3. Mobile Network Mobile Computing Lecture

3. Mobile NetworkMobile Computing

Lecture

2012. 9. 28안병익 ([email protected])

Mobile Network

GSM/CDMA/WCDMAOFDM/MIMO/LTECellular Network ConceptSpread-Spectrum Tech.Hand OverCore NetworksWireless LAN/Ad Hoc Network

Evolution of Mobile Networks in Korea

3* 자료 :2008,From WCDMA to LTE by 이상근

Multiple Access

FDMATDMACDMA

다중접속 (Multiple Access) 방식의 개념

Standardization

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구현 정도별

• 기본표준 (Base Standards) ― 권고 , 국제표준 등 • 기능표준 (Functional Standards) ― 프로파일 , 실장규약 등

제정 주체에 따른 분류 • 공적표준 (de jure Standards) ― 공적 표준화기구에서 공개된

절차와 방법으로 제정된 표준

• 사실상표준 (de facto Standards) ― 표준화기관의 승인 유무에 상관

없이 시장 경쟁의 결과 사실상 시장의 대세를 차지하게 된 표준

( 예 ; VHS, MS-DOS, TCP/IP )• 컨소시엄형 표준 – 공적표준과 사실상표준의 중간 형태로서

기술분야

별 비공식기구 (Fora, Consortia 등 ) 에서 만들어지는 표준

( 예 ; X/OPEN, DVD, DAVIC, Bluetooth, IEEE)

Mobile Network(1)

6

Mobile Network(2)

7

CAPEX+OPEX

* 자료 :2008,From WCDMA to LTE by 이상근

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Evolution of Mobile Networks 3GPP

유럽중심 IMT2000 관련 국제 이동통신 표준화 기구 1999 : WCDMA(Wideband-CDMA) 2002 : HSDPA(High Speed Down link Packet Access) 2004 : LTE(Long Term Evolution)

OFDMA, SC-FDMA, MIMO, HARQ, AMC 3GPP2

북미중심 IMT2000 관련 국제 이동통신 표준 기구 1999 : CDMA2000 2000 : 1X EV-DO(Evolution Data Only), EV-DV(Data &

Voice) IEEE 802.16

원래는 WMAN: 이동성 없음 802.16e (Mobile WIMAX): 이동성 지원 WIBRO

OFDMA, TDD, 60km/h 이동성 802.16m : WIBRO/WIMAX 호환성

ISL problem 반사파가 많은 도심환경에서 데이터 속도 증가에 따른 ISL(Inter Sym-

bol Interference) 문제점 급증 CDMA: 반사파 각각에 대한 개별 처리 OFDM: 고속데이터를 저속의 데이터로 병렬 전송 , 병렬 전송되는 저속

데이타들에 대하여도 일정 시간내의 반사파들은 일괄 처리 ( 무시 )


OFDM


OFDM vs CDMA


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OFDMA/SC-FDMA

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AMC(Adaptive Modulation Cod-ing)

Evolution of Mobile Networks(OFDM)


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MIMO


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MIMO

Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Multiple-Input Single-Output (MISO) Single-Input Multiple-Output (SIMO) Single-Input Single-Output (SISO)


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FDD & TDD


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LTE


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Mobile Network Technology


Winner Takes All

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Winner Takes All– 표준경쟁 승리기업 시장 독점 , 패배기업 시장에서 퇴출 또는 군소

기업으로 전락 이동통신의 강자인 모토롤라가 유럽방식 (GSM) 표준

확산으로

Nokia 에게 밀렸음

Lock In– 특정제품에 숙달되면 다른 제품 사용 곤란

Windows 에 익숙한 이용자가 매킨토시 사용 안함

Increasing Returns to Scale– 표준 제품이 규모 경제를 촉진해서 생산비용 획기적으로 절감

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Cellular Network

총 주파수 BW=15Mhz통화 시 할당 BW=30khz500 채널 /2 각 셀 250 채널

500 채널셀당 =71 채널 = 500/7 셀총 1000 개 채널 가능- 전파간섭이 안되는 지역은 같은 주파수 대역 사용 가능

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Cell Cluster = 주파수 재사용 계수

전방향셀 (Omni-directional Cell),: a, b, c

3 섹터셀 (Sectored Cell) : d, e, f

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Cellular : 셀과의 간격

셀 반경이 2km 인 셀의 주파수 재사용 계수가 7 인 경우 같은 주파수를 사용하는 셀과의 간격이 9.2km

CDMA: 재사용계수 = 1AMPS 보다 4 배 , TDMA 보다 2 ~ 2.4 배

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Spread-Spectrum Technology

확산코드 10110100101 랜덤 시퀀스 (Random Sequence) 확산 (Spreading) 대역확산 (Spread-Spectrum) 기술 : 신호를 전송할 때 대역폭이 넓어지게 하는 경우

, 이때 송신 데이타가 가지고 있는 에너지는 일정하므로 데이타에 해당하는 크기는 넓어진 대역폭만큼 반비례하여 작아진다 .

