Mobile MultihopRelay NetworkC0%CC%BC... · 2012. 3. 20. · RF 중계기치국 ¾Multipath fading에의한기지국신호왜곡발생(CNR 열화발생) 인빌딩중계기RF 전력손실

인프라연구소

Mobile Mobile MultihopMultihop Relay NetworkRelay Network

2006. 6. 28

이성춘 ([email protected])

2Network Infra Lab. KRnet 2006, The 14th Korea Internet Conference

목목 차차

MMR MMR 도입배경도입배경

MMR MMR 개념개념 및및 표준화표준화 현황현황

MMR MMR 적용적용 방안방안 및및 연구연구 개발개발 방향방향


목목 차차MMR MMR 도입배경도입배경

WiBroWiBro Stage 1 Stage 1 서비스서비스

WiBroWiBro 무선국무선국 장치장치

옥외옥외 : : 표준표준 RAS, RAS, 광중계기광중계기

지하철지하철: : 표준표준 RAS, RAS, 지하철지하철 광중계기광중계기

실내실내 음영음영: RF : RF 중계기중계기, , 광인빌딩광인빌딩 중계기중계기

기존기존 중계기의중계기의 기술적기술적 이슈이슈




WiBroWiBro Stage1 Stage1 서비스서비스

기간기간 : 2006.3~5 (Pre: 2006.3~5 (Pre--commercial) commercial) 2006.6~ (Commercial)2006.6~ (Commercial)

지역지역 : : 강남권강남권, , 신촌신촌 및및 분당지역분당지역

단말단말 : PCMCIA : PCMCIA 카드카드 및및 PDAPDA

서비스서비스

무선무선 TPSTPS

IP Multicasting (VoD & MoD)IP Multicasting (VoD & MoD)

Portals, Games, Portals, Games, LBSLBS’’ss

적용적용 장비장비

옥외옥외: : 기지국기지국 (RAS), (RAS), 광중계기광중계기, ICS, ICS

지하철지하철: RAS, : RAS, 지하철지하철 광중계기광중계기

옥내옥내 음영음영 지역지역: RF : RF 중계기중계기, , 광인빌딩광인빌딩

중계기중계기, , 소형소형//초소형초소형

RASRAS

서비스 개요

신촌

서초구송파구

강남구

분당


WiBroWiBro 무선국무선국 장치장치 ((옥외옥외))

RAS (Radio Access Station: RAS (Radio Access Station: 기지국기지국))WiBroWiBro 망의망의 기본기본 커버리지를커버리지를 구축하는구축하는 주장비주장비

WiBroWiBro 단말과의단말과의 무선무선 접속접속 담당담당, , 무선자원무선자원 관리관리//제어제어 임무임무 수행수행

주요주요 제원제원

옥외옥외 설치설치 기본기본

3FA/3Sector, Rx Diversity 3FA/3Sector, Rx Diversity 지원지원 (2/4)(2/4)

20W/FA, 3 Sector20W/FA, 3 Sector까지까지 확장확장 가능가능

AAS & MIMO ready AAS & MIMO ready 구조구조

Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet 또는또는 Fast Ethernet BackhaulFast Ethernet Backhaul

이중화이중화 구조구조 ((동기동기 클럭클럭, , 주제어부주제어부, , 채널카드채널카드, , 트랜시버트랜시버 등등))



