[Chapter 10] Cellular Wireless Networks

돌아다니는 유저를 위한 cellular network 중 특이한 것들을 볼 것이다.

 

wireless(ex. WIFI) 한 기기에 outdoor에서도 mobility 기능이 있는 기기를 말하는 것이다.

- 이때 돌아다니는 유저들을 Mobile Unit(MU)라고 부른다.

- ISI(Inter Symbol Interference) 없앰

 

정부에서 산 frequency band를 가지고 최대 수익을 정해놓고 유저들에게 channel을 할당한다.

-> (Goal1) Base Station이 service quality를 유지하면서 가능한 많은 유저들을 지원할 수 있어야 함 (Multiple Access 사용 !!)

-> (Goal2) Capacity(channel 개수) 정해져 있을 때, 지원 가능한 유저 수를 늘릴 수 있어야 함

* 유선이나 stationary wireless는 통신이 끝날 때까지 할당받은 것을 계속 쓸 수 있지만,

cellular network를 계속 쓰지 못함

 

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<목차>

- Principles of cellular networks

- Multiple Access technologies (FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA)

- 4 generations of mobile telephony

 

=> 즉,, 10장에서는 cellular network를 통해 전화하는 경우를 위주로 볼 것이다.

router, switch 등의 단어가 아니라 BTS, VSC 등등 용어

second generation 위주로 설명할 것임.. (스마트폰 나오기 전 세대)

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Principles of Cellular Networks

 

<cell이라는 개념을 만든 이유>

같은 channel로 서로 다른 방송을 쓰는 경우

 

1. 거리가 먼 두 곳에 같은 channel 할당하는 경우

ex. 제주도에서 쓰는 channel을 서울에서도 쓰는 지방방송

-> 거리가 멀기 때문에 interference 적음

 

2. 거리가 가까운 두 곳에 같은 channel 할당하는 경우

-> interference 많음

 

cellular radio 등장 전에는 mobile service를 사용할 수 있도록 제공되는 channel 개수도 적었을 뿐더러 넓은 지역을 커버해야 하기 때문에 power를 낮추어야 하는 기술이 필요했다.

 

cellular network 등장한 다음에는, 거리가 가깝지않은 cell끼리 같은 주파수를 사용하도록 해 CCI를 막으면서 재사용 가능하도록 함..

 

예제

 

다음과 같은 상황을 가정하자

- FDMA 사용
- 할당받은 total frequency band = 15 MHz
- 한 명의 user당 30KHz 필요(= 하나의 channel당 30KHz 필요)
* 이동 통신 기기의 경우에는,, 필요한 용량이 더 많음(error correction, encoding 등등) -> data rate 더 높아야
- 서울~인천 지역 지원(가까운 두 지역)

 

다음 두 가지로 표현 가능

1. 15MHz의 대역폭을 가지고 30KHz를 쓴다 ~~~ : 15000/30 = 500 channel(500명)

2. 500개의 channel이 있는데 FDMA를 쓴다 ~~ : user 500명

* CDMA의 경우,, 인접한 두 지역이 같은 주파수 사용 가능(encoding seed 를 다르게 주면 자신의 것만 읽을 수 있음)

 

서울과 인천은 인접한 두 지역이기 때문에 channel 하나를 공유하면 interference 생김 -> channel을 250개씩 나눠 써야.

 

서울,인천 지역을 여러 개의 작은 area로 더 나눔 -> A와 A'가 channel 공유 가능

사실 더 많은 cell이 공유 가능

 

1. 

인천 지역 전체가 아니라 cell 하나만 커버할 수 있는 low power, short antenna 기술 사용하면 된다.

=> 개수는 2개에서 14개로 증가하지만, transmitter가 power를 조정해줘야 함

* transmitter의 역할: 기존에 modulization(baseband signal->carrier signal) + power 조정

 

2. 

cluster 내 cell 개수가 N개이면, 이 cluster가 쓸 수 있는 channel 개수가 N개이므로

하나의 cell은 500/7개의 channel을 사용 가능하다.

