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LTE-Unlicensed와 WiFi에 관한 각계의 시각
Views on LTE-Unlicensed and WiFi
November 21, 2014 | By 도미선 (tech@netmanias.com)
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"LTE-Unlicensed" - 이게 뭐고 왜 이슈인가? 

 

최근 들어, LTE-Unlicensed라는 다소 생소하지만 흥미로운 개념이 회자되기 시작하고 있다. LTE라고 하면 모든 나라의 통신사업자들이 조 단위의 주파수 사용료를 각국의 정부에 내고 이용자들에게 통신 이용료를 받으며 상용 서비스를 하는 구조이고, 와이파이는 누구도 주파수 구매를 위한 돈을 내지 않고, 그 주파수를 이용하여 나름대로 자신들의 시장을 만들어 나가는 컨셉이다.

 

이용자들도 LTE 서비스는 돈을 내고 와이파이 서비스는 돈을 안 낸다. 이용자들 입장에서는 와이파이는 매우 유용하다. 그런데, 이 둘간에 영역 다툼이 생겨나기 시작하고 있다. 통신사들이 무주공산인 unlicensed 주파수 대역을 이용하려 하는 것이다. 우리나라에서도 올해 10월에 LG U+가 LTE-U를 시연했고 내년에 상용화하겠다 (보도자료 번호: 987)고 발표했다. 넷매니아즈에서는 이 이슈에 관해 고민을 시작하던 차에 통신학회에서 11월 12일 개최한 "LTE-Unlicensed와 WiFi 워크숍" 행사에 참석하여 통신사업자, 벤더, 연구소 등의 의견을 듣고 상황을 정리해 보았다. 


올해 9월 3GPP RAN 총회에서 Licensed-Assisted Access using LTE (LAA)가 Release 13의 Study Item (SI)으로 승인됨에 따라, unlicensed 대역에서 LTE를 사용하기 위한 논의가 본격적으로 시작되었다. Target 대역은 5 GHz로 내년 6월 SI를 완료하고 2017년 말 표준화 완성을 목표로 한다.  

 

LAA (본 글에서는 LAA와 같은 의미로 LTE-Unlicensed (LTE-U)를 혼용해서 사용함) 논의가 시작됨에 따라, LTE 진영의 기대와 WiFi 진영의 우려가 동시에 나타나고 있다. 일단 LTE 진영은 가용한 주파수가 생긴다는 것을, 그것도 무료로, 반기는 표정이다. 특히 급격한 트래픽 증가에도 불구하고 데이터 요금 인하 압박을 받고 있는 사업자들에게는, 비록 그들이 전파 관리를 담당하는 정부의 의중을 살피느라 담담한 표정을 짓고 있지만, 솔깃한 소식임에 틀림없다.  


반면에 WiFi 진영은 WiFi와 LTE를 같이 사용하게 되면 데이터 전송기회를 LTE가 모두 차지하여 WiFi 통신이 열악해 지지 않을까 우려하고 있다. Carrier sensing을 하지 않는 LTE에 비해 데이터를 전송하기 전에 channel을 sensing하여 다른 사용자가 사용하지 않아야 전송하는 WiFi는 LTE와 전송 기회를 놓고 싸워서 이길 수 없기 때문이다. 

 

LTE 진영은 이를 의식하여 unlicensed 대역에서 WiFi와 LTE가 서로 win-win하며 공존할 수 있다고 주장하지만, WiFi 진영의 불안 및 불만을 해소하기엔 부족해 보인다.  

 

한편, LTE와 WiFi 공존에 대한 문제는 기술적인 문제 외에도 정부의 주파수 관리/정책 문제와도 연계해서 풀어야 할 사항이다. 나라마다 5 GHz unlicensed 대역에서 WiFi에 할당한 대역과 전파규제 요구사항 (regulatory requirements)이 다르기 때문이다. 만약 5 GHz WiFi 대역을 global band화 하고자 한다면 WiFi 할당대역 조정 및 기술기준 개정을 통한 global harmonization이 필요해질 수도 있다. 양 진영의 기회와 우려가 현실이 될지, 양 진영 모두를 만족시킬 solution이 등장할지 향후 전개가 주목된다.