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역확산 (Despreading), 확산코드

IS-95 방식 CDMA 의 경우 1.25 MHz 이고 W-CDMA 의 경우는 5 MHz, 10 MHz 에 이른다 . 무선구간으로 전송되는 신호의 대역폭이 이렇게 넓기 때문에 페이딩에 강한 특성

상호연관 (cross -correlation) 이 없어야 함 : 랜덤잡음 (White Noise) : 어떤 임의의 시간 T 동안에 각각의 확산코드를 상호 곱했을 때 같은 확산코드를 곱해준 경우에만 1 이 나타나고 , 다른 확산 코드를 곱해준 경우에는 0 이 되어 , 서로 다른 확산코드가 곱해지면 신호가 나타나지 않아야 한다

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Walsh 함수

IS-95 방식의 Walsh 함수 : 64 비트로 구성 , 64 개 종류 , W1, W2, W3, ··· 로 구분 Walsh 함수는 서로 다른 코드를 곱하면 (Exclusive OR), 0 ( 또는 -1) 과 1 이 섞여서 나오고 이를 모두 평균하면 0 이 되도록 되어 있고 , 같은 코드를 곱하면 모두 1 이 나와서 확산 신호에 숨어있는 데이터를 복구할 수 있다 .

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Hand OverHand-over(Hand-off) ? 단말기가 서비스중인 기지국 ( 또는 Sector) 영역을 벗어나 다른 기지국 ( 또는 sector) 으로 이동을 할 때 , 현재의 통화를 계속 유지하기 위해 통화채널을 이동한 셀로 자동적으로 전환해 줌 .

Soft Hand-over 셀간의 Hand-off : 동일 주파수 , 동일 교환기에 속해 있는 기지국 또는 섹터간 H/O단말기가 통화 중에 동일 CDMA 주파수를 갖는 다른 셀 근처로 접근할 때 단말기는 두개의

셀과 동시에

통화채널을 열어 통화하다가 새로운 셀에 근접하면 기존 채널을 끊고 새로운 셀과 통화 .“Make before break” 방식

Softer Hand-over 동일 기지국의 다른 섹터간의 핸드오버 :Inter-sector Hand-over동일 기지국내의 어떤 섹터에서 통화하다가 다른 섹터영역으로 접근할 때 소프트 H/O 와

동일한

방법으로 통화채널 연결 Hard Hand-over

”Break before make” 방식 : 기존의 통화채널을 먼저 끊은 뒤 , 새로운 통화채널 연결하는 방식

단말기가 다른 교환국에 속해 있는 기지국으로 이동할 경우

다른 주파수 채널로 통화채널을 변경할 경우 : Inter-Frequency Hand-over(FA 간 )

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Soft Hand Over

● Active Set : 이동국에 할당된 순방향 트래픽 채널과 같은 기지국 ( 섹터 ) 의 파이롯 ● Candidate Set : 현재 Active set 은 아니지만 충분한 크기로 수신되는 파이롯 ● Neighbor Set : 현재 Active 나 Candidate set 에는 없지만 candidate 가 될 수 있는 파이롯 ● Remaining Set : 현재 시스팀으로 위의 집합을 제외한 가능한 모든 파이롯

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Core Network

BTS BSC MSC / VLR

IWF VMSSMSC

Other MSC

HLR/ (AUC ) AUC

800MHzIS- 95

E1/ T1 IS- 634

IS - 41

IS- 41

IS- 41 ISUP over SS7 over E1IS- 658

IS- 41 IS- 41

IS- 41

P STN

데 이 터 망

SS7 or R2

MS

BSM

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Core Network 요소

구 분 주 요 기 능MS(Mobile Station):단말기 음성 및 데이터 서비스 제공

BTS(Base Transceiver System) 기지국: RF 및 CDMA 기저대역처리

BSC(Base Station Controller) 기지국제어기: 호 처리, 전력제어

BSM(Base Station Manager) 기지국관리기: 무선망에 대한 관리 및 시스템로딩 기능

MSC(Mobile Switching Center) 이동교환기

-발착신 호처리 및 핸드오버, 망연동 호처리- LR기능(위치등록 및 삭제), 타망 연동 역할

VLR(Visitor Location Register) 가입자의 이동성을 지원하기 위한 정보를 임시로 저장

HLR(Home Location Register) 가입자의 이동성을 보장하기 위한 정보 수집 및 저장 역할

AUC(Authentication Center) 가입자의 인증 역할

IWF(Inter-Working Function) 데이터망과의 연동 기능

VMS(Voice Message Service) 음성사서함 제공 역할

SMSC(Short Message Service Center) 단문메시지 전송 기능 담당

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Ex)CRBT

NAS(Network Attached Storage)

