5G 이동셀 기술 및 표준화 동향

Technology and Standardization Trends for 5G Moving Cell

저자
신재승, 오성민, 박애순, 송평중 / 개인통신연구실
권호
30권 1호 (통권 151)
논문구분
차세대 네트워크 기술 특집
페이지
21-33
발행일자
2015.02.01
DOI
10.22648/ETRI.2015.J.300103
초록
고성능 스마트기기의 보급과 모바일 사용자들의 고품질 컨텐츠 수요가 증가하면서 급증하는 모바일 데이터 트래픽을 수용하기 위해 소형셀을 통한 네트워크 용량 증대가 가장 현실적인 방안으로 고려되고 있다. 이와 더불어 차세대 이동통신 네트워크의 패러다임이 사용자가 인프라 영역 내에 위치해야 통신 및 서비스를 제공받던 인프라 중심에서, 통신 및 제반 서비스 환경이 사용자를 중심으로 구축되고 운영되는 사용자 중심으로 전환되면서 사용자를 따라 움직이는 이동 소형셀에 대한 관심이 고조되고 있다. 본고에서는 ETRI에서 개발 중인 5G(5th Generation) 이동셀 개념 및 주요 기술을 소개하고, 관련 3GPP 표준화 동향 및 국내외 기술개발 동향을 소개한다.
   4607 Downloaded 10095 Viewed
목록

I. 서론

최근 들어 이동통신 네트워크의 무선전송 능력이 향상되고 고성능 모바일 스마트기기의 보급이 확대됨으로 인해, 정지뿐 아니라 이동 중에도 사용자들의 고품질 컨텐츠 수요가 증가하고 있다. 이로 인해 매년 모바일 트래픽의 양이 폭발적으로 증가하여 모바일 사업자들은 향후 현재 대비 수백 배에서 약 1,000배에 이르는 트래픽을 수용해야 하는 부담을 안게 되었다[1][2].

이동통신 네트워크 용량은 주파수 효율 향상 및 초광대역 주파수 확보 등을 통해서도 증대될 수 있으나, 기술적인 한계 및 각 나라별로 확보할 수 있는 이동통신용 주파수의 한계 등으로 인해 용량 향상 정도가 제한적이기 때문에, 실내 및 건물의 외벽, 가로등과 같은 시설물에 간단히 탑재되어 운영될 수 있는 소형셀을 통한 네트워크 용량 증대가 현실적인 방안으로 고려되고 있다[3].

소형셀을 통한 용량 향상 방안은 매크로와 같은 대용량 기지국의 설치와는 달리 설치가 간단하고 거리 시설물을 이용할 수 있기 때문에 사이트(site) 확보 및 운영비용이 절감되는 장점이 있지만, 고밀도 환경으로 갈수록 네트워크와의 연결을 위한 선로 설치 및 운영 부담이 증가하는 문제를 갖는다. 이를 해소하기 위해 최근에는 무선 백홀(backhaul)을 통해 네트워크와 소형셀을 연결하는 솔루션이 제품화되고 있다. 하지만, 근본적으로 설치되는 소형셀 자체가 고정적이기 때문에 이동하는 사용자의 트래픽 수요를 효과적으로 지원하지 못하는 한계를 갖는다.

이와 같이 기존의 고정 인프라 기반 네트워크 모델은 사용자가 네트워크 커버리지 내에 존재해야 통신이 가능하고 네트워크에 연결된 응용 서버를 통해 서비스 제공이 가능한 한계를 가지기 때문에, 차세대 이동통신 네트워크는 사용자의 위치에 관계없이 주변의 통신매체를 최대한 활용하여 네트워크와 사용자를 연결시키고, 사용자 최근접 영역의 응용 서버를 통해 서비스가 생성되고 제공되며 주변 사용자들과 공유되는 근접 SNS (Social Network Service) 환경을 조성함으로써 마치 네트워크가 사용자를 따라 움직이는 사용자 중심의 네트워크 모델을 제공하는 것이 목표 중 하나이다.

이와 같은 배경을 기반으로 ETRI에서는 사용자 중심의 차세대 네트워크 모델을 실현하기 위해, 사용자와 함께 이동하는 무선 백홀 기반의 소형 기지국을 바탕으로, 소형 기지국에 응용 서버를 탑재하여 이동하는 사용자에게 언제 어디에서든지 직접 서비스 제공이 가능하며, 주변에 위치하는 이동 기지국과의 직접 통신을 통해 콘텐츠 및 서비스 공유가 가능한 5G 이동셀을 개발 중이다.

