1 KRnet 2010

Key Technologies of SON and Femtocellfor the LTE-Advanced System

2010. 06. 21(월)

펨토셀시스템연구팀한국전자통싞연구원

박 남 훈(nhpark@etri.re.kr)

KRnet 20102

목 차

SON 관련 주요 핵심 기술

펨토셀 개요 및 동향

펨토셀 관련 주요 핵심 기술

I

II

III

KRnet 20103

I. 펨토셀 개요 및 동향------------------------------------------

펨토셀 정의1

펨토셀 기술 및 표준화 동향2

펨토셀 시장 동향3

4 KRnet 2010

가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 브로드밴드 망을 이용해 이동통싞 코어

네트워크에 접속하는 초소형 이동통싞 기지국

기존 기지국 펨토셀 WiFi 무선랜

출력High Power

(43dBm: 옥외기지국 기준)

Low Power

(20dBm 미만)

Low Power

(20dBm 미만)

단말 이동통싞 단말 이용기존 이동통싞 단말 이용

(추가 기능 최소화)

WiFi 모듈 탑재 필요

(Dual-mode)

Backhaul 전용선 사용 댁내 초고속인터넷 모뎀 접속 댁내 초고속인터넷 모뎀 접속

주파수 사업자 대역 사업자 대역이 기본 비허가 ISM 대역

Speed

QoS Convenience

+ Price

펨토셀의 정의

5 KRnet 2010

FMC(Convergence) 와 FMS(Substitution)

구분 FMC FMS

정의 유무선 융합(Convergence) 이동젂화에 Bluetooth나 WiFi기능을 탑재하여 가정에서 발생하는 트래픽을 유선망으로 수용하여 이동젂화 매출을 유선 매출로 대체하고자 하는 서비스

유무선 대체(Substitution)댁내에서 발생하는 이동젂화 트래픽에 대해 요금할인을제공하여 유선젂화 매출을 이동젂화 매출로 대체하고자하는 서비스

주체 및 동기 유선사업자의 무선 사업 짂출 무선사업자의 위기 의식

무선주파수 비 면허대역(WiFi, UMA, Bluetooth) 면허대역(WCDMA, LTE, WiMAX)

비용/무선품질 무료/Best Effort 유료/보다 나은 QoS 관리

단말기 사용 듀얼 모드 단말기 사용 기존 단말기 그대로 사용

고객 잠식 가능성 높음, 옥외에서도 WiFi로 통화 가능성이 잇음

없음, 가입자의 충성도 증가

효과 유무선융합서비스, 브로드밲드와 번들링 셀 커버리지 확대, 가입자이탈 방지, 네트워크구축비용 젃감,홈망과 결합한 무한한 부가서비스

이슈 듀얼모드 단말기 교체 비용 주파수갂섭, 법령정비, 가입자 접근제어, 기지국가격

기타 FMC와 FMS를 통합하여 FMC라고 지칭하기도 함 Femtocell 이라고 지칭하기도 함

6 KRnet 2010

펨토셀의 가입자 접근제어 방식 비교

구분 CSG(Closed Subscriber Group) Hybrid

정의 Closed Subscriber Group기 지정된 제한된 가입자에게만 서비스를 제공함

Open & ClosedCSG에게 기본적으로 서비스를 제공하면서 동시에 일반사용자에게도 서비스를 제공함

주체 및 동기 펨토 기지국을 소유한 가정의 구성원들의 사적 사용 사적 사용과 동시에 공적인 기능을 부여

가입자 제어 가입자 접근 제어 개념 가입자 멤버쉽 확인 개념

효과 비 허용 사용자의 무단 사용을 막음 음영지역 제거, 갂섭완화 효과

이슈 영구 CSG 관리, 임시 CSG 관리 허용 사용자와의 차별적인 서비스, 수락제어(Admission Control), 요율제어(Rate Control)

서비스 전개 일반 가정에서 기지국 구매 후 가족들이 저렴하게 펨토 서비스를 사용

기업, 쇼핑몰 등에서 직원과 고객에게 동시에 펨토 서비스를 제공

기타 가입자가 기지국을 소유함에 따라 사업자의 운용 영향력이감소함

공적인 기능을 부여함에 따라 사업자의 운용 영향력이 다소 확보됨, 사업자와 가입자가 윈윈 할 수 잇는 기회

펨토셀 기지국(HeNB)의 접근 모드

H(e)NB Access Mode

Open Closed Hybrid

UE allowed access to CSG cell Access Access Preferential Access

UE not allowed access to CSG cell Access No Access Access

CSG 방식과 Hybrid 방식의 비교

7 KRnet 2010

기술 및 시장 동향(1/8) LTE-Advanced 펨토셀과 매크로셀의 SON 기술은 기지국 추가 설치 시

- 기지국 내부 구성에 따른 설치 파라미터를 자체적으로 생성하여 기지국 초기 자동 설치

- 운용 젂 단계로 OAM과 연결/등록, 인접 기지국 식별, 관계 설정/등록

- 코어 망과의 연결 설정을 짂행하는 기지국 구성 자동 설정(Self-Configuration) 기술

- 인접 기지국갂 싞호 및 트래픽 유형 정보를 홗용하여 기지국 싞호 세기를 제어

- 핶드오버 파라미터를 최적화하는 기지국 운용 자동 최적화(Self-Optimization) 기술

LTE-Advanced 펨토셀의 이동성(Mobility) 제어 기술

CSG(Closed Subscriber Group)를 이용한 펨토셀 기지국 선택 기술 및 셀간 간섭 완화 및

간섭 회피 기술을 적용

기술 개념도

기술 개발의 필요성

유무선 융합 기술

통싞 비용 절감

서비스 영역 확대 및

성능 향상

원천 기술과 관련한

IPR 확보 및 시장 선점

기지국 수의 증가에 따른

싞규 구성 불편 해소,

유지보수 해결 및 주변

간섭의 최소화

8 KRnet 2010

3GPP Release 8 기반 펨토셀 표준화 규격 Release 3GPP 무선 그룹, Femto Forum, Broadband Forum은 펨토셀을 위한 최초의 젂세계 표준을 출판.

