Ubiquitous Networks
- Cellular, Wireless LAN, Wireless MAN -
Laboratory of Intelligent Networks (LINK)@KUT
http://link.kut.ac.kr
Youn-Hee Han
한국기술교육대학교
New-Wave
2
최근 무선 통신 동향 – Overall(1/3)
사업자간 영역 붕괴 및 멀티미디어 서비스 도래
• 유선/무선, 통신/방송 사업자간 영역 붕괴
• 비인가 무선 기술 기반 옥내/옥외 사설 망 구축 확산 (WLAN/WiMAX
등)
• 고속 무선 멀티 미디어 서비스 확대 (고품질 VoIP, 방송 서비스 등)
Mobile / Multimedia / Broadband 추세
Traffic
음성
천원
40
국내 이동통신 ARPU
인터넷
Traffic
Broadband
30
모바일
음성
20
Narrowband
10
유선
’00
’02
’04
’06
’08
’10
0
Data
’03
출처 : 2003 Broadband World Forum ('03.8월)
’04
’05
’06
’07
’08
’00
’02
’04
’06
’08
’10
ARPU : Average Revenue Per User
3
최근 무선 통신 동향 – Overall(2/3)
Mobile User 및 무선데이터 트래픽의 폭발적인 증가
- 스마트폰의 등장 (Since 2009)
- Morgan Stanley report, April 2010:
The number of mobile users will be more than 1.6 billion in around 2014 and
thus exceed the number of desktop users
4
최근 무선 통신 동향 – Overall(3/3)
5
최근 무선 통신 동향 – 1/7
달라지는 상황
WLAN 내장 (Smart)Phone, Notebook 본격 등장

WLAN 기본 내장형 Notebook 장비 급속 확산

3G와 WLAN 복합 단말 (휴대전화 - iphone,
Android Phone) 등장 및 확산
최근 결과
3G를 대체하는 무선 기술 및 망구조 확산

WLAN, WiBro (WMAN) 망의 확산 필요성 증대

WLAN 확대 따른 3G 시장 잠식 발생
6
최근 무선 통신 동향 – 1/7
달라지는 상황
WLAN 내장 (Smart)Phone, Notebook 본격 등장

WLAN 기본 내장형 Notebook 장비 급속 확산

3G와 WLAN 복합 단말 (휴대전화 - iphone,
Android Phone) 등장 및 확산
7
최근 무선 통신 동향 – 2/7
달라지는 상황
WLAN 기술 기반 고속 무선 데이타 서비스 다양화

Enterprise, Hot-Spot, SOHO 등 사설 망에 대한 WLAN 적용 확대

WLAN 지원 가능한 휴대전화, Smart Phone, Notebook 확산
최근 결과
3G 데이타 시장 위축 및 수익 감소

WLAN 사설 망 확대 따른 3G 데이터 서비스 시장 잠식 및 수익 감소
SOHO: Small Office/Home Office
8
최근 무선 통신 동향 – 3/7
달라지는 상황
VoIP 서비스 확산

3G와 WLAN(VoIP) 복합 단말 등장
- 일본 NTT DoCoMo: WLAN/VoIP 기업서비스 (WCDMA/WLAN(VoIP) 단말기확보)

VoIP 서비스 확대
- 070 유선 VoIP 서비스 확대
- 무료 VoIP 앱의 등장 http://ndolson.com/1789
- VoIP over LTE 서비스 시작
: 패킷 교환의 음성 서비스
(http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ikci&logNo=40141451651&parentCatego
ryNo=29&viewDate=&currentPage=1&listtype=0)
최근 결과
3G 음성 시장 위축 및 수익 감소

실내 WLAN VoIP 확산 따른 3G 회선 음성 서비스 경쟁력 약화 및 수익 감소
9
최근 무선 통신 동향 – 3/7
달라지는 상황
VoIP 서비스 확산
10
최근 무선 통신 동향 – 4/7
달라지는 상황
이동통신에서의 정액제 확산
 정액제의 확산 (KDDI, DoCoMo, Verizon, KT)
 Voice 시장 정체
최근 결과
새로운 시장 및 수입 모델 모색 필요
 Machine-to-Machine (M2M) 시장에 대한 관심
증대
11
최근 무선 통신 동향 – 5/7
달라지는 상황
비인가 주파수 기반 무선 서비스 기술 및 시장 확대