본고에서는 5G 이동셀 관련 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 중심의 표준화 동향 및 국내외 기술 동향을 소개하고자 한다. 본고의 구성은 다음과 같다. Ⅱ장에서는 5G 이동셀의 기본 개념, Deployment Scenario 및 요소 기술을 소개하며, Ⅲ장에서는 5G 이동셀의 요소 기술에 관련된 3GPP에서의 표준화 동향을 기술한다. Ⅳ장에서는 이동셀 관련 국내외 기술 동향에 대해 소개하며, Ⅴ장에서 결론을 맺는다.

Ⅱ. 5G 이동셀 개념 및 요소 기술

1. 5G 이동셀 개념

가. 이동셀 정의

ETRI에서 개발 중인 5G 이동셀은 다음과 같이 정의할 수 있다.

  • •  5G 이동셀

    차량 탑재 및 휴대 등을 통해 이동이 자유롭고(Moving Base Station/Relay), 자체 응용/Cloud 서버를 통해 서비스 직접 제공이 가능하며(Mobile Edge Cloud), 근접 이동셀들과 셀 간 직접 통신이 가능한(Cell-to-Cell Direct 통신) 초소형 이동 기지국(단말들에게 면허/비면허 대역의 Multi-RAT(Radio Access Technology) 액세스 제공)

나. 이동셀 특징

5G 이동셀은 (그림 1)에서와 같이 자유로운 이동 중에도 네트워크와 통신 제공을 위해 상위로는 무선 백홀(backhaul) 링크를 통해 네트워크와 연결되고, 하위로는 액세스(access) 링크를 통해 단말들의 접속을 제공하며, 독자적인 셀(cell) 구성이 가능한 Moving Base Station/Mobile Relay 구조를 기반으로 한다.

그러나, 아래의 같은 특징적인 요소를 통해 기존 Moving Base Station/Mobile Relay와 차별화된다.

(그림 1)

이동셀의 기본 개념

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f001.jpg
  • •  Mobile Edge Cloud

    기존의 기지국이 주로 네트워크와 단말을 연결해 주는 중계 기능을 제공한 것과는 달리, 5G 이동셀은 사용자 중심의 서비스 제공 및 공유 모델을 실현하기 위해 자체 응용/Cloud 서버 및 GW(gateway) 기능이 탑재됨. 자체 응용/Cloud 서버는 네트워크로부터의 콘텐츠를 일시적으로 저장하여 접속 단말에게 고품질의 액세스 링크를 통해 전달하는 캐슁(caching) 기능도 제공하지만, 사용자에 의해 생성된 콘텐츠 및 데이터를 저장, 관리하고 주변 사용자들과의 직접 공유도 가능한 mobile private cloud 서버 기능도 제공함.

  • •  Cell-to-Cell Direct 통신

    기존의 기지국 간의 통신이 모두 네트워크를 경유했던 것과는 달리, 5G 이동셀은 사이드홀(sidehaul) 링크를 통해 주변 이동셀 간 직접 통신 기능을 제공함. Mobile Edge Cloud 서버를 통해 주변 이동셀 사용자들과 공유되는 콘텐츠 및 데이터를 근접 이동셀 간 고품질 직접 통신링크를 통해 전달함으로써 지연 감소 및 QoE(Quality of Experience) 향상 효과를 가질 수 있으며, 네트워크가 부하 또한 경감되는 효과를 가질 수 있음.

  • •  Multi-RAT 액세스

    기존의 이동통신 기지국이 Cellular 기반의 단일 액세스를 제공하던 것과는 달리, 5G 이동셀은 Cellular와 함께 WiFi 및 Bluetooth 등 Non-Cellular 액세스를 제공함으로써 접속 단말의 다양성을 향상시킬 수 있음. 또한, Multi-RAT 자원 통합 기능을 통해 하나의 단말에게 cellular뿐만 아니라 non-cellular 자원까지 활용한 서비스 제공이 가능하므로 무선 자원 확장 효과를 갖게 됨. Multi-RAT 액세스를 제공하는 이동셀은 cellular 접속 단말에게는 중계기의 역할을, non-cellular 접속 단말에게는 egg, mobile router와 같이 CPE(Customer Premise Equipment) 역할을 제공하게 되므로, 기지국과 단말 형태가 혼합된 기능 제공이 요구됨.