 

3GPP LAA (Licensed-Assisted Access using LTE)
우선 9월에 3GPP에서 승인된 LAA 가 무엇인지 간단히 알아보자. LAA는 LTE licensed 대역을 anchor로 하여, licensed 대역과 unlicensed 대역을 carrier aggregation (CA)을 이용하여 하나로 묶는 기술이다. 단말은 항상 licensed 대역으로 망에 접속하여 서비스를 이용하고, 기지국이 상황에 따라 licensed 대역과 unlicensed 대역을 CA로 결합하여 licensed 대역의 traffic을 unlicensed 대역으로 offloading시킨다. CA시 licensed 대역이 anchor로 Primary Cell (PCell)이 되고 unlicensed 대역은 Secondary Cell (SCell)로만 사용된다. 즉, unlicensed 대역은 CA를 통해서만 활성화되고 단독으로는 LTE 통신을 하지 않는다. 


LAA에서 주요 이슈는 unlicensed 대역에서 WiFi와의 공존으로, 현재 5 GHz 대역에 적용되는 regulatory requirements를 고려하여 design target과 LAA 동작을 위한 option들을 정의하게 된다. 

 

본 글에서 언급되는 CA 종류는 아래 그림과 같다. (a)는 기존 licensed 대역들을 이용한 CA를 나타내고 (b)는 서로 다른 Radio Access Technology (RAT) 간 CA를 나타내고, (c)는 LAA 에서 논의하고 있는 licensed 대역과 unlicensed 대역을 이용한 CA를 나타낸다. 

 

그림. LTE-A CA, Multi-RAT CA, LTE-U 비교 예

 

다음으로 위 기술의 상용망 적용에 관한 국내 통신 사업자별 입장에 관해 살펴보자

 

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방방 2014-11-28 21:39:27

좋은 글 잘 읽었습니다 항상 감사하고 있습니다^^
5G unlicensed 대역에서 wifi 는 모두 알다시피 도달거리가 100m이하로 도달거리가 짧은데 이것은 출력을 법적으로 제한하는것이 영향을 주는듯 합니다 같은 법적 조건이면 LTE-U도 도달거리가 짧을거 같은데 아닌가요?

만얀 공유기만큼 도달거리가 짧다면, 집집마다 LTE-U 유선 중계기를 설치하게 될까요?

상용화 된다면 wifi 와의 간섭뿐아니라 3사간에도 서로 간섭할 가능성이 크겠네요

다보링크 2014-11-29 11:53:07

국내에서 무선랜이 사용할 수 있는 5GHz unlicensed 대역(5.15GHz ~ 5.825GHz)의 출력은 방송통신위원회 산하 국립전파연구원의 기술기준에 따라서 4개의 대역별로 달리 제한됩니다. 

  • 5150~5250MHz: 최대 출력은 2.5mW/MHz이며, 20MHz 채널대역 사용 시 17dBm이하로 출력 제한됨. 무지향성 안테나 최대이득은 6dBi 임.
  • 5250~5350MHz: 최대 출력은 10mW/MHz이며, 20MHz 채널대역 사용 시 23dBm이하로 출력 제한됨.  무지향성 안테나 최대이득은 7dBi 임. DFS 적용
  • 5470~5650MHz: 최대 출력은 10mW/MHz이며, 20MHz 채널대역 사용 시 23dBm이하로 출력 제한됨.  무지향성 안테나 최대이득은 7dBi 임. DFS 적용
  • 5725~5825MHz: 최대 출력은 10mW/MHz이며, 20MHz 채널대역 사용 시 23dBm이하로 출력 제한됨.  무지향성 안테나 최대이득은 6dBi 임. 지향성 안테나 최대이득은 20dBi임.

DFS가 적용되는 주파수 대역은 해양/항공용 radar에 우선 사용권이 있습니다. 따라서 radar 신호 감지 시 즉시 채널을 변경해야 합니다. 참고로 송신 안테나로부터 100m 떨어진 거리에서 5.5GHz 무선 신호의 세기를 측정할 경우, 이론상 원 신호 대비 약 87dBm이 감쇄됩니다.

따라서 LTE-U가 상용화되더라도 femto cell과 같은 small cell에만 적용될 것으로 보입니다.

궁금 2015-01-06 14:46:30

Multi-RAT CA (LTE-WiFi) 는 3GPP 표준화가 이미 진행되고 있는지요?

지나가다 2015-01-07 19:53:41

그림 (b) Multi-RAT CA 중 3GPP에서 표준화되는 기술은 IFOM으로, IFOM은 Release 10에서 표준화되었습니다. 

MPTCP와 App-based는 비3Gpp 표준으로, MPTCP는 IETF에서 표준화되었구요. 


참고1: IFOM을 이용하려면 단말과 P-GW에 DSMIP 프로토콜이 구현되어야해서, Release 13에서는 DSMIP 말고 PMIP/GTP를 이용해서 LTE-WiFi를 결합하는 network-based IFOM (NBIFOM)이 진행될 예정입니다. 