비인가 주파수 대역
①
ISM Band (2.4~2.48GHz, 5.73~5.85GHz)
- 산업/과학/의료 촉진을 위한 주파수 대역
②
미국 U-NII Band (5.15~5.35GHz, 5.73~5.83GHz)
- U-NII : Unlicensed National Information Infrastructure (’97 할당)
- 학교/도서관/의료산업/비도심 지역의 인터넷/무선광대역 촉진용 대역

WLAN/WiMAX 중심 비인가 주파수 대역의 추가 할당 및 광대역화 추진
최근 결과
타사업자(유선 등)의 무선 서비스 시장 진입 장벽 해제



KTF와 KT의 합병 이후  KT  Olleh (무선 전화, 유선 전화, 유선 인터넷, 유선
IPTV)
SK Telecom과 하나로통신의 합병 이후  SKT  생각대로 T
LG Telecom과 데이콤의 합병 이후  LGT  U플러스
TIA : Telecommunication Industry Association (US)
FCC: Federal Communication Commission
12
최근 무선 통신 동향 – 6/7
달라지는 상황
멀티미디어/광대역 IP 서비스 요구 증대 및 확산

고품질 VoIP 음성 서비스 확산 (64~128Kbps 고품질 Vocoder 고려)

방송, 화상전화 등 동영상 서비스 확산
최근 결과
주파수 용량 한계로 3G 데이터 서비스 확산에 한계 발생

Data Traffic 량 증가량  매 5 년 동안 35배 증가 예상

데이터 서비스 속성상 (정액제 등 고려시) 대규모 CAPEX대비 ROI에 어려움 예상
Vocoder: Voice Encoder
http://www.youtube.com/watch?v=-hqvvNcvenU
CAPEX : Capital Expenditure
ROI: Return of Investment
13
최근 무선 통신 동향 – 7/7
달라지는 상황
무선 광대역 (WMAN) 기술/서비스에 대한 관심 급증