다. 이동셀 링크 형상

이상에서 기술한 바와 같이, 이동셀은 상위로는 네트워크와의 연결을 위한 무선 백홀 링크, 하위로는 접속 단말을 위한 액세스 링크, 주변 이동셀과의 직접 통신을 위한 사이드홀 링크 등 다중 무선 링크를 제공한다.

이들 3가지 종류의 무선 링크의 주파수 형상에 따라 크게 (그림 2)와 같이 3가지의 option을 고려할 수 있다.

(그림 2)

이동셀 무선 링크 형상

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f002.jpg
  • •  (Option 1) Co-channel Links

    이동셀을 중심으로 백홀/사이드홀/액세스 링크가 모두 매크로 기지국이 사용하는 액세스 링크와 동일한 주파수 자원 사용

  • •  (Option 2) Dedicated Backhaul/Sidehaul Links

    이동셀의 액세스 링크는 매크로 기지국이 사용하는 액세스 링크와 동일한 주파수 자원을 사용(3GPP HetNet(Heterogeneous Networks) 환경과 유사)하지만, 백홀과 사이드홀은 별도의 주파수 자원 사용

  • •  (Option 3) Dedicated Access Links

    이동셀의 백홀과 사이드홀은 매크로 기지국이 사용하는 액세스 링크와 동일한 주파수 자원을 사용하지만, 액세스 링크는 매크로 기지국과 상이한 주파수 자원을 사용(3GPP의 Small Cell Enhancements 환경과 유사)

네트워크의 운영 관점에서 보면, 최소한의 주파수 자원을 사용하여 이동셀을 운영하는 (Option 1)이 가장 경제적인 시나리오로 고려될 수 있지만, 모든 무선 링크 간의 간섭이 극대화되어 성능 저하의 문제점을 가진다. 현재 3GPP에서는 추가 광대역 주파수 자원 확보를 위해 hotspot 소형셀을 위한 3.5~5GHz대의 주파수 자원 확보를 고려하고 있으므로, (Option 2)와 (Option 3)은 이러한 주파수 대역을 이동셀의 백홀/사이드홀 또는 액세스 링크를 위해 할당하는 시나리오이며, (Option 1)에 비해 용량 증대 및 링크 간의 간섭이 경감되는 효과를 가진다. 이 중 (Option 2)의 경우 매크로 기지국의 액세스 링크와 이동셀의 액세스 링크 간에 상호 간섭으로 인해 매크로 기지국 주변의 이동셀의 성능이 저하되고 매크로와 이동셀 간을 이동하는 단말의 mobility failure rate이 증가하는 문제점이 있어 3GPP의 Small Cell Enhancement Deployment Scenario와 유사한 (Option 3)을 기본 형상으로 고려한다.

라. 이동셀 Deployment Scenario

실내외 공간에 설치 및 탈/부착이 가능하고, 휴대 및 차량 등에 탑재를 통해 이동이 자유로운 이동셀은 비즈니스 모델 및 활용 용도에 따라 <표 1>에서와 같이 다양한 형태의 Deployment Scenario를 고려할 수 있다.

<표 1>

이동셀 Deployment Scenario

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_t001.jpg

실내외 공간에 탈/부착을 통한 반-고정식의 용도를 고려하면 유선/무선 백홀을 통해 네트워크와 연결되고 댁내 외 사용자에게 통신 및 서비스를 제공하는 가정용 기지국으로 활용될 수 있다. 또한, 휴대가 가능한 초소형 개인용 기지국의 형태로 제품화 되어 egg 및 mobile router를 대체할 수도 있으며, 개인 자동차 또는 버스 및 기차 등 공공 차량 등에 탑재되거나, 선박 또는 심지어 드론과 같은 비행체에 탑재되어 통신 및 서비스를 제공하는 이동형 기지국으로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 전시 및 공공안전과 같은 특수 상황에서 인프라와 독립적으로 주변 사용자들간의 통신을 제공하고 국소 지역에서의 특수 서비스 제공이 가능한 이동 기지국으로 활용될 수 있다.

