Heterogeneous Network

  통신사들이 지속적으로 LTE 커버리지를 늘린다고 하더라도 데이터 폭증 및 음영 지역이 생길수 밖에 없는 것은 당연하다. 이를 방지하고자 큰 범위의 macro 셀 내부에 pico나 femto 셀을 도입하여 이러한 문제를 해결한다. 여러가지로 묶인 Heterogeneous network 이하 'HeNet'을 한국같은 경우 스마트폰 도입 당시 유선 최대 사업자인 KT가 와이파이 망으로 승부를 하자 SKT는 무제한 데이터와 펨토셀을 들고 나왔었다. 하지만 무제한 데이터는 결국 대부분의 사업자가 폐지식으로 발을 돌렸으며, 펨토셀의 경우 제대로된 간섭 기술과 불완전한 핸드오버로 인하여 한창 마케팅을 하다가 어느 순간 조용히 사라졌다. CCC를 도입했던거 처럼 점차 macro 셀의 반경을 줄여 나가며 절단율과 체감 성능을 높히더라고 해도 반경 감소 또한 어느정도 적정선이 있기에 향상된 성능을 위해 펨토셀등이 다량 도입된다. LTE에서는 펨토셀의 지속적인 도입과 활용을 위하여 macro 셀과의 간섭및 조화 방법이 지속적으로 개발되고 있다.

 

LTE Rel-8에서 약 3~4db정도의 이득을 얻을 수있는 HeNet이 있었지만 약 9dB정도의 이득을 얻을수 있도록 범위 확장 개념이 추가 되면서 단말기로 node의 전력 차이로 인해 DL 신호 대 간섭비가 매우 낮게 발생 할 수 있기에 macro 셀에서 주파수 도메인 및 ICIC를 활용하는 등의 추가적인 해결책이 필요했다. 이런 방법중에서 확장 캐리어 구성을 통한 간섭 제어 방법과  저전력 노드로 부터 제어 신호는 동일한 시간-주파수 자원을 사용하는 macro 셀 전송을 제한하여 단말기에 대한 간섭을 보호 할 수 있는 걸로 자원 분할과 CA 혹은 시간 도메인에서의 alomost blank subframe (ABSF)에 의존등 여러가지 전략이 있다.

 

macro 셀과 저전력 셀에 CC(Component Carrier)의 확장 캐리어로 구성된다. macro 셀에 확장 캐리어의 구성 설정은 PDCCH를 전송하고 저전력 셀의 비 확장 캐리어의 제어 영역에 발생하는 간섭을 방지한다. 저전력 셀에서 확장 캐리어 설정 구성은 macro 셀에서 심각한 간섭을 초래한다. 저전력 셀에 연결된 UE는 확장 캐리어에서 PDSCH 할당에 대한 비 간섭 (비확장 캐리어) 에 PDCCH를 받는다.

 

하지만 이 케이스에서 사용되는 확장 캐리어의 경우는 후방위 호환성 방법이 아니다. Resource에서 제어 채널 구성 방법에서 LTE-A에서 지원하는 방법이기 때문에 기존 Rel-8/9과 같은 legacy 단말기에 대해서는 사용이 불가능하기 때문에 아무리 LTE-A 단말기가 대거 출시를 하더라도 기존 사용자와의 호환성이 우선이기 때문에 적합하지 못하다.

 

주파수 분할 방법은 기본 두개의 주파수를 활용한 간섭 제어 방법이다. 일반적으로 macro에서는 F1을 사용하고 pico에서는 F2를 사용하여 pico셀의 반경을 확장하더라도 간섭이 일어나지 않게된다. 하지만 이 경우 단순히 macro 셀 보다 작은 셀에 대해 주파수를 별도로 분리하여 사용하는 거에 대해서는 주파수 자원의 낭비가 심하다. 이 경우 두 셀에서 F1과 F2를 모두 사용하나 주파수 도메인과 시간 도메인 상에서의 분리를 통하여 간섭을 조정한다. 

Cross-carrier scheduling 을 사용하는 CIF(Carrier Indication Field) 구성을 통한 제어 채널에 대한 간섭을 피하는 방법이다. CIF를 사용하는 방식의 경우 확장 캐리어와는 다르게 기존 PDCCH 구조를 재사용하기 때문에 후방위 호환성이 지원된다. 하지만 cross-carrier scheduling에서의 PCFICH는 정확한 PDCCH를 알려주지 않으면 단말의 복조에 문제가 생기기 때문에 PCFICH의 높은 정확성이 요구된다.

