LTE-U
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1. 개요
'''LTE-Unlicensed Spectrum'''
LTE-U 포럼
비용을 지불하지 않고 쓸 수 있는 비면허대역 주파수를 쓰는 LTE 통신 기술을 말한다. 최근 들어 스마트폰 사용자가 급격하게 많아지면서 트래픽 감당이 점점 더 힘들어지게 되는데, 급증하는 모바일 트래픽을 수용하기 위해 와이파이 통신을 활용하여 저렴한 비용으로 LTE 무선데이터 트래픽 분산[1]을 통해 통신망의 난제를 손쉽게 해결하기 위한 기술이다. 주파수 확보를 위한 추가적 비용없는 비면허대역의 장점활용, 통신사업자 간의 간섭, 3GPP 기반 3G/LTE 통신망의 통합, 네트워크 용량 확장, 비대칭 구조를 갖는 동영상, 데이터 등의 트래픽에 최적화 LTE서비스 제공까지 해서 통신사들한테는 더없이 좋은 주파수 대역이기도 하다.
2. 문제점
하지만 문제가 되는 게 있다면, LTE로 5GHz 주파수를 쓰게 되면 주파수 간섭으로 인해 5GHz Wi-Fi의 성능이 저하된다. 당장 2.4GHz Wi-Fi만 봐도 알 수 있듯이 주파수 간섭이 문제이다. LTE 신호가 강하다보니 무작정 쏘아대는 신호에 Wi-Fi는 신호를 보낼 기회를 얻지 못해서 성능이 저하되는 것이다. 물론, LTE-U는 Wi-Fi가 쓰지 않는 채널을 써서 주파수 간섭을 최소화하려고 노력했다. 하지만 그래도 같은 5GHz 대역이기에 주파수 간섭은 피할 수 없다. 그래서 또 다른 대안으로는 LTE-LAA[2]가 있는데, 일단 우리나라는 LTE-U를 사용할수 있는 국가이기에, LTE-U를 바로 쓸것으로 예상된다. LTE-LAA에 관한 것은 밑에 항목 참조. 현재 지금 LTE-U는 Wi-Fi 공존을 위한 표준화 작업을 아직 하고 있는 중이다.
2.1. 또 다른 대안책 LTE-LAA
'''License-Assisted Access'''
LBT[3]의 과정을 거치는 것이다. 3GPP Release 13 혹은 그 이상의 Release에 정의된 4G LTE 표준에 기반하고 있다. 유럽, 일본 같은 경우는 LTE-LAA를 써야 한다. LTE-LAA를 쓰게 되면, 면허대역의 신뢰성, 이동성, QoS 보장과 높은 Quality와 Capacity를 제공할 수 있다. 또한 동일한 RAT[4]를 사용하며, LTE 특성을 가지면서 Wi-Fi보다 좋은 주파수 효율을 가진다.
LTE-LAA를 사용할 때 고려사항이 있다면, WLAN을 위한 비면허대역에 대한 새로운 정부 규제가 필요하게 된다. 또한 지역적으로 분열되어 있는 주파수 규제에 대한 통합 마련책이 필요하다. 그리고 아무리 LBT 과정을 거친다 할지라도, 5GHz Wi-Fi랑의 주파수 간섭은 피할 수 없기에 Wi-Fi랑의 공존에 대한 고려를 해야한다. 그리고 새로운 면허대역이다보니 의도하지 않은 결과가 생길 수 있기에, 그에 대한 대비책도 필요하다.
채용 방식은 CA, DC, Standalone의 3가지 방식이 있다. 출처
- CA: Carrier Aggregation의 줄임말이며, 안정성과 이동성이 P-Cell과 같은 면허 대역으로부터 보장이 된다. 또한 코어 네트워크와 표준화에 미치는 영향 역시 적다.
- DC: Dual Connectivity의 줄임말이며, 안정성과 이동성이 M-eNB와 같은 면허 대역으로부터 보장이 된다. 동기화 같은 경우는 면허대역과 비면허대역 사이에 필요하다.
- Standalone: 독립을 의미하며, 면허대역과 비면허대역 사이에 동기화가 필요가 없다. 또한 면허 대역 바깥에서도 적용 될 수 있다.