IEEE 802.16 미팅 참석자수 급증

미국 등 국가 규모 무선 광대역 확대 추진
- ’07까지 전국민의 광대역 서비스화 추진
- 무선광대역과 DSL/Cable의 경쟁 구도 추진
- 비인가 5GHz, 인가 3.5/2.5GHz에 무선광대역 기술 도입 추진 (미국 및 유럽)
최근 결과
무선광대역 기반 Pre-4G 기술 (WMAN) 활성화 따른
3G 기술과의 경쟁구도
14
방통위 '와이브로' 활성화 적극추진.. [2012.03.19]
http://www.asiae.co.kr/news/view.htm?idxno=2012031909085595599
KT와이브로 서비스지역 가용지역
http://www.wibrokt.net/coverage.htm
WiBro Intro.
http://www.youtube.com/watch?v=Gso2WTCLC98
http://www.youtube.com/watch?v=vX9_gM9-drI
15
WiBro 도입배경
무선시장의 유선시장 추월
데이터 시장 비중 확대
Market
(단위:조)
(단위:조)
6
12
20
5
10
15
8
4
10
6
3
4
2
5
2
0
'98년
'99년
'00년
유선매출
현재
미래
데이타시장중 기업/가정 시장 매출실적
유선시장중 음성/데이타 시장 매출 실적
유무선 통신시장 연도별 매출실적
(단위:조)
25
가정/개인시장의 급성장
'01년
'02년
0
1
'98년
'99년
무선매출
'00년
'01년
'02년
0
'98년
음성 데이터
'99년
'00년
기업(전용회선)
'01년
'02년
가정(초고속인터넷)
무선랜
이동전화기반 무선인터넷
-커버리지 한계로 비즈니스 모델에 한계
-초고속인터넷 종속 모델로 독자적 수익기반 없음
-비싼 종량제 요금으로 무선인터넷 이용률 저조
-저속의 전송속도로 다양한 콘텐츠 부족
새로운 기술기반의 “광대역 무선 인터넷 서비스”
16
WiBro (or Portable Internet)
서비스 정의
“실내의 유선 초고속인터넷을 휴대형 단말기를 이용하여 실외의 정지 및 이동환경에서도
고속으로 인터넷에 접속, 필요한 정보나 멀티미디어 컨텐츠를 이용할 수 있는 통신서비스”
“정지 및 이동중에도”
 초 기 저 속 (60km)
이동 중심
 이동성 가능
“언제 어디서나”
도심지의 길거리,
공원 등 옥외에서도
Seamless한 접속
“고속 데이터 전송”
 가입자당 1Mbps급
 향후 초고속 제공
이용
단말
[핸드폰형]
[PDA]
[핸드헬드PC]
<참조: 2002년 10월 정보통신부 보도자료>
[노트북PC]
“저렴한 인터넷”
정액제를 도입
[핸드폰 형 소형단말기/
PDA를 노트북에 연결]
[노트북/PDA에
카드 장착]
17
WiBro와 유사서비스와의 비교
구분
WiBro
초고속인터넷
무선LAN
이동전화 무선인
터넷
이용지역
옥내외 (Hot Zone)
옥내
옥내 (Hot Spot/구내)
옥내외 (전국망)
전송속도
고속
초고속
초고속
중저속
이동성
Nomadic/Mobile
(중저속)
없음
정지 또는 준정지
고속 이동
컨텐츠
유무선 컨텐츠
유선 컨텐츠
유무선 컨텐츠
무선 컨텐츠
요 금
상대적 저렴
상대적 저렴
저렴
높음
단말형태
PDA, 노트북,
스마트폰 등
데스크탑, 노트북
PDA, 노트북
핸드폰, PDA
이동
2G 이동통신
보행
[와이브로(WiBro)의
와이브로 (WiBro)
서비스 포지셔닝]
3G
이동통신
무선 랜
초고속인터넷
정지
0.1
1
10
100
Mbps
18
WiBro 서비스망 구조
Hot Zone
지사/점
인터넷 노드
중앙노드
KORNET
인증서버/DHCP/
포털
ACR
BS/RAS
HA
BS/RAS
투자요소
활용
요소
무선망
액세스망
AP, 중계기 인프라
RAS(Radio Access
Controller)
ACR; Access Control Router,
중계 선로(지선, 간선)
전화국사 및 그룹
기지국 활용
광코아(지선, 간선), 라우터
및 메트로이더넷 장비 활용
인터넷 백본망
Giga Router/Gateway,
HA(Home Agent) 등
서버팜
서비스 콘텐츠
수용 서버
국내 최대 인터넷망(Kornet) 활용
19
WiBro &
Standardization
20
국내 표준화 – TTA

TTA PG302 표준화 추진 현황
시기
무선접속
실무반
서비스 및 네트워크
실무반
IPR
Ad-hoc Group
2003
3Q
o 무선접속요구
요구사항정의
o Service 개념 정립
o 목표 요구사항 정의
- Service 요구사항 및
Network 요구사항
o IPR 취급사례 검
토 분석 및 방향
제시
2003
4Q
o 표준초안 작성
- 무선접속 관련 주요 시스템
파라메타 항목/방식 결정
- 성능평가 항목/기준/조건
결정
- Baseline 제안/평가
요소기술 제안/평가 (계속)
- 평가 방법/도구 설계
o 표준초안 완성
o IPR 취급 방침
(안) 수립/시행
2004
1Q
o 표준안 완성
- 요소기술 제안/평가
- 표준안 제안/평가
- 표준안 완성, PG05 제출
o 요소기술 제안/평가
- 표준안 제안/평가
o 표준안 완성, PG05 제출
2004
2Q
o 표준 완성
- 의견 수렴 결과 반영, 총회
승인
o 의견 수렴 결과 반영, 총회
승인
- Network 구조 참조
model 정의
- 표준 초안 작성
o 제안기술관련
IPR 검색 및 현
황 파악
국제협력
Ad-hoc Group
o 국제협력 방안
수립 및 시행
o IPR 취급 방침 보
완/시행
21
국내 표준화 – TTA