Rel-11이상의 경우 non-carrier aggregation 기반의 접근이 있다. non-carrier를 통한 단일 주파수 운영의 경우 ABSF와 같이 소형 셀에 대한 간섭을 방지하고자 자원을 비울 필요없이 E-PDCCH를 사용하여 간섭을 방지하는 전략이다. 하지만 이 경우도 Rel-8/9/10과 같은 후방위 호환성이 지원 되지 않기 때문에 셀과의 연결을 위하여 저전력 노드에만 E-PDCCH를 적용하는 형태이다. 이를 통하여 Rel-11이상의 UE의 경우 E-PDCCH를 통한 저전력 노드에서의 간섭 제어를 통한 데이터 전송이 가능하고 이전 릴리즈의 단말기는 Macro eNB를 통하여 접속을 하는것이 가능하다.

 

주파수 도메인과 시간 도메인 분할 방식 에서 저전력 노드와 macro 셀과의 차이는 개별적인 셀 ID를 가지고 각각의 분리 셀을 만들 수 있다는 것이다.  Soft-combined는 각 피코 노드에서 macro 셀과 같은 고유 시스템 정보 및 RS등의 동기 전송을 하기에 개별적인 셀을 만들지 않고 macro 셀의 일부가 된다.  각각의 셀은 CRS에서 파생되는 고유한 셀 ID가 있는데 셀 ID 정보를 통해 단말기는 셀의 CRS를 추정하고 네트워크에 접속 하는데 필요한 시스템 정보를 얻는다.

 

 

Heterogeneous deplyment using a soft-cell scheme에서 전송 포인트 다른 한 편으론 단순히 단말기가 데이터 전송을 받을 수 있는 하나 이상의 연관된 안테나이다. 전통적으로 각 셀은 CRS뿐 만 아니라 모든 데이터 전송이 전송되는 포인트가 있다. 그러나 Rel-10에서 CRS와 다른 DM-RS가 소개되었다. DM-RS 신호는 관련 데이터같은 동일 프리코딩과 데이터 전송이 검출 되었을때만 전송된다. 단말기로의 DM-RS 데이터 전송 적용은 CRS 기반 전송 포인트에서 보낼 수 없으며, 데이터는 다른 전송 포인트에서 시간-주파수 resource에서 재사용 될 수 있다.  데이터는 좌측 저전력 노드에서 1 단말기로 전송된다. 관련 DM-RS는 데이터와 같은 전송 지점에서 전송되기 때문에 단말기는 구역 분할 향상은 macro 셀 내의 여러 저전력 노드에서 데이터 전송 시간-주파수 resource의 재사용을 달성하기데이터 전송에 사용되는 지점은 알 필요가 없다.  달성 하기 위해 데이터 전송에 사용되는 지점은 알 필요가 없다. CRS 기반의 Rel-10에서 제어 정보는 최소한 macro에서 전송되어야 한다. 많은 케이스에서 다른 전송 지점으로 부터 데이터와 연관된 제어 신호가 발생한다. 이 명백한 단말기는 전송 포인트 ID에서 데이터 신호에 해당하는 RS 매치가 필요하며, 포인트는 연관이 없다. 제어 정보 전송의 여러가지 방법을 보여주는데 단말기 1의 경우 제어 신호는 macro에서 받으며, 저전력 노드는 오직 데이터 전송때만 활성 되기 때문에 에너지 감소의 이득이 생긴다. 단말기 2의 경우 동일한 CRS와 제어 신호는 macro와 저전력 노드로 부터 전송된다. 같은 신호는 두 노드로 부터 전송되며, 단말기는 단일 복합 노드로 이해한다. macro와 저전력 노드 모두에서 전송의 무선 조합을 통해 제어 신호의 신호 대 잡음비의 결과가 향상된다. 전력 제어 목적을 위해 LTE 단말기는 수신된 CRS 신호의 강도에서 UL 경로 손실을 추정한다. 따라서 단말기 2는 (적어도 Rel-8/9/10 단말기)더 정확한 UL 전력 제어가 가능하다. 

Reference

Ericsson Heterogeneous network deployments in LTE

Research In Motion, UK Limited R1-100568

Ericsson, ST-Ericsson R1-110649