FAN-S

Air Baffle

FAN-P

TOP

RPDP

RCCU-0 RCCU-1 RCCU-2

BOTTOM

RPAG

RAPA-

11

RAPA-

10

RAPA-9

RAPA-8

RAPA-7

RAPA-6

RAPA-5

RAPA-4

RAPA-3

RAPA-2

RAPA-1

RAPA-0

RAFE-8

RAFE-7

RAFE-6

RTMU

RAFE-5

RAFE-4

RAFE-3

RAFE-2

RAFE-1

RADU-F

RAFE-0

RAFE-

10

RAFE-

11

RAFE-9

RRAATTAA--55

RRAATTAA--44

RRAATTAA--33

RRAATTAA--11

RRAACCAA--33

RRAACCAA--22

RRAACCAA--11

RRAACCAA--00

RRAATTAA--22

RRAAAACC

RRBBAAUU

RRAAPPII

RRAADDUU--DD

RRAASSCC

RRAATTAA--00

RRAARRII--00

RRAARRII--11

RRAARRII--22

RRNNSSUU--BB

RRNNSSUU--AA

RRCCDDUU--BB

RRCCDDUU--AA

RRAANNAA--11

RRAANNAA--00

RRDDDDCC--AA

RRDDDDCC--BB

Alpha Sector

Beta Sector

Gamma Sector

Transceiver

ChannelCard

MainProcessor

GPS Receiver& Clock Gen.

SystemAlarm

LNA

Duplexer/Filter

RFPA

ACR

NetworkInterface

FEU

표준형표준형 RAS RAS 기능기능 블록블록


RAS광선로

Mobile


광중계기광중계기

표준형표준형 RASRAS의의 옥외옥외 커버리지커버리지 확장에확장에 적용됨적용됨

기지국과기지국과 중계기중계기 간간 광선로를광선로를 통해통해 신호신호 전달전달

기지국과기지국과 MHU (Master Hub Unit) MHU (Master Hub Unit) 간간 Analog IF (FL:75MHz, RL:125MHz) Analog IF (FL:75MHz, RL:125MHz) 인터페이스로인터페이스로 연동연동

Time Advance Time Advance 기능을기능을 적용하여적용하여, , 광광 선로선로 지연을지연을 보상하여보상하여 기지국과기지국과 중계기중계기

신호간신호간 시각시각 동기를동기를 이룸이룸

구성구성 방안방안

MHU ROU


WiBroWiBro 무선국무선국 장치장치 ((옥내옥내 음영음영))

RF RF 중계기중계기

기지국기지국 신호를신호를 옥상과옥상과 같은같은 LOS LOS 환경에서환경에서 수신하여수신하여 건물건물 내내 또는또는 지하에지하에

서비스함서비스함

중계중계 링크링크 성능성능 열화가열화가 바로바로 서비스서비스 품질에품질에 직접적인직접적인 영향을영향을 미침미침

시간시간 지연이지연이 보상되지보상되지 않으므로않으므로 설치설치 거리에거리에 제한이제한이 있음있음

출력의출력의 세기에세기에 따라따라 초소형초소형, , 소형소형, , 중형중형, , 대형대형 등으로등으로 구분구분

RAS


WiBroWiBro 무선국무선국 장치장치 ((옥내옥내 음영음영))

광광 인빌딩인빌딩 중계기중계기

표준표준 광중계기광중계기 구조를구조를 변형함변형함

건물건물 내부에내부에 층별로층별로 케이블케이블 및및 안테나안테나 설치하여설치하여 서비스서비스 제공제공

실내실내 전전 지역을지역을 커버하기커버하기 위하여위하여 RURU에서에서 다수의다수의 RF RF 케이블을케이블을 이용한이용한

분기가분기가 이루어져서이루어져서 RF RF 신호신호 감쇄가감쇄가 심함심함

기지국기지국 신호를신호를 광신호로광신호로 변환하여변환하여 (MHU), (MHU), 이를이를 RHURHU에에 전송하며전송하며, RHU, RHU가가

다수의다수의 RURU를를 통해통해 RF RF 신호를신호를 전달함전달함

RHU

RURU

MHU

RAS


옥외옥외 망망 설치설치 예예

정류기/배터리 RAS 광중계기 MHU


지하철지하철 중계망중계망 설치설치 예예

ROUROURASRAS MHUMHU

ROUROU

IFIF Digital opticDigital optic RFRF

43dBm43dBm

MHU : Master Hub UnitMHU : Master Hub UnitROU : Remote Optic UnitROU : Remote Optic Unit


