 진화의 한 축인 비면허 대역과 LTE 운용 주파수 대역과의 반송파 집성기술인 LTE-U를 포함한 CA 진화 방향에 대해서도 기술한다.
본 논문은 3GPP REL-12 에서 논의하는 반송파 집성(Carrier aggregation, CA) 기술의 표준 동향, 이를 지원하기 위한 단말요구 사항 정의, 그리고 이를 바탕으로 예측한 향후 기술 발전의 방향에 관한 것이다. 이는 REL-12에서 논의되는 상향 링크(Uplink, UL)에서의 2UL CA, 하향 링크(Downlink, DL)에서 3개의 반송파를 집성하는 3DL CA, TDD와 FDD를 결합하는 TDD-FDD CA 등이 포함되며, 또한 단말 RF 단에서 필요한 공존 이슈, 대역외 방사 이슈를 비롯한 여러 RF 요구사항을 분석 및 실험 결과들을 포함한다. 또한 CA 진화의 한 축인 비면허 대역과 LTE 운용 주파수 대역과의 반송파 집성기술인 LTE-U를 포함한 CA 진화 방향에 대해서도 기술한다.
This paper investigates the standard features of Carrier aggregation (CA), the related UE RF requirements in 3GPP release 12 and estimated CA evolution in future. The main CA feature of 3GPP release 12 in WG4 perspectives includes 2Uplink(UL) CA, 3Downlink(DL) CA and TDD-FDD CA. To support these fea...
This paper investigates the standard features of Carrier aggregation (CA), the related UE RF requirements in 3GPP release 12 and estimated CA evolution in future. The main CA feature of 3GPP release 12 in WG4 perspectives includes 2Uplink(UL) CA, 3Downlink(DL) CA and TDD-FDD CA. To support these features in UE, UE-to-UE coexistence problem and RF requirements generated by unwanted emissions such as inter-modulation and harmonics are analyzed. Also, future CA technology such as LTE in unlicensed bands is described.
This paper investigates the standard features of Carrier aggregation (CA), the related UE RF requirements in 3GPP release 12 and estimated CA evolution in future. The main CA feature of 3GPP release 12 in WG4 perspectives includes 2Uplink(UL) CA, 3Downlink(DL) CA and TDD-FDD CA. To support these features in UE, UE-to-UE coexistence problem and RF requirements generated by unwanted emissions such as inter-modulation and harmonics are analyzed. Also, future CA technology such as LTE in unlicensed bands is described.
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문제 정의
II장에서는 REL-12 CA의 진화 과정, 2UL CA, 3DLs CA 그리고 TDD-FDD CA의 기술적 이슈를 분석한다. 또한 이와 같은 다양한 CA 동작을 지원하기 위한 단말 RF 구조를 고찰하고 이를 바탕으로 발생하는 기술적 이슈와 이에 대한 해결 방안에 대해서 분석한다. III장에서는 LTE-U(LTE-Unlicensed spectrum)를 포함하여 추후 예상되는 CA 기술의 진화에 대해서 알아본다.
본 논문에서는 3GPP WG4 관점에서 REL-12 CA 표준까지 논의된 표준 이슈, 단말 RF 구조, 공존 이슈, RF 요구 사항 분석 및 표준에서의 해결책을 살펴보았다. 또한 CA 표준 진화에 대한 예측으로서 하향링크의 트래픽 증대를 위한 1UL/4DLs CA, 1UL/3DLs TDD-FDD CA, 상향 링크의 트래픽 증대를 위한 2ULs/3DLs CA, 2ULs/2DLs TDD-FDD CA 등을 고찰하였다.
본 논문은 주로 3GPP WG4 관점에서 특히 기술적으로 구현이 어려운 단말 RF 구조 및 대역 외 방사와 관련된 공존 이슈를 위주로 CA 기술의 발전 추이와 향후 발전 방향을 예측하고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
제안 방법
II 장에서는 REL-12 까지의 CA 특징 및 관련 표준과 이를 지원하기 위한 단말 RF 구조, 그리고 공존 문제 분석 및 해결 방안에 대해서 알아보았다. 이를 기반으로 본 장에서는 향후 CA 표준 진화 방향을 논의하고자 한다.