3. 반론
하지만, LTE-U를 제안한 퀄컴에서는 LTE-U를 사용할시에는 오히려 Wi-Fi 성능이 향상된다고 설명하고 있다.
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이것이 바로 퀄컴사에서 직접 테스트한 결과이다. 8개의 Wi-Fi보다는 4개의 LTE-U랑 4개의 Wi-Fi가 공존했을때 Wi-Fi 성능이 더 좋은 것으로 나타난다. 이 결과를 보면 기존에 알고 있던 주파수 간섭에 대한 관념을 깰 수 있는 자료이기도 하다.
하지만 이 실험 결과는 LTE-U 신호를 더 보내는 만큼 Wi-Fi를 뺐기 때문에 현실적으로는 실험 결과와 같은 시나리오가 나오기 어렵다. LTE-U를 도입해도 5GHz Wi-Fi에는 영향이 생각보다 적다는거에 의의를 둔다고 생각하면 편할듯. 현실적으로, 기존의 Wi-Fi를 그대로 두고 LTE-U를 서비스했을 때 성능이 좋아져야 정말로 성능이 향상되었다고 말할 수 있다. LTE-U 서비스해야하니깐 Wi-Fi 끄라고 하면 누가 들어주겠는가? 통신사 Wi-Fi를 없애면 불만이 나오지 않을 것인가?
차후 이 사례로 인해 5G NR이랑 Wi-Fi 6E의 주파수 간섭 가능성에 대한 반론자료로도 사용될 가능성이 높다.[5]
3.1. 퀄컴 공식 의견
다음은 퀄컴사에서 공식적으로 해명한 LTE-U에 관한 오해와 진실 9가지이다. 출처
- 오해 1: LTE-U는 소비자에게 불리하고, 사업자에게만 유리하다
진실: LTE-U는 사업자가 설치하는 Carrier Wi-Fi 솔루션에 비해 약 두 배 더 큰 용량과 커버리지를 제공하기 때문에 사업자와 사용자에게 모두 유리합니다. 같은 양의 데이터를 LTE-U 사용자는 더 짧은 시간 안에 처리할 수 있으므로, Wi-Fi 사용자는 더 긴 시간 동안 비면허 채널을 활용할 수 있습니다. 또한 면허 대역과 비면허 대역을 캐리어 어그리게이션으로 묶어 사용하기 때문에 LTE-U는 현재 LTE와 마찬가지로 원활하게 이동성을 지원할 수 있죠. 향상된 성능과 원활한 이동성이 결합되어 가입자에게 훨씬 더 좋은 사용자 경험을 제공할 수 있습니다. 더욱이 테스트 결과, LTE-U가 Wi-Fi 자체보다 다른 Wi-Fi에게 더 좋은 이웃인 것으로 나타났습니다. 따라서 사업자가 Carrier Wi-Fi 대신 LTE-U를 설치할 경우 주변 Wi-Fi AP의 사용자는 오히려 성능이 더 좋아집니다.
- 오해 2: LTE-U는 무례한 이웃이고, Wi-Fi와의 공정한 공존을 보장하기 위한 에티켓 프로토콜을 지키지 않는다.
진실: LTE-U는 실제로 매우 정중합니다. 특히 Wi-Fi에 깍듯하죠. LTE-U는 5GHz의 비면허 대역 일부만을 사용해, 2.4GHz 대역 전체와 5GHz 대역의 상당 부분을 Wi-Fi 및 다른 비면허 기술이 사용하도록 남겨둡니다. LTE-U는 전송 시작하기 전에 채널이 비어있는지 센싱하는데요. 비어있는 채널이 없을 때에는 주변의 다른 LTE-U와 Wi-Fi AP를 파악하여 그 비율대로 채널을 공정하게 나누어 사용합니다. 예를 들어, 한개의 LTE-U 기지국과 9개의 WiFi AP가 하나의 채널을 공유하는 극도로 밀집된 설치 환경을 가정하였을 때, LTE-U는 전체 시간의 1/10 동안만 전송을 하게 되죠. 더욱이 LTE-U는 전송 지속 시간을 50ms가 넘지 않도록 제한하여 이웃 네트워크가 VoWi-Fi[6]와 같이 지연 시간에 예민한 애플리케이션에서도 데이터를 전송할 수 있도록 합니다. 마지막으로, LTE-U는 전송해야 할 트래픽이 많지 않은 경우에는 5GHz 비면허 대역을 사용하지 않고, 기존의 LTE 운용과 같이 면허 대역만을 사용합니다.