(2009.04.07)

표준화 개요 장비 벤더들과의 긴밀한 협력을 통해 상호호홖성을 위한 테스트 케이스들과 시나리오들을 개발하

고 장려하기 시작

네트워크 구조의 관점에서, 네트워크 코어에 잇는 잠재적으로 수백만 개의 펨토셀과 게이트웨이

갂의 인터페이스(Iuh)는 기졲의 3GPP UMTS 프로토콜을 재사용하고, 대규모 펨토셀 도입을 지원

하기 위해 3GPP UMTS를 확장

펨토셀 산업은 홈 기지국 설치, 서비스 공급 및 원격 관리를 네트워크 사업자들을 위해 가능한 한

쉽게 만들기 위해 Broadband Forum이 충분히 시험해본 내장형 TR-069 규격을 사용하기로 지난

8월 Broadband Forum과 협정을 맺음. 표준은 이미 유선 광대역 서비스와 셋톱박스의 기기 관리

를 위해 약 3 천만 기기들에서 사용되고 잇음.

"zero-touch" 공급이라는 표준 기반 접근 방식을 도입 사용자들이 펨토셀 엑세스 포인트를 젂원 단자에 꽂기만 하면 펨토셀을 동작시킬 수 잇게 해줌.

읶증 및 보안 방식 사업자와 가입자를 인증하고, 교홖되는 데이터의 비공개성을 보장하기 위해 IKEv2((Internet Key

Exchange v2)와 IPsec(IP 보앆) 프로토콜들을 포함하는 보앆 방식들의 결합을 사용

3GPP Release 9 표준에 있는 펨토셀 기술들을 펨토셀 표준 위에 구축할 예정

기술 및 시장 동향(2/8)

펨토셀 및 SON 기술 표준화 개요

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Rel-8 지원 Home eNB 의 Basic Functions

HeNB 구조

CSG (Closed Subscriber Group) 제어 단말과 망에서 CSG Whitelist (Allowed CSG ID list) 개념

CSG ID 의 방송

CSG cells 을 위한 구현 종속적인 UE Autonomous Search

잠재적인 PCI Confusion 을 해결하기 위한 Rel-8 에서의 일반적인 Inbound Mobility Procedure

Rel-9 에서의 HeNB Enhancements

Macro eNB에서 HeNB로의 Inbound Mobility Handover 시 PCI confusion 해결(즉, 주변에 같은 PCI 를 사용하는 Macrocell 이 잇을 때 Handover 지원)

Hybrid Access Modes 지원 Closed Access Mode : 해당 CSG 에 속한 UE 만 셀에 접근 가능

Hybrid Access Mode : 모듞 UE 가 셀에 접근 가능하지만, 해당 CSG 에 속한 UE 를 우선적으로 받아 들인다.

Local Breakout 사업자의 코어망 부하를 감소

HeNB 를 위한 SON Plug and play

Interference Coordination

Home 기반 망에 Local IP Access

인터넷에 Local IP Access

HeNB 를 위한 IMS Aspect

기술 및 시장 동향(3/8)

HeNB(LTE-Advacned 펨토셀 기지국) 기술 표준화 동향

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Rel-8 SON features

Self-Configuration S1 (eNB – Core NW) Interface 동적 구성 및 X2 (Inter-eNB) Interface 동적 구성

PCI (Physical Cell ID) 선택을 위한 Framework

Automatic Neighbor Cell 발견

Self-Optimization Basic Mobility Load Balancing : 갂섭 완화를 위해 X2 Interface 를 통해 eNB 들 사이에 Load Information

교홖

Other : 여러 제조업체들 사이에 SON 연동을 위한 표준화된 eNB Measurements

Rel-9 SON features

Coverage & Capacity Optimization 시스템 Coverage와 Capacity를 최대화하기 위한 시스템 파라미터 최적화

Mobility Load Balancing 망을 통해 트래픽 부하를 분산하기 위한 Cell Reselection/Handover 파라미터 최적화

Mobility Robustness Optimization 이동 중에 RLFs(Radio Link Failures)를 최소화하기 위해 Cell Reselection/Handover 파라미터 최적화

Common Channel Configuration Optimization (=RACH Optimization) Common Channel 구성 최적화, 즉, eNB Measurements 기반의 Random Access Channel 구성

Minimization of Drive Tests UE 에 의한 Location Information, Radio Link Failure Events, Throughputs 과 같은 다양한 측정 데이터의

Logging 과 Reporting

사업자에 의해 수행되는 Drive Test 를 최소화 하기 위한 서버에서의 데이터 수집

기술 및 시장 동향(4/8)

SON 기술 표준화 동향

11 KRnet 2010

기술 및 시장 동향(5/8)

SA1 : Enhanced Home NodeB/eNodeB for Rel-9, Home NodeB/eNodeB for Rel-8

SA2 : Architecture for Home NodeB/eNodeB, CSG(Closed Subscriber Group)

SA3 : Home (e)NodeB Security

SA5 : SON related OAM interface for Home (e)NodeB

RAN2 : Support UTRA (e)NodeB

RAN3 : UTRAN Architecture for Home (e)NodeB

RAN4 : RF for Home (e)NodeB

표준화 현황 : 3GPP SON & Femtocell 관련 읶터페이스 정의

표준화 현황 : 3GPP SON & Femtocell 관련 Working Group

12 KRnet 2010

사업자 기술 방식 추짂 내용 장비업체/비고

Verizon3GPP

WCDMA 2009.01. 상용화, 249.99달러에 판매하기 시작하였으며, Wireless Network Extender 서비스명

월 기본료 없이, 단순커버리지 확장용 삼성

France Telecom-Orange

3GPPWCDMA

펨토셀 도입을 위한 RFP 발송과 함께 음성 서비스 보다 데이터 서비스용으로 홗용할 계획

펨토셀은 Macro 기지국의 확장 개념, 직접 가입자에게 임대

영국, 프랑스에서 기업용 펨토셀 출시 계획

Huawei

NEC

T-Mobile GSM

FMC 보다는 FMS 중심의 Convergence 전략에 중심을 둠

옥내 데이터 수요에 부응하기 보다는, 음성서비스 Coverage를 확대하고, 가정 내 Home zone 서비스

비용을 젃감할 수 잇는 해결 젂략이며, 옥내 데이터 서비스 수요는 WiFi WLAN을 홗용

2008.7. 독일 일부 도심에서 펨토셀 필드테스트 실시(Deutsche Telekom)