 

하지만 지나치게 잘게 쪼개면  CCI가 생김

* CCI(Co-channel Interface): D가 지나치게 작아서 co-channel cell들 사이에 생기는 간섭

* D: channel을 재사용하는 빈도

ex. A~A'거리 , B~B'거리 , 등등

* CCC(Co-channel cells): 동일한 주파수 대역폭을 사용하는 셀(=adjacent cell)

* N: cluster 내 cell 개수

* K: 할당받은 총 주파수

* R: cell radius

* H: Height of Antenna

-> K/N: # of channels per cell

 

여튼,, capacity 구하는 법 알아야 한다.

Capacity = (cluster개수)*(주어진 대역폭)
= (k/N=한 개의 cell에서 사용하는 channel 개수) * (cell 개수)

다음 상관관계는 중요하다.

<capacity와의 상관관계> CCI 없다고 가정할 때 맞는 말들임!!(CCI 있으면 capacity 안 생겨요)

1. cell개수가 정해져 있을 때 -> cluster size가 작을수록 한 cell이 사용할 수 있는 channel 개수가 많음
2. cluster size가 정해져 있을 때 -> cluster 내 cell 개수가 적을수록 사용할 수 있는 channel 개수가 많음(밑 그림 참고)
(전체 cell 개수가 고정된 상태 -> N(한 cluster 내 cell 개수)을 줄이면 cluster 개수가 늘어남)
2'. R(cell의 radius)가 정해져 있을 때, D가 작아질수록 capacity(사용할 수 있는 channel 개수)가 많음
* reuse factor은 D/R에 비례한다. (D에 비례, R에 반비례)
∵ C=(k/N)*(cell 개수)
* N(cluster 내 cell 개수)이 작아질수록 cluster 개수 증가, D는 감소, CCI 발생 확률 증가 -> H 낮춰줘야
3. N이 정해져 있을 때, R이 작아질수록 cell 개수가 늘어남
* capacity가 많아질수록, D(재사용할 수 있는 빈도)가 줄고 CCI 발생 가능성 높아짐 -> power 낮춰야.

 

<2번 설명>

전체 cell 개수 고정 -> capacity는 오른쪽이 더 많다

<2'번 설명>

<3번 설명>

cluster 내 cell 개수 고정 -> capacity는 오른쪽이 더 많다

 

Cellular Network Organization

 

- low power(약 100W) 인 transmitter 여러 개 둔다.

- cell 들은 타일처럼 생겼다.

- 각 cell은

* 각자의 antenna를 가짐

* 각자의 주파수를 할당받음

* BS(Base Station)를 센터에 세움 -> omnidirectional antenna 사용

 

- 인접한 cell들은 다른 주파수를 할당받아야 하 interference를 막을 수 있다.

 

<모양이 왜 육각형?>

- 원형에 가까움

- 가능한 한 적은 Base Station을 사용하는 게 좋으므로 사각형보다는 육각형이 overlap 잘 되지 않고 효율적이다.

* minimizing overlay between adjacent cells

- 중앙에 있는 BS 사용하는 MU가 다른 바깥 6개의 BS 중 어디로 갈지 계산해야 함 -> 육각형의 알고리즘 사용했을 때 더 정확

* efficient handover algorithm

 

 

CCI가 없어야 clustering 여러 개 돌려놓은 효과가 남

 

인접한 cell들은 주파수 공유x -> CCI 방지 & 다수의 동시 소통 지원 가능

CCI가 없어야 clustering 여러 개 돌려놓은 효과가 남

TX의 power 조절됨 -> 주어진 frequency so 소통 가능케 함

 

Increasing Capacity

 

"똑같은 자원으로 더 많은 유저를 지원할 수 있을까?"

주파수는 한정되어있기 때문에  -> 동적 할당하는 sw가 필요

 

1. Add new channels

 

처음부터 모든 주파수 채널을 사용하는 것이 아니라, 필요에 따라 점진적으로 채널을 추가하며 확장함.

 

 

 

2. Frequency borrowing

• 혼잡한 셀은 인접 셀의 채널을 임시로 빌려서 사용 가능함.
• 주파수는 상황에 따라 동적으로도 할당될 수 있음.

3. Cell splitting

: cell을 쪼갠다는 뜻 -> congestion 때문에..