이와 같이 다양한 Scenario 중에서, 최근 들어 이동통신과 자동차 기술이 접목된 LTE(Long Term Evolution)-Connected Car 등을 위한 표준화 및 기술개발 요구가 증가하고 있고, 이러한 모델이 포화상태인 이동통신시장의 돌파구를 여는 비즈니스 모델로 고려됨에 따라 차량형 이동셀을 우선적으로 고려하여 기술개발을 진행하고 있다.

2. 5G 이동셀 요소 기술

5G 이동셀의 요소 기술은 크게 기반 기술, 인접 통신 기술, 고밀도화 기술로 분류된다. 기반 기술은 이동셀의 구조 및 기본 기능 제공을 위해 필요한 요소 기술이며, 인접 통신기술은 주변 이동셀과의 통신을 위한 기술이고, 고밀도화 기술은 이동셀이 고밀도 환경에서 운영될 때 필요한 요소 기술을 의미한다.

가. 이동셀 구조 및 기반 기술

1) Enhanced 무선 중계 기술

이동 중에도 독자적인 셀을 구성하여 단말의 접속을 수용하고, 무선 백홀을 통해 네트워크와의 연결을 유지하며, 네트워크와 접속 단말 간의 통신을 위한 L3(Layer-3) 중계 기능을 제공한다((그림 3) 참조).

(그림 3)

이동셀 무선 중계 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f003.jpg

2) 다중 무선 링크 전송 기술

무선 백홀 링크의 용량 및 통신 신뢰도가 접속 단말 전체의 통신 및 서비스 품질에 영향을 미칠 수 있으므로, 고용량 및 robust 백홀 링크를 위한 무선전송 기능을 제공하며, 고속의 근접 액세스 링크를 통한 대용량 데이터 전송 기능을 제공한다((그림 4) 참조).

(그림 4)

이동셀 다중 무선 링크 전송 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f004.jpg

3) Cell Mobility 및 Group Handover 기술

이동셀이 서로 다른 매크로 기지국 영역을 이동하는 경우 이동성을 보장할 수 있고, 각 이동셀에 접속된 접속 단말들의 이동성 및 Handover를 통한 서비스 연속성 또한 보장하는 기능을 제공한다(((그림 5)참조).

(그림 5)

이동셀 이동성 및 Group Handover 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f005.jpg

4) Mobile Edge Cloud 기술

이동셀에 자체 응용/Cloud 서버를 탑재하여 네트워크로부터의 컨텐츠 캐슁 및 사용자에 의해 생성된 컨텐츠 및 데이터 저장, 관리, 공유 기능을 제공한다((그림 6)참조).

(그림 6)

Mobile Edge Cloud 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f006.jpg

5) Multi-RAT Radio Level Integration 기술

다양한 단말의 접속을 위해 Cellular 및 Non-cellular 액 세스를 제공하며, 셀룰러 하위계층을 통한 결합과 통합 자원 관리 기능을 제공한다((그림 7)참조).

(그림 7)

Multi-RAT 액세스 통합 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f007.jpg

나. 이동셀 인접 통신기술

1) Cell-to-Cell Direct 통신기술

주변 이동셀과 사이드홀을 통한 직접 통신 기능을 제공하며, 이 기능을 이용하여 이동셀 간의 콘텐츠 및 데이터 공유 및 접속 단말 간의 Indirect D2D 기능을 지원 한다((그림 8)참조).

(그림 8)

Cell-to-Cell Direct 통신 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f008.jpg

2) 다중홉 통신 및 토폴로지 제어 기술

하나 이상의 주변 이동셀을 경유하는 다중홉 통신 기능을 제공하며, 경로 설정 및 관리 등을 위한 토폴로지 제어 기능을 제공한다((그림 9)참조).

(그림 9)

다중홉 통신 및 토폴로지 제어 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f009.jpg

다. 이동셀 고밀도화 기술

1) 이동셀 간섭 제어 기술

이동셀들의 액세스 링크 간 간섭 제어, Cell-to-Cell 통신을 하는 근접 이동셀 그룹 간의 사이드홀 간섭제어, Cell-to-Cell 통신을 하는 주변 이동셀 그룹과 매크로 기지국과 통신하는 이동셀 사이의 백홀과 사이드홀 간섭제어 등의 기능을 제공한다((그림 10)참조).

