LTE Downlink FDD Physical Channel - 1

1. Time Domain
    · LTE 기본 시간 단위 (Ts) = 1/30,720,000
    · symbol (OFDMA)
    · 1 slot = 0.5ms = 7(6) symbol
       - CP(Cyclic Prefix)를 포함한 몇 개의 OFDM symbol들로 구성 됨
       - Normal CP 인 경우 7개의 OFDM symbol, Extended CP인 경우
         6개의 OFDM symbol
       - (15kHz 부반송파 간격(대략 66.7µs) + CP 길이) * 7 = 0.5ms
       - 첫번째symbol은 다른symbol보다 CP 길이가 약간 더 길다.
          (시간단위 개수(15,360)이 7로 나누어 떨어지지 않음)
    · 1 subframe = 2 slot = 1ms
       - 동적 스케쥴링을 위한 기본 시간 영역 단위
    · 1 frame = 10 subframe = 20 slot = 10ms = 307,200 * Ts
       - radio frame 기본 단위
       - 각 frame은 SFN(System Frame Number)로 식별

2. Frequency Domain
    · subcarrier (부반송파) = 15kHz
       - 7.5kHz 부반송파도 정의 됨
         (MBSFN 기반의 멀티캐스트/브로드캐스트 전송을 위해)

3. Block (Time/Frequency)
    · 1 Resource Element (RE) = 1 subcarrier * 1 symbol
    · 1 Resource Block (RB) = 12 subcarrier * 7 symbol(1 slot) = 84 RE
       - Extended CP인 경우 72 RE
       - Resource Block이 slot 단위로 정의되는 이유?
         (분산형 하향링크 전송과 상향링크 주파수 호핑이 한 슬롯 단위로 동작하여)

4. Bandwidth 상관관계
    - RB: 최소 6개에서 최대 110개 사이의 임의의 개수의 RB로 구성
       (BW가 20MHz라 해도 Occupied BW가 18.015MHz이기 때문에 RB=100)

Channel BW (MHZ)	1.4	3	5	10	15	20
RB	6	15	25	50	75	100
Sample Rate (MHz)	1.92	3.84	7.68	15.36	23.04	30.72
FFT Size	128	256	512	1024	2048	2048
Occupied BW (MHz)	1.095	2.715	4.515	9.015	13.515	18.015

     * Channel Bandwidth, 1 RB = 180 kHz (15kHz * 12)

GSM CDMA 동기 비동기의 이해

GSM/CDMA의 차이를 이야기 할 때 주로 사용하는 용어로 동기식, 비동기식이라는 용어가 많이 나오고 있다. 여기에서 사용하는 동기라는 용어는 기지국과 단말기 간의 시간을 맞추기(동기) 위한 시간정보를 GPS로부터 받아서 사용하는지 여부에 대한 부분으로 일반적인 통신방식에서 이야기하는 동기/비동식과 다르다.

- 동기식: 기지국과 단말기 간의 동기를 맞추기 위한 시간 정보를 GPS로부터 받아서 사용 하는 통신 방식 (CDMA)
- 비동기식: 기지국과 단말기 간의 동기를 맞추기 위한 시간 정보를 시스템 자체적으로 기준 시간정보를 만들어 사용하는 방식 (GSM)

실제로 휴대폰의 시간정보를 보면 비동기식 방식은 다른 휴대폰과 몇 초 정도의 오차를 보이고 있으며 동기식 방식을 사용하는 휴대폰은 모두 같은 시간을 보여준다.

CDMA 동기

단말기는 전원을 인가 후 Pilot channel, Sync channel을 이용하여 시스템과 동기를 시키고 필요한 시스템 정보를 수신한다. 단말기는 해당 과정 중에서 Sync channel을 통해 System Time을 수신한 다음 기준시간에서 현재시간을 표시하며 모든 메시지를 수신하는 시간적 기준점으로 사용한다. 만약 단말기 내부적으로 해당 timing이 어긋나게 되면 모든 메시지를 수신하지 못하게 되므로 해당 time은 주기적으로 갱신한다.