이 구조에서는 TDD 단에 추가적인 필터가 있으며, 이 필터는 TDD 상향 링크 단말 송신과 FDD 하향 링크 단말 수신이 동시에 이루어 질 때, TDD 송신 신호의 FDD 수신 대역으로의 전력 누설에 의한 간섭 제거를 위해 사용된다. Low + High TDD-FDD CA의 삽입 손실은 기존 2DLs 대역 간 CA 클래스 A1에서 사용된 삽입 손실을 재사용하기로 결정하였다[18].
하지만, 2UL 대역 간 CA 조합에서는 서로 다른 지역에서 사용되는 대역 조합이 표 3과 같이 존재한다. 기존에 존재하지 않던 두 지역을 아우르는(Cross-Region) 대역 간 CA 조합으로 인해 지역 간 단말 공존을 위한 표준화가 3GPP 핵심 논점으로 부각되었으며 이를 해결하기 위해 5개 옵션이 제안되었다. 상호 보호 규격을 설정하게 되면 최악의 상황에는 3GPP에서 정의한 모든 주파수 대역이 보호 대역으로 설정될 수 있고 이러한 불필요하고 과도한 표준 요구사항을 피하기 위해서 5번째 옵션을 상호 보호 규격을 설정하기 위한 원칙으로 정하고 표준화를 진행하였다[9].
두 번째 이슈는 2ULs/2DLs 대역 간 CA 적용으로 단말의 동시 전송(simultaneous transmission)에 의한 수신 단 감도 저하(REFSENS degradation) 이다. 이는 단일 반송파 전송에서는 존재하지 않았던 이슈로서 상향 링크 동시 전송에 의해 발생된 대역 외 간섭 신호에 의해서 자기 수신 대역의 감도가 저하되는 현상이다.
본 논문에서는 3GPP WG4 관점에서 REL-12 CA 표준까지 논의된 표준 이슈, 단말 RF 구조, 공존 이슈, RF 요구 사항 분석 및 표준에서의 해결책을 살펴보았다. 또한 CA 표준 진화에 대한 예측으로서 하향링크의 트래픽 증대를 위한 1UL/4DLs CA, 1UL/3DLs TDD-FDD CA, 상향 링크의 트래픽 증대를 위한 2ULs/3DLs CA, 2ULs/2DLs TDD-FDD CA 등을 고찰하였다. 마지막으로 많은 사업자와 제조사들의 관심을 받고 있는 면허 대역과 비면허 대역과의 CA인 LTE-U를 살펴 보았다.
또한 CA 표준 진화에 대한 예측으로서 하향링크의 트래픽 증대를 위한 1UL/4DLs CA, 1UL/3DLs TDD-FDD CA, 상향 링크의 트래픽 증대를 위한 2ULs/3DLs CA, 2ULs/2DLs TDD-FDD CA 등을 고찰하였다. 마지막으로 많은 사업자와 제조사들의 관심을 받고 있는 면허 대역과 비면허 대역과의 CA인 LTE-U를 살펴 보았다. 이를 포함하여 CA 진화는 사용이 많지 않은 FDD 상향 주파수 대역의 효율적 사용을 위하여 상향 링크 주파수의 하향 링크화, TDD 주파수의 FDD 하향 링크 사용과 같은 다양한 형태로 진화할 것으로 예상된다.
기존에 존재하지 않던 두 지역을 아우르는(Cross-Region) 대역 간 CA 조합으로 인해 지역 간 단말 공존을 위한 표준화가 3GPP 핵심 논점으로 부각되었으며 이를 해결하기 위해 5개 옵션이 제안되었다. 상호 보호 규격을 설정하게 되면 최악의 상황에는 3GPP에서 정의한 모든 주파수 대역이 보호 대역으로 설정될 수 있고 이러한 불필요하고 과도한 표준 요구사항을 피하기 위해서 5번째 옵션을 상호 보호 규격을 설정하기 위한 원칙으로 정하고 표준화를 진행하였다[9].