K/N은 그대로 두고, cell 개수 증가 -> Base Station 개수 늘림, antenna 길이 줄임, cell assignment 재배치

* R(cell radius) 반으로 줄이면

-> cell 면적이 1/4으로 줄기 때문에

-> cell 개수가 4배 증가

(+) cell개수 증가 -> capacity 증가

(-) handoff 자주 일어남.

* handoff: 하나 안에서 해결 가능했다면 splitting됐을 때는 세 개를 지나야 함

=> 전화할 때 도청 위험 !

(-) 한 곳에만   때문에 channel assignment 재배치

무슨 channel을 어디에 재배치할까

 

Base Station 개수가 증가(<-> cell sectoring)

 

4. Cell sectoring

 

: cell 개수 유지-> Base Station 개수 그대로 -> 대신 cell 하나당 나누어지는 sector 개수 조정하는 것

-> sector 나누어 omnidirectional antenna가 directional antenna

: cluster size를 줄여 capacity 늘리는 것

(+) CCI(co-channel interference) 극복하기 위함 -> SIR 증가

* 왜 CCI가 줄어드냐.

=> cell들이 다음과 같이 sector로 나누어지고 예컨대 같은 색깔이 칠해진 부분끼리 같은 주파수를 쓸 수 있도록 해 놓으면 충돌일어나지 않을 수 있음 !!

하나의 cluster 내 cell들을 모두 삼등분한다면,

21개의 sector가 생기기 때문에 N=7/21 로 바뀌는 것이지만

그 안에서 또 3개의 cluster으로 나눈다면 N=7/3 인 것 같은 효과가 나타남.

 

(+) channel할당 시 추가적인 freedom

* cell 내에서 frequency를 자율적으로 할당하기 때문

(+) easy coverage extension for special topography and high volume traffic area

* 바짝 붙어있는 cell들도 같은 frequency 재사용 가능 

(+) antenna만 바꾸면 되기 때문에 비용 쌈

 

(-) 각 base station의 antenna 수 증가

(-) trunking efficiency 감소

* 재량대로 서비스 단위 지역 trunk해놓았는데 다른 건물 세우려면 힘들어요 reassign해야 함.

 

 

5. Microcell

 

: 한 cell당 사용할 수 있는 channel 개수는 그대로지만 cell 크기가 작아져 더 많은 cell을 수용 가능하도록

: cell 크기가 작아지면 -> antenna가 좀 더 낮은 곳에 위치 -> 마이크로셀이 형성됨 -> 같은 지역이어도 적은 power로 커버 가능 

: 혼잡한 지역의 거리에 적합

 

예제

 

A1) 

cell당 channel 수 = K/N = 336/7 = 48 channels

 

A2)

(48 channels) * (32 cells in A) = 1536 calls

 

A3) 

(48 channels) * (32 cells * 4 in A) = 6144 cells

 

Overview of Cellular system

 

 

- 미국: TDMA만 쓰는 국가
- 유럽, 한국 제외 아시아: GSM 사용
- 한국: CDMA 개발해 최초 사용

 

Base Station Subsystem(BSS) 의 구성요소

 

1. Base Transceiver station(BTS): cellular network 안에 나의 MU가 처음 access하는 포인트

* BTS: 1G 또는 2G

* NodeB: 3G

* eNodeB: 4G

* gNodeB: 5G

 

- antenna와 그 속 여러 개의 TX/RX 포함

- BSC에 의해 컨트롤됨

 

2. Base Station Controller(BSC)

: BSC 없으면 1G, 있으면 2G

: 유선/무선 link 사용해 수십개 BTS 지원

 

- 역할1: 저속의 여러 link를 고속의 적은 link로 consolidation해주는 역할

 

- 역할2:MSC 보조 역할

 

(1) MU들에게 BTS radio channel을 골라 할당

BTS는 channel 할당하지 않고 그냥 MU에게 주는 역할만 할 뿐!!

channel할당하는 sw는 BSC, MSC만 가지고 있음

 

(2) paging 수행

전화 받는 callee 찾음

 

• Page signal: 휴대폰을 찾기 위해 기지국이 보내는 신호
• 통화를 걸면(발신), 시스템은 수신자의 위치를 몰라서 여러 셀에서 동시에 페이징을 한다
• 수신자가 응답하면 통화 연결이 이루어짐

 

 

(3) BTS 사이 handoff

BTS 끼리 소통하도록 해줌

** 다른 BSC 아래 있는 BTS들은 MSC를 통해 소통 가능

 