- 오해 3: 사업자는 비면허 대역에서 공정한 공유 이상으로 접속하기 위해 LTE-U 기지국의 공존 매커니즘을 조작할 것이다.
진실: LTE-U 상용화를 계획하고 있는 사업자들은 이미 공정한 공존 운영을 위한 공약을 발표했는데요. 지난 8월 업계의 이해 당사자 중 버라이즌(Verizon)과 티모바일(T-Mobile)은 다음 내용의 서한에 서명하여 FCC에 제출했습니다. "분명히 말하지만, 우리는 Wi-Fi를 강력히 지지합니다. 그리고 새로운 기술이 비면허 대역을 공정하게 공유해야 한다는 점을 인지하고 있으며 이를 인정합니다. 이 같은 우려가 바로 LTE-U 포럼이 상세한 에티켓 프로토콜과 공존 검사 요건을 개발, 발표한 이유였습니다. 이를 통해 LTE-U가 Wi-Fi 및 다른 기술과 함께 사업을 영위할 수 있도록 보장할 수 있습니다."
- 오해 4: LTE-U는 대역의 공정한 사용에 관한 Wi-Fi 표준을 무시한다.
진실: Wi-Fi 표준은 비면허 대역의 공정한 사용이 무엇인지 규정하고 있지 않습니다. 즉, 현재 Wi-Fi 기기간의 공존에 대한 기준이 Wi-Fi 표준 내에 없습니다. 그럼에도 LTE-U는 앞에서 설명한 바와 같이 항상 주변의 다른 Wi-Fi AP를 감지하여, 이들과 공정하게 대역을 공유합니다. 이 사진은 LTE-U 테스트 중 하나로, 매우 흥미로운 정보를 보여줍니다. 몇몇 Wi-Fi AP들과 LTE-U가 동일한 채널에서 운영중입니다. 빨간 선과 파란 선은 각각 'Wi-Fi AP 제조업체 A'와 'Wi-Fi AP 제조업체 B' 각각의 AP 4개에 대한 Throughput을 나타냅니다. LTE-U가 꺼져 있든, 켜져 있든(녹색 굵은선) 상관없이 '제조업체 B'의 AP는 '제조업체 A'의 AP에 비해 훨씬 공격적으로 채널을 점유하고 있습니다. LTE-U는 현재 공존과 관련하여 존재하는 어떠한 규제나 규격 이상으로 Wi-Fi의 평균 Throughput[7]에 부정적인 영향을 주지 않으면서 향상된 성능을 제공하죠.
- 오해 5 : LTE-U는 비표준 독점 기술이다.
진실 : LTE-U는 3GPP Release 10, 11, 12에서 정의된 4G LTE 표준에 기반하고 있습니다. LTE-U 규격과 공존 방법을 정의한 자세한 기술 문서가 LTE-U 포럼의 웹사이트[8]에 공개되어 있어 누구나 참조할 수 있으며, 어느 제조업체든 호환되는 장비를 개발할 수 있습니다. 또한 Wi-Fi 이해 관계자의 기술적 의견에 대응하여 LTE-U 포럼 규격에 새로운 공존 테스트 사례를 추가했습니다.
- 오해 6 : Wi-Fi와의 공존을 보장하려면 더 많은 테스트가 필요하다.
진실 : LTE-U는 Wi-Fi와의 공존 문제에 관한 한 가장 많은 테스트를 거친 기술입니다. 퀄컴 연구소와 LTE-U 포럼에서 시행한 광범위한 테스트의 결과를 문서로 작성하여 FCC에 관련 자료를 제출했습니다. 퀄컴은 CES와 MWC 같은 여러 전시회를 통해 공존 성능을 시연했습니다. 샌디에이고 본사에서도 업계 관계자, 분석가, 언론을 초청하여 여러 차례 공존 성능을 시연했고요. 저명한 업계 분석가인 마이클 서렌더(Michael Thelander)가 이끄는 시그널 리서치 그룹[9]은 버라이즌과 퀄컴의 도움을 받아 광범위한 자체 테스트를 시행했습니다. 다양한 실험실 테스트와 분석에 기반을 둔 SRC의 테스트 결과에서도 LTE-U와 Wi-Fi 간의 공존이 다시 한 번 입증되었는데요. 이러한 테스트 결과에 대한 SRG의 프레젠테이션을 요약하면, "LTE-U가 Wi-Fi와 채널을 공유해야 하는 경우 채널을 공평하게 사용하게 된다. 전송 시간은 채널을 사용해 송신하는 Wi-Fi AP의 숫자에 비례한다."는 것입니다.