(그림 10)

이동셀 간섭제어 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f010.jpg

2) Auto-(re)configuration 기술

SON(Self-Organizing Network) 기술을 기반으로 이동셀 운영을 위한 초기 설정 및 자동 설정 변경, 고밀도 환경에서의 Cell ID 충돌 등에 따른 재설정, 이동셀 on-off 및 클러스터링 등을 위한 설정 변경 등의 기능을 제공한다((그림 11) 참조).

III. 이동셀 관련 3GPP 표준화 동향

3GPP의 표준화를 담당하는 주요 WG들은 현재 Rel. 12 표준화를 마무리하고, 2016년 3월 Stage 3 종료를 목표로 일부 Rel. 13을 위한 표준화를 진행하고 있다.

3GPP에서 직접적으로 5G 이동셀 자체에 대한 표준화는 진행되고 있지 않으나, 5G 이동셀을 위한 일부 요소 기술과 관련된 표준화는 이미 진행되었거나, 현재 진행 중이다.

1. Existing Work/Study Item

5G 이동셀의 요소 기술과 관련되어 현재 표준화가 진행 중이거나, 표준화가 완료된 주요 아이템들은 <표 2>와 같다.

<표 2>

이동셀 요소 기술 관련 3GPP 표준 아이템

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_t002.jpg

2. Expected Work/Study Item

3GPP의 TSG-SA WG1은 표준의 가장 초기 단계인 Stage 1 서비스 요구사항 및 Use Case 등을 정의하는 그룹으로 최상위 레벨의 표준화를 담당한다. 따라서, 다른 WG들은 현재 Rel. 12 및 13을 위한 표준화 작업을 진행하고 있으나, TSG-SA WG1은 이미 Rel. 14를 위한 표준작업을 시작하고 있다. 이 WG은 2015년 2월 69차 회의에서 Rel. 14를 위한 신규 Study Item에 관한 논의를 진행하고 제안된 Item 중 일부를 승인할 예정이다.

TSG-RAN Plenary 회의에서도 무선전송 및 접속에 관련된 신규 표준 Item들이 제안되고 승인되는 작업이 수행되었으며, 지난 2014년 12월 Plenary 회의에서도 Rel. 13을 위한 일부 표준 Item들이 승인되어 2015년부터 TSG-RAN WG들에서 표준화가 진행될 예정이다.

현재까지 TSG-SA1 WG 및 TSG-RAN Plenary에서 논의되고 표준화가 시작될 것으로 예상되는 5G 이동셀 관련 표준 Item은 다음과 같다.

가. V2X

V2X(Vehicle-to-Anything)는 5G 이동셀이 1차 목표로 하고 있는 차량셀과 가장 유사한 형태이며, (그림 12)에서와 같이 Vehicle-to-Vehicle/Infra/Road-Side-Unit/Pedestrian/Home /Grid 등 Vehicle을 중심으로 주변 매체들과의 통신을 포함하는 서비스이고, LTE-Connected Car 등 최근 고조되고 있는 자동차와 통신을 결합한 스마트카 등을 위한 Market의 기술개발 요구를 반영한 융합기술이다.

(그림 12)

V2X 개념도[4]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f012.jpg

V2X는 2014년 11월에 개최된 TSG-SA1 WG 68차 회의와 12월에 열린 TSG-RAN Plenary 66차 회의에서 논의된 가장 커다란 신규 표준 이슈 중 하나였으며, 기존 차량 Safety를 주 목적으로 하는 DSRC(Dedicated Short-Range Communications) 방식의 문제점 및 한계를 극복하기 위해 LTE 기술 적용을 기본 목표로 한다. TSG-SA1 WG에서는 LG 전자와 Qualcomm 등이 Rel. 14를 위한 표준 Study 필요성을 제기한 상태이며[4][5], TSG-RAN Plenary에서도 Huawei, Ericsson 등이 Rel. 13을 위한 'Enhanced LTE D2D Proximity Services' 표준 범위에 V2V를 포함하는 제안을 하기도 하였다[6][7].

여러 논의 끝에, 현재로써는 2015년 2월 TSG-SA1 WG 69차 회의에서 Rel. 14를 위한 Study Item으로 선정되어 요구사항 및 Use Case 정의가 시작되고, 이후 TSG-RAN에서도 표준 Study가 진행될 것으로 예상된다.