인빌딩인빌딩 중계망중계망 설치설치 예예

RHURHURASRAS

IBDS : InIBDS : In--Building Distribution SystemBuilding Distribution SystemMHU : Main Hub UnitMHU : Main Hub UnitRHU : Remote Hub UnitRHU : Remote Hub UnitRU : RF UnitRU : RF Unit

MHUMHU RURU

RHURHU RURU

IFIF Digital opticDigital optic RFRF2-way22--wayway

2-way22--wayway

0dBm0dBm


기존기존 중계기의중계기의 기술적기술적 이슈이슈

NonNon--regenerated type repeater regenerated type repeater 현재현재 모든모든 무선통신망에무선통신망에 적용되는적용되는 중계기들은중계기들은 AmplifyAmplify--andand--Forward Forward 방식방식

기술적기술적 이슈이슈 ((시스템시스템 용량용량 저하저하))역방향역방향 Noise Figure Noise Figure 열화열화

중계기중계기 개수가개수가 증가함에증가함에 따라따라 역방향역방향 Noise Figure Noise Figure 상승상승

RF RF 중계기중계기 치국치국

MultipathMultipath fadingfading에에 의한의한 기지국기지국 신호신호 왜곡왜곡 발생발생 (CNR (CNR 열화열화 발생발생))

인빌딩인빌딩 중계기중계기 RF RF 전력전력 손실손실

건물건물 내부내부 상황에상황에 따른따른 케이블케이블 길이와길이와 분기로분기로 인한인한 급전선급전선 손실이손실이

매우매우 큼큼

WiBroWiBro는는 인터넷인터넷 중심의중심의 대용량대용량 데이터데이터 전송을전송을 지원해야지원해야 하므로하므로

시스템시스템 용량용량 저하에저하에 따른따른 대책이대책이 필요함필요함



MMR MMR 개념개념 및및 표준화표준화 현황현황IEEE 802.16j IEEE 802.16j 표준화표준화 현황현황

MMR MMR 개요개요

MMR MMR 기술적기술적 특징특징

IEEE 802.16 MeshIEEE 802.16 Mesh와의와의 비교비교



IEEE 802.16j IEEE 802.16j 표준화표준화 현황현황

연혁연혁

2005.5: Ad2005.5: Ad--Hoc Meeting Hoc Meeting 결성결성

2005.7: 802.16 WG/EC2005.7: 802.16 WG/EC에서에서 Study group on MMR Study group on MMR 승인승인

2005.9~2006.1: PAR & 5 Criterion draft 2005.9~2006.1: PAR & 5 Criterion draft 작성작성

2006.3: WG/EC IEEE802.16j Relay Task Group 2006.3: WG/EC IEEE802.16j Relay Task Group 승인승인

2006.5: 12006.5: 1stst TG Meeting TG Meeting 개최개최

2006.9: Presentation & Selection2006.9: Presentation & Selection2006.11: 12006.11: 1stst TG letter ballotTG letter ballot2007.9: SA Approval 2007.9: SA Approval 예정예정

의장단의장단

Chair: Chair: MitsuoMitsuo NoharaNohara, KDDI , KDDI Vice Chair: Vice Chair: PengPeng Zhu, NortelZhu, Nortel참여사참여사 현황현황

KDDI, KDDI, 삼성삼성, , 노텔노텔, , 후지쯔후지쯔, , 모토롤라모토롤라, , 알바리온알바리온, , 인텔인텔, , 노키아노키아 등등 다수다수 참여참여


IEEE 802.16j IEEE 802.16j 표준화표준화 현황현황

PAR PAR 주요주요 내용내용(2006.3.30 (2006.3.30 승인승인))Title of DocumentTitle of Document

Amendment to IEEE Standard for Local and Metropolitan Area NetwoAmendment to IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networksrks--Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless APart 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access ccess SystemsSystems--MultiMulti--hophop Relay SpecificationRelay Specification

ScopeScopeThis document specifies This document specifies OFDMAOFDMA physical layer and medium access control physical layer and medium access control layer enhancements to IEEE Std 802.16 for licensed bands to enablayer enhancements to IEEE Std 802.16 for licensed bands to enable the le the operations of relay stations. Subscriber station specifications operations of relay stations. Subscriber station specifications are are notnotchanged.changed.

