7. 휴대전화 시스템 회선교환과 패킷교환 셀의 구성 시스템의 기본구성과 접속구조 인터넷 접속 미래동향

1. 7. 휴대전화 시스템 • 회선교환과 패킷교환 • 셀의 구성 • 시스템의 기본구성과 접속구조 • 인터넷 접속 • 미래동향

2. 7.1 회선교환과 패킷교환 • 연결형(connection) 통신: 음성전화 - 회선교환 • 송신측이수신측에 접속요구를 보냄 • 수신측의 접속응답을 받음. • 데이터 송신 • 호 설정에 시간이 필요 • 통신회선 이미 확보 • 안정적인 통신이 가능하다 • 비연결형(connectionless) 통신: 인터넷 - 패킷교환 • 통신경로를 설정하지 않고, 데이터를 직접 송신 • 호 설정 불필요  시간 단축 • 통신 경로가 달라짐  송신 데이터의 순서가 수신측에서 뒤바뀔 가능성 데이터

3. 7.1 회선교환과 패킷교환 회선교환 회선 교환기가 목적지의 교환기로 향하는 회선을 선택하고, 각 교환기 사이에서 접속을 확보하면서 수신측까지 회선을 설정 일단 접속이 이루어지면 낮은 지연으로 안정된 회선을 확보 패킷교환 복수개의 통신이 하나의 회선을 공유하여 패킷 전송 • 트래픽 증가 패킷 충돌 빈번 • 재전송 증가 • 통신 지연 증가 • 처리율 하락

4. 7.1 회선교환과 패킷교환 • 인터넷: 비연결형패킷 교환방식 • 순수 IP 패킷의 통신에서는 패킷 손실과 수신 순서가 뒤바뀌는 경우가 발생 • TCP 프로토콜 설치 • 송신 패킷에 순서번호 (sequence number) 할당 • 전송오류가 발생한 패킷과 손실된 패킷의 재전송 요구 • 수신된 패킷의 정렬을 통해 통신 품질을 확보 • 오류율보다 낮은 지연시간을 중요시하는 음성과 영상전송 • 재전송요구가 불필요 • TCP 프로토콜 대신에 UDP 프로토콜을 사용 VoIP(Voice over IP): 음성 신호를 IP 패킷으로 만들어 인터넷을 통해 통화하는 전화 서비스

5. 7.2 셀의 구성 • 전파 도달 범위: • 송신기의 안테나 이득, 출력 전력, 그리고 수신기의 감도에 의존하는 • 한정된 범위 • 무선 주파수로 휴대전화 시스템이 이용할 수 있는 주파수 대역 역시 한정 • 셀: 하나의 기지국이 송수신하는 전파의 도달범위 • 주파수 대역의 재사용: • 셀 사이의 간격을 확보 • 한정된 주파수대역으로 • 다수 사용자를 수용

6. 7.2 셀의 구성 • 셀의 크기: • 작게 할수록 주파수를 반복하는 회수를 많이 할 수 있다 • 주파수를 효율적으로 이용 • 그러나 기지국 설치비용이 증가 • 셀의 크기: • 회선품질 • 그 셀에 있는 사용자의 수 기초하여 결정 • 사용하는 주파수 대역 등 • 인구밀도가 높은 도시 지역: 수 km의 반경을 갖는 셀 • 밀도가 낮은 지역: 도시지역 셀 보다 수 배의 반경을 갖는 셀 위치관리: 휴대전화 시스템을 네트워크 시스템으로 보는 경우, 위치관리가 유선통신 시스템과 다른 점

7. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 우리나라의 주파수 사용대역

8. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 휴대전화 시스템의 기본구성 액세스 네트워크(access network) : 이동국, 기지국, 기지국 제어장치 코어 네트워크(core network)

9. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 기지국 제어장치: 복수 개의 기지국 제어, 이동국에게 무선 채널을 할당 및 회수 이동교환기(국): 음성과 데이터의 통신경로를 설정, 개방하거나 교환 VLR(Visitor Location Register) 데이터베이스  이동교환국이 커버하는 영역의 가입자에 대해 서비스 가입정보, 인증정보 등을 일시적으로 보관 관문 이동교환기(국):POI(Point Of Interface)를 통해 전화망과 다른 이동통신망과의 상호접속

10. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조

11. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 기지국의 구성 이동기(국)의 구성: 기본적으로 기지국과 동일 (단, 신호다중 분리장치가 없다. 음성입출력 처리부 추가) 송수신공용 안테나  송수신분파기  송신과 수신신호 분리

12. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 휴대전화의 회선접속 절차 1. 이동기로부터 접속요구 발생 2. 이동교환기의 VLR에 저장되어있는 가입자 정보를 기초로 그 이동기가 정당한 것인지 아닌지를 인증 3. 목적지 이동기의 현재 위치를 HLR에 문의 4. 그 이동기를 커버하고 있을 가능성이 있는 여러 개의 기지국(기지국 제어장치는 여러 개의 기지국을 관리)으로부터 동시에 호출 (이때, 송신주파수는 모든 이동기가 수신할 수 있는 주파수) 5. 수신 측 이동기는 인증정보를 송신하기 위해 채널 요구 6. 인증이 완료된 단계에서 교환기는 이동기에 접속 요구와 호출 7. 수신 이동기는 호출음을 울리고, 수신자가 응답하면 회선이 설정되어 통화 개시

13. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 휴대전화의 회선접속 절차 ① 이동전화(A)에서 상대방 전화번호(B)를 누르면 ②가까운 기지국 A(BS-1)에서 송신지 전화번호(A)와 수신지 전화번호(B)를 접수하여 이동전화교환국 A(MSC-1)로 보낸다. ③ MSC-1이 A에 대한 정보를 방문자위치정보 데이터베이스(O-VLR)에게 요청하여 사용할 수 있는 사람인지를 확인한다. ④기지국 A(BS-1)는 이동전화교환국 A(MSC-1)의 지시를 받아 다중접근방식을 이용하여 채널을A에게 할당한다. ⑤ MSC-1은 홈 위치정보 데이터베이스(T_HLR)에 접속하여 B가 현재 어디에 있는지를 물어본다. ( B가 있는 위치는 이미 B를 관할하는 T_VLR과 T_HLR에 등록되어 있는 상태이다. ) ⑥ MSC-1은 B가 있는 이동전화교환국 B(MSC-2)로 호출신호를 넘겨준다. ⑦ MSC-2는 T_VLR로부터 B에 대한 정보를 얻을 수 있다. ⑧ MSC-2는 자기 구역 내의 모든 기지국으로 호출 신호를 보내고, 각 기지국은 자기 구역 내의 모든 이동전화에게 호출신호를 보낸다. ⑨ B는 가장 신호가 강하게 들어오는 기지국 B(BS-2)로 자기의 위치를 알리는 응답신호를 보낸다. ⑩ BS-2는 MSC-2로 B가 응답하였음을 알린다. ⑪ BS-2는 MSC-2의 지시를 받아 B에게 CDMA 방식 등을 이용하여 채널을 지정하고 B에게 벨소리를 내도록 지시한다. ⑫ MSC-1과 MSC-2 사이에 연결이 설정된다. ⑬ B가 통화키를 누르면(슬라이드를 밀면) 벨이 중단되고 기지국 BS-2는 이동전화교환국(MSC-2)에게 B가 응답했음을 보고한다. 그러면 이동전화교환국 MSC-2와 MSC-1이 연결된 상태에서 통화가 시작된다.

14. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 휴대전화의 위치등록 절차 1. 이동기는 기지국이 정기적으로 발신하는 페이징 영역 (paging area) 정보를 수신 2. 이동기가 기억하는 번호와 수신번호가 서로 다르면, 그 번호를 기억 3. 영역이 달라졌다고 판단한 후 네트워크에 위치 등록 요구를 송신 4. 네트워크는 이동기가 그 서비스 제공사업자의 이동기인 것을 VLR에 저장된 정보를 이용하여 인증 한 후, 그 정보를 등록 5. VLR에 가입자가 없는 경우에는 HLR로부터 가져옴 (이를 통해 네트워크는 항상 이동기의 위치를 파악) 6. 네트워크는 대상이 되는 이동기로 접속요구가 있을 때, 이 정보를 사용하여 이동기가 존재하는 기지국에 서 호출신호를 송신

15. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 핸드오프(handoff): 이동기가 목적지 기지국을 변경하는 것

16. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 데이터링크 (L2) 핸드오프(handoff): • MS(Mobile Station) finds AP1, it will authenticate and associate. • As MS moves, it may pre-authenticate with AP2. • When the association with AP1 is no longer desirable, it may re-associate with AP2. • AP2 notify AP1 of the new location of the station, terminates the previous association with AP1. • At some point, AP2 may be taken out of service. AP2 would disassociate the associated stations. • MS finds another access point and authenticates and associate.

17. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 L2 핸드오프(handoff):

18. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 L3 핸드오프(handoff):

19. 7.4 인터넷 접속 모바일 인터넷

20. 7.3 시스템의 기본구성과 접속구조 L4 핸드오프(handoff):

21. 7.4 인터넷 접속 휴대전화에 의한 인터넷접속 • 기지국과 기지국 제어장치: 음성통신과 함께 사용 • 패킷 처리를 위한 패킷 교환기는 따로 도입 • 웹(web)에의 액세스와 메일의 송수신: • 게이트웨이(gateway)를 중계로 하여 이루어짐 • 하나의 개별적인 장치가 아니라 여러 기능을 • 갖는 서버군(server family) •  인터넷과의 상호접속에 필요한 변환과 • 접속기능 제공

22. 7.4 인터넷 접속 WIBRO

23. 7.4 인터넷 접속 WIBRO • - 주파수대역 : 2.3GHz대의 100MHz - WLAN과의 보호대역 10MHz • - 사업자간 보호대역 9MHz (4.5MHz x2) - 81 MHz대역폭을 3개사업자에 27MHz씩 할당 • 듀플렉스 방식 : TDD (Time Division duplex) • 채널 대역폭 : 10MHz (고정) • 다중접속방식: OFDMA (직교 주파수분할 다중접속) 2.3G ~ 2327 2331.5~2358.5 2363 ~ 2390 2.4G (MHz) SK KT Hanaro WLAN (보호대역) 4.5MHz 4.5MHz 10MHz