기술 Spec
항목
방식 또는 값
다중화 방식
TDD (Time Division Duplexing)
다중접속방식
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
채널대역폭
10MHz
가입자당 전송속도
상향최소전송속도 128Kbps, 하향최소전송속도 512Kbps
상향최대전송속도 1Mbps, 하향최대전송속도 3Mbps
사용 주파수
2.3GHz
핸드오프
기지국내 셀 간, 기지국간, 주파수간 핸드오프 시간:
150ms 이하
이동성
최대 60Km/h
기지국 서비스커버리지
Macro(1km), Micro(400m), Pico(100m)
22
국제 표준화 - IEEE 802 Technology

IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee

Wired



802.3 (Ethernet)
802.17 (Resilient Packet Ring)
Wireless

802.11 (Wireless LAN)



802.16 (Wireless MAN)



Wireless Metropolitan Area Network
WiMAX (WMAN Business Consortium)
802.15 (Wireless PAN)

`
Wireless Local Area Network
WiFi (WLAN Business Consortium)
Wireless Personal Area Network (e.g., Bluretooth, UWB,
Zigbee)
http://www.youtube.com/watch?v=YEQqAyJEtU8&feature=related
23
IEEE 802.16 WMAN





Point-to-Multipoint
Wireless Metropolitan Area Network
Wireless technology for subscriber access, as an alternative to
traditional twisted-pair wired line
Standardizes the air interface and related MAC (Medium Access Control)
Supports data rates from 2 Mbps to 155 Mbps


Broadband Wireless Access
Cell size: 100m ~ (1~10) km
24
IEEE 802.16 표준화 추진 과정
Standard Specifications
802.16 (2001/12)
“Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems for 10~66 GHz”
802.16.2 (2001/9)
Coexistence problem
802.16a (2003)
“MAC Modifications & Additional Physical Layer Specifications for 2-11 GHz”
(Detailed system profiles for 10~66GHz)
802.16c
802.16d (2004/5) – WiMAX
“Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems”
802.16e (~ 2006/7) – Mobile WiMAX
“Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed
and Mobile Operation in Licensed Bands”
25
IEEE 802.16 표준화 추진 과정
http://www.youtube.com/watch?v=5mdanVOS7-U&feature=fvwrel
26
WiBro와 IEEE 802.16e
IEEE802.16e+/f/g
IEEE 802.16e
• 2~6GHz Multi-cell (Licensed FDD/TDD)
•SC2/OFDM/OFDMA
• 30Mbps in10MHz BW
• Network Interface Standard
• OFDMA FFT: 2K, 1K, 512, 128
802.16e
• HO in IPv4 or IPv6
2004.12
Sponsor Bollot
2004.4Q
• Enhancement of IEEE802.16e
(HO, Sleep mode, H-ARQ, MIMO)
2005.2
Draft D6
• Core Network Standard
2005.7
Publication
As Standard
2005
2004.10
Phase I rev.
WiBro
Evolution
2006
2007
~2005.4Q
Phase II
WiBro
•PHY Harmonization
•MAC Harmonization
•Max 50Mbps
•AAS, MIMO
27
Cellular
Technology
28
Basics: Structure
Multiple Access
Downlink
Handoff
Uplink
Mobile Station
Base Station
Distributed transceivers
Fixed transceiver
Cells
Different
Frequencies or
Codes
29
3GPP/PP2 Cellular Evolution
 0G: Mobile radio telephones (PTT, MTS)
 1G: Analog
 2G/3G and beyond - digital:
GSM Family – 3GPP
CDMAOne/CDMA2000 Family - 3GPP2
GSM
GPRS
CDMA/IS-95
2G
EDGE
HSCSD
3G
WCDMA (UMTS)
CDMA2000 EV-DO
HSPA
[WCDMA의 구조와 원리]
http://knol.google.com/k/wcdma%EC%9D%98%EA%B5%AC%EC%A1%B0%EC%99%80-%EC%9B%90%EB%A6%AC#
30
3GPP/PP2 Cellular Evolution
2G (1991~) : Mainly voice with GSM, CDMA (PCS)
2.5G (2001~) : Adding Packet Data Services
 GPRS, EDGE, CDMA 2000 1x, CDMA 2000 1x EVDO
3G (2004~) : Adding 3G Air Interface: UMTS-WCDMA (Wideband
CDMA)
 Meet IMT-2000 requirements