PurposePurposeTo To enhance coverage, throughput and system capacityenhance coverage, throughput and system capacity of 802.16 networks of 802.16 networks by specifying 802.16 multiby specifying 802.16 multi--hop relay capabilities and functionalities of hop relay capabilities and functionalities of interoperable relay stations and base stations. interoperable relay stations and base stations.

Additional NotesAdditional NotesControlControl functions may be functions may be centralizedcentralized at the base station or at the base station or distributeddistributedamong the relay stations with central coordination from the baseamong the relay stations with central coordination from the base station.station.


MMR MMR 개요개요

MMR MMR 개념개념

IEEE 802.16jIEEE 802.16j에서에서 추진하고추진하고 있는있는 스마트스마트 중계기중계기 개념개념

기존의기존의 아날로그아날로그 RF RF 중계기에서중계기에서 탈피해탈피해, , 기지국기지국 신호의신호의 복조복조 및및

재변조재변조 기능이기능이 지원되는지원되는 regenerated typeregenerated type의의 디지털디지털 중계기임중계기임

기존기존 아날로그아날로그 중계기에중계기에 비해비해 시스템시스템 성능성능 향상이향상이 가능함가능함

커버리지커버리지 확장확장

Throughput Throughput 개선개선

Conventional Terminal Used(Not changed)

OFDMA only


MMR MMR 기술적기술적 특징특징

기존기존 솔루션과의솔루션과의 비교비교

SelfSelf--managedmanagedManaged by BSManaged by BSunmanagedunmanagedInterferenceInterference

* * MMR is a smart version of Conventional Repeater and the supplemeMMR is a smart version of Conventional Repeater and the supplement to RAS.nt to RAS.

SelfSelf--ControlledControlledCollaborative with BSCollaborative with BSControlled by BSControlled by BSRRM & RRM & Scheduling`Scheduling`

No DegradationNo DegradationMild DegradationMild DegradationSevere DegradationSevere DegradationPerformancePerformance

HighHighReasonableReasonableLowLowCostCost(CAPEX, OPEX)(CAPEX, OPEX)

WideWideNarrowNarrow--WideWideNarrow Narrow -- WideWideCoverageCoverage

Encode and DecodeEncode and DecodeDecode and ForwardDecode and ForwardAmplify and ForwardAmplify and ForwardFunctionFunction

Base StationBase StationSmart repeaterSmart repeaterDummy repeaterDummy repeaterConcept Concept

RASRASMMRMMRConventional RepeaterConventional Repeater

(RF, Optic)(RF, Optic)


IEEE 802.16 MeshIEEE 802.16 Mesh와의와의 개념개념 비교비교

Mesh vs. RelayMesh vs. Relay




MMR MMR 적용적용 방안방안 및및 연구연구 개발개발 방향방향MMR Usage ModelMMR Usage ModelMMR MMR 분류분류

MMR MMR 기대기대 효과효과

기술적기술적 이슈이슈

KT KT 관련관련 R&D R&D 활동활동


Concept of 802.16 MMR

Coverage extension at cell edge

Penetration into inside room

Shadow of buildings

Coverage hole

Underground

Valley between buildings

Coverage extension to isolated area

Multihop Relay

Mobile Access

BS RS

RS

RS

RS

RS

RS

MMR Usage ModelMMR Usage Model

Basic Usage ModelBasic Usage ModelUsage Usage 측면에서측면에서 기존기존 중계기와중계기와 매우매우 유사함유사함



Fixed RSFixed RS기지국기지국(BS)(BS)의의 커버리지커버리지 가장자리에가장자리에 MMR StationMMR Station이이 설치되어설치되어, , 기지국기지국 커버리지커버리지확장확장 용도용도

