[기술기고] 5G와 IoT의 결합이 가져올 놀라운 결과를 경험하세요

  • 2020-03-09
  • 저자 / 제시 카바조스(Jessy Cavazos), 키사이트테크놀로지스 5G 산업 솔루션 마케팅 부문




5G와 IoT 스토리의 핵심에는 URLLC(ultra-reliable low-latency communications)가 있습니다. 3GPP는 표준 개발 프로세스의 초기 단계부터 URLLC를 염두에 두었습니다. 릴리스 16은 릴리스 15를 바탕으로 하며 IMT-2020 요구 사항을 달성하기 위해 새로운 개념을 도입했습니다.



5G가 미지의 영역으로 진입하고 있습니다. 전혀 새로운 응용 분야를 3GPP 릴리스 16이 익숙한 모바일 광대역에서 방대한 사물 인터넷(IoT)으로 상용 모바일 통신을 확장시키고 있습니다. 5G 엔지니어들은 10-5의 신뢰성과 1-ms 수준의 엔드 투 엔드 지연을 위한 IMT-2020(International Mobile Telecommunications 2020) 버전을 달성해야 한다는 아직껏 경험해보지 못한 도전에 직면해 있습니다.

릴리스 16은 대단히 흥미롭습니다. 실시간 기술을 활용하여 새로운 디바이스와 혁신적인 서비스를 소비자들에게 제공합니다. 이 릴리스는 릴리스 15를 토대로 구축된 것으로, 소비자들에게 새로운 IoT 사용 사례를 제공합니다. 이러한 사용 사례는 수십억 개의 "사물"을 연결하기 위한 캔버스를 형성하지만, 스마트 워치부터 산업용 기계나 자동차까지 수많은 디바이스와 관련될 수 있습니다. 설계와 테스트에서 상당한 의미를 갖기 때문에 이 특별함을 이해하는 것이 중요합니다.



mMTC(Machine-type communi cations) 애플리케이션은 전통적인 IoT 분야와 관련이 있습니다. 따라서 저속, 저비용, 긴 배터리 수명에 초점을 맞춥니다. mMTC 애플리케이션에는 우유를 주문하기 위해 냉장고를 인터넷에 연결하는 것과 같이 유용한 서비스를 제공하기 위해 네트워크에서 적은 양의 데이터를 전송하는 작업이 포함됩니다. 따라서 그러한 애플리케이션에는 5G가 필요하지 않습니다. 5G는 이 사용 사례에서 4G가 사용하는 접근법을 대부분 채택하고 있습니다.

5G와 IoT 스토리의 핵심에는 URLLC (ultra-reliable low-latency communi cations)가 있습니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 실제 세계의 정보를 겹쳐 놓는 증강 현실(AR)
• 컴퓨팅, 네트워킹 및 물리적 프로세스 간 통합과 사이버-물리 시스템을 제공하는 산업용 IoT(IIoT)
• 무인자동차의 도입으로 등장한 자율 주행
• 인터넷을 통해 실시간에 인간과 기계 상호 작용을 가능하게 하는 촉각 인터넷


이러한 응용 분야는 엄격한 요구 사항을 가지며 그러한 서비스 제공을 고려하는 기업들에게 큰 위험 부담을 안겨줍니다. 네트워크를 런칭하고 나서 최적화 작업은 나중에 하는 것은 대안이 될 수 없습니다.



릴리스 16은 2020년 3월에 완료될 예정입니다. URLLC의 상당한 개선을 이끌것이지만, 많은 사람들이 릴리스 15에서 이미 URLLC 콤포넌트가 구현되었다는 사실을 잘 알지 못합니다. 릴리스 15가 모바일 광대역에 초점을 맞추고 있지만 중요한 URLLC 측면 역시 다루고 있습니다. 다만 이러한 요소가 아직 상용 네트워크에서 구현되지 않았을 뿐입니다.

신뢰성 개선을 위해 릴리스 15를 토대로 구축

최고의 신뢰성을 확보하기 위해서는 효율성 최적화에 초점을 맞추었던 모바일 통신망의 패러다임 전환이 필요합니다. URLLC 애플리케이션은 신뢰성을 높일 경우 효율성이 일부 떨어지는 문제가 있습니다. 대부분의 URLLC 콤포넌트는 릴리스 15와 거의 유사합니다.