나. Mobile CDN

Mobile CDN(Content Delivery Networks)은 기존 네트워크의 응용 서버를 통해 제공되던 콘텐츠 서비스를 (그림 13)과 같이 PDN GW 또는 기지국과 같은 이동통신 네트워크 장비를 통해 제공함으로써 지연 감소 및 QoE 향상, 네트워크 부하 절감 등의 효과를 갖는 서비스이다. 네트워크 사업자는 사용자 단말기의 성능뿐 아니라 통신 요금제에 따라 제공되는 콘텐츠의 품질을 달리함으로 부가 수익을 창출할 수 있는 모델도 고려할 수 있다.

Mobile CDN은 5G 이동셀이 자체 응용/Cloud 서버를 통해 제공하는 Mobile Edge Cloud 서비스와 유사한 속성을 가지고 있으며, China Mobile에 의해 TSG-SA1 WG 68차 회의에서 표준 Study 필요성이 제기되었고, Rel. 14 신규 Item으로 선정이 유력시되고 있다[8].

(그림 13)

V2X 개념도[8]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f013.jpg

다. LTE-WLAN Radio Level Integration

기존에는 LTE 네트워크와 WLAN의 연동이 이동통신 코어 네트워크를 중심으로 이루어진 것과는 달리, LTE-WLAN Radio Level Integration은 LTE와 WLAN을 동시에 제공하는 Collocated 기지국 또는 Non-collocated라 하더라도 그에 준하는 구조를 가진 기지국을 중심으로 LTE와 WLAN 프로토콜을 PDCP나 RLC 계층에서 밀결합하는 기술이다((그림 14) 참조). 이와 같은 밀결합으로 기지국이 무선 상황이나 부하에 따라 LTE와 WLAN 간 유동적인 자원 할당 및 통합 제어가 가능하므로 궁극적으로 성능 향상 및 부하 균형효과를 갖는 기술이다.

(그림 14)

LTE-WLAN Radio Level Integration 개념도[9]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f014.jpg

LTE-WLAN Radio Level Integration은 Multi-RAT 액세스를 제공하는 5G 이동셀의 필수 요소 기술이며, TSG-RAN Plenary 회의에서 Intel과 Qualcomm에 의해 제안되었고 향후 Rel. 13 또는 14을 위한 표준 Study Item으로 선정되어 표준화가 시작될 것으로 예상된다[9].

이상과 같은 표준 진행상황을 바탕으로 5G 이동셀의 요소 기술과 관련되어 향후 표준화가 진행될 것으로 예상되는 주요 아이템들은 <표 3>과 같다.

<표 3>

이동셀 요소기술 관련 예상 3GPP 표준 아이템

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_t003.jpg

IV. 국내외 기술 동향

1. METIS 2020

METIS 2020은 유럽의 대표적인 5G를 위한 프로젝트 컨소시엄으로 2012년 11월 5G 기술 표준화 주도를 목표로 산업계, 학계, 연구기관이 참여하여 결성되었으며, 5G 이동통신 네트워크 관련 서비스 콘셉트와 솔루션 제안, 표준화 기술개발 및 해당 기술의 글로벌 컨센서스(consensus) 형성 등을 활동 목표로 한다.

METIS 2020에서는 5G 셀룰러 무선 통신 시스템을 특징지을 수 있는 다음과 같은 5가지 미래 시나리오를 제시하고 있다[10].

  • - Amazingly fast

  • - Great service in a crowd

  • - Best experience follows you

  • - Super real-time and reliable connections

  • - Ubiquitous things communicating

이 중 'Best experience follows you'는 (그림 15 a)와 같이 차나 기차로 이동 중인 사용자에게도 고품질 서비스 제공하는 시나리오로 5G 이동셀의 개인/공공 차량을 통한 이동형 시나리오에 해당한다.

또한 METIS 2020은 기술 연구를 위한 다음과 같은 5가지의 Horizontal Topic을 제시하고 있다[11].

