[논문]5G 이동통신 서비스를 위한 효율적인 5G 망구축 방안에 관한 연구

정우기

doi:10.5515/kjkiees.2018.29.5.353

5G 이동통신 서비스를 위한 효율적인 5G 망구축 방안에 관한 연구
Study on Effective 5G Network Deployment Method for 5G Mobile Communication Services 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.29 no.5, 2018년, pp.353 - 358

정우기 (청강문화산업대학교 모바일통신전공)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 5G 이동통신의 서비스 트래픽 특성 및 주파수를 분석하고, 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 망구축 및 운용 방안을 제시하였다. 5G 이동통신 서비스는 수 kbps의 음성 및 사물인터넷 서비스부터 1 Gbps 이상의 홀로그램 영상 서비스까지 다양한 데이터 전송 속도를 나타내고 있다. 5G 이동통신 서비스는 다양한 데이터 전송 속도와 모바일 서비스 트래픽의 증가로 인한 다중 주파수 대역을 이용함으로써 다양한 셀 커버리지 환경을 나타낸다. 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 새로운 서비스 환경에서 나타나는 서비스 커버리지와 다중 대역 주파수의 최적화된 망구축이 필요하다. 현재 논의되는 5G 주파수 블록을 고려하여 3.5 GHz 대역이 5G 서비스 100 Mbps를 셀 경계 200 m에서 제공한다고 가정하면, 28 GHz 대역은 1 Gbps의 홀로그램 서비스를 셀 경계 50 m에서 그리고 500 Mbps 4k UHD 서비스를 셀 경계 100 m에서 제공할 수 있음을 보여주고 있다. 따라서 다양한 5G 서비스를 다중 주파수 대역과 매칭하는 주파수 포트폴리오를 구성한 망구축 방안은 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

We herein analyze the service traffic characteristics and spectrum of the 5G mobile communication and suggest the effective 5G network deployment method for 5G mobile communication services. The data rates of the 5G mobile communication are from several kbps (voice and IoT) up to 1 Gbps (hologram, among others). The 5G mobile communication services show the diverse cell coverage environments owing to the use of diverse service data rates and multiple spectrum bands. To effectively support the 5G mobile communication services, the network deployment requires the optimization of the service coverages for new service environments and multiple spectrum bands. Considering the 5G spectrum bandwidth debated at present, if the 5G services of 100 Mbps can be supported in the 200 m cell edge using the 3.5 GHz spectrum bands, the 5G services of the 1 Gbps hologram and 500-Mbps 4k UHD can be supported in the cell edges of 50 m and 100 m using the 28 GHz spectrum bands. Therefore, the 5G services can be supported effectively by the 5G network deployment using spectrum portfolio configurations to match the diverse 5G services and multiple bands.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 셀 구조에서 특정 지역의 트래픽 과다로 발생하는 서비스 환경의 불일치로 인한 서비스 품질의 불균일성을 최소화하여야 한다^[8] . 5G 이동 통신 서비스 환경에 최적화된 셀 구조 및 주파수 할당은 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 5G 망구축 방안을 제시하고자 한다.
Ⅳ장에서는 5G 서비스를 위한 5G 후보 주파수 대역의 셀 커버리지의 관계를 분석하였다. Ⅴ장에서는 5G 서비스 특성과 주파수 특성을 고려한 효율적인 5G 망 구축 방안을 제시하고, Ⅵ장에서는 본 논문의 결론을 기술한다.
본 논문에서는 5G 이동통신의 서비스 트래픽 특성 및 주파수를 분석하고, 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 망구축 및 운용 방안을 제시하였다. 5G 이동통신 서비스는 수 kbps의 음성 및 사물인터넷 서비스부터 1 Gbps 이상의 홀로그램 영상 서비스까지 다양한 데이터 전송 속도를 나타내고 있다.
셋째, 이동통신 서비스를 제공하는 면허 주파수 대역폭은 제한되어 있다. 본 장에서는 지금까지 분석된 5G 서비스 환경을 고려하여 5G 이동통신 망구축 운용에 대한 전략적인 방안을 제시하였다.
5G 이동통신 서비스 환경은 최대 데이터 전송 속도를 20 Gbps로 정의하지만, 현재까지 최대 속도의 서비스인 홀로그램이 1 Gbps, 4k UHD가 약 500 Mbps인 것과 5G 기술 요구사항의 사용자 속도가 100 Mbps인 것을 고려하여^[10] 5G 서비스를 제공하기 위한 셀 반경을 예측하였다. 실제적인 셀반경은 다중 가입자와 다중셀 환경을 고려하여 분석하여야 정확성을 높일 수 있으나, 본 논문에서는 5G 서비스 제공을 위해 서비스 데이터 전송 속도 및 주파수 대역과 셀반경의 변화를 정규화하여 셀 반경을 분석함으로써 서비스와 주파수 대역의 매칭 타당성을 확인하고자 하였다.