예를 들어 blind repetition(무조건 반복)은 패킷이 손실되거나 에러가 있는 상태로 수신될 때 네트워크를 통해 재전송을 요청하는 대신 해당 패킷의 여러 복사본을 전송합니다. 이 방식은 송신인이 대상 포인트를 대기하는 동안 패킷을 확인하고 올바르지 않은 경우 재전송을 요청하는 과거 프로세스와 상당히 다릅니다.

릴리스 15의 또 다른 기능인 diversity(다양성)는 다른 주파수에서 또는 다른 안테나를 사용한 동일한 정보 전송을 허용합니다(공간 다이버시티라는 기술).

다시 한 번 강조하지만, 이 기능은 수신자가 의도된 정보를 얻는 데 있어 여러기회를 제공하는 것을 목표로 합니다.

또한 릴리스 15는 URLLC를 위한 10-5 신뢰성을 달성하도록 최적화된 CQI(channel quality indication) 테이블도 제공합니다. 일반적으로 사용자 장비(UE)는 무선 채널 품질 수준을 기지국에 알리기 위해 CQI 정보를 전송합니다. 그런 다음 에러가 있는 데이터도 수신될 수 있도록 변조 방식에 알립니다.



과거에는 이 프로세스가 패킷 오류율(PER) 10-3에 맞게 최적화되었지만 릴리스 15에서는 10-5까지 구성이 가능합니다. 따라서 UE는 더 보수적이 되어 에러율을 낮추기 위해 의도적으로 더 쉬운 변조방식을 선택합니다.

또한 릴리스 15는 여러 반송파들 간에 데이터를 복제하는 두 가지 방법, 즉 반송파 집계(CA)와 이중 연결을 제공합니다. CA는 미디어 액세스 제어(MAC)계층에 반송파를 추가합니다. 이중 연결은 더 높은 계층, 즉 PDCP(packet data convergence protocol)에서 반송파를 연결합니다. CA와 이중 연결 복제는 여러 반송파를 사용해서 여러 차례 정보를 전송합니다.

새로운 릴리스 16에서는 PUSCH(physical uplink shared channel) 반복 을 개선했습니다. 또 한 다운링크(DL) 제어 채널의 신뢰성을 높이기 위해 PDCCH(physical downlink control channel)를 위한 작은 다운링크 제어 정보(DCI)를 제공합니다.



지연 시간을 줄이기 위해 릴리스 15를 토대로 구축


지연 시간 감소를 위해서는 신뢰성을 높이는 것보다 더 복잡한 개념이 요구됩니다. 릴리스 15는 IMT-2020 지연 시간 요구 사항을 충족하기 위해 사용할 수 있는 일련의 툴을 제공합니다. 다른 숫자 점들을 애플리케이션 요구에 맞춰 조정하며 대역폭 부분(BWP)이 UE의 다른 숫자 점들을 관리하거나 단순한 저가형 디바이스를 사용할 수 있습니다. 또한 이전처럼 UL 리소스를 요청하지 않고도 URLLC 서비스가 데이터를 전송할 수 있도록 저지연 애플리케이션에서는 UL 승인 없는 예약이 요구됩니다.

혼합 숫자 점을 사용하면 신호가 해당 부반송파에 대한 주파수 분리가 가능하며 다른 심볼 길이를 채택할 수 있습니다. mMTC, eMBB(enhanced mobile broadband), URLLC 등 여러 서비스의 요구 사항을 처리하기 위해서는 이 개념이 핵심입니다. 기존 LTE(long term evolution)/NB-IoT(narrowband IoT) 기술은 부반송파 간격 및 심볼 주기에 고정 숫자점을 사용합니다. 혼합 숫자 점을 사용하면 여러 유형의 서비스에 맞게 다른 부반송파 간격과 심볼 주기를 수용하도록 구조를 변경할 수 있습니다.




예를 들어 일부 IoT 사용 사례는 저지연 요구 사항을 갖지 않습니다. 이러한 IoT 서비스는 더 긴 심볼 기간(즉, 더 작은 부반송파 간격)과 여러 심볼을 사용할 수 있으므로 저지연이 중요하지 않습니다. 반면 다른 사용 사례는 매우 낮은 지연 시간을 요구합니다. 이 사용 사례에는 저지연 통신이 가능하도록 더 짧은 심볼(즉, 더 큰 부반송파 간격)과 더 짧은 시간 할당이 사용됩니다.

