4. Multiple Access(2)

Multiple Access의 두 번째 포스팅으로, 이전 시간에 이어 4G, 5G의 다중 접속 기술에 대해 알아보려고 한다.

 

3G의 경우 WCDMA를 사용한다고 이전에 언급했었다.

4G부터는 WCDMA를 사용하지 않고 OFDMA를 사용하기 시작하는데,  왜 WCDMA를  사용하지 않는지부터 말해보려고 한다.

 

1. WCDMA 문제점

일반적으로 송,수신을 할 때에 wave들은 직접적으로 기지국-단말로 연결되지 않는다. 가는 동안 수많은 장애물(빌딩, 나무, 공기 등)을 만나고 이 때문에 wave들은 조금씩 reflected 되기 마련이다. 이렇게 되면 원신호가 제대로 도착하지 않게 되고 결국 이상한 신호를 받게 된다.

영상 속 WCDMA 문제점 설명 그림

추가로 데이터를 더 크게 보낼 수록 오류도 커지게 되는데, 4G로 넘어오면서 영상, 실시간 스트리밍 등 많은 데이터 사용량을 요구하는 기능들에 이 단점은 너무 치명적이었다.

 

따라서 4G에서는 새롭게 OFDMA라는 전송기술을 사용하게 된다.

OFDMA를 알기 전에 OFDM을 알아야 하므로 ODFM에 대해 설명해보겠다.

 

2. OFDM & OFDMA

간섭없이 더 많은 데이터를 보낼 수 있는 방식으로 OFDM이 채택되었다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 Guard Band를 없애고 각 wave들을 직교하게 만들어서 데이터를 더 많이 보낼 수 있도록 하는 기술을 뜻한다.

영상 속 OFDM 설명 그림

위 사진처럼 OFDM은 각 wave들을 직교시켜 Guard Band를 없애 대역폭을 확보하였다. 

또한, 주파수를 쪼갠 후 데이터를 보내서 재전송하는 데이터의 개수를 낮춘다. 쉽게 말해서 10개의 데이터를 10개의 파이프(주파수)를 통해 보냈는데 8개만 정상적으로 왔다면, 2개의 오류난 파이프에서만 재전송을 할 수 있도록 만든 것이다. 시간 또한 쪼개서 사용이 가능하다. 

주파수&시간을 쪼개어 사용하는 OFDM

 

그렇다면 궁금증이 생긴다. 직교를 시킴으로써 어떻게 간섭을 없앨 수 있었나?

영상 속 OFDM 간섭 설명 그림

파란색 신호가 Peak(1)일 때 다른 신호들이 어떤 상태인지 유심히 살펴보면, 파란색을 제외한 다른 주파수가 0인 상태인 것을 알 수 있다.즉, 파란색 신호만이 전송 가능하다는 것이다.

이렇게 다른 주파수들도 Peak일 때 나머지 주파수가 0인 amplitude를 가지게 되고 따라서 guard band가 없는 상태에서도 간섭이 일어나지 않게 된다.

 

결국 OFDM을 사용하면 주파수 효율이 더 좋아지게 되고 따라서 데이터 효율도 높아지게 되는 것을 알 수 있다.

 

이러한 OFDM의 전송 기술을 바탕으로 OFDMA가 탄생하게 되었는데,

OFDMA는 OFDM과 다르게 더 자유롭게 주파수와 시간을 할당이 가능하다. 테트리스 아닌가?

OFDMA 스케줄링

 

OFDMA는 4G에서부터 5G까지 사용이 되고있지만, high PAPR의 문제점으로 인해 4G의 uplink에서는 사용하지 않고 있다. PAPR이란, peak to  average power ratio라는 뜻으로 평균값에 비해 피크값이 얼마나 큰지를 나타내는 수치이다.

 

PAPR 수치가 높은 만큼 전력 소모가 심하게 되고 이것은 비용문제 직결된다. Downlink(기지국 송신)의 경우엔 큰 상관이 없다.하지만 Uplink(단말기 송신)경우, 휴대폰은 전력소모의 효율이 생명이기 때문에 OFDMA가 치명적이다. 따라서 Uplink의 경우엔 SC-FDMA 방식을 채택하고 있다.

 

5G의 경우 Uplink, Downlink에서 모두 OFDM 방식을 채택하고 있으며 Uplink 시의 문제점을 clipping, companding 기술로 극복하였다. 기회가 되면 SC-FDMA, Clipping, companding에 대한 포스팅을 해봐야겠다.

 

이 블로그는 수익형 블로그가 아니며, 개인 공부 기록을 위해 운영되는 블로그입니다.
원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=CaxOqzaXZpA&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=4