가설 설정

거리에 따른 데이터 전송 속도의 상대적인 서비스 제공 능력을 비교하기 위하여 20 m 셀 반경에서 1 Gbps 서 355 비스가 가능하다고 가정하고, 거리에 따른 데이터 전송 속도를 분석하였다. 셰논-하틀리의 채널 용량 공식(ShannonHartley’s Channel Capacity Theorem)과 4G 및 5G 채널 모델을 이용하여 데이터 전송 속도에 따른 셀 커버리지의변화를 분석하였다.

제안 방법

본 논문에서는 2020년 제공될 5G 이동통신 서비스 특성^[3]～[5] 과 주파수 특성 연구 결과^[6] 에 근거하여 5G 이동 통신 서비스 제공을 위한 셀 환경을 분석한 후, 5G 이동 통신 서비스 데이터 전송 속도를 위한 5G 후보 주파수 대역인 3.5 GHz 대역과 28 GHz 대역의 셀 커버리지 특성을 링크분석을 이용하여 분석하였다. 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 셀 구조에서 특정 지역의 트래픽 과다로 발생하는 서비스 환경의 불일치로 인한 서비스 품질의 불균일성을 최소화하여야 한다^[8] .
본 장에서는 5G 이동통신 서비스 환경에서 서비스 전송 속도에 따라 셀커버리지의 변화를 분석한다. 5G 이동통신 서비스 환경은 최대 데이터 전송 속도를 20 Gbps로 정의하지만, 현재까지 최대 속도의 서비스인 홀로그램이 1 Gbps, 4k UHD가 약 500 Mbps인 것과 5G 기술 요구사항의 사용자 속도가 100 Mbps인 것을 고려하여^[10] 5G 서비스를 제공하기 위한 셀 반경을 예측하였다.
본 장에서는 5G 이동통신 서비스를 제공하기 위한 주파수 특성을 분석한다. ITU는 셀룰러이동통신 서비스를 위한 주파수를 IMT(International Mobile Telecommunication) 명칭으로 통일하고, 1992년 2 GHz 주파수 대역을 분배한 이후 이동통신 서비스 수요에 맞추어 IMT용 주파수를 450 MHz 대역부터 6 GHz 이상으로 확대하여 왔다.
셋째, 비면허대역을 활용한 기술(와이파이 등)을 이용하여 5G 이동통신 트래픽의 오프로딩을 수행한다. 5G 이동통신 서비스의 초고속 대용량 트래픽은 스몰셀에서 집중되어 나타나므로 6 GHz 이하 비면허대역의 보완적인 망구축이 요구된다.
셰논-하틀리의 채널 용량 공식(ShannonHartley’s Channel Capacity Theorem)과 4G 및 5G 채널 모델을 이용하여 데이터 전송 속도에 따른 셀 커버리지의변화를 분석하였다.
5G 이동통신 서비스 제공을 위한 주파수는 지속적으로 증가하는 데이터 트래픽으로 인하여 여러 대역에서 트래 픽을 수용하는 다중 대역으로 할당되어야 한다. 주파수 특성은 여러 대역에 걸쳐 할당된 주파수 대역의 서비스 적합성 측면에서 이루어졌다. ITU는 5G 이동통신 서비스용 주파수 대역의 타당성을 분석함으로써 다양한 5G 이동통신 서비스를 제공할 주파수의 효율적 이용 가능성을 제시하였다^[7] .
첫째, 데이터 전송 속도에 따른 셀 불균형으로 서비스 품질의 불균일성을 최소화하기 위하여 5G 서비스의 데이터 전송 속도 유형에 따른 셀 커버리지를 세분화하고 커버리지 형태의 셀과 분산형 셀의 형태를 조합한다. 그림 4는 셀 반경 분석결과에 근거하여 데이터 전송 속도에 따른 셀의 반경을 도식화하였다.