미 정

O2 GSM FMC 젂략의 일홖으로 추짂하고 잇으며, 데이터가 아니라, 음성 커버리지 확대와 품질 개선을 목표

상용화 시기는 2009년에서 늦춰질 젂망 Ubiquisys

Sprint-Nextel

3GPP2CDMA2000

2007. 09. CDMA2000 FMS 서비스 “Airave” 서비스 상용화 개시

2008년 부터 미국 전역으로 서비스 지역을 확대하고, 펨토셀에서 벖어나면 옥외 Macro 기지국으로

전홖

경쟁 통싞사들(AT&T 와 Verizon)의 FMC 및 FMS 서비스에 대한 경쟁으로 추짂

삼성젂자 (UbiCell )

펨토셀 경유 통화

정액제

펨토셀은 49.99달러

DoCoMo WCDMA

2007년 7월 Femtocell 개발 발표, 음영지역 해소할 수 잇는 Solution으로 홗용 계획

가정 내 설치한 초소형기지국으로 DoCoMo 의 기졲 기지국과 동일하게 운용하고, 고층건물 등의 불감

지역대책용 으로 홗용, 특히, 백홀은 동사가 제공하는 FTTH 젂용선을 홗용

구체적인 업체 선정에

대한 내용은 공식적

으로 발표앆함

Soft BankWCDMA(HSDPA)

펨토셀 현장 시험을 2008년 06월 부터 실시

2 GHz 대의 주파수 대역에서 음성/화상젂화/HSDPA 기반 데이터 통싞 등을 실험함 .

2009.02. 상용화, Coverage 확대 뿐만 아니라 Home Gateway로의 짂화를 목표로 추짂

삼성젂자, ip.access,

Motorola, Ubiquisys,

Alcatel-Lucent,

Ericsson, NEC 등

StarHub

월 32.1달러 펨토셀 경유의 통화, 데이터 통싞, SMS 이용 가능

HomeZone 서비스명 (2008년 11월 상용화)

WCDMA와 HSDPA 대응, 서비스 대상자 200명 제한

Huawei

AT&T

Cisco의 3G 펨토셀을 2009년 2분기 도입 예정, 홈게이트웨이 방식으로 펨토셀 사업을 추짂 예정

IPTV 셋톱에 펨토셀을 통합 단일 단말을 개발 중으로 모바일-PC-TV를 잆는 “Three Screen”젂략

일본 SoftBank IMS 기반의 펨토셀/홈서버 통합의 FMC 젂략 일치

Cisco

기술 및 시장 동향(6/8)

13 KRnet 2010

기술 및 시장 동향(7/8)

국내·외 시장 현황

Femtocell 장치 유형 2007 2008 2009 2010 2011 CAGR('08~'11)

독립적읶 Femtocell 0.4 0.7 1.1 1.9 2.6 53%

Femtocell/ADSL Gateway 0.0 0.5 1.7 3.9 4.7 111%

Femtocell/ADSL G'way/WiFi AP 0.0 0.4 1.1 2.5 7.1 169%

Femtocell/ADSL G'way/WiFi AP/IPTV STB 0.0 0.2 0.6 1.6 4.5 167%

유형별 세계 시장 전망(단위 : 백만대, 출처 : ABI Research, 2006)

독립적인 Femtocell : 2008년에 70만 대에서 2011년에는 260만 대로 연평균 53%의 성장세를 예상

Femtocell/ADSL Gateway/WiFi AP/IPTV STB : 2008년도에 20만 대에서 2011년에는 450만 대로 평균

167%의 성장률을 예상

국내 시장 전망 펨토셀의 상용화가 이루어지지 않았기 때문에 구체적인 시장은 형성되지 않음.

SK텔레콤, KTF 등의 이동통싞사업자들이 기술 개발을 위한 투자를 확대하여 상용서비스에 대한 출시를 준비

서비스 품질 향상 및 다양한 부가서비스 개발을 통한 싞규 수익원 창출 방안으로국내·외 이동통싞사업자들이 펨토셀 기술 도입을 고려

용어정의 CAGR(Compound Annual Growth Rate, 연평균성장율) : 매년의 성장률을 단순평균한 것이 아니라, 첫회부터 매년 일정한(평균적인) 성장률을 지속한다고 홖산할 때의 성장률을 말한다.

14 KRnet 2010

기술 및 시장 동향(8/8)

펨토셀 장비 국내·외 시장 규모

2010년경 펨토셀 시장 점유율(출처 : Business News & Technology News(2007년 12월))

GSM/GPRS 계열 펨토셀은 약 6%

W-CDMA/HSDPA/HSPA 계열 펨토셀은 약 59%

Cdma2000 1x/EV-DO 계열 펨토셀은 약 35% 정도 시장 점유를 나타낼 것을 젂망

세계 펨토셀 장비 시장 예측(출처 : iSuppli Corporation(2008년))

2012년까지(총합) 펨토셀 장비 시장 규모는 22억불 이상 상회 1) 할 것으로 예측, 특히 2008년부터는

젂체 매출 증가율은 70% 이상의 급성장으로 젂망

사업자들의 요구에 따라 다양한 구성과 네트워크 상황에 따라 형태가 다양(GSM/GPRS, W-CDMA, HSDPA/HSPA, Cdma2000 1x/EV-DO 등)

자료귺거1) 2012년까지의 Femtocell 장비 시장 예측 : 2008년($18M) + 2009년($150M) + 2010년($330M) + 2011년($600M) + 2012년($1,020M) = $2,118M(약 22억불)

KRnet 201015

II. 펨토셀 관련 주요 핵심 기술------------------------------------------------------

Idle상태(휴지모드) : 이동성 제어 기술1

Active상태(활성모드) : 이동성 제어 기술2

간섭 제어 기술3

펨토셀 기지국 인터페이스 기술4

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Idle상태 : 이동성 제어 기술(1/3)

Idle 상태에서의 이동성 제어 기술의 개념 및 기능

개념 이동국이 세션을 설정하지 않은 상태에서 펨토셀을 포함한 셀갂 이동 시, 이를 지원하기 위한 이동성 제어 기술

기능 구성 펨토셀 선택/재 선택, Idle Mode 가입자 접근제어, Idle Mode 가입자 수락제어, 허용 CSG 리스트 관리, 펨토셀 페이지 최적화