Improved voice quality, high speed PS data (384Kbps - 2 Mbps)
Improved spectral efficiency and capacity
Start to Support Multimedia applications
3G Architecture:
 Support of 2G/2.5G and 3G Access
 Handover between GSM and UMTS technologies
 3G Extensions:
 HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)/HSUPA
 Inter-working with WLAN (I-WLAN)
31
3GPP/PP2 Cellular Evolution
한국
유럽
한국, 미국
GSM: GSM  W-CDMA
CDMA : cdmaOne(IS95)  cdma2000(IS2000)
32
3GPP/PP2 Cellular Evolution
WCDMA Evolution (source: SKT)
HSDPA: High-Speed Downlink Packet Access
HSUPA: High-Speed Uplink Packet Access
33
3GPP Cellular Evolution
Beyond 3G (or 4G):





Long Term Evolution(LTE)/System Architecture Evolution(SAE)
Improvement of peak rate/throughput
Cell edge performance improvement
Improved support of Multicast Broadcast Service (MBS)
Adding Mobility towards WLAN and non-3GPP air interfaces
http://www.youtube.com/watch?v=FAqHMwUCJco&f
eature=related
34
전송속도와 서비스 구현의 관계
9.6
14.4
32
64
144
384
2000
음성 및 단문메세지(SMS)
E-mail
인터넷 접속
데이터베이스
○
○
○
○
○
○
○
×
▲
○
○
○
○
○
×
×
▲
▲
○
○
◎
×
×
▲
○
○
○
○
서류전송
위치확인서비스
정지화상전송
저품질 비디오서비스
고품질 비디오서비스
×
×
▲
○
○
○
○
▲
○
○
○
○
○
○
×
▲
○
○
○
○
○
×
▲
▲
○
○
○
◎
×
×
×
▲
▲
○
◎
※ 주 : ◎ = 매우 우수, ○ = 우수, ▲= 보통, ×= 곤란
※ GSM(9.6k), CDMA(14.4k), CDMA 2000(144k이상), WCDMA(384k이상)
35
B3G & 4G ?
36
HSPA+ vs. Mobile WiMAX
HSPA
Rel-7
Parameter
Frequency
Channel BW
(1x2) SIMO
MS Antenna
DL Mod-Coding2
Rel-8
Rel 1.5
2000 MHz
Duplex
BS Antenna
Mobile WiMAX
2500 MHz
FDD
FDD
TDD
2 x 5 MHz
2 x 5 MHz
10 MHz
(2x2) MIMO
(2x2) MIMO
(1x2) SIMO
64QAM-5/6
UL Mod-Coding2
16QAM-3/4
(1x2) SIMO
64QAM-5/6
16QAM-3/4
64QAM-5/6
64QAM-5/6
64QAM-5/6
64QAM-5/6
DL Peak User Rate
17.5 Mbps
21 Mbps
35 Mbps
36 Mbps
48 Mbps
UL Peak User Rate
8.3 Mbps
8.3 Mbps
8.3 Mbps
17 Mbps
24 Mbps
1.
Source: “Release 7 HSPA+ for Mobile Broadband Evolution”, Qualcomm Inc.
37
Comparing the End-to-End Network
LTE/SAE User Plane & Data Flow
Multiple layers, Many nodes and
proprietary protocols
Application
e.g. IP,
PPP
Relay
Relay
PDCP
PDCP
GTP - U
RLC
RLC
UDP/IP
MAC
MAC
L2
L1
L1
L1
UE/MS
LTE-Uu
e.g. IP,
PPP
E-UTRAN
GTP - U
GTP - U
GTP - U
UDP/IP
UDP/IP
L2
L2
L2
L1
L1
L1
UDP/IP
S1-U
Serving GW
S5
PDN GW
SGi
Mobile WiMAX User Plane & Data Flow
Based on simple IETF protocols, Fewer nodes & fewer
device requirements, Optimized for high speed data