  • - Direct D2D Communication

  • - Massive Machine Communication

  • - Moving Networks

  • - Ultra Dense Networks

  • - Ultra Reliable Communication

이 중 'Moving Networks'는 Dynamic Radio Access Network에 이동성을 접목한 것으로, (그림 15 b)에서와 같이 이동 네트워크 노드와 인프라 간 고신뢰 고성능 통신(MN-M), 저속 네트워크 노드 기반의 유동적인 네트워크 Deployment(MN-N), 차량 간 V2X 통신(MN-V) 등과 같은 요소들로 구성되며, 이는 이동형 기지국인 5G 이동셀의 개념을 포함한다.

(그림 15)

METIS 2020 Scenarios and Horizontal Topics[11]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f015.jpg

2. 5G 포럼

국내에서도 산업계, 학계, 연구기관 등으로 구성된 '5G 포럼'이 결성되어 운영 중이며, 포럼을 중심으로 (그림 16)과 같이 "나를 따라다니는 네트워크", "나를 이해하는 서비스", "나를 대신 하는 단말"의 비전을 실현하는 5G 시스템을 위한 표준 도출 및 기술개발을 목표로 하고 있다[12].

5G 포럼의 시스템 비전 중 "나를 따라다니는 네트워크"는 사용자가 따라다녀야 하는 기존의 인프라 중심 네트워크 개념에서 탈피하여, 사용자를 중심으로 구성되는 네트워크의 실현이 목표이며 5G 이동셀의 개념을 포함한다.

(그림 16)

5G 이동통신의 이해[12]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f016.jpg

3. 국내외 업체

최근 들어 국내외 많은 업체들은 각자 가지고 있는 5G 시스템의 비전, 구조, 핵심 기술, 서비스 등을 White Paper나 각종 워크샵 및 세미나를 통해 발표하고 있으며, 일부는 5G 이동셀의 개념을 포함하고 있다.

대표적으로 SK Telecom이 2014년도 10월 5G White Paper를 통해 발표한 5G Hyper-Connected Infrastructure에 개인 휴대 또는 차량을 통해 이동이 가능한 Moving & Personal Cell이 포함되어 있으며[13], KRNET 2014에서 LG 전자는 Wireless Backhaul 기반의 Moving Radio Network을 5G를 위한 핵심 후보 기술로 소개하기도 하였다[14]. 또한 NTT DoCoMo는 2014년 IEICE Technical Paper를 통해 5G Future Radio Access Network을 위한 Moving Cell 실현 방안 연구를 발표하기도 하였다[15].

IV. 결론

소형 기지국이 사용자와 함께 움직이며 자체 응용 서버를 통해 언제 어디에서든지 직접 서비스 제공이 가능하고, 근접 이동 기지국과의 직접 통신을 통해 콘텐츠 및 서비스 공유가 가능한 5G 이동셀은 인프라 중심에서 사용자 중심으로 전환되는 5G 네트워크 실현을 위한 핵심 요소 중 하나이다. 이를 반영하듯, METIS 2020 등 대표적인 컨소시엄에서도 사용자를 따라 움직이는 Moving Networks를 5G를 위한 핵심 연구 Topic으로 정의하고 있으며, NTT DoCoMo, SK Telecom 등 국내외 사업자 및 제조업체들도 Moving Cell 관련 기술개발에 관심을 나타내고 있다.

단말과 달리 셀의 이동은 고밀도 환경으로 갈수록 셀 및 접속 단말의 통합 이동성 관리, 셀 식별자 등 형상 설정 및 관리, 간섭제어 등 많은 이슈에 대한 연구를 필요로 한다. 현재 ETRI에서는 5G 이동셀을 위한 핵심 요소 기술에 관한 연구를 진행 중이며 향후 표준화를 위한 노력도 함께 병행하고 있다. 이러한 노력이 국내 5G 기술의 세계화를 이끄는 초석이 될 수 있기를 기대한다.

용어해설

셀(Cell)단말과 약속된 무선 자원을 사용하여 하나의 기지국이 통제 가능한 서비스 영역을 의미, 그러나 최근에는 기지국 자체를 지칭하여 사용되기도 함(e.g. Small Cell).