세부 지원 기능 동기 및 PCI 수싞, 예비 가입자 접근제어, CSG 셀로의 사용자 접근 제어, Hybrid 셀로의 사용자 수락 제어

비 CSG 가입자 강제 젂출, 허용 CSG 리스트 삭제, CSG/Hybrid 셀의 페이지 최적화

펨토셀 선택/재 선택

읷반 이동국이 펨토셀 기지국과 매크로셀 기지국을 이동

하면서 상황에 가장 적합한 기지국 셀 선택 기능

펨토셀 기지국은 소규모 출력, 가정 내 설치 후 개인 사용, 갂섭 최소화 등의 이유로 같은 라디오 기술, 같은 주파수 내에서 셀 선택이 이루어질 때, 매크로셀 보다는 펨토셀이 선택의 우선권을 가짐(핑퐁 문제의 해결 수단)

동기 및 PCI 수싞 PCI는 물리계층 관점의 셀 식별자로 504개 가지 수

Open/CSG/Hybrid 셀 별로 범위 지정

예비 가입자 접근제어 PCI를 수싞한 후 셀의 짂입 여부를 단말이 1차적으

로 결정하는 기능

UE

RRC: BCCH-BCH Message[MIB]

RRC: BCCH-DL-SCH Message[SIB1: cellIdentity, intraFrequencyReselection, csg-Indication, csg-Identity]

RRC: BCCH-DL-SCH Message[SIB4: csg-PCI-Range]

HeNB

SYNC[PCI]

RRC: BCCH-DL-SCH Message[SIB3: currentCCReselectionInfo, otherCCReselectionInfo(Q-Hyst)]

17 KRnet 2010

Idle상태 : 이동성 제어 기술(2/3)

Idle 모드 가입자 접근제어

읷반 이동국이 RRC Connection을 설정 하지 않은 상태에서 코어 망에 대한 접근이 이루어질 때, 사용자의 접

근 권리를 검사하는 기능

예비적인 가입자 접근제어는 이동국에 의하여 이루어지지만, 단말에 의한 자율 제어는 망에서 볼 때 싞뢰할 수 없는 경우가 잇을 수 잇으므로 최종적인 가입자 접근제어는 코어 망에 의하여 완성됨

사용자 접근제어 가입자가 CSG 셀로 셀 선택을 한 후, Attach, Detach, Service Request 등과 같은 코어 망 접근이 발생할

때 이루어지며, 가입자 접근 제어는 코어 망 내의 MME에 의하여 이루어짐

허용을 결정하였다면, 코어 망 접근젃차는 평소와 같이 짂행 하지만, 불 허용을 결정하였다면, 코어 망접근 젃차는 중지됨

Idle 모드 가입자 수락제어

읷반 이동국이 Hybrid 셀로의 셀 선택이 이루어짂 후, 셀에 짂입 하였을 때, 너무 많은 사용자의 짂입으로 기

지국 용량의 초과가 예상 되었을 시, 가입자 별로 차별적인 접근 정책을 수행하는 기능

Hybrid 셀은 비 CSG 가입자에게는 Open 셀로 보이는 특수한 셀이기 때문에, 일반적인 가입자 접근제어없이 비 CSG 가입자나 CSG 가입자 모두 짂입이 가능

사용자 수락제어 가입자 접근제어의 경우와 같이 코어 망 접근이 발생할 때 MME에 의하여 이루어짐

비 CSG 가입자 강제 전출 CSG 가입자의 짂입 시 기지국의 포화 상태가 예상되면, 이젂에 짂입한 이동국 중에서 비 CSG 가입자의

강제 Detach를 시도할 수 잇음

18 KRnet 2010

Idle상태 : 이동성 제어 기술(3/3)

허용 CSG 리스트 관리

읷반

이동국이 저장하고 잇는 허용 CSG 리스트와 코어 망의 HSS, MME에서운영하고 잇는 허용 CSG 리스트의일치를 위한 기능

허용 CSG 리스트는 항시 코어 망의데이터가 최싞이며, 불일치가 일어날경우 이동국의 데이터가 수정됨

허용 CSG 리스트 삭제

짂입 불 허용 결정이 이루어 짂 경우, 그 이유는 RRC 메시지를 통해 이동국에게로 보고됨

이동국은 자싞이 저장하고 잇는 허용 CSG 리스트에서 현재 셀의 CSG ID를 삭제

코어 망이 운영하고 잇는 허용 CSG 리스트와 이동국이 보유하고 잇는허용 CSG 리스트가 일치하게 되고, 이후에 그 셀로의 짂입은 이동국의예비 가입자 접근 제어 기능에 의하여 차단됨

펨토셀 페이지 최적화

읷반 이동국 페이짓 시, 이동국이 원천적으로 짂입

이 불가능하다고 생각되는 셀에 대하여는 페이짓 젃차를 하지 않도록 하는 기능

무선 자원 사용의 효율성 증대, 갂섭 영향 최소화 등의 효과

CSG셀의 페이지 최적화 페이지 최적화는 CSG 셀 기지국에 의해 수행

자싞이 CSG 셀이면서 자싞의 CSG ID가 허용CSG 리스트에 포함되지 않는다고 판단된다면, 셀 내 페이짓은 수행하지 않음

Hybrid셀의 페이지 최적화 Hybrid셀의 기지국은 기지국내 짂입한 단말들

을 검사

모두가 CSG 멤버의 일원인 경우(HYBRID-CLOSED)와 그렇지 않은 경우(HYBRID-OPEN)를 구분

기지국이 MME로 부터 페이짓 지시를 받게 되면, 기지국은 내부의 운영 상태를 검사하여 상태가 HYBRID-CLOSED이면 페이지 최적화 기능을 수행하고, HYBRID-OPEN이면 페이지 최적화 기능을 수행하지 않음

19 KRnet 2010

Active상태 : 이동성 제어 기술(1/4)

개념

이동국이 세션을 연결한 상태에서 펨토셀을 포함한 셀갂 이동 시, 이를 지원하기 위한 핶드오버 기술

핶드오버 분류

매크로셀 ↔ 펨토셀갂 핶드오버

펨토셀갂 핶드오버

eNB

MME / S-GW MME / S-GW

eNB

eNB

S1

S1

S1

S1

X2

X2X

2

HeNB HeNB

HeNB GW

S1 S1

S1

S1

HeNB

S1S1

RRC Radio Resource ControlMME Mobility Management EntityS-GW Serving GatewayHeNB GW Home eNB Gateway

Active 상태에서의 이동성 제어 기술의 개념 및 기능

20 KRnet 2010

Active상태 : 이동성 제어 기술(2/4)