Source: LTE/SAE: 3GPP, Mobile WiMAX: WiMAX Forum Network Specification Release 1.0
38
Cellular Networks and IEEE 802.11/16
Cellular Networks
Incipient
Service
Voice
Circuit Switched Analog
Technology
Circuit Switched Digital
IEEE 802.11/16
Data
Packet
Switched
C.S. Voice + P.S. Data
New Services
Mobility
Support
Operator initiated
or partnered
Good
Third party/
independent (largely)
Poor
39
Cellular Networks and IEEE 802.11/16
Cellular Networks
QoS at edges
IEEE 802.11/16
Good Support
(voice vs. data)
Mostly absent
Data rates for
supporting
broadband
services
Insufficient
Relatively high
Cost per MB of
data
Higher
Lower
40
LTE vs. Mobile WiMAX
Reported LTE Results
Parameter
BS Antenna
Motorola1
2x2
4x4
Channel BW
Mod-Code Rate
DL Peak User
Rate
Qualcomm3
2x4
4x2
2 x 20 MHz
64QAM-5/6
117
Mbps
226
Mbps
MS Antenna
Mod-Code Rate
UL Peak User
Rate
T-Mobile2
?
?
WiMAX – Rel 2.0
2x2
4x4
2 x 20 MHz
64QAM5/6
64QAM-?
64QAM-5/6
144
Mbps
277
Mbps
1x2
1x2
1x2
64QAM-?
16QAM-?
64QAM-5/6
50.4
Mbps
75
Mbps
69.1 Mbps
144.6
Mbps
289
Mbps
1. Motorola website, “LTE In Depth” , Reference does not show UL peak rate projections
41
3GPP & Mobile WiMAX Timeline
Mobile WiMAX
Rel 1.0
Rel 1.5
Rel 2.0
802.16e-2005
802.16e Rev 2
802.16m
IP e2e Network
3GPP
HSPA
HSPA+
Rel-6
Rel-7 & Rel-8
IMTAdvanced
Ckt Switched Network
LTE & LTE Advanced
Mobile WiMAX
time to market
advantage
2008
2009
IP e2e Network
CDMA-Based
2010
2011
OFDMA-Based
2012
Mobile Communication Roadmap
Mobility
1995
2000
2005
2010+
4G
3G+
(HSDPA, HSUPA)
High
Speed
3G
( IMT2000 )
WiBro
802.16e
2G
Medium
Speed
( Digital )
High speed
WLAN
1G
( Analog )
Low
Speed
AMPS
ETACS
JTACS
NMT
~ 14.4 kbps
2.4 GHz
WLAN
144 kbps
5 GHz
WLAN
Wi-Max
WPAN
RFID
ZigBee
MANet
802.11b Bluetooth
PAN
384 kbps
<1 Mbps
<10 Mbps
<100 Mbps
Data
Rates
43
Samsung’s View on B3G and 4G
High Mobility
3G+
DMB
4G
Mobile
2G
GSM
IS-95
3G
Evolution
EV-DO
GPRS
HSDPA
Revolution
CDMA1x
IS-136
WCDMA
WiBro
IEEE802.16e
Wi-Fi
IEEE802.11
Nomadic
IEEE802.16
Bluetooth UWB
Evolution
Wi-Max
W-PAN
Low Mobility
2005
2010+
http://www.youtube.com/watch?v=qdzEzBlVULY&feature=related
Time
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다양한 이동 환경이 주도하는
미래의 인터넷
Internet
현/미래 인터넷
• 이동 환경 위주
• 다양한 네트워크 환경
인터넷 설계 환경
• 고정 환경 위주
• 단일 네트워크 환경
이동환경 및 네트워크 다양성을
효율적으로 지원하기 위한 기술이
미래인터넷의 네트워크 핵심기술 !
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