II 장에서는 REL-12 까지의 CA 특징 및 관련 표준과 이를 지원하기 위한 단말 RF 구조, 그리고 공존 문제 분석 및 해결 방안에 대해서 알아보았다. 이를 기반으로 본 장에서는 향후 CA 표준 진화 방향을 논의하고자 한다.
첫 번째 이슈는 하향 최대 60MHz 대역폭을 지원하는 새로운 단말 카테고리를 설정하는 것이었으며, II장에서 논의된 표 2에서와 같이 새로운 단말 카테고리 9와 10을 2014년 3월에 표준화 완료하고, REL-11부터 반영하기로 결정하였다.
이는 단일 반송파 전송에서는 존재하지 않았던 이슈로서 상향 링크 동시 전송에 의해 발생된 대역 외 간섭 신호에 의해서 자기 수신 대역의 감도가 저하되는 현상이다. 표 4에서는 2ULs 대역 간 CA 조합에서 2ULs 동시 전송에 의해 발생하는 고조파 성분, 상호 변조 성분이 자신의 수신 대역에 미치는 영향을 분석 정리하였다[9].
성능/효과
첫 번째 단말 간 공존 이슈의 경우, 2UL 대역 간 CA 을 표준화하기 전까지 3GPP에서는 동일한 지역 내에서 사용되는 주파수 대역만 보호해 주면 충분하였다. 하지만, 2UL 대역 간 CA 조합에서는 서로 다른 지역에서 사용되는 대역 조합이 표 3과 같이 존재한다.
후속연구
그림 5-(b)는 High + High 대역과 High + very High (3.5GHz) 대역 조합에서의 기준 단말 구조이며, 이 밴드 조합에서 트라이플렉서 사용여부가 명확히 결정되지 않았으며, 또한 상용 트라이플렉서에 대한 주파수 특성 및 삽입 손실 등의 정보가 추가적으로 연구되어야 한다.
하지만 면허 대역에서만 사용되던 LTE 단말이 비면허 대역을 효율적으로 사용하기 위해서는 각국의 전파 규제(Regulation)에 대한 현황을 파악하고, 이에 대한 기술적 구현 가능성이 충분히 분석되어야 한다. 또한 기존의 WiFi 및 legacy system을 보호할 수 있는 LBT(Listen-Before-Talk)과 같은 프로토콜을 적용하기 위한 센싱 방식에 대한 연구를 포함하는 공존 방식에 대한 연구가 선행되어야 한다. 이를 위해 RAN WG1 에서는 비면허 대역 특화 단말(예를 들면 5.
이를 바탕으로, 향후 1UL/4DLs CA 및 1UL/3DLs TDD-FDD CA 에 대한 표준 진화를 예상할 수 있다. 물론 사용자 간 통신에 의한 상향 링크 트래픽 증대로 인해 2ULs/3DLs CA, 2ULs/2DLs TDD-FDD CA 등에 대한 연구도 활발히 진행될 것으로 예상된다. 실제 지난 2014년 8월 RAN WG4 에서는 AT&T를 비롯한 북미 사업자들이 1UL/4DLs CA 에 대한 WI(Work Item)을 제안하였으며[20], 이에 대한 표준 논의는 Rel-13에서 이루어질 예정이다.
위의 분석을 토대로, 2ULs CA 단말에서는 상호 변조 성분이 발생하는 전력 증폭기(Power Amplifier, PA), 듀플렉서(Duplexer), 다이플렉서(Diplexer) 단에서의 상호 변조 레벨을 측정하여 단말 수신 감도에 미치는 영향을 추가 분석해야 한다. 이 중 가장 큰 영향을 미치는 소자인 전력 증폭기에서의 발생하는 상호 변조 레벨이 수신 단 감도를 저하시키는 양을 Band 5+Band 7 CA에서 분석한 결과는 표 6과 같다[10].
