전기전자/정보통신

NTT기술저널_2017.01. 특집요약 (p10~31)

다양한 요구에 부응하는 무선 엑세스 기술
[5G] [표준화] [무선LAN] [LPWA] [IoT용 무선통신]

제4세대 이동체통신이나 Wi-Fi의 보급, IoT(사물 인터넷)에 대한 이용 확대로, 앞으로의 무선 엑세스는「대용량화」와 함께,「고수용」과「고신뢰∙저지연」에 대응하기 위해 다양한 무선 엑세스를 조합하여 실현해 나갈 필요가 있다. 본 특집에서는 이들 요건을 충족하여, 모든 사람과 물건이 무선으로 연결되고, 생활과 산업을 지원하는 사회 인프라가 되는 네트워크의 실현을 위한 NTT그룹의 무선 엑세스에 대한 시도에 대해 소개한다.

●다양한 주파수대를 활용한 무선엑세스 고도화에 대한 시도
[5G] [무선LAN] [IoT용 무선통신]
Ryutaro Kawamura 외 3인 / NTT미래네트워크연구소 소장

휴대전화나 스마트폰 등 사람들의 일상생활에 있어서 무선 이용과 함께, IoT의 진전으로 사회의 다양한 산업에서 사물의 무선 이용이 확산되는 미래에서는, 다양한 주파수대의 무선통신을 이용하는 것이 중요하다. 지금까지 이용되었던 주파수대의 효율적 이용과 함께, 아직 개척되지 않은 EHF대(밀리파)의 이용이 검토되고 있다. 본고에서는 제5세대 이동통신시스템(5G)을 목표한 시도, 무선LAN의 고도화를 위한 시도, 모든 분야에 이용되는 IoT를 위한 시도를 소개한다.

-- 무선이용의 현황 --
휴대전화나 무선LAN 등의 무선기술∙서비스의 발전과 스마트폰, 태블릿, PC 등이 보급됨에 따라 실내∙실외, 나아가서는 이동 중에도 네트워크에 접속하여 정보 취득이나 정보 교환을 상시 이용할 수 있게 되었다. 제4세대로 이행하고 있는 일본의 이동통신 서비스에는, 일본의 인구를 크게 웃도는 약 1억 6천만 대의 단말이 이용되고 있다. 또한 무선LAN 단말도 일본의 출하 대수는 2016년에는 5,000만 대를 넘었고 앞으로도 확대될 전망이다. 현재, 무선 이용 트래픽은 계속 증가하고 있으며, 사업자가 제공하는 이동통신 활용과 함께 무선LAN을 이용한 오프로드 활용도 증가하고 있다. 증가하는 트래픽을 수용하기 위해서는, 보급되는 이동통신과 무선LAN의 대용량화를 추진함과 동시에 새로운 주파수대를 개척하는 것도 중요하다.

그리고「사물」을 네트워크에 접속하여 활용하는 IoT가 진전되는 가운데, 이와 함께 무선통신이 이용되는 기회도 점점 확대될 것으로 예상된다. 공장, 산업기계, 교통, 농업, 도시계획, 헬스케어, 보안, 가전, 교육, 의료, 재해대책 등 모든 분야에서 무선 이용이 검토되고 있다. 이러한 분야에서는 무선의 이용 방법이나 이용 환경이 다르다. 예를 들면, 공장이나 자율주행 지원을 이용할 경우, 일정한 간격으로 작동하는 제어기능에 대응하기 위한 실시간성이 요구된다. 그리고 인프라 감시나 미터링(Metering)의 이용에서는 광역에 편재하는 단말을 통해, 수년간에 걸쳐 Maintenance Free로 정보를 취득할 수 있는 전력절약성이 요구된다. 대용화와 함께 폭넓은 성능을 커버하는 무선기술이 필요해질 것이다.

무선통신은 전파를 이용한 통신이지만, 그 주파수에 따라 전달 방식이나 전송할 수 있는 데이터의 양이 다르다. 한정된 전파 자원을 효율적으로 활용하기 위해, 이용 용도에 맞춰 사용하는 주파수대와 그 기술 수준을 법령 등으로 제정하여 이용하고 있다. 일반적으로 저주파수대의 경우는 전송할 수 있는 정보량이 작지만, 전파의 회절 현상으로 전파를 전달하기 쉽고, 광역 단말과 통신하는 경우에는 유리한 주파수대다.

