이 글은 지난 포스팅 (LTE-H, LTE-U 소개)에 이어 KT가 MWC 2015에서 시연한 Pre-5G/5G 기술들을 소개하는 두 번째 블로그글로 LTE-TDD 관련하여 시연한 내용들 (9-carrier CA, LTE-UL/DL CA, triple mode femto) 기술들을 살펴 보자. 

3. LTE-B (LTE-Beyond)

그림 5. KT와 Samsung이 공동 시연한 9 intra-band CA

LTE-B는 삼성과 협력하여 구현한 기술로, 9개의 LTE-TDD 주파수를 결합하여 1Gbps (≈ 9x110Mbps)의 속도를 시연하였다. 3GPP LTE-A (Rel. 10)에서 5개 band까지의 5개 carrier로 CA를 할 수 있도록 정의하였고, 현재 진행중인  3GPP Rel. 13에서는 CA를 발전시켜 최대 32개 carrier까지 결합할 수 있도록 했다.

KT는 올해 1월, 3개 LTE-FDD 주파수 (Band 1, 3 and 8)를 결합하는 3-band CA를 상용화하여 300Mbps까지 제공하고 있다. 이번 LTE-B 시연을 통해서는 TDD CA를 이용하여 1Gbps 속도를 얻을 수 있음을 보여주었다 (KT의 마켓팅 브랜드가 기가 -GiGA- 니까, 무선 1기가 한번 보여준거죠). 

이번 시연은 1개 TDD 밴드에서 복수개 (9개)의 carrier를 결합하는 intra-band CA로 진행되었는데, 향후 RF transceiver가 지원되면 여러 TDD 밴드에 걸친 복수개의 carrier들을 결합하는 inter-band CA로 확장될 수 있다.   

CA은 무선 전송 대역폭을 넓힘으로써 속도와 시스템 용량을 늘리는 가장 확실한 방법이나 그 만큼 더 많은 주파수가 필요하다. 우리 나라는  현재 LTE-FDD만 상용화되어 있으나 향후 TDD 주파수 할당이 예정 (2015년~2018년 기간내)되어 있으며, 이번 시연은 KT가 TDD 주파수를 통해 기가급 속도 제공을 위한 기술적 준비를 잘 하고 있음을 보여주는 의미로 이해된다. 

4. LTE-DL/UL CA 
 

그림 6. KT와 Nokia가 공동 시연한 LTE-TDD DL/UL CA   

KT는 LTE-TDD와 관련된 두번째 기술로 LTE-DL/UL CA 기술을 시연하였다. 이 기술은 LTE-TDD CA시 다운링크(DL)뿐 아니라 업링크(UL)도 같이 CA한 것으로, Nokia (중국)와 협력하였으며 업링크 CA로는 세계 최초로 시연되었다. 

LTE-TDD 시스템은 FDD와 달리 하나의 주파수로 UL과 DL 전송을 모두 한다. 한 radio frame 안에서 UL과 DL의 전송 비율 (UL:DL)은 configuration에 의해 정의된다. 20 MHz 대역폭인 경우,

• configuration 1에서는 UL:DL=2:2 로 max UL/DL speed가 20/80 Mbps 정도이고
• configuration 2에서는 UL:DL=1:3으로 max UL/DL speed가 10/110 Mbps 정도이다. 

이번 시연은 LTE-TDD인 2.3 GHz 대역 (Band 40)에서 20 MHz 폭인 carrier 2개를 결합하는 intra-band CA로 진행되어, DL과 UL 최고 속도 모두 단일 carrier 대비 2배가 됨을 보여주었다.

일반적으로 TDD는 다양한 UL-DL configuration을 이용하여 load balancing에 효율적으로 대처함으로써 주파수를 효율적으로 이용하는 장점을 갖는다. 

KT는 2.3GHz 대역 WiBro (Mobile WiMAX) 주파수를 LTE-TDD로 전환하고자 노력하고 있다. 이번 시연은 KT가 LTE-TDD 주파수를 갖게 되었을 때 FDD 대비 좁은 주파수더라도 TDD CA를 이용하여 트래픽 변동을 효율적으로 제어하기 위한 준비로  보인다.  

5. Triple Mode Cell 

그림 7.KT와 Broadcom이 공동 시연한 Triple Mode Femto Cell: LTE-FDD, LTE-TDD and WiFi

KT는 LTE-TDD 관련 세번째 기술로 Broadcom과 협력하여 triple mode cell을 시연하였다. LTE-FDD, LTE-TDD, WiFi 접속을 동시에 지원하는 Femto Cell로는 세계 최초로 시연하였다. 

이번 시연은 LTE-FDD는 1.8 GHz 대역 (Band 3) 20 MHz, LTE-TDD는 2.3 GHz 대역 (Band 40) 20 MHz, 802.11n WiFi는 5 GHz 대역 20 MHz로 동작하였다. 단말은 각 무선접속 방식별로 150 Mbps, 110 Mbps, 450 Mbps 속도까지 download가 가능하다. 
 

세 가지 무선 접속을 하나의 chipset으로 지원하므로, i) 설치 공간이 줄어 공간 활용도를 높일 수 있고 ii) 무선접속방식이 다른 단말들이 동시에 서비스를 이용할 수 있다. TDD 주파수가 확보되기만 하면 triple mode cell 상용화를 통해 실내 무선 통신 환경을 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다. 이 시연에는 WiBro 주파수의 조속한 TDD 전환을 바라는 KT의 요구가 담아있는 듯하다.    

우리나라는 2011년 7월 LTE-FDD 서비스 (10MHz)를 개시한 이래 높은 LTE penetration rate을 기록하며 LTE-A (10+10MHz), Wideband LTE-A (20+10MHz), Tri-band LTE-A (20+10+10MHz) 서비스를 차례로 세계 최초로 상용화해가며 LTE 기술/서비스를 선도하여 왔다. 

하지만 가용한 주파수의 부족으로 인해 이동통신 3사 모두 지속적으로 LTE를 고도화 (사용자 속도 향상과 서비스품질 향상) 하는데 있어 에 어려움을 겪고 있다. 

이러한 어려움을 풀기 위해 한국 방송통신위원회 (KCC)와 미래창조과학부 (MSIP)는 “모바일 광개토 플랜”을 세워 주파수 추가 할당 계획을 수립/발표하였고, 여기에는 FDD와 TDD 주파수가 모두 포함되어 있다. 즉, 앞으로는 LTE가 TDD로도 상용화 된다는 것이다. 

따라서 지속적인 LTE 고도화 준비를 위해서는 LTE-FDD 뿐 아니라 LTE-TDD에 대한 준비가 필요하다. 이번 KT의 LTE-TDD 주파수를 이용한 시연들은 이런 노력의 일환으로 보인다.