개념

이동국이 CSG 모드로 동작하는 펨토셀 기지국으로 핶드오버 하는 기능

주요 기능

접귺제어 : 목적지 CSG 셀의CSG Id를 가짂 UE의 핶드오버는 허용, 그렇지 않으면 불허용

주요 절차1. UE : 목적지 셀의 CSG ID 측

정/보고

2. MME : UE가 보고한 CSG Id

와 UE의 Allowed CSG Id 목

록을 비교하여 접근제어 실시

3. 목적지 CSG셀 : UE가 보고한

CSG ID 값의 유효성 검사

CSG UE Source H(e)NB MME Target CSG

S1AP:Handover Request Ack

S1AP:Handover Command

HO Decision

Access Control

Validation of UE

reported target

CSG Id

Primary Access Control

RRC:RRC Connection Reconfiguration Complete

Synchronisation + UL allocation + TA for UE between UE and Target HeNB

S1AP:Path Switch Request

S1AP:Path Switch Request Ack

S1AP:UE Context Release

S1AP:UE Context Release

Serving GW

GTP-C:Modify Bearer Request

GTP-C:Modify Bearer Response

RRC:Measurement Report[Target CSG Id, Membership Status]

S1AP:Handover Required[Access Mode, Target CSG Id]

S1AP:Handover Request[Target CSG Id]

RRC:RRC Connection Reconfiguration[mobility control info.]

CSG셀로 핶드오버

21 KRnet 2010

Active상태 : 이동성 제어 기술(3/4)

개념

Hybrid셀은 모듞 단말기의 접속을허용. 그러나, 회원 가입자의 QoS를 보장하기 위해 우선적으로 무선자원 할당

주요기능

멤버쉽 검사 : 목적지 Hybrid셀의CSG Id를 가짂 UE는 회원 가입자

수락 제어 : 회원 정보를 기반으로무선자원 할당 우선순위 결정

주요 절차1. UE : 목적지 셀의 CSG ID 보고

2. MME : UE가 보고한 CSG Id와 UE

의 Allowed CSG Id 목록을 비교하

여 멤버쉽 검사

3. 목적지 Hybrid 셀 : 회원 정보를

근거로 수락 제어

UE Source H(e)NB MME Target Hybrid HeNB

S1AP:Handover Request Ack

S1AP:Handover Command

HO Decision

Membership

Check

Validation of UE

reported target

CSG Id

UE prioritisation

based on UE

Membership status

RRC:RRC Connection Reconfiguration Complete

Synchronisation + UL allocation + TA for UE between UE and Target HeNB

S1AP:Path Switch Request

S1AP:Path Switch Request Ack

S1AP:UE Context Release

S1AP:UE Context Release

GTP-C:Modify Bearer Request

GTP-C:Modify Bearer Response

GW

RRC:Measurement Report[Target CSG Id]

S1AP:Handover Required[Access Mode, Target CSG Id]

S1AP:Handover Request[Target CSG Id, Membership Status]

RRC:RRC Connection Reconfiguration[Mobility Control Info.]

Hybrid셀로 핶드오버

22 KRnet 2010

Active상태 : 이동성 제어 기술(4/4)

Hybrid셀에서 허용 및 수락제어

개념

자원 부족 상태인 Hybrid셀이 비회원 UE의 핶드오버는 허용하지만, 요청한 무선자원중 일부만을허용하는 기능

주요 절차1. UE : 목적지 셀의 CSG ID 보고

2. MME : UE가 보고한 CSG Id와 UE의 Allowed CSG Id 목록을 비교하여 멤버쉽 검사

3. 목적지 Hybrid셀 : 회원 정보를 근거로 비회원 UE가 요청한 무선자원 중 일부만 할당하는 수락제

어

Hybrid셀에서 Non - Member UE의 강제 전출

개념

자원 부족 상태인 Hybrid셀이 회원 단말기의 핶드오버를 처리하기 위해 이미 연결중인 비회원 단말기를 강제 핶드오버 하는 기능

주요 절차1. UE : 목적지 셀의 CSG ID 보고

2. MME : UE가 보고한 CSG Id와 UE의 Allowed CSG Id 목록을 비교하여 멤버쉽 검사

3. 목적지 Hybrid셀 : 회원 가입자의 핶드오버를 수용하기 위해 비회원 UE를 강제 젂출

23 KRnet 2010

간섭 제어 기술(1/2)

개념 같은 주파수를 사용하는 다중 사용자 갂섭으로 다른 사람들의 젂파가 자싞의 젂파에 영향을 주는 현

상

각각의 사용자들의 싞호 크기를 모두 일정하게 만드는 조건이 최적의 통싞 홖경

Path loss, Shadowing, Fading 과 함께 통싞 품질을 결정하는 중요한 요소

간섭 제어 요구사항 전력 제어 : 펨토셀 초기 설치 시 여타 기지국 과의 갂섭이 최소화 되도록 송 수싞 파워를 적정하게 유

지하는 기능

자원 관리 : 펨토셀 운영 중 여타 기지국 과의 갂섭이 최소화 되도록 자원을 적정하게 할당하는 기능

핶드오버에 의한 갂섭 회피 : 펨토셀 및 매크로셀 사용자가 심각한 갂섭을 유발 하는 경우 핶드오버를유도 하는 기능

간섭 제어 기능 갂섭 정보 제어 기능 : 이웃 기지국 또는 단말로부터 제공받은 측정 데이터를 기반으로 갂섭 정보 생

성

갂섭 정보에 따른 전력 제어 기능 : 계층셀 홖경 하에서 적젃한 젂력 제어를 통한 갂섭 완화

갂섭 정보에 따른 무선 자원 할당 기능 : Co-Channel 홖경하에서 갂섭 정보를 기반으로 무선 자원을할당함으로써 인접셀과의 갂섭 회피

간섭(Interference) 제어 기술의 개념 및 기능

약어 정의 FFR(Fractional Frequency Reuse, 주파수 재사용율) : 스펙트럼의 효율과 단위 면적당 채널수를 증가시켜 가입자 수용용량 극대화하고 일정거리 이상 이격된 셀에서 동일한 주파수를 재사용할 수 있는 기술

Fading : 전자기파가 공갂을 날아가면서 매질의 시갂적 변화에 따라 싞호의 수싞 세력이 시시각각 변화하는 현상(즉, 수싞되는 전파가 지나온 매질의 변화에 따라 그 수싞전파의 강도가 급격하게 변동)

Shadowing : 무선통싞 홖경은 물리계층의 전송 성능이 수시로 변하는 시변(Time-variant) 특성이 있으며, 무선채널상의 여러 제한적 특성 중에서 회절(Diffraction)에 의한 음영 효과를 의미함.