Mobile Telephone Switching Office(MTSO)

 

보통 MSC라고 부름(경계에 있으면 MSC, PSTN 붙어 있으면 central office 역할 하는 MTSO)

MSC는 router와 비슷함

 

- MSC: Mobile Switching Center
- GMSC

 

<역할들>

1. call들마다 channel 할당

2. BSC 간 handoff 

3. Control paging

4. PSTN의 central office와 같은 역할

5. routing call을 위해 MSC 포함(주요 역할)

6. MU 간 또는 MU와 PSTN 간 call 연결

7. 요금제별로 billing 정보 정함

8. 데이터베이스

* HLR(Home Location Register): 사용자의 유심 정보(가입자 전화번호, 가입자 고유 식별 번호 "IMSI", 가입자 개인 인증키 "KI")를 담고 있음 -> 모두 MSC가 사용하는 정보들이기 때문에 MSC 근처에 두어야 한다.

=> 사용자가 장소를 이동할 때마다 어디 갔는지 기록됨

* VLR(Visitor Location Register): 

다른 MSC의 관할지역으로 왔다면 그 MSC의 VLR에 저장됨 + 원래 사는 지역 MSC의 HLR에도 저장해둠

ex. 부산 놀러갔다면 부산 MSC에 저장하고 서울 MSC에게도 부산에 왔다고 알림

* AuC(Authentication center): 가입자 개인 인증키(KI) 어떻게 암호화했는지에 대한 정보

9. Traffic balancing

handover 붐비는 곳의 traffic을 한가한 곳의 traffic으로 옮겨 분배해줌

 

세대별 구조

1세대

2세대

3세대

4세대

 

Cellular System Channels

 

MU와 BTS를 잇는 channel 종류에는 두 가지가 있다.

 

1. Traffic channel

: MU 사이 voice 또는 data를 실어감

 

2. Control channel

: out-of-band signaling

: call setup이나 유지하기 위해 정보 교환할 때 사용 -> ISP들이 사용할 수 있도록 줌

: MU와 가장 가까운 BTS와 연결해줌

 

(1) Broadcast control channel (downlink)

- BTS가 BTS identity와 channel 상태를 broadcast 하기 위해 사용

* 현재 자원이 얼마나 있는지 등 알려줘서 channel 세팅할 수 있도록 함

 

- MU가 BS의 세기를 확인하기 위해 사용

 

(2) Common control channel

(downlink) BTS가 MU들에게 call이 들어왔음을 알리는 paging 하기 위해 사용

(uplink) 전화 요청이 오면 dedicated control channel 할당 요청하기 위해 사용

 

=> down & up 둘 다 사용

 

(3) Dedicated control channel

- subscriber registration/authentication할 때

- call setup 할 때

- 사용자가 위치 이동해 속한 cell 바뀔 때마다 location updating할 때

=> dedicdated control channel은 커버 영역 개수만큼 가지고 있어야 하는 것 !!

 

 

Broadcast control channel	Common control channel	Dedicated control channel	Traffic channel
BTS 내 모든 MU들이 공유하고 있음 -> cell들마다 다른 것을 씀		MU와 BTS 간 일대일 연결
simplex 공유함		full duplex
cell들마다 각자의 control channel 사용 -> 우리의 폰은 Broadcast control channel을 열고 계속 확인하고 있음

 

 

한 MTSO 내 두 MU 간 call 단계

 

1. Monitor for strongest signal

: MU 초기화

(1) 서로 다른 frequency band 가진 cell들은 Broadcast channel이 알려준 남은 channel들 중 어떤 channel 사용할지 결정

(가까운 것 중에 strongest setup control channel 고름)

 

-> (2) channel을 골랐으면 Dedicated control channel 정보를 올려보냄 -> MSC의 VLR에 기록되고 다른 지역으로 이동한다면 HLR에도 기록(location update)

 

->(3) 전화 받기 위해 paging 대기

 

2. Request for connection

: MU

(1) RX가 Broadcast control channel 열어놓고 항상 듣고 있음 -> channel setup

-> (2) TX가 BTS에게 자신의 번호를 보내면 BTS는 MSC에게 보냄

* RX가 같은 MSC 아래 있다면 바로 보내고

* 다른 MSC 아래 있다면 부산 MSC와 회선 설정해 거기로 가야 함

-> (3) MSC->BSC 이동해 BSC가 자신 내에 있는 cell들에게 broadcast

-> (4) cell들은 Common control channel을 켜고 보고 있다가 자신에게 온 것이라면 BSC에게 알려줘 circuit switching마냥 나간다.