성능/효과

첫째, 5G 서비스는 수 kbps의 사물인터넷부터 1 Gps 홀로그램 등 초고속데이터 서비스까지 다양한 속도의 데이터 서비스를 제공하고 이동통신 서비스의 특성상 특정 지역에 데이터 트래픽이 집중될 수 있다. 둘째, 홀로그램 및 고품질 UHD 서비스와 같이 초고속 데이터 서비스의 경우 광대 역의 주파수 대역폭이 제공되어야 한다. 셋째, 이동통신 서비스를 제공하는 면허 주파수 대역폭은 제한되어 있다.
5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 다음과 같은 서비스 환경을 고려하여야 한다. 첫째, 5G 서비스는 수 kbps의 사물인터넷부터 1 Gps 홀로그램 등 초고속데이터 서비스까지 다양한 속도의 데이터 서비스를 제공하고 이동통신 서비스의 특성상 특정 지역에 데이터 트래픽이 집중될 수 있다. 둘째, 홀로그램 및 고품질 UHD 서비스와 같이 초고속 데이터 서비스의 경우 광대 역의 주파수 대역폭이 제공되어야 한다.
5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 새로운 서비스 환경에서 나타나는 서비스 커버리지와 다중 대역 주파수의 최적화된 망구축이 필요하다. 현재 논의되는 5G 주파수 블록을 고려하여 3.5 GHz 대역이 5G 서비스 100 Mbps를 셀 경계 200 m에서 제공한다고 가정하면, 28 GHz 대역은 1 Gbps의 홀로그램 서비스를 셀 경계 50 m에서 그리고 500 Mbps 4k UHD 서비스를 셀 경계 100 m에서 제공할 수 있음을 보여주고 있다. 따라서 다양한 5G 서비스를 다중 주파수 대역과 매칭하는 주파수 포트폴리오를 구성한 망구축으로 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다.

