네트워크 : WAN - Cellular Wireless Network

지난 시간에는 스위칭 방식과 WAN에 대해서 알아보았다. 

 

이번 시간에는 Celluar에서 전반적인 내용을 정리해보자.

 

Cellular의 원리

네트워크의 형태와 특징이 cell처럼 조직화 되어있다는 뜻이다. 다른 말로 이동통신 네트워크라고 하면 된다(흔히들 말하는 LTE, 5G라고 보면 된다)

 

* Cell?

세포들은 조직적으로 구성되어있다. 이런 형태로 네트워크의 모양이 세포처럼 되어있다는 뜻이다. 

하나의 기지국이 하나의 Cell을 담당하고 있다. 다른 말로 하나의 기지국이 담당하고 있는 영역이라고도 한다. 

 

왜 이런 Cell의 형태를 띄고 있는가?

- 네트워크 용량을 늘려서 신속하고 빠르게 전송하기 위해서 그렇다.

 

* 이전에는 무조건 넓은 영역을 커버하려면 높은 곳에 송신 타워를 키워서 네트워크를 구성했다. 하나의 셀이 커지면 어떻게 될 것 같을까? 파워를 무조건 키워서 넓은 영역을 맡는 것은 바람직하지 않는다.

 

= 하나의 셀을 작게 만들어서 세포가 우리 몸을 구성하듯이 작은 셀들을 촘촘히 구성한 것이다.

 

핵심은 무엇이냐면,

여러개의 적은 파워를 쓰는 기지국들을 cell처럼 여러 개를 만들겠다.

 

( 와이파이를 모바일 네트워크라고 표현하지 않는다. 처음부터 이동을 하는 사람들을 대상으로 만들어진 것이 아니다.

하지만 cellular 네트워크는 이동하는 사람들을 대상으로 만들었다. )

 

주요 개념1.

* 기본적으로 인접한 셀에서는 다른 주파수를 할당받는다. 충분히 멀리떨어진 셀들은 같은 주파수를 사용할수있다.

 

 

셀을 도식화하면 다음과 같이 나뉘어진다.

1. 사각셀

2. 육각셀

- 실제로 파장은 동일한 방향으로 원형으로 보내게 때문에 실제로 이상적인 셀은 원형이다. 하지만 현실적으로는 육각셀을 사용한다.

- 사각형으로 모델했을 때는 신호의 세계는 거리에 제곱의 반비례한다. 인접셀간의 거리가 다르게 모델링이 되기 때문에 그렇다. 간섭효과, 효율성를 확인했을 때, 좋지 않다.

- 모든 인접셀에서의 거리가 육각셀의 경우 동일하다. 실제로는 환경적인 다양한 요소때문에 예쁜 모양으로 커버리지가 결정되지 않는다. 

 

frequency reuse - 주파수 재사용

인접한 애들끼리 영향을 미친다. 하지만 최근에는 다양한 기술들로 인해 해결되는 추세이다.

 

파워 컨트롤을 얼만큼 잘 조절해야하는가? 

가장 최선은 셀의 경계에 있는 애들까지만 서비스를 할 수 있게 파워를 잘 조절하는게 중요한 기술이다.

 

frequency reuse하는 방식도 여러가지가 있다.

전체 자원을 CELL 4개, 7개, 19개로 나눠서 쓰는 방법들이 있다. 어떤 방법이 더 좋을까? 정답이 없다.

4개는 한셀이 사용할 수 있는 자원이 많아지지만, 간섭에 미치는 영향거리가 좁다. 

 

어느 경우에 인접셀의 간섭이 영향이 가장 큰 케이스는 n이 4일 경우이다. 그렇기 때문에 frequency reuser 패턴을 잘 설정해야 한다. 기지국을 어디에 어떻게 설정해야 하는가? 이런게 중요하다.

 

 

이런 네트워크 환경에서 Capacity를 늘릴려면 어떻게 해야하는가? 하나의 셀에서!

 

1. 가장 심플한 방법은 채널을 많이 쓰는 것이다. frequency 자원 자체를 많이 사용하는 것이다

2. 인접셀의 자원을 빌려오는 것이다. 어디는 공연장인데 어디는 논밭이다. 이런 경우는 논밭의 주파수를 빌려오는 것이다.

3. cell을 스플리팅 하는 것이다. 송신 파워는 사용자에게 충분히 도달할 수 있다. 하지만 사용자가 너무 많은 경우는 의도적으로 담당 셀을 작게 만들고, 다른 인접셀의 크기를 조절해서 용량을 늘린다.

결국은 단위 사용자당 용량은 셀을 줄이면 줄일수록 증가한다. 셀을 작게 만들면 작게 만들수록 좋은 것이다.

 

4. cell sectoring을 한다.

기지국은 하나지만 셀 내에서도 주파수, 혹은 자원을 나눠가지고 사용한다. 어느 방향에서는 1번만 쓰고, 어느 방향에서느 2번만 쓰고 이렇게 셀 내에서 조절해서 frequency reuse의 효율을 높힌다.

셀이 작아지면 작아질 수록 좋다. 그 이유는 하나의 셀당 받치는 사용자의 수가 줄어들 기 때문이다. 기업입장에서는 돈이 많이 들 것이다. 그래서 이것을 잘 조절하는 것이 좋다.