 

3. Paging

paging하고 있다가 전화 받으면 4.call accept 되는 것임.

 

4. Call accepted

MU가 common control channel을 보고 있다가 자신의 것이라고 판단되면 BTS에게 응답

-> BTS-> MSC -> MTSO 로 전달

-> MTSO는 전화 건 쪽 BTS와 받는 쪽 BTS 사이 회선 setup

* Traffic channel을 고르면서 setup된 것임.

-> 각 BTS들은 두 MU에게 할당된 사실을 알림

-> 두 MU는 각각의 할당된 channel 튜닝 -> 연결됨

 

5. Handoff

: MU가 이동해 속한 cell이 변경될 때 -> call이 끊기지 않게 하면서 넘겨주는 것

* handoff(handover)하는 2가지 이유*

- user 입장: 이동해 BTS가 바뀌더라도 call의 품질을 유지하기 위해서

- ISP 입장: load balancing하기 위해서

 

* 4가지 종류 - 범위에 따라 *

- Intra-cell(inter-frequency) HO: 하나의 cell 안에서 발생하는 handoff(frequency를 바꿔주는 것)

- Inter-cell(intra-BSC) HO : 
- Inter-BSC(intra-MSC) HO : 

- Inter-MSC HO 

 

* handover 개수는 cell size, velocity에 대한 함수

** cell size 작을수록 더 많은 cell을 거치게 되는 것이므로 handover 증가

** velocity 빠를수록 handover 증가

 

그 외 역할

 

1. call blocking

: call 연결 불가

* channel assignment 잘못해서 발생 (channel 꽉 차서 할당 안 됨)

* Dedicated control channel만 없어도 연결 안 됨

 

2. call termination

: 할당된 회선만 반납하면 됨

 

3. call drop(나쁜 것)

강제로 끊김

∵ 움직이면 신호가 약해지면서 잘 안 들림

-> cell 넘어가면 handoff

 

4. fixed, remote mobile subscriber 간 call

유선쪽 circuit switching으로 넘어갈 때 GMSC(central office) 찍고 넘어감

 

For designing a cellular layout

 

SNR을 늘려야 하고 propagation은 LoS로 가야 하지만 ,, 

 

cell 크기 결정 요인

 

1. BTS와 MU의 power 결정

2. MU의 antenna 크기

3. BTS의 antenna 높이

4. propagation 양상(예측 어려움)

 

fading 이란?

 

transmission 중간의 medium이나 path 등으로 인해 받은 signal power의 time variation 생기는 것

 

<Multipath fading>

RX가 여러 개의 TX로부터 받음

-> LoS 외 다른 신호들도 들어와서 신호 수신 방해받음

신호 예측 어려울 뿐더러 신호 겹치는 경우도 있음 + antenna 방향 조금만 바꿔도 바뀜 ㅜㅜ

 

* reflaction: 튕겨 나가는 현상

* deflaction: 방해물을 끼고 돌아 지나가는 것

* scatter: 힘이 약해져 흐트러지는 것 (산란)

 

InterSymbol Interference(ISI)

 

symbol rate(data rate) 증가 -> symbol time(T) 감소

(고속통신일 때 T 작음)

 

T << t  →  (ISI 일어날 확률)↑ 

∴ symbol rate(T) 너무 낮추면 ISI 잘 일어남

 

=> 고속 통신일 때 T 작아져 ISI 잘 발생

-> 높은 속도를 원하는 사용자에게 불만족스러울 수 있음

 

<ISI의 영향>

 

MU가 이동할 때마다 환경이 바뀌기 때문에 multipath 걸러내기 쉽지 않음

symbol period(T) 가 작으면 Delay spread(t) 영향 커짐

∴ symbol rate ↑ → symbol period(T) ↓ → T<<t → ISI ↑

 

<ISI 해결책>

 