한편, 높은 주파수대는 전달되는 거리에 문제는 있지만, 대용량 통신 용 주파수대를 확보하기 쉽다는 특질이 있으며, 각각의 특질은 활용되는 곳이 있다. 특히, UHF(극초단파), SHF(마이크로파)의 주파수대는 전파 전달과 전송 가능한 정보량이라는 양면에서 사용하기 쉬운 주파수대이기 때문에, 이동통신이나 무선LAN 등으로 이용되고 있다. 트래픽의 증대와 함께 주파수 이용률 향상, 대용량화가 요구되고 있다. 또한 IoT의 진전에 따른 무선이용 기회 확대에 대응하기 위해, 용도에 맞춘 주파수대 이용이나 미개척 EHF(밀리파)의 활용도 포함하여, 새로운 성능의 실현을 추진해야 한다.

이와 같은 요구에 부응하기 위해, 다른 주파수대에서 기술개발과 표준화가 시행되고 있다. NTT그룹에서도 5G나 무선LAN의 고도화에 도전함과 동시에, 새로운 주파수대도 활용하여 IoT를 대상으로 한 새로운 무선성능 실현을 위한 시도를 계속할 계획이다.

-- 5G를 위한 도전 --
국내의 이동통신 서비스는 1979년에 개시된 아날로그 방식의 제1세대부터, 디지털 방식의 채용을 통해 이동통신의 이용이 크게 확대된 제2세대, 또한 인터넷에 엑세스할 수 있는 데이터 통신을 제공한 제3세대, 브로드밴드화(Wi-Fi, LTE 등)를 통해 동영상 시청도 가능해진 제4세대로 크게 발전해 왔다. 현재, 세계적으로 연구개발이 진전되고 있는 제5세대는 업그레이드 된 대용량화와 함께, 보급이 기대되는 IoT에도 대응하려고 하고 있다.

2015년 9월에는 ITU(International Telecommunications Union, 국제전기통신연합)에서 5G에 관한 비전이 책정되고, 3개의 방향성이 제시되었다. 3개의 방향성은, 보다 대용량 데이터 통신을 가능하게 하는 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), 어느 지역에 여러 대의 단말이 접속 가능한 mMTC(massive Machine Type Communications), 짧은 지연시간에 확실한 데이터 교환을 가능하게 하는 URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communications)다.

제5세대 이동통신을 표준화하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서는, 이 3개의 방향성을 대상으로 구체적인 무선 방식의 검토가 추진되고 있다. 본 특집 기사 중『2020년까지의 5G 도입을 위한 표준화 동향』에서는 이 검토에 대한 최신 상황을 소개한다.

-- 무선LAN의 고도화를 위한 시도 --
무선LAN을 탑재한 스마트폰, 태블릿 등의 스마트 디바이스가 보급되었으며, 특히 스타디움, 공항, 쇼핑몰 등 사람이 많이 모이는 장소에서는 이동통신과 함께 무선LAN을 적극적으로 활용하여 브로드밴드 무선 서비스가 제공되고 있다. 이 무선LAN 이용 증가에 맞춰서 다양한 장소에 많은 무선LAN의 설치를 요구하는 목소리가 높아지고 있다. 지금까지의 무선LAN은 고밀도로 설치하면 무선LAN 사이의 전파 간섭 때문에, 눈에 띄게 Throughput이 열화된다는 문제가 있었다. 이 문제에 대해 NTT연구소에서는 새로운 무선LAN의 기술 표준 정책과, 네트워크 측으로부터의 집중제어 및 안테나시스템의 고도화를 시도하고 있다.

본 특집 기사 중『무선LAN의 최신 동향과 협조 무선LAN 기술』에서는 고밀도로 설치된 무선LAN의 주파수 이용 효율을 향상시키는 방법으로서, 현재 책정이 추진되고 있는 IEEE802.11ax 표준을 개설한다. 또한 무선LAN의 특성을 더욱 향상시키기 위해, 집중제어와 분산 안테나를 이용함으로써 전파 간섭의 영향을 줄이는 협조 무선LAN 시스템을 소개한다. 그리고 5G를 위해 무선LAN을 활용하는 검토에 대해서도 소개한다.

-- IoT용 무선통신의 고도화를 위한 시도 --
이용 범위가 넓은 IoT의 경우는 무선통신에도 다양한 성능 확대가 필요하게 된다. IoT에서 이용하는 단말은 센싱 이용 등 사람이 자주 가지 않는 장소에도 존재하고 있으며, 이와 같은 광역 단말을 확실하게 접속할 수 있는 네트워크가 필요해 진다. 지금까지 무선LAN이나 블루투스 등에서 이용하면서 보급된 2.4 GHz대와 비교하여, 전파가 전달되기 쉬운 920 MHz대를 이용한 무선통신 방식이 최근에 많이 등장하였다. 또한 국내외에서 광역을 커버할 수 있는 IoT용 무선으로서 활용되기 시작하였다. 본 특집 기사 중『사물 용 이용을 가속하는 광역 무선 엑세스에 대한 시도』에서는, 이 920 MHz대를 이용한 통신방식에 관한 NTT연구소의 시도에 대해 소개한다.