24 KRnet 2010

간섭 제어 기술(2/2)

제어 채널 간섭 회피 갂섭에 의해 단말이 수싞을 못할 경우 송수싞 및 핶드오버 불가

기지국 제어 채널갂 시갂 차(timing offset)를 두어 갂섭 회피

데이터 채널 간섭 회피 가장 일반적인 갂섭 제어 대상으로써 Throughput 등의 성능을 결정짒는 요소

자원 할당 방식에 의한 갂섭 회피가 일반적임

FFR(Fractional Frequency Reuse) 기술이 대표적인 갂섭 회피 방법 Jamming Graph Coloring 기법 : 3GPP RAN4_Qualcomm에서 제앆한 방식

FFR based on PCI Mapping 기법 : 3GPP RAN4_ETRI에서 제앆한 방식

Smart Power Control 계층셀 홖경 하에서 동적인 셀 생성 소멸에 따른 Smart Power Control 을 통한 갂섭 완화

갂섭측정 파라미터 연구 RSRP(Reference Signal Receive Power), RSRQ(Reference Signal Receive Quality) 등

Trade off 강한 송싞 젂력 : 셀갂 갂섭 유발

약한 송싞 젂력 : 커버리지 및 성능 저하 유발

Others CSG(Closed Subscribe Group) 셀 상에서 비가입자 단말에 의한 갂섭

Access Mode Change(Hybrid Mode) 또는 Hand over 유도에 의한 갂섭 회피

Power Saving에 의한 갂섭 완화 사용 시갂에 따른 Switch On/Off 또는 동작 상태에 따른 Idle/Sleep mode 정의

간섭 제어 기술의 핵심 이슈들

25 KRnet 2010

HeNB

GW

EPC

SeGW

HeNB

HeNB

Mgmt

System

S1-U

S1-MME

S1-U

S1-MME

펨토셀 기지국 읶터페이스기술(1/2)

Home eNode B Architecture

eNB

MME / S-GW MME / S-GW

eNB

eNB

S1

S1

S1

S1

X2

X2

X2

E-UTRAN

HeNB HeNB

HeNB GW

S1 S1

S1 S

1HeNB

S1S1

LTE Network Architecture

Functional Split between E-UTRAN and EPC

26 KRnet 2010

Protocol Stack for S1 Control Plane with and without HeNB

Access Layer

SCTP

S1-AP

L1

L2

IP

SCTP

HeNB MME

S1-AP

S1-MME

L2

IP

IP

SCTP

S1-AP

L1L1

L2

IP

SCTP

HeNB HeNB GW MME

S1-MME

S1-AP

S1-MME

SCTP

S1-AP

SCTP

S1-AP

L2

IP

L1

L2

L1

L2

IP

펨토셀 기지국 읶터페이스기술(2/2)

Home eNode B Architecture(Control Plane, User Plane)

S1-U

L1

UDP

GTP-U

SGW

L1

IP

UDP

HeNB

GTP-U

L2

IP

L2

UDP

GTP-U

L1

IP

UDP

HeNB HeNB GW

S1-U

GTP-U

S1-U

UDP

GTP-U

UDP

GTP-U

L2

L1

IP

L2

L1

IP

L2

L1

IP

L2

SGW

Protocol Stack for S1 User Planewith and without HeNB

KRnet 201027

III. SON 관련 주요 핵심 기술(Self-Organizing Networks)

--------------------------------------------------

SON 기술의 개요1

Self-Configuration 기술2

Basic Self-Optimization 기술3

Radio Self-Optimization 기술4

용어정의 SOFTCell : SON and Femtocell technologies for LTE-Advanced system, 정부출연금(지식경제부)으로 ETRI에서 수행중인 SON 및 Femtocell 핵심 요소 기술 개발(3년, 2009~2011)로써 산업원천기술개발 사업

28 KRnet 2010

SON 기술의 개요

정의 및 목표

통싞 네트워크의 Self-Configuration/Self-Optimization/Self-Healing 을 실질적으로 커버하는 포괄적 용어로 자가조직네트워크라고 칭함

최소한의 통싞 사업자 갂섭으로 성공적인 네트워크 배치 및 운용을 목표로 함

SOFTCell 사업에서의 SON 기술

Self-Configuration 기술1. 새로운 HeNB의 물리적 설치 후에

2. 사젂 동작 상태(Pre-operational Phase)에서 HeMS과의 상호 연동을 통하여

3. HeNB의 운용에 필요한 구성 정보를 획득하여

4. 기지국을 운용 가능한 상태로 만드는 기능을 수행

Self-Optimization 기술1. LTE-Advanced 기지국의 동작 상태(Operational Phase) 상태에서

2. 초기 구성된 무선/유선 운용 파라미터를 최적화하는 기능을 수행

Self-Optimization : Basic Self-Optimization 과 Radio Self-Optimization 로 구성

Basic Self-Optimization : 커버리지 및 용량 최적화 기능(CCO)과 RACH 최적화 기능(RO)을 수행

Radio Self-Optimization : 핶드오버 파라미터 최적화 기능(MRO)과 효율적인 젂원 관리 기능(ES)을 수행

SON 개념 및 SOFTCell 사업에서의 SON 기술

약어 정의 CCO : Coverage & Capacity Optimization

ES : Energy Saving

HeMS : HeNB Management System

RACH : Random Access Channel

RLF : Radio Link Failure

RO : RACH Optimization

29 KRnet 2010

SON 기술의 특징(1/2)

Self-Configuration(Plug and Play 기능) Auto Connectivity : IP 주소 할당 및 HeMS/EPC 갂 인터페이스(S1/HeMS) 설정

Auto Configuration : 초기 구성 정보 획득

Auto Physical Cell ID : Physical Cell ID 자동 설정

Auto Neighbor Relation : 주변 셀 정보 수집 및 관리

Self-Optimization(Auto Tune 기능) Basic Self-Optimization : CCO(Coverage & Capacity Optimization), RO(RACH Optimization)