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Send Call processingSend Call to PSTN; PSTN look up routing table;if mobile-call then

send call to GMSC;/* 이동교환국게이트웨이 */else;

MSC inquires HLR for routing or not;/* 이동교환국 , 홈위치등록기 */if mobile device is power off then no routing;if avail-routing then

search VLR address;/* 방문자위치등록기 */else;

if VLR is other PLMN then /* 공중육상이동망 */send call foreign PLMN thru MSC;else if VLR is in home network then

{decide location area;Connect call to mobile device;

}

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WLAN 망 진화

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Wireless LAN

PAN< 10 m

802.15.1 (Bluetooth) – 1 Mbps802.15.3 > 20 Mbps

802.15.3a (UWB) < 480 Mbps802.15.4 (Zigbee) < 250 kbps

LAN< 150 m

11 – 54 Mbps

802.11a/b/e/gHiperLAN/2

802.11n (proposed) > 100 Mbps

MAN< 5 km

802.16a/d/e - 70 MbpsLMDS - 38 Mbps

WAN< 15 km

802.20 (proposed)GSM, GPRS, CDMA, 2.5G, 3G – 10

kbps to 2.4 Mbps

RAN< 100 km

802.22 (proposed) - 18 to 24 Mbps

3636

The 802 Wireless Space

Data Rate (Mbps)

Ran

ge

ZigBee802.15.4 802.15.3

802.15.3a802.15.3c

WPAN

WLAN

WMAN

WWAN

WiFi802.11

0.01 0.1 1 10 100 1000

Bluetooth802.15.1

IEEE 802.22

WiMaxIEEE 802.16

IEEE 802.20

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Infrastructure Architecture

APs are used to coordinate BSSSTAs communicate with AP within BSSAP to AP communication through Wired Net-

work

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Ad-hoc Architecture

Distributed Coordination by each STA within their vicini-ties

No AP present, Hop-by-Hop communication

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Mesh Architecture

Infrastructure like Architecture Access Points are called Mesh Access Point (MAP) MAPs communicate with each other by wireless links MAPs are capable to route through available wireless links

무선랜의 MAC 프로토콜

무선랜에서 CSMA/CD 를 사용할 수 없는 이유 스테이션들은 충돌이 발생한 것을 검출하기가 어렵다 . 숨겨진 단말 (hidden terminal) 문제 : carrier sensing 이

힘들다 . 따라서 무선랜에서는 사전에 충돌을 회피하는 (collision avoid-

ance) CSMA/CA 방식을 사용한다 .

Hidden station 문제

B 가 전송을 하고 있을 때 C 가 전송을 하려고 한다고 하자 . C 는 누가 전송 중인지 확인하려고 하지만 B 의 신호 범위 밖에 있기

때문에 B 가 전송 중인지 모른다 . 따라서 아무도 전송을 하지 않는 것으로 생각하고 전송을 한다 . 따라서 충돌 발생 .

Collision avoidance 전송을 하고자 하는 스테이션은 먼저 RTS(request to send)

제어 프레임을 전송한다 . RTS 를 수신한 목적지 스테이션은 CTS(clear to send) 제어

프레임을 브로드캐스트하여 자신의 수신 범위 안에 있는 모든 스테이션이 이 기간 동안 전송을 하지 않도록 한다 .

두 개 이상의 스테이션이 RTS 를 동시에 보낸다면 충돌이 발생할 수 있다 . 그러면 어느 스테이션도 RTS 를 수신하지 못하고 CTS를 전송할 수 없다 .

따라서 RTS 를 보낸 스테이션이 CTS 를 수신하지 못했다면 RTS를 재전송한다 .

Bluetooth PAN 프로토콜

10m 이내에서 컴퓨터 주변 기기 등을 연결하는 프로토콜 Ad hoc 망 구성 : AP 가 없다 . 2.4GHz 대역 사용 : IEEE 802.11b 무선 랜과 간섭이 발생할 수

있다 . 1Mbps Piconet 은 8 개의 스테이션으로 구성 : 1 개의 primary, 7 개의

secondary Primary 와 secondary 의 통신은 1 대 1, 혹은 1 대 다수

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@GuyKawasaki

Reality Check - GuyKawasaki

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