1,2는 문제를 해결하자는 것, 3은 예방하자는 것

 

1. forward error correction

: 진짜 보내고 싶은 데이터의 비율이 줄어듦

 

2. adaptive equalization

: delay spray 되는 양상 모델링(분석) → 어떻게 신호 복구 가능할지

 

3. diversity

: redundancy하는 것. (multi-homed ISP처럼 여분을 두는 것)

 

- space diversity

: antenna 여러 개 보내서 그중 하나 건지겠다는 전략

ex. MIMO

 

- time diversity

: 하나의 antenna로 여러 번 보내 그중 괜찮은 것 고르겠다는 전략

 

- frequency diversity

: 구현할 channel의 SNR 완벽하다면 frequency spectrum(ex. FHSS, DSSS)에서 다른 주파수 대역을 사용해서 ISI 없애겠다는 전략

: 3G의 경우 10Mbps까지는 되지만 그 이상은 안 됨

 

cellular network에서 사용하는 Multiple Access(MA)

 

한정된 자원 사용하도록 사용자별 할당해주는 기술

 

cf) L1의 multiplexing: 공동의 transmission medium에 몇 개의 channel 존재 -> transmission media의 capability 최대화

 

1. FDMA(Frequency Division Multiple Access)

: 1G

: 모든 user들에게 frequency bandwidth를 나눠줌 -> 동시에 다른 대역폭 사용 가능

ex. Cable TV, AMPS

 

1-1. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

<FDMA의 문제>

: 폭 넓은 channel 하나를 한 명의 사용자에게 할당 → data rate↑ → symbol rate↑ → T↓ → ISI 발생 확률↑

<OFDMA의 보완> "Orthogonal"

: 폭 좁은 channel 여러 개를 한 명의 사용자에게 할당 → data rate↓ → symbol rate↓ → T↑ → ISI 발생 확률↓(ISI 적으면서 overlap 가능)

∴ 고속 구현하면서도 ISI 낮출 수 있으므로 4G-LTE, 5G 에 사용

 

FDMA는 세고 좁은 물줄기로 인해 중간에 방해물이 있으면 물을 제대로 사용하지 못하는 것과 같고

OFDMA는 샤워기같은 방식으로 인해 중간에 방해물이 있어도 전반적으로 원하는 방향으로 물이 전송되는 것과 같음

 

OFDM: 한 사용자가 다 쓰면 다음 사용자 → 안 쓰면 낭비

OFDMA: 여러 사용자에게 동시에 줌 → 효율적

(초기): SCM(Single Carrier Modulation): single carrier signal 사용해 데이터 전송

(발전): MCM(Multi Carrier Modulation): orthogonal한 많은 carrier 사용해 데이터 전송

===> 고속의 SCM에서 저속의 MCM으로 발전함 !!

 

ex. LTE, WiMAX(IEEE 802.16), DAB(Digital Audio Broadcasting), ADSL

 

2. TDMA(Time Division Multiple Access)

: 2G

: bandwidth를 여러 사용자가 synchronous하게 사용

ex. GSM, D-AMPS

 

 

3. CDMA(Code Division Multiple Access)

: 3G

: 같은 대역폭을 같은 시간대에 많은 user들이 공유 가능

: 더 많은 user들이 더 많은 대역폭 사용 가능

(각 사용자의 데이터는 각자의 chipping sequence로 암호화)

 

많은 communication 존재하지만 서로 다른 언어를 사용하고 있기 때문에 자신 나라 언어만 골라 들을 수 있는 현상과 비슷.

 

Spread Spectrum transmission(FHSS & DSSS)

 

(+) SNR 높아짐

(+) 원하는 대역폭보다 더 높은 대역폭을 동시에 씀 & ISI 적음 → 더 많은 bandwidth 쓰게 됨 → noise와 multipath distortion에 대한 면역력 높아짐(SNR 높아짐)

(+) user privacy 좋아짐

암호화돼있기 때문에, FHSS의 경우 hoping sequence를, DSSS의 경우 PRN을 모르므로 읽지 못함

 

=> 사용 영역

1. CDMA

2. Wi-Fi, GPS, military communication, cordless phone: FHSS

3. bluetooth: AFH

 

 

<FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)>

 