한한 장소에장소에 고정된고정된 RSRSOpen spaceOpen space의의 건물건물 옥상옥상 등이나등이나 지하에지하에 주로주로 설치설치

기지국기지국 linklink와와 LOS LOS 또는또는 near LOS near LOS 환경환경

기존의기존의 광중계기광중계기 usageusage와와 유사함유사함



Nomadic RSNomadic RS사용자사용자 필요에필요에 의해의해 일정일정 기간기간 고정고정 사용사용후후 이동이동 가능한가능한 RSRS

특별한특별한 행사나행사나 전시전시 시에시에 설치설치

고객이고객이 실내실내 음영음영 해소를해소를 위해위해 설치설치

주로주로 기지국과기지국과 Non LOS Non LOS 환경에환경에 적용됨적용됨



Mobile RSMobile RS차량차량, , 철도철도 등등 이동이동 수단에수단에 설치되어설치되어, , 내부의내부의 단말을단말을 외부외부 망에망에 연결연결시켜시켜 줌줌

이동이동 중계기는중계기는 기지국이기지국이 바뀔바뀔 때마다때마다 핸드오버핸드오버 기능이기능이 존재해야존재해야 함함


MMR MMR 분류분류

ComplexityComplexity에에 의한의한 분류분류

MMRMMR의의 ComplexityComplexity는는 가격에가격에 직접적인직접적인 영향을영향을 미침미침

주요주요 고려사항고려사항

Number of OFDMA channels on which the RS must receive and transmNumber of OFDMA channels on which the RS must receive and transmit it Amount of control functionality implemented in the RSAmount of control functionality implemented in the RSRS mobility support (dynamic frequency allocation, handover algoRS mobility support (dynamic frequency allocation, handover algorithmsrithms))Antenna technology (SISO, Beam Forming, MIMO)Antenna technology (SISO, Beam Forming, MIMO)

Types of RSTypes of RSSimple RS (low cost)Simple RS (low cost)

1 OFDMA Channel (1 FA) 1 OFDMA Channel (1 FA) 지원지원

No control function, only respond to MMRNo control function, only respond to MMR--BSBSStatic frequency allocationStatic frequency allocation

Full Function RS (high cost)Full Function RS (high cost)Multiple OFDMA Channel( Multi FA) Multiple OFDMA Channel( Multi FA) 지원지원

Distributed control function (e.g. scheduling)Distributed control function (e.g. scheduling)Support MIMO for NonSupport MIMO for Non--LOSLOSMobile RS Mobile RS 적용을적용을 위해서는위해서는 RS RS 자체의자체의 Handover Handover 기능기능 제공이제공이 필요필요



RRM (Radio Resource Management) RRM (Radio Resource Management) Centralized RRMCentralized RRM

기존의기존의 중계기에서중계기에서 적용한적용한 방식방식

RRMRRM을을 BSBS에서에서 수행수행

모든모든 Relay Station Relay Station 측정측정 결과가결과가 BSBS로로 수집되어수집되어, , 기지국에서기지국에서 control control 수행수행

Handover Handover 관리가관리가 편리함편리함

RSRS의의 기능이기능이 단순해져단순해져 저가저가 가능가능

그러나그러나, , 응답응답 속도가속도가 늦고늦고, signaling overhead, signaling overhead가가 커짐커짐

Decentralized RRMDecentralized RRMRRMRRM을을 각각 RSRS에서에서 수행수행. . 단단, BS, BS와와 협력함협력함

기존기존 중계기에중계기에 적용이적용이 어려움어려움

모든모든 측정측정 결과는결과는 각각 RSRS에서에서 자체자체 처리됨처리됨

Signaling overheadSignaling overhead가가 작고작고, multi hopping, multi hopping시시 scalabilityscalability가가 용이용이

LatencyLatency가가 작음작음

그러나그러나, handover , handover 처리가처리가 복잡해지고복잡해지고, , 중계기중계기 복잡도가복잡도가 증가증가



Handover Handover MMRMMR이이 망망 내에내에 도입되면도입되면, , 다양한다양한 Handover Handover 상황이상황이 추가적으로추가적으로 발생발생