3GPP(3rd Generation Partnership Project) 유럽의 대표적인 이동통신 관련 단체들 간의 표준기구로 국제전기통신연합(ITU)의 IMT-2000 프로젝트의 범위 내에서 3세대 이동통신 시스템 규격의 작성을 목적으로 하였으나, 이후 LTE, LTE-Advanced 표준 작성으로 확장

약어 정리

5G

5th Generation

3GPP

3rd Generation Partnership Project

CDN

Content Delivery Networks

CPE

Customer Premise Equipment

DSRC

Dedicated Short-Range Communications

HetNet

Heterogeneous Networks

LTE

Long Term Evolution

QoE

Quality of Experience

RAT

Radio Access Technology

SNS

Social Network Service

SON

Self Organizing Networks

V2X

Vehicle-to-Anything

[1] 

Cisco, “Visual networking index,” Feb. 2014.

[2] 

NTT DoCoMo, “5G Concept and Technologies,” IEEE GLOBECOM 2014 Industry Workshop, 2014.

[3] 

Qualcomm, “1000x: More small cells; Hyper-dense small cell deployments,” June 2014. https://www.qual comm.com/1000x/small-cells

[4] 

LG Electronics, S1-144335, “Introducing a New Set of Features for V2X over LTE,” 3GPP TSG-SA WG1 #68 Meeting, Nov. 2014.

[5] 

Qualcomm, S1-144374, “V2X communication in 3GPP,”3GPP TSG-SA WG1 #68 Meeting, Nov. 2014.

[6] 

Ericsson, RP-142032, “Motivation for Work Item on Enhanced LTE D2D Proximity Services,” 33GPP TSG-RAN #66 Plenary Meeting, Dec. 2014.

[7] 

Huawei, RP-141918, “Motivation for RAN work on V2V in Rel-13,” 3GPP TSG-RAN #66 Plenary Meeting, Dec. 2014.

[8] 

China Mobile, S1-144343,“Discussion Paper for Rel-14 - Mobile CDN,” 3GPP TSG-SA WG1 #68 Meeting, Nov. 2014.

[9] 

Intel and Qualcomm, RP-142281, “New SI proposal: Study on LTE-WLAN Radio Level Integration,” " 3GPP TSG-RAN #66 Plenary Meeting, Dec. 2014.

[10] 

METIS 2020 Deliverable D1.1, “Scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system,” Apr. 2014.

[11] 

METIS 2020 Deliverable D6.2, “Initial report on horizontal topics, first results and 5G system con-cept,” Apr. 2014.

[12] 

5G Forum, “5G 비전 및 추진 전략,” May 2013.

[13] 

SK Telecom, “SK Telecom 5G White Paper,”Oct. 2014.

[14] 

LG Electronics, “5G Network Architecture & Multiple Access,” Oct. 2014.

[15] 

NTT DoCoMo, “Realization Method of Moving Cell for 5G Future RAN,” IEICE Tech. Paper, Apr. 2014.

(그림 1)

이동셀의 기본 개념

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f001.jpg
(그림 2)

이동셀 무선 링크 형상

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f002.jpg
(그림 3)

이동셀 무선 중계 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f003.jpg
(그림 4)

이동셀 다중 무선 링크 전송 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f004.jpg
(그림 5)

이동셀 이동성 및 Group Handover 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f005.jpg
(그림 6)

Mobile Edge Cloud 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f006.jpg
(그림 7)

Multi-RAT 액세스 통합 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f007.jpg
(그림 8)

Cell-to-Cell Direct 통신 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f008.jpg
(그림 9)

다중홉 통신 및 토폴로지 제어 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f009.jpg
(그림 10)

이동셀 간섭제어 기술

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f010.jpg
(그림 12)

V2X 개념도[4]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f012.jpg
(그림 13)

V2X 개념도[8]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f013.jpg
(그림 14)

LTE-WLAN Radio Level Integration 개념도[9]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f014.jpg
(그림 15)

METIS 2020 Scenarios and Horizontal Topics[11]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f015.jpg
(그림 16)

5G 이동통신의 이해[12]

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_f016.jpg
<표 1>

이동셀 Deployment Scenario

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_t001.jpg
<표 2>

이동셀 요소 기술 관련 3GPP 표준 아이템

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_t002.jpg
<표 3>

이동셀 요소기술 관련 예상 3GPP 표준 아이템

images_1/2015/v30n1/ETRI_J003_2015_v30n1_21_t003.jpg
Sign Up
전자통신동향분석 이메일 전자저널 구독을 원하시는 경우 정확한 이메일 주소를 입력하시기 바랍니다.