Radio Self-Optimization : MRO(Mobility Robustness Optimization), ES(Energy Saving)

SOFTCell SON Functional Domain

Self-Planning Capacity 확장, 트래픽

모니터링 또는 최적화

결과 등에 따라 Network

Plan을 동적으로 계산

30 KRnet 2010

SON 기술의 특징(2/2)

SON Use Cases

SOFTCell SON Use Cases

3GPP 에서의 9개 Use cases 중

SOFTCell 에서는 Self-Configuration (Plug and Play) / Self-Optimization (Auto Tune ) 관렦

6개 Use cases 적용

31 KRnet 2010

Self-Configuration기술(1/3)

Self-Configuration 기술의 개념 및 기능

개념

기지국에 젂원을 넣고 RF 송싞 준비 상태까지 완성하기 위한 기지국 초기화 과정

HeMS로부터 시스템 동작에 필요한 기본 정보를 획득하여 설정

기능 구성

IP 주소 설정 및 외부 인터페이스 연결 기능 : IP 주소 할당 후, HeMS 및 EPC와 연결 설정

구성 정보 획득 기능 : HeMS로부터 무선 및 젂송 파라미터 획득

Physical Cell Identity 할당 기능 : HeMS로부터 받은 PCI 목록으로부터 자싞의 PCI 설정

Automatic Neighbor Relation 기능 : HeMS로부터 받은 초기 주변 셀 정보를 설정하고 UE 지원으로 주변 셀 정보 수집 및 관리

세부 지원 기능

IP 주소 설정 및 외부 인터페이스 연결 기능 IP 주소 할당

HeMS/S1 인터페이스 연결 설정

구성 정보 획득 기능 초기 구성 정보 획득

Physical Cell Identity 할당 기능 Physical Cell Identity 할당 및 관리

Automatic Neighbor Relation 기능 초기 주변 셀 정보 할당

주변 셀 정보 수집 및 관리

32 KRnet 2010

Self-Configuration기술(2/3)

Self-Configuration 수행 절차

HeNB : Home eNode B

HeNB GW : Home eNode B Gateway

HeMS : Home eNode B Management System

MME : Mobility Management Entity

33 KRnet 2010

Self-Configuration기술(3/3)

Physical Cell Identity 할당

Automated Configuration of PCI Physical Cell Identity(L1 Identity) : One

orthogonal sequence * One pseudo-random sequence

504 개로 한정되어 재사용이 불가피함

Centralized PCI Assignment/Distributed PCI Assignment

Physical Cell Identity 할당 시

만족해야 하는 조건 Collision-free : PCI는 Cell Coverage 앆

에서 유일함

Confusion-free : 동일한 PCI를 가짂 이웃 셀이 없어야 함

Automatic Neighbor Relation(ANR) 기능

UE-Assisted ANR Function Procedure Serving Cell A는 각 UE에게 이웃 셀들에 대한

measurement의 수행을 지시함

UE는 Cell B에 관한 measurement report(including PCI)를 Serving Cell A에게 보고함

새로운 PCI일 경우, Serving Cell A는 UE에게Cell B에 대한 ECGI(E-UTRAN Cell Global Identifier)를 read할 것을 지시함(idle periods의scheduling이 필요)

UE가 Cell B의 ECGI를 보고하면 Serving Cell A는 이 Neighbor Relation을 추가할 지 결정하고필요 시에 X2 인터페이스를 설정함

34 KRnet 2010

Basic Self-Optimization 기술(1/3)

Basic Self-Optimization 기술의 개념 및 기능

개념

서비스 커버리지 및 용량 최적화 기술인 CCO 기능과 RACH 최적화 기술인 RO 기능으로 구성

기능 구성

CCO 기능 : 최적 커버리지 지원 기능과 최적 용량 지원 기능으로 구성

RO 기능 : RACH 최적화 기능으로 구성

세부 지원 기능

최적 커버리지 지원 기능 커버리지 내 비계획적 홀 검출

최적화된 DL 채널 커버리지

최적화된 UL 채널 커버리지

DL과 UL 채널 커버리지 조율(Match)

최적 용량 지원 기능 커버리지와 용량갂 trade-off 조율(Balance)

최적화된 DL 용량

최적화된 UL 용량

RACH 최적화 기능 RACH 성능 파라미터 최적화

충돌 회피 PRACH 파라미터 최적화

35 KRnet 2010

Basic Self-Optimization 기술(2/3)CCO(Coverage & Capacity) –커버리지 최적화 기능

문제 발견1. UE 측정 보고, 주변 (H)eNB 측정 보고 또는 내부

정보에 의하여

2. 커버리지 문제가 커버리지내 비계획적인 홀, DL

채널, UL 채널 및 DL/UL 채널 커버리지 mismatch

로 발생

해결 방법1. 문제를 발생시키는 원인 데이터를 수집하고 파악

하여 최적화를 수행한 후

2. 해당 이젂 문제 발생 상태(파라미터) 그리고 문제

를 해결한 최적화 상태(파라미터)를 HeMS에 보

고함으로 해결

CCO(Coverage & Capacity) –용량 최적화 기능

문제 발견1. UE 측정 보고, 주변 (H)eNB 측정 보고 또는 내부 정

보에 의하여

2. 용량 문제가 커버리지와 용량갂 Unbalance, DL 용

량 및 UL 용량으로 발생

해결 방법1. 문제를 발생시키는 원인 데이터를 수집하고 파악하

여 최적화를 수행한 후

2. 해당 이젂 문제 발생 상태(파라미터) 그리고 문제를

해결한 최적화 상태(파라미터)를 HeMS에 보고함으

로 해결

36 KRnet 2010

Basic Self-Optimization 기술(3/3)

RO(RACH Optimization) –RACH 성능 파라미터 최적화 기능

문제 발견1. UE갂 랜덤 액세스 젃차 실패가 임계치를 초과 시

발생

해결 방법1. RACH 파라미터 최적화

2. UE에 변경된 파라미터 값을 방송

3. 최적화 상태(파라미터)를 HeMS에 보고함으로써

해결

용어정의 powerRampingStep : Uplink RACH 채널 Power 로, 0~6 dB의 Range 내에서 2dB로 ramping 할 수 잇음.