가능함가능함

MMR cell MMR cell 내에서내에서 frequency reusefrequency reuse를를 적용시적용시 복잡도복잡도 증가함증가함

Mobile RSMobile RS가가 도입될도입될 경우경우 RSRS의의 Handover Handover 문제도문제도 발생함발생함

MMR-BS

RS RS

MS MS

MMR-BS

RS

MS

MS

Intra MMR cell HO

MMR-BS

RS

MS

MMR-BS

RS

MS

MMR-BS

RS

MS

MMR-BS

MS

Inter MMR cell HO



Delay LatencyDelay LatencyHop Hop 수가수가 증가하면증가하면 단말과단말과 기지국기지국 간의간의 지연도지연도 증가하여증가하여 실시간실시간

streamstream형형 서비스서비스 제공제공 시시 문제점문제점 발생함발생함

예예: Hop : Hop 당당 delaydelay가가 1 frame delay1 frame delay인인 경우경우, 2 hop RS, 2 hop RS에에 접속한접속한 단말의단말의

경우경우, roundtrip delay, roundtrip delay로로 4 frame 4 frame 지연이지연이 발생함발생함

Multi cell MBS (Multicasting & Broadcasting Service)Multi cell MBS (Multicasting & Broadcasting Service)방송형방송형 서비스서비스 제공시제공시 macro diversity macro diversity 효과를효과를 얻기얻기 위해서는위해서는 기지국기지국

마다마다 프레임프레임 송출송출 시각을시각을 동기시켜야동기시켜야 하는하는 문제점문제점 발생발생

특히특히, multi hop , multi hop 연결연결 시시 방송방송 서비스서비스 제공을제공을 위해서는위해서는 overheadoverhead가가

너무너무 큼큼

Frequency PlanningFrequency Planning각각 MMRMMR에서에서 coco--channel channel 간섭을간섭을 줄이기줄이기 위해위해 주파수주파수 재사용재사용 필요함필요함

HandoverHandover가가 빈번해지고빈번해지고, , 간섭간섭 영향에영향에 대한대한 fine tuning fine tuning 필요함필요함


MMR MMR 기대기대 효과효과 ((망망 사업자사업자 측면측면))

Lower CAPEX(Lower CAPEX(투자비용투자비용) & OPEX() & OPEX(운용비용운용비용))MMR MMR 효과효과

전송속도전송속도 개선개선

기존의기존의 기지국기지국 커버리지커버리지 내에서내에서 MMR MMR 설치를설치를 통해통해 단말에게단말에게 higher higher data ratedata rate로로 신호신호 전송전송 가능가능

커버리지커버리지 확장확장

기존기존 기지국기지국 커버리지를커버리지를 확장시킬확장시킬 수수 있음있음

기존기존 아날로그아날로그 중계기에중계기에 비해비해 multi hopmulti hop이이 지원지원 가능하므로가능하므로,,손쉽게손쉽게 커버리지커버리지 확장이확장이 가능함가능함

용량용량 증대증대

작은작은 커버리지의커버리지의 MMR MMR 커버리지를커버리지를 설계하여설계하여 주파수주파수 이용률을이용률을극대화시킬극대화시킬 수수 있음있음

MMR cell MMR cell 간에간에 더더 조밀한조밀한 주파수주파수 planningplanning이이 가능함가능함


KT R&D KT R&D 활동활동

R&D R&D 방향방향

Usage Model, Usage Model, 기술기술 진화를진화를 고려한고려한 WiBroWiBro 무선국무선국 솔루션솔루션 다변화다변화

주요주요 개발개발 로드맵로드맵

2004년 2005년 2006년 2007년

RAS

중계기

표준화

표준 RAS 소형 RAS

MIMO/AAS 기술 MIMO/AAS RAS

Remote RF

RF/광중계기 ICS 중계기

One-path중계기

중계기 LBS

통합 지하철광

IEEE802.16e

WiMAX Forum

IEEE802.16j

MMR/mobile AP


감사합니다.

Q & A

Documents

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