- 오해 7 : LTE-U는 비면허 대역 규정을 준수하지 않는다.
진실 : LTE-U 기지국을 구축하려는 사업자들은 비면허 대역에 해당하는 모든 규정을 준수할 것입니다. 특히 미국에서 LTE-U는 FCC 규정을 모두 준수합니다.
- 오해 8 : 공존을 보장하려면 규제기관의 감독이 더 필요하다.
진실 : 현재 비면허 기술에 대한 규제 정책은 본래 취지대로 정확하게 적용되고 있습니다. 비면허 정책 기조와 여기에서 비롯된 업계의 혁신이 결합되어 새로운 기술, 기기, 앱, 제품, 서비스를 지속적으로 발전시키면서 승전보를 울리고 있다는 사실에는 의심의 여지가 없습니다. 이 정책 기조는 Wi-Fi, 블루투스, ZigBee, Z-Wave, Thread, DECT, LTE-U 및 기타 여러 기술이 성공적으로 정착할 수 있는 환경을 촉진합니다.
- 오해 9 : LTE-U와 관련해 업계가 충분히 협력하고 있지 않다.
진실 : LTE-U와 Wi-Fi의 공존에 관한 협력 작업이 수개월째 진행되고 있으며, 이는 두 회사 상호간의 협력 뿐 아니라 여러 업체가 그룹을 이루어 활동하는 것도 포함하고 있습니다. LTE-U 포럼의 모든 회원사는 Wi-Fi 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)의 회원사이기도 하죠. 이들 회사는 모두 Wi-Fi가 지속적으로 성공하는 데 상당한 이해 관계를 갖고 있습니다. LTE-U 공존 규격은 2015년 3월에 발표되었는데요, Wi-Fi 업계 이해 관계자들의 피드백[10]을 반영하여 6월에 다시 업데이트 되었습니다. 퀄컴과 업계의 관련 협력사들은 양사간 또는 다자간 협력을 통해 3GPP, LTE-U 포럼, ATIS, IEEE 802, Wi-Fi 얼라이언스 같은 다양한 업계 단체와 공존에 관해 긴밀하게 협업해 왔습니다. 최근 퀄컴이 FCC에 제출한 자료에서 자세히 다루었듯이 수많은 프레젠테이션과 시연, 회의가 있었죠. 이 같은 노력이 계속 이어지고 있으며, 업체 및 단체간의 협력도 앞으로 계속될 것입니다.
퀄컴사는 엄청나게 테스트한 결과, Wi-Fi랑 공존이 되어서 LTE-U를 하루빨리 상용화 해야된다고 주장한다. 하지만 이가 전부 다 맞는지는 아직 알 수 없다.4. 기타
2017년 6월 27일, 미국 T-Mobile이 세계 최초로 LTE-U를 상용화하였다.
[1] Off-Loading[2] License-Assisted Access[3] Listen Before Talk[4] '''Remote Administration Tools'''. 간단히 생각해서, '''특정 원격 관리 툴'''이다.[5] 국내 통신사는 5G NR의 Sub-6 망으로 3.5GHz랑 6GHz의 비면허 주파수 대역을 사용하는데 Wi-Fi 6E가 6GHz의 비면허 주파수 대역을 사용하기 때문. 이로 인해서 주파수 간섭으로 인해 오히려 성능이 저하된다는 의견과, 서로간의 상호 작용으로 인해 서로 이득이 된다는 의견이 있다.[6] Voice over Wi-Fi[7] 보라색 굵은선[8] http://www.lteuforum.org[9] SRG: Signals Research Group[10] 예: 업링크 및 VoIP 테스트 사례 추가