24. 7.4 인터넷 접속 WIBRO • 무선 모바일인터넷망(이동형 무선인터넷) • 고정형 WiMax(IEEE 802.16a: 2-11 GHz, 75 Mbps, 개활지: 반경 약 50 Km, 도심: 2 Km) • WiMax (IEEE 802.16e: 이동성지원, 시속 60 Km, 15 Mbps) • Wibro (IEEE 802.16e-2005: 이동성지원, 시속 60km/h, 약 1 Mbps) 전파거리  약 48 Km • Wi-Fi망은 건물 내에서 사용되도록 개발되었다. 그러나 도시나 넓은 지역을 지원하는데 어려움이 있다. • 무선 모바일망인WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 WiBro(Wireless Broadband)는 수십 킬로미터 지역에서 인터넷 접속이 가능한 모바일 망이다.

25. 7.5 미래동향 2세대: FDMA, TDMA, CDMA 3세대:W-CDMA, CDMA-2000 4세대 표준: LTE-Advanced, Wibro-Evolution으로 진화

26. 7.5 미래동향 1G FDMA: AMPS

27. 7.5 미래동향 1G: AMPS = FDMA AMPS는FDMA를 사용하는 아날로그 방식 AMPS reverse communication band

28. 7.5 미래동향 2G: GSM은 TDMA + FDMA를 사용하는 디지털 방식 * GMSK는 FSK와 유사한 형식

29. 7.5 미래동향 3G: CDMA-One은 CDMA/DSSS + FDMA를 사용하는 디지털 방식 기지국  이동국 이동국  기지국 Mcps : Megachips / second DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum

30. 7.5 미래동향

31. 7.5 미래동향 • DS-CDMA (Direct Sequence)와 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)의 문제점 • Rake 수신기를 사용: 무선 채널의 다중 경로 현상에 대처 • 10 Mbps 전송속도까지는 효율적, 그 이상 속도에서는 chip 간 간섭증가  하드웨어 복잡 •  수용 가능한 사용자 용량에 제한 • FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)의 문제점 • 랜덤 시퀀스로 주파수를 변경하여 사용하므로 다중 채널 간섭 및 잡음의 영향을 줄임 • 송신측과수시측의 동기가 중요하지만  고속 전송시 동기 추출이 어려움 • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) • 상호 직교성을 갖는 여러 개의 반송파 사용  주파수 이용 효율 증대 • 고속 데이터 전송 가능  고속 무선 랜, 디지털 방송, A(V)DSL (유선) 등에 사용

32. 7.5 미래동향 • OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), • MIMO(Multi Input Multi Output) • 등의 신기술을 이용한 3G 이동통신 방식 WCDMA의 진화 기술 • 주파수 및 고속의 멀티미디어 서비스를 효율적으로 사용하는 IP 네트워크로 진화되는 이동통신 시스템을 의미 • LTE는 4G가 규정하는 서비스 속도인 이동 중 100Mbps, 정지 시 1Gbps 구현이 가능할 것으로 보임 • LTE 현 이동통신망을 기반 • 주파수 대역 부족 (?)

33. 7.5 미래동향 • OFDM-TDMA • 각 사용자에게 시간 슬롯 할당 • 할당된 시간 동안 사용자는 전체 부 반송파를 모두 사용 • OFDM-FDMA • (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) • 각사용자가 요구하는 전송률에 따라 주파수 영역에서 부반송파 할당 • 시간에 제한받지 않고 데이터 전송, • 사용자의 상태에 따라 동적 할당 • OFDM-CDMA • 각사용자에게 고유 확산 코드를 할당 •  모든 시간과 부반송파를 사용 OFDM 다중 접속

34. 7.5 미래동향

35. 7.5 미래동향 4 세대 이동통신규격 요구사항(ITU-R): 이동시100 Mbps, 고정시1 Gbps 2012년 2월: 최종 국제 표준 승인 (Wibro-evolution, LTE-advanced)

36. 7.5 미래동향 • LTE(Long Term Evolution): 3.9G 혹은 슈퍼-3G • 변복조에서 64QAM • 4입력×4출력의 MIMO • 주파수대역폭  최대 20MHz • 최대 다운로드속도(기지국→사용자 단말)  626Mbps • 최대 업로드속도(사용자 단말→기지국)  86Mbps • LTE-Advanced: 4G • 2013년 6월:150Mbps급 LTE-Advanced 서비스 개시 • 이동 중:100Mbps, • 정지 상태: 1Gbps(ITU-R 규정)

37. 7.5 미래동향 3G 이후의 이동통신 표준

38. 7.5 미래동향 현재의 네트워크: 회선교환과 패킷교환 네트워크의 발전 방향  (미래)패킷교환 기반의 네트워크로 통합될 것으로 예상 [인터넷과의 친화성] 모든 정보를 IP 패킷 형태로 주고받는 시대로 이행