참고2: 또한, 글에서는 언급되어 있지 않지만 Qualcomm은 LTE RAN 레벨(PDCP)에서 LTE와 WiFi를 결합하려는 LTE-WiFi aggregation을 Release 13 study item에 포함시키려고 노력하고 있습니다.  


김정영 2015-01-26 14:32:29

전체적인 정리를 너무 잘하셨네요....잘 읽고 갑니다 ㅎㅎㅎ

ed. kang 2015-03-03 20:52:48

Very Good~

ECHO 2015-03-11 15:23:06

감사합니다. 잘 읽고 갑니다.

yeomy 2015-04-30 11:25:59

감사합니다. 많은 도움이 되었습니다.

그런데 LTE-Unlicensed에서는 TV white space 사용에 대해서는 고려하고 있지 않은지 궁금합니다.

5G 대역에 비해서 전달성이 좋을텐데, 정책적인 문제 때문인가요?

그리고 LTE진영에서 주파수 센싱을 하지않는 특별한 이유가 있는지도 궁금합니다.

유흥렬 2015-05-04 16:34:46

LTE-U에서 White Space도 후보대역으로 고려는 하였으나 현재 우선 순위는 높지 않습니다. 
이유로는 White Space를 상용화한 국가가 미국을 제외하면 아직 없다는 것도 있고,

(이것을 정책적인 문제라고도 볼 수 있지요) 
실제 데이터 전송속도를 높이기를 원하는 도심에서는 White Space 채널이 없거나 그 수가 매우 작고,
White Space의 한 채널은 TV 채널 대역폭(6/7/8 MHz) 이므로 전송속도를 높이기 위해 광대역폭(20MHz 폭)을 원하는 LTE-U의 희망사항을 만족시킬 수 없습니다. 

(White Space에서도 몇 개의 채널을 묶어서 사용하는 channel bonding(CA)이 있으나 도심에서는 1채널 확보도 어려우므로 사용이 거의 어렵다고 보아야지요)
이 외에도 WS 채널에 대한 점유 시간 규제 등 다양한 규제가 있을 수 있으나 정책이 결정되어 있지 않아 선호도가 떨어진다고 볼 수 있습니다.
 
국내의 경우 아직 White Space 상용 정책이 발표되지 않았고, 사전 조사 결과 서울에서는 1채널 정도 사용 가능할까한 수준 - 어쨌든 도심에서 채널 확보가 어려운 수준 - 인 것으로 알려지고 있습니다. 
 
면허 대역을 이용하고 사업자 별 가입 기반의 LTE에서는 스케쥴러에 의해 채널 상태를 감지하여 자원을 할당하는 방식을 사용하므로 주파수 센싱을 사용하지 않습니다. 

불특정 다수가 사용하는 비면허 방식에서는 채널 확보를 위한 시도(예, CSMA/CA)를 하여야 합니다. 

Cindy 2015-06-08 18:46:26

굉장히 쉽게 잘 설명해주셔서 감사합니다 ^^

그림 중, 그림. LTE-A CA, Multi-RAT CA, LTE-U 비교 예 를 보면,

CA라기 보단 그림 자체는 Dual Connectivity 처럼 보이는데, CA로 설명하신 특별한 이유가 있는지요?

박성은 2015-06-30 08:39:09

깔끔한 정리 감사드립니다. 

내용 중 퀄컴 자료의 성능비교 설명 부분에 오해의 소지가 있어 이를 부연합니다. 

LTE-on/off 전체 구간의 성능을 비교했을 때,

두개의 사업자가 모두 Carrier WiFi를 서비스 하는 경우를 1이라고 하였을 때

그 중 한개의 사업자가 Carrier WiFi 대신 LTE-U로 전환하였을 경우 그 사업자는 2배 이상의 성능 이득을 얻는 반면

Carrier WiFi를 유지하고 있는 나머지 사업자도 성능이 열화되지 않고 유지됩니다. 실제 여러 회사가 수행한 다양한 실험결과에서는 Carrier WiFi를 유지하고 있는 사업자의 WiFi 성능이 오히려 개선되는 결과를 보여주고 있습니다. 즉 기존 WiFi AP 입장에서는 새로 추가되는 AP가 WiFi인 경우보다 LTE-U인 경우가 오히려 이득인 셈입니다. 

 

Hecate 2016-06-27 16:02:11

정리 감사합니다. 많은 도움이 되었습니다.

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