 

 

cellular system에서 채널이라는 개념

HDLC를 배웠다. 프레임 포멧을 보면 어디는 address정보, 어디는 FCS, 컨트롤 정보가 들어가있다. 데이터가 아닌 정보들이 포함되어 있다. 하지만 네트워크와 형태의 종류에 따라서 프레임 포멧을 구성이 모두 다르다. 

 

cellular system에서 채널 아얘 물리적으로 데이터가 오고가는 통로와, 컨트롤 정보가 오고가는 통로가 각각 물리적으로 구분되어 있다. 그렇기 때문에 cellular 채널에선 2가지 물리적 채널이 존재한다.

1. control channel

2. traffic channel

 

(상당히 심오한 이야기지만 표준을 읽어봐야 좋지만 딱 이정도만 알면 좋을 것 같다.) 

 

중요한 것이 셀에서 건너갈때 정보가 끊기면 안되겠지? 

handoff

-> 기지국이 알아서 서비스 세션을 인접 방향의 기지국에게 서비스 세션을 넘겨주는 것이다. 

 

셀룰러 유저들은 모바일 유저들을 타겟으로한 네트워크이다. 그렇기 때문에 기본적으로 무선이다. 그렇기 때문이 signal strength을 생각해야 한다.

 

기본적으로 모빌리티가 있기 때문에 fading에 강인한 요소가 필요하다. 

fading이란? --> 찾아보기

 

Cellular System 디자인 요소

propagation effect

: 신호 컨트롤을 적절하게 사용자에게 도달시켜주게 조절해주는게 중요하다. 보낸애가 잘 받도록 컨트롤 해줘야 하는데.. 

 

하지만 이는 예측하기가 힘들다. 수학적 수식으로 표현할 수 가 없다. 그래서 이런것은 경험적인 데이터를 가지고 모델링을 한다. 그것에 맞게 예측을 해서 네트워크 최적화 기능들을 수행한다.

 

* 프로포게이션이 어떻게 일어나는 것에 대해서 확인하는 모델을 채널 모델이라고 한다.

 

 

Fading의 종류

1. Fast fading

2. slow fading

3. flat fading

4. selective fading

- 주파수, 혹은 성분에 따라서 선택적으로 성분들마다 다른 fading 특성을 보인다. 이런 것들에 의해서 에러가 발생하고 이런 것을 극복하기 위해서 error correction 을 한다. adaptive equalizationdmf 사용한다. 

5. multipath fading

신호를 쐈을 때 각자 길마다 도착하는 시간이 다르다. 길이 워낙 다양하기 떄문에 그렇기 때문에 이러면 신호가 왜곡이 되고 신호가 떨어질 수 있다. 이런 경우도 잘 확인해야 한다.

 

Error Compensation Mechanisms

diversity 

다양하게 신호를 중복해서 받는다. 데이터를 다양하게 받는다. 그중에 하나라도 받으면 성공! 에러를 줄이기 위해서 위와 같은 효과를 준다.

 

 

셀룰러 네트워크의 변천사를 확인할 것이다.

 

2G - 3G - 4G- 5G

어떻게 구분하는가?

G의 약자가 무엇인가? Generation이다. 

어떻게 구분하는가? 3G라고 해서 

 

2G 시절에는 

5G는 명시적으로 어떤 시스템인지 규정할 수 있다. 하지만 이전 세대는 여러가지 기술이 있다. 5G에서 천하통일이 있다.

솔직히 구분하는 경계는 없다

 

일반인 수준에서 이해하기 쉽게 애기하는 것은 어플리케이션을 말한다,.

1G

--> 실제로 상용화되지않았다. 학문적으로 의미는 분명하게 있다. 연구용으로만 되어 있다. 

2G

--> 음성 통화를 이야기 한다. 전화와 문자만 되는 폰,

CDMA, TDMA

3G

--> 데이터 서비스가 활성화 되기 시작했던 경계가 있다.

CDMA

chip rate- 얼마만큼의 데이터 주파수를 곱해서 보낼 것인가? 보통은 1초에 3메가 칩 레이트가 적용한다.

mulitirate 도 적용되었다.

 

4G

--> 멀티 미디어 서비스 적용 유튜브도 봐야하고 인터넷도 봐야하고 어?

동영상도 봐야하고

 

핸드폰에서 전부다 IP 베이스로 연결되는 것이다.

 

LTE - Advanced -

예전에 에그 생각하면 된다. 지금은 없어졌지만 군대에서 사용한다.

OFDMA = FDMA + TDMA 합쳐서 사용한다. 

--> 여기 조금 더 봤다. 안테나 자원을 여러개를 사용하는 것이다. MINO기술이 적용되었다. 

 

숫자로 외울 필요는 없다., 눈으로 쓱 보기. 

 

Femtocell -점점 작아진다. 그냥 상징적인 표현 점점 작아지는 것이다

셀이 작아지면 작아질 수록 사용자는 좋다. 단위 사용자당 속도가 증가한다. 진짜 많이 언급하심

 

나머지 뒷부분은 그림으로 쓱쓱 넘어감