: 데이터를 나누어서 시간대마다 frequency hopping 하도록 함

* TX/RX는 사전에 hopping sequence 매겨 합의봄 -> 각각의 MU들에게 알려줌 -> MU들은 그거에 맞추어 자신의 데이터 조각들 각각  frequency hopping

 

ISI를 줄이기 위해 시간차를 두고 frequency hopping함

-> 결국 한 user가 전체 channel을 쓰는 효과

(↔ DSSS: 8명이 f1~f8 다 써도 되기 때문에 1bit를 n개의 bit로 쪼개기 때문에 full data rate는 나지 않음. 4G는 100Mbps 요구했기 때문에 여기부터는 DSSS로 불가하지만 FHSS보다는 data rate 높음)

 

 

<DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)>

 

: 컬컴(?)은 chip 코드를 만들어내는 알고리즘을 개발함(PN 또는 PRN 라는 노이즈를 신호에 추가)

각 MU가 사용해야 하는 chip이 있고 chip 코드를 0110, 1001 등으로 만들어 알려줌

-> 한 data bit가 4개의 chip으로 이루어짐

= "spreading factor = 4"

 

같은 chip 코드라도, 각 사용자마다 chip 코드가 다르기 때문에 다른 encoding 과정을 거쳐 나온 것일 수 있다.(같은 영역에 속해 antenna를 공유하는 MU들끼리는 chip 코드가 다름) 따라서 각자 chip가지고 분석했을 때 자신의 것만 나오도록 할 수 있다.(자신의 것 이외의 chip 코드는 모두 노이즈로 간주) 이때 chip bit 수가 많을수록 에러 복원이 용이해짐

 

 

- chip rate 고정했을 때, spreading factor이 클수록 (-)data rate 떨어짐 (+)안정성 (+)보안성(에러 복원)

- spreading factor가 커질수록 더 높은 data rate 필요로 함

- chip rate를 높여주어야 data rate 높아짐

 

 

TX가 원래 보내고자하는 데이터 channel bandwidth의 폭은 파란색과 같이 좁았지만

주황색과 같이 넓게 하면서 높이가 줄어들게 됐다.

RX는 파란색을 다른 TX가 보낸 것이나 ISI로 보게 된다. -> RX가 가지고 있는 PRN으로 원복(de-spread)함.

 

세대별 Cellular network

 

1G

 

<특징>

 

1. Licensed Spectrum

ISP들이 돈 내고 경쟁해서 삼

 

2. Frequency Reuse

cell로 나누어 reuse 

CCI

 

3. Mobile Network

PSTN이 아직 많은 세대이므로 PSTN과 어떻게 연결할지

 

ex.Analog voice calling

 

<단점>

1. limited capacity: 소수의 사람들만 수용 가능 (ex. FDMA)

2. limited scalability: 크고, 무겁고, 비효율적, 비쌈

 

2G

 

전화하면서 걸어감

방문서비스

channel당 더 많은 유저 지원 가능

 

~10M

 

ex. D-AMPS(US), GSM(Europe)

ex. SMS, Digital voice

 

<단점>

1. 여전히 guard band 있어야 함

2. user가 말하고 있지 않아도 할당됨

 

3G

 

같은 frequency를 많은 사람이 사용 가능

화상통화

인터넷

 

~10M

 

<종류>

1. Qualcomm의 CDMA: 더 많은 유저 지원 가능(모든 spectrum 사용)

2. 3GPP(Europe), 3GPP2(US)

 

ex. Internet, high speed wireless connection(calling/video calling/games)

 

4G

이동 중 미디어(영화, 드라마 등등 ..) 사용 가능

음성 데이터 통합

IP 위에 올라감

LTE와 WiMax 중 LTE 사용

 

~100M

 

<종류>

1. OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing)

2. OFDMA: VoLTE로 voice와 data 보내기 가능(all IP network)

3. CA(Carrier Aggregation)

 

 

ex. Internet of Applications

ex. video quality 높아짐, 스트리밍 서비스

* LTE-Advanced

mobile broadband의 global standard

data capacity가 더 큼

 

 

 

5G

 

1~10G

 

ex. Massive broadband Internet of things

 

 

 

6G

 

UAM(Urban Area Mobility): 도시에서 무인으로 통신 유지 everywhere connected