지난 5월, LG U+는 작년 10월에 이어 두 번째로 600 Mbps급 LTE-U 기술을 시연하였다. 첫 번째 시연에서는 2.6 GHz 20 MHz와 5.8 GHz 20 MHz를 묶어 300 Mbps급 속도를 보여주었고, 이번 시연에서는 2.6 GHz 20 MHz와 5.8 GHz 60 MHz (3 x 20 MHz)를 묶어 600 Mbps급 속도를 보여주었다.

LTE-U (LAA in 3GPP term)는 표준화도 완료되지 않은 상태지만, 국내에서는 LG U+를 선두로 이미 통신 3사 (SK Telecom, KT, LG U+) 모두 LTE-U를 시연하며 관련 기술을 확보해나가고 있다. SK Telecom은 올 2월 Ericsson/Qualcomm과 협력하여, 또 KT는 올 3월 MWC에서 삼성전자/Qualcomm과 협력하여 450 Mbps급 LTE-U 기술을 시연하였다.

무엇이 통신 3사가 경쟁적으로 LTE-U 시연을 하도록 하는 걸까? 그리고, LG U+가 가장 적극적인 이유는 무엇일까?    

한국 통신 시장 상황을 살펴보자. 한국의 LTE 시장은 이미 성숙기로 접어들었다. 한국은 Q1 2015년 기준으로 i) 전체 모바일 가입자의 66%가 LTE 가입자이고, ii) LTE 데이터 사용량은 120 PB로 2G, 3G를 포함한 전체 모바일 데이터 사용량의 96%를 차지하며, iii) LTE 단말 사용자의 데이터 사용량은 월 평균 3.4 GB에 이른다. 

한국의 통신 3사는 모두 LTE 주파수로 40MHz (DL)를 갖고 있으며, 3-band CA를 이용하여 최대 300 Mbps를 지원하고 있다. 이제까지 통신 3사는 성공적으로 LTE 주파수를 확보해가며 (10→20→30→40 MHz) CA를 이용하여 더 빠른 속도를 제공해왔으나, 주파수 확보는  점점 힘든 싸움이 되고 있다. 올해 말에는 700 MHz, 2.1 GHz, 2.6 GHz 대역에서 주파수 경매가 예정되어 있는데, 광대역 (20 MHz) 주파수를 얻기 위해서는 UHD 방송, 제4 이동통신사 등과 힘든 경쟁을 해야 한다. 주파수 할당과 관련된 국가 정책의 영향과 천문학적 주파수 비용도 부담이다. 

LTE-U (LTE in Unlicensed spectrum)는 WiFi용으로 사용되는 있는 비면허 대역인 5 GHz 대역을 LTE 통신에 이용할 수 있는 기술이다. 면허 대역처럼 독점적으로 사용할 수는 없지만, 보조 대역으로 수십 MHz 이상을 사용할 수 있다. 트래픽 증가와 주파수 부족과 주파수 비용의 압박에서 스트레스를 받는 이동통신 사업자들에게는 매력적인 대안일 수 밖에 없다. 

5GHz 비면허 대역의 출력은 소출력으로 제한되므로, LTE-U가 상용화된다면 small cell부터 적용될 것이다. 실/내외 hotspot이나 in-building solution이 첫 번째 target이 될 것으로 예상된다.

Netmanias는 LTE-U 시연을 주관한 LG U+의 액세스망 개발팀 관계자를 만나, LTE-U 시연 환경과 내용, LTE-U의 적용 영역과 상용화 계획에 대해 이야기를 나누었다. 하나씩 간단히 살펴보도록 하자.

■ LTE-U 시연  
LTE-U 시연 망: 그림 1은 LG U+의 LTE-U 시연 구성도이고 그림 2는 시연 현장 모습이다.

그림 1. LG U+의 LTE-U 시연 구성도 (Source: LG U+)

LTE-U 시연 망은 단말(LTE-U 테스트 단말), RAN(상용 BBU, 두 개의 LTE-U small RRH, BBU와 small RRH들을 연결하는 HUB), Core(상용 EPC)로 구성되었다. BBU는 2.6 GHz 망에서 운용되는 상용 BBU이고, LTE-U small RRH는 multi-band RRH로 LTE 2.6 GHz와 WiFi 5.8 GHz를 지원한다.     

LTE-U는 LTE 대역을 anchor로 하여 LTE 대역과 WiFi 대역을 CA로 묶어 전송 대역폭을 넓혀준다. 시연에서는 LTE 2.6 GHz 대역에서 carrier 하나와 WiFi 5.8 GHz 대역에서 3개의 carrier를 이용하여 4개 carrier를 CA하였다. 각 carrier 대역폭은 20 MHz로, 단말은 총 80 MHz 대역폭으로 600 Mbps급 download 속도를 보여주었다. 이는 현재 LTE-A 상용망최고 속도의 2배이다.

BBU와 HUB은 광으로 HUB과 small RRH들은 UTP로 연결된다. 단말로 전달되는 데이터는  

• BBU에서 HUB으로 CPRI 신호는 광으로 전달되고, 
• HUB에서 small RRH들로의 CPRI 신호는 UTP(GE)를 통해 전달된다. 즉 CPRI over Ethernet이며, CPRI 신호는 small RRH에서 종단된다. 
• Small RRH에서 LTE baseband signal은 LTE/WiFi RF signal로 변환된다. Primary LTE carrier와 3개의 supplementary WiFi carrier가 CA되어 단말로 전송된다

이번 시연에 사용된 LTE-U small RRH는 모듈러 구조로 2.6 GHz 모듈 (LTE 모듈)과 WiFi 5.8 GHz 모듈 (LTE-U 모듈)의 조합으로 구성된다. Small RRH 1은 LTE와 LTE-U 모듈로 구성되고, Small RRH 2는 LTE-U 모듈 2개로 구성되었다. 이번 시연에서는 각 모듈 별로 하나의 UTP로 HUB에 연결되었으나 상용시에는 Small RRH당 하나의 UTP로 HUB에 연결된다. LTE-U Small RRH는 현재는 2-band를 지원하나 내년에는 3-band를 지원할 계획이다. 

그림 2. LG U+ LTE-U 시연: 상단 왼쪽에 있는 두 개 하얀 장비가 small RRH이고 단말은 탁자 밑 서랍에 들어가 있다. 단말 DM 화면이 모니터에 보여지고 있다. 

오른쪽에 LTE-U 기술이 인빌딩 환경에 적용된 예이다. 기존 Macro C-RAN이 인빌딩 환경으로 들어간 모양새이다. 

기본적으로 Macro C-RAN처럼 BBU와 RRH가 분리되는 구조를 갖지만, 인빌딩 환경에서는 BBU와 small RRH들이 HUB을 통해 연결되는 변형된 형태의 C-RAN 구조를 갖는다.

Macro 망에서 BBU와 RRH 간 광케이블을 통한 CPRI 인터페이스는 건물내 케이블 배선망을 이용해야 하는 인빌딩 환경에서는,

i) BBU-HUB간 CPRI 인터페이스 (광)

ii) HUB-small RRH간 GE 인터페이스 (CPRI over Ethernet, UTP)

로 나누어진다.

이 구조를 또 다른 각도로 보면 DAS에서 안테나가 건물내 곳곳에 분산되어 있고 단말이 이 안테나에 접속하는 것처럼, LTE-U 망에서는 small RRH가 DAS의 안테나 자리에 위치하여 단말들을 수용하는 것이다. 

■ LG U+는 왜 LTE-U에 가장 적극적일까?

■ LTE-U 서비스 상용화 계획