GSM 동기

단말기는 전원을 인가 후 FCCH(Frequency Collection Channel) 버스트를 찾고 동기화를 위해 동일한 주파수의 SCH 버스트를 찾는다.

CCH(Control Channel) -> BCH(Broadcast Channel) -> SCH(Synchronization Channel)

WCDMA 및 LTE는 각각 처음 부팅 시퀀스 상에서 비동기식 방법으로 기지국과 단말간의 동기화 과정을 거치게 된다.

동기식 방식은 미국에서 관할하고 있는 GPS 위성으로부터 System Time을 수신한다. 해당 사항이 유럽에서 CDMA 방식을 채택하지 않는 이유중의 하나이다. (혹, 미국이 GPS 사용에 제한을 가한다면?)

FDMA TDMA CDMA의 이해

FDMA (Frequency Division Multiple Access) – 주파수 분할다중접속

원하는 통신 신호의 대역폭만큼 전체 대역폭을 나누어 사용하는 방법으로 라디오가 각 방송국 별로 서로 다른 주파수를 가지고 방송파를 송수신하는 것과 동일한 원리이다. 일반적으로 음성을 전송하는데 필요한 최소 주파수폭은 300~3400Hz 정도이나 실제 통신에서는 음질이 너무 떨어지기 때문에 AM이나 FM 등의 변조를 통해 25~30kHz의 주파수대역폭을 사용한다.

비유: 모든 사람이 같은 언어를 사용하여 이야기를 할 수 있도록 작은 구역으로 나눈 (작은 단위의 주파수로 분할) 각각의 대화실에 차례를 기다렸다가 들어가서 이야기를 하는 것.

TDMA (Time Division Multiple Access) – 시분할 다중접속

정해진 주파수 대역을 주기적으로 일정한 시간간격으로 나누어서 각 사용자가 차례대로 자기에게 할당된 시간 동안 자기신호를 전송하는 것으로 수신하는 쪽에서는 역시 자기에게 해당하는 시간 동안만 수신정보를 수집한다. TDMA에 사용되는 이러한 시간 간격을 타임슬롯(Time Slot)이라 한다.

- Time Slot은 매우 짧기 때문에 실제로 통화자는 시간간격의 차이를 인식하지 못한다.

- TDMA에서 Channel이란 해당 Time Slot을 의미한다.

- Time Slot안에 받은 정보와 다음 Time Slot안에 받은 정보를 조합하여 하나의 데이터를 구성하게 되므로 음성신호인 경우 Sampling을 통한 데이터 변환이 필요하다.

비유: 모든 사람이 같은 언어를 사용하지만, FDMA 방식과는 다르게 모든 사람이 같은 장소에 모여서 이야기를 한다. 하지만 모든 사람이 동시에 이야기를 하는 것이 아니라 각각 이야기하는 시간을 정해서 자기에게 할당된 시간 동안에만 이야기를 하는 것.

CDMA (Code Division Multiple Access) – 코드분할 다중접속

미국 퀄컴사가 주파수 대역확신 기술(Spread Spectrum)을 이용하여 개발한 다중접속 방식으로 여러 사용자가 시간과 주파수를 공유하면서 신호를 송수신 할 수 있다.

- 특정 코드를 가지고 정보를 선택적으로 받아들이기 때문에 보안성이 높다.

- 데이터를 사용 가능한 전체 대역폭에 걸쳐 확산시키기 때문에 여러 통화가 하나의 채널에 겹치게 된다.

비유: 다른 두 방식과 비교해 보면, 여러 사람이 같은 장소에 모여서 동시에 이야기를 하는 것과 같다. 다만 서로 다른 언어를 사용하기 때문에 그 집단 안에서만 그 내용을 알아들을 뿐이고, 다른 사람이 이야기 하는 것은 단지 잡음으로 느껴지는 것.

FDMA/TDMA/CDMA Time/Frequency Domain