또한, IoT의 경우는 센서 등의 적은 데이터량의 단말뿐 아니라, AI 등 데이터 분석기술의 발전을 통해, 영상 등 대용량 데이터를 활용한 인프라 이상감지나 방범대책 실현도 기대된다. 이와 같은 새로운 대용량 데이터 전송에 대한 요구를 증대하는 트래픽 안에서 무선 수용하기 위해서는, EHF의 폭넓은 대역을 활용할 수 있는 무선통신이 필요하다. 그리고 자동차의 자율주행의 경우는, 순식간에 주위의 정보를 취득하거나 원격제어를 필요로 하기 때문에, 저지연 그리고 고신뢰라는 요구 조건을 충족하는 무선통신이 필요하다. 이와 같은 장래의 IoT를 위한 시도로서, 본 특집 기사 중『다양한 주파수대를 활용한 성능확대를 위한 시도』에서는 새로운 주파수대도 활용한 무선통신의 대용량화, 저지연∙고신뢰를 실현하기 위한 연구 개발에 대해 소개한다.

-- 앞으로의 과제 --
정보통신이 모든 산업에 이용되는 가운데, 무선통신은 점차 사회 인프라의 중요한 요소가 될 것으로 생각된다. 이와 같은 세상에서 새로운 부가가치를 창출하기 위해서, NTT그룹도 용도에 적합한 주파수대를 효과적으로 활용하는 기술 개발을 추진해 나갈 계획이다.

●2020년까지의 5G 도입을 위한 표준화 동향
[5G] [표준화] [무선 엑세스 기술]
Yoshihisa Kishiyama 외 2인 / NTT도코모

2020년 혹은 그보다 이른 타이밍에서의 5G의 도입에 대한 기대가 세계적으로 높아지고 있다. 각국에서 5G의 실증 실험을 위한 활동이 왕성하게 시행되고 있다. 또한, 이동통신 시스템의 표준화 단체인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 있어서, 2015년 9월에 5G의 새로운 무선 인터페이스 규격에 대한 표준화 논의가 개시되고 있다. 본고에서는 2020년까지의 5G도입을 위한 어프로치와 표준화 동향에 대해 소개한다.

●무선LAN의 최신 동향과 협조 무선LAN 기술
[무선LAN] [협조 무선LAN 기술] [5G]
Kenichi Kawamura 외 7인 / NTT엑세스 서비스 시스템 연구소

NTT엑세스 서비스 시스템 연구소에서는 가정, 기업, 공공 공간 등에 보급되고 있는 무선LAN 기술의 연구 개발을 시도하고 있다. 본고에서는 무선LAN의 표준화 동향, 스타디움 등의 고밀도 무선LAN 환경에서 전파 간섭 문제를 해결하는 협조 무선LAN 기술 및 5G의 실현을 위한 Cellular Network에 대한 무선LAN의 융합에 대해 소개한다.

●사물 용 이용을 가속하는 광역 무선엑세스에 대한 시도
[IoT/M2M] [LPWA] [Smart Metering]
Nobuaki Mochizuki 외 6인 / NTT미래 네트워크 연구소

지금 다양한 사물이 인터넷에 접속하는 IoT가 주목 받고 있다. NTT에서는 지금까지 IoT서비스의 실현을 위해, 연구 개발과 실증 실험 등 다양한 시도가 이루어지고 있다. 본고에서는 IoT/M2M(Machine to Machine) 서비스의 요구 조건 및 최근 주목 받고 있는 LPWA(Low Power Wide Area)의 개요에 대해 소개한다. 동시에 NTT 니시니혼(西日本)에서 실증 중인 LPWA를 활용한 Field Trial과, NTT미래 네트워크 연구소에서 시도하고 있는 광역∙고수용 무선 중계 시스템에 대해 소개한다.

●다양한 주파수대를 활용한 성능확대를 위한 시도
[대용량] [저지연∙고신뢰] [Multi Band]
Daisei Uchida 외 4인 / NTT미래 네트워크 연구소

IoT를 위한 무선통신 시스템으로서, 기기가 취득한 동영상 데이터 등을 순식간에 전송하는 대용량화와 동시에, 순식간에 원격제어가 가능한 저지연∙고신뢰가 필요하다. 본고에서는 그 실현을 위한 새로운 주파수대의 활용과 무선기술에 대해, NTT미래 네트워크 연구소의 시도를 소개한다.

  -- 끝 --