사업자들의 경우 상/하향 트래픽 사용량 분석을 바탕으로 상향 링크 CA 보다는 하향링크 CA에 대한 관심이 상대적으로 높다. 이를 바탕으로, 향후 1UL/4DLs CA 및 1UL/3DLs TDD-FDD CA 에 대한 표준 진화를 예상할 수 있다. 물론 사용자 간 통신에 의한 상향 링크 트래픽 증대로 인해 2ULs/3DLs CA, 2ULs/2DLs TDD-FDD CA 등에 대한 연구도 활발히 진행될 것으로 예상된다.
마지막으로 많은 사업자와 제조사들의 관심을 받고 있는 면허 대역과 비면허 대역과의 CA인 LTE-U를 살펴 보았다. 이를 포함하여 CA 진화는 사용이 많지 않은 FDD 상향 주파수 대역의 효율적 사용을 위하여 상향 링크 주파수의 하향 링크화, TDD 주파수의 FDD 하향 링크 사용과 같은 다양한 형태로 진화할 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
TDD-FDD CA의 도입 목적은?
TDD-FDD CA는 기존 TDD 혹은 FDD에서만 지원하던 CA 기술을 서로 다른 다중화 방식간에서도 지원하기 위한 방식이며, TDD 와 FDD 주파수를 모두 보유한 사업자들이 보유 대역을 효율적으로 사용하기 위해 표준이 시작되었다[14]. TDD-FDD CA를 위해서는 TDD-FDD 상향 링크 동시 전송에 의한 RF 영향도 고려되어야 하지만, 3GPP WG4 에서는 동시 전송에 의한 인접 단말 간의 공존 이슈 및 수신 단말의 감도 저하를 배제하기 위해, 하향링크 CA인 1UL/2DLs TDD-FDD CA 만을 REL-12에서 고려하기로 하였다[15].
CA 기술이란 무엇인가?
CA 기술은 주파수의 효율적인 사용 및 최대 전송률을 향상시키기 위해 2개 이상의 반송파를 결합하는 기술로서 3GPP Rel-10의 핵심 요소 기술이다. 기본적으로 글로벌 이동통신 표준화 단체인 3GPP (3rd Generation Partnership Project) 내의 물리계층(Physical Layer) 담당 그룹인 3GPP WG (Working Group) 1과 상위 계층 담당 그룹인 WG2 관점에서는 1.
세 개의 대역을 지원하기 위한 단말 RF 구조 설계에 관해 이슈가 발생하는 이유는 무엇인가?
구체적으로 그림 3과 같이 기준 단말 구조(Reference UE RF architecture)를 듀플렉서와 트라이플렉서(Triplexer)의 결합 구조인 헥사플렉서 (Hexaplexer)를 이용한 RF 구조를 고려할 것인지, 아니면 직렬 연결된 다이플렉서와 듀플렉서만을 고려할 것인지를 선택하는 문제이다. 이는 기준 단말 구조에 따라 요구되는 추가 삽입 손실(Additional Insertion loss)이 달라지며, 삽입 손실 값에 따라 송신단 최대 전송 전력과 수신 단 수신 감도가 영향을 받기 때문이다.
3GPP Technical Specification, 36.101, User Equipment (UE) radio transmission and reception, v10.15.0, 2014.
S. Bassam, W. Chen, M. Helaoui, and F. Ghannouchi, "Transmitter architecture for CA: Carrier aggregation in LTE-advanced systems," IEEE Microwave Mag., vol. 14, no. 5, pp. 78-86, Jul.-Aug. 2013.
C. S. Park and L. Sundstrom, "Carrier aggregation for LTE-advanced: Design challenges of terminals," IEEE Commun. Mag., vol. 51, no. 12, pp. 76-84, Dec. 2013.
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