또한 네트워크는 URLLC 서비스가 eMBB와 같이 우선순위가 낮은 다른 서비스 할당에서 “구멍”을 뚫는 것을 허용할 수 있습니다. 이는 이전 작동 방식에 비해 상당히 변화된 것으로, 우선순위가 낮은 다른 서비스의 간섭 없이 네트워크가 우선순위가 높은 트래픽을 전송 및 수신할 수 있어 신뢰성이 증가합니다.

저지연을 위한 또 다른 핵심적 요소는 승인 없는 전송입니다. 필요할 때 전송에 바로 사용할 수 있도록 리소스를 디바이스에 미리 할당하기 때문에 네트워크에 의한 명시적인 명령이 필요하지 않습니다. 과거에는 서비스가 네트워크를 요청하면, 요청 서비스에 대한 액세스 권한을 부여하기 전에 해당 할당에 예비 리소스가 있는지 확인했습니다. 승인 없는 예약은 저지연 서비스가 해당 프로세스를 무시하므로 필요한 리소스에 더 빠르게 액세스할 수 있어 결과적으로 지연이 감소하게 됩니다.

또한 여러 BWP 역시 중요한데, 지연 시간을 줄이고 중요하지 않은 저속 IoT를 지원하기 위해 UE가 여러 숫자 점을 관리할 수 있기 때문입니다. BWP는 또한 특정 숫자점만 지원할 수 있는 저가형 디바이스를 네트워크가 지원하는 것을 허용합니다. 예를 들어 IoT 서비스의 경우, BWP는 특정 부반송파 그룹에만 초점을 맞추도록 UE에 알립니다.

따라서 이 서비스는 빠르게 작동할 필요가 없고 많은 양의 데이터를 처리하거나 넓은 대65역폭을 찾는 기능이 필요치 않은 더 간단한 수신기로 충분할 수 있습니다. 또한 UE 수신기는 더 저렴하고 소비 전력이 더 적을 수 있습니다.



URLLC의 신뢰성 측면처럼, 새로운 숫자 점/슬롯 크기/미니 슬롯, 다중 BWP와 혼합 숫자 점, 구성된 승인, 선제적 스케줄링, eMBB 펑처링 등 저지연을 가능하게 하는 많은 기능이 이미 릴리스 15에서 정의되었습니다. 다만 업계에서 아직 이러한 기능을 구현하지 않았을 뿐입니다. 릴리스 16의 저지연 개선 사항은 다음과 같습니다.

• gNB가 이전에 예약된 UL 전송을 중지하고 다른 UE의 우선순위가 높은 저지연 트래픽을 위해 채널을 비우라고 eMBB UE에 지시할 수 있는 UL 선취권 지시.
• PUSCH 반복 개선.
• UE가 더 빠르게 데이터를 전송할 수 있도록 UL 승인 없는 전송 개선.
• 트래픽 우선순위 개념을 도입하기 위해 업링크 제어 정보(UCI) 변경.

결론

3GPP는 표준 개발 프로세스의 초기 단계부터 URLLC를 염두에 두었습니다. 릴리스 16은 릴리스 15를 바탕으로 하며 IMT-2020 요구 사항을 달성하기 위해 새로운 개념을 도입했습니다. 하지만 여전히 URLLC는 5G 모바일 생태계에 상당한 기술적, 비즈니스적 과제를 제시합니다. 릴리스 15에 포함된 URLLC 콤포넌트와 릴리스 16에 도입된 개선 사항을 이해하는 것이 URLLC 준비를 위한 첫 단계입니다.

하지만 이것은 답변의 일부일 뿐입니다. 방정식의 다른 부분은 적합한 파트너를 찾는 일입니다. 키사이트는 5G 부문에서 인정받는 리더입니다. 키사이트는 2012년부터 이 기술의 개발을 지원해 오면서, 3GPP, 글로벌 인증 포럼(GCF), PCS 타입 인증 검토 위원회(PTCRB) 등 다양한 표준 기관에 활발히 참여해 왔습니다.

산업 리더들과의 협력은 스마트폰, 로봇, 노트북, 동글 등 다양한 형식과 고정 무선 액세스(FWA), 모바일 연결, 팩토리, 자동차 등 다양한 분야의 100가지가 넘는 5G 디바이스의 출시로 이어졌습니다. 키사이트와 협력하여 5G IoT 스토리가 해피 엔딩으로 끝나게 하십시오.

자세한 사항은 키사이트의 5G 솔루션 웹페이지를 참조하십시오.
 

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