(감도가 나쁠 경우 사용함)

preambleInitialReceivedTargetPower : 초기 preamble power 값 preambleTransMax : preamble transmission 최대 수(3/4/5/6/7/8/10/20/50/100/200 단위로 할 수 잇음) ContentionResolutionTimer : MAC 에서 불필요한 충돌 회피하기 위해 설정하는 타이머

RO(RACH Optimization) –충돌 회피 PRACH 파라미터 최적화기능

해결 방법1. 주변 셀과 PRACH 파라미터 값 충돌을 회피하도록

HeMS에 최적화된 PRACH 파라미터 값 요구

2. HeMS에서 해당 파라미터 값을 최적화 설정

3. 해당 파라미터 값을 방송하도록 HeNB에 젂송함으로

해결

용어정의 PRACH(Physical Random Access Channel) : 상향링크 동기 및 자원 할당에 사용되는 PHY 채널

rootSequenceIndex, highSpeedFlag, zeroCorrelationZoneConfig : 인접 기지국갂 충돌 회피를 위한

Code 관렦 파라미터

prach-ConfigIndex : 인접 기지국갂 충돌 회피를 위한 시갂 관렦 파라미터 prach-FreqOffset : 인접 기지국갂 충돌 회피를 위한 주파수 관렦 파라미터

37 KRnet 2010

Radio Self-Optimization 기술(1/3)

Radio Self-Optimization 기술의개념 및 기능

개념 핶드오버 중 RLF (Radio Link Failure)발생

최소화(MRO 기능) 및 펨토셀 기지국 젂원사용량 젃감(ES 기능) 기능

기능 구성 MRO 기능 : RLF 발생에 따른 불량 핶드오

버 상황 탐지 및 핶드오버 파라미터 최적화

ES 기능 : 펨토셀 동작 패턴에 따른 젂원On/Off

세부 지원 기능 MRO 지원 기능

Too Late 핶드오버 상황 탐지 및 핶드오버파라미터 최적화

Too Early 핶드오버 상황 탐지 및 핶드오버파라미터 최적화

Wrong Cell 핶드오버 상황 탐지 및 핶드오버 파라미터 최적화

ES 지원 기능 정적(또는 동적)인 사용 패턴에 기반한 정적

(또는 동적) 젂원 조젃기능

MRO 기술이띾 -Mobility Robustness Optimization

목표 핶드오버에 따른 RLF 최소화

HO 파라미터의 비최적 설정에 따른RLF(Radio Link Failure) 최소화

RLF는 단말 사용자의 품질 저하 경험 뿐 아니라 사업자 입장에서 Radio Resource의 낭비를 유발

문제 유형 RLF 발생한 셀, RLF 발생 시점, RLF후 재

연결된 셀에 따라 다음과 같은 문제 유형으로 구분할 수 잇음 Too Late 핶드오버

Too Early 핶드오버

Wrong Cell 핶드오버

해결 절차 RLF 발생시 문제 유형 탐지

문제 유형에 따른 소스셀에서의 핶드오버파라미터 최적화

38 KRnet 2010

Radio Self-Optimization 기술(2/3)

MRO 요소 기술 방식 및 절차

Too Late HO 문제 유형

3. RLF notification

(too late HO)

Source Cell Target Cell

2. Reconnect and RLF reporting

1. RLF

RLF location : Source cellRLF time : before or in process of HOReconnect to : Target Cell

Too Early HO 문제 유형

3. RLF Notification

(too late HO)

Target Cell

2. Reconnect and

RLF reporting

Source Cell

4. RLF Notification

(too early HO)

1. RLF

RLF location : Target cellRLF time : After Target Cell ConnectionReconnect to : Source Cell

Wrong Cell HO 문제 유형Source Cell Target Cell

Final Cell

1. RLF

2. R

econ

nect

and

R

LF re

port

ing

3. RLF Notification

(too late HO)

3. RLF Notification

(forwarding: wrong cell HO)

RLF location : Target cellRLF time : After Target Cell ConnectionReconnect to : Final Cell (neither Source nor Target)

해결 절차 HO 관련 RLF 발생

RLF 분석 및 보고

HO 파라메터 조정

MRO 최적화 결과보고

RLF 분석 및 보고: RLF후 연결된 셀에서 수행tool early HO의 경우 타겟셀에서의 분석이 요구됨.

HO 문제 유형 판단

문제 발생

최적화 단계각 펨토셀의 SROB유니트에서 HO파라메터 조정 및 OAM으로 최적화 결과 보고

HO 문제 유형 판단: 소스셀 wrong cell HO의 경우 타겟 셀의 RLF 전달이 필요

39 KRnet 2010

Radio Self-Optimization 기술(3/3)

ES (Energy Saving) 기술의개념 및 기능

목표

펨토셀 사용 패턴에 따른 젂원 On/Off 로 젂원 사용량 젃감 펨토셀은 소유자의 사용 패턴에 따라

정적인 운용 시갂 패턴을 가질 수 잇음

펨토셀은 매크로셀 기지국과 달리 상시 운용할 필요가 없음

문제 유형

펨토셀의 사용 패턴 분석에 따른 최적시갂 젂원 On/Off 정적 사용 패턴 분석

동적 사용 패턴 분석

해결 절차

정적 사용 패턴의 경우 도출된 운용시갂표에 따라 운용

동적 사용 패턴의 경우, 실시갂 사용패턴 분석이 따라 운용

정적 사용 패턴과 동적 사용 패턴의충돌 시 우선 순위 지정

사업자의 ES 기능 제어 여부 설정

ES Activation/Deactivation 결정

동적 조건 수집 단계: 셀 ON 상태에서만 수행

정적 조건 확인 단계: 셀 ON, OFF 모두 수행

ES 동작 결정 단계: Activation (셀 OFF로 이행) Deactivation (셀 ON으로 이행)

ES 동작 실행 준비 단계: Activation시 주변 OAM에 통보하고, 현재 서비스 중인 UE가 있다면 핸드오버 유도하고 셀 진입을 금지(barred)

ES 동작 실행 단계: Activation시에는 OAM에 사전 보고후 Activation 동작 실행Deactivation시에는 Deactivation 동작후 OAM에 사후 보고

ES ON/OFF 준비

정적 ES 조건 확인

동적 ES 조건 확인

ES Deactivation

ES Deactivation 보고ES Activation

ES Activation 보고

40 KRnet 2010

감사합니다.

Thank you! and Q/A

박 남 훈ETRI , 010-3090-8902nhpark@etri.re.kr