후속연구

5G 이동통신 서비스는 지금까지 제공된 이동통신 서비스보다 매우 빠른 전송 속도뿐만 아니라, 초저지연시간 및 대규모 단말을 수용해야 하는 특성을 가지고 있어 다양한 서비스를 제공하기 위한 주파수 수요가 증가하고, 셀 구조는 복잡해질 것으로 예상된다. 따라서 5G 이동통신 서비스 특성을 고려한 셀 환경 및 주파수 운용에 근거하여, 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하는 5G 망구축 방안은 향후 5G 이동통신 서비스의 조기 상용화 및 활성화에 중요하게 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	5G 이동통신 서비스로 인해 예상되는 것은?	따라서 5G 이동통신 서비스의 1단계 상용화는 2019년 하반기에는 본격적으로 나타날 것으로 예상된다. 5G 이동통신 서비스는 지금까지 제공된 이동통신 서비스보다 매우 빠른 전송 속도뿐만 아니라, 초저지연시간 및 대규모 단말을 수용해야 하는 특성을 가지고 있어 다양한 서비스를 제공하기 위한 주파수 수요가 증가하고, 셀 구조는 복잡해질 것으로 예상된다. 따라서 5G 이동통신 서비스 특성을 고려한 셀 환경 및 주파수 운용에 근거하여, 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하는 5G 망구축 방안은 향후 5G 이동통신 서비스의 조기 상용화 및 활성화에 중요하게 활용될 수 있을 것이다.
	5G 이동통신 서비스의 특징은?	따라서 5G 이동통신 서비스의 1단계 상용화는 2019년 하반기에는 본격적으로 나타날 것으로 예상된다. 5G 이동통신 서비스는 지금까지 제공된 이동통신 서비스보다 매우 빠른 전송 속도뿐만 아니라, 초저지연시간 및 대규모 단말을 수용해야 하는 특성을 가지고 있어 다양한 서비스를 제공하기 위한 주파수 수요가 증가하고, 셀 구조는 복잡해질 것으로 예상된다. 따라서 5G 이동통신 서비스 특성을 고려한 셀 환경 및 주파수 운용에 근거하여, 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하는 5G 망구축 방안은 향후 5G 이동통신 서비스의 조기 상용화 및 활성화에 중요하게 활용될 수 있을 것이다.
	5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해 어떻게 해야하는가?	5 GHz 대역과 28 GHz 대역의 셀 커버리지 특성을 링크분석을 이용하여 분석하였다. 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공하기 위해서는 셀 구조에서 특정 지역의 트래픽 과다로 발생하는 서비스 환경의 불일치로 인한 서비스 품질의 불균일성을 최소화하여야 한다[8] . 5G 이동 통신 서비스 환경에 최적화된 셀 구조 및 주파수 할당은 5G 이동통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 5G 망구축 방안을 제시하고자 한다.

참고문헌 (12)

Naming for International Mobile Telecommunications, Recommendation ITU-R 56-2, 2015.
IMT Vision - Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and beyond, Recommendation ITU-R M.2083, pp. 12-14, Sep. 2015.
IMT Traffic Estimates for the Years 2020 to 2030, Recommendation ITU-R M.2370, pp. 21-49, Jul. 2015.
Future Spectrum Requirements Estimates for Terrestrial IMT, Recommendation ITU-R M.2290, p. 14, Dec. 2013.
Spectrum Needs for the Terrestrial Component of IMT in the Frequency Range between 24.25 GHz and 86 GHz, Recommendation ITU-R WP5D/TEMP/249r1, pp. 8-12, Feb. 2017.
Further Elaboration on Suitable Frequency Ranges and Their Suitability, Recommendation ITU-R WP5D/TEMP/ 124r2, pp. 5-6, Feb. 2013.
W. G. Chung, E. Lim, J. G. Yook, and H. K. Park, "Calculation of spectral efficiency for estimating spectrum requirements of IMT-advanced in Korean mobile communication environments," ETRI Journal, vol. 29, no. 2, pp. 153-161, Apr. 2007.

원문보기 상세보기
R. K. J. Zander, "Hierarchical cell structures for FRAMES wideband wireless access," pp. 785-791, in Conference Proceedings ACTS Mobile Telecommunications Summit 96, 1996.
Operational Guidelines for the Deployment of Broadband Wireless Access Systems for Local Coverage Operating Below 6 GHz, Recommendation ITU-R M.2378, pp. 12-20, Jul. 2015.
Minimum Requirements Related to Technical Performance for IMT-2020 radio interface(s), Recommendation ITU-R M.2410, pp. 2-3, Nov. 2017.
Guidelines for Evaluation of Radio Interface Technologies for IMT-advanced, Recommendation ITU-R M.2135, p. 31, Dec. 2009.
Guidelines for Evaluation of Radio Interface Technologies for IMT-2020, Recommendation ITU-R M.2412, p. 46, Oct. 2017.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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