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기획특집 키사이트 IIoT 분야의 URLLC 및 mMTC 기술

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 22회 작성일 23-01-13 14:52

본문

서 론

5G는 크게 eMBB(Enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra-Reliable Low Latency Communication), mMTC(Massive Machine Type Communication) 등 3가지 서비스로 구분되며, LTE 대비 20배 이상 빠른 최대 20 Gbps의 다운링크 데이터 속도, 1ms 미만의 응답속도 그리고 연결할 수 있는 디바이스의 수가 1km제곱 안에 약 100만 개의 기기 연결을 목표로 기술 발전이 이루어지고 있다. 최근에는 기존 공장의 물리적인 생산 및 제조 공정에 IOT 기술을 적용하여, 생산성 및 품질을 높인 스마트 팩토리(Smart Factory) 구현을 위해서 5G 통신 기술의 중요성이 높아지고 있다.

본고에서는 3GPP에서 논의 중인 IIOT(Industrial I oT) 분야에서 중요한 URLLC 및 mMTC 기술 표준화 동향을 소개하고자 한다.

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본 론

1) 5G Numerology 최적화 및 Mini Slot
부반송파(Subcarrier spacing) 간격을 FR1주파수 대역에서 15 kHz, 30 kHz뿐만 아니라 60 kHz까지 조정해서 짧은 슬롯 길이(Slot duration)를 사용할 수 있도록 한 Numerology 최적화와 신호 전송을 슬롯 내 어디서든 전송이 가능하게 미니슬롯(Mini-Slot_Mapping Type B)을 도입하여 응답속도를 줄일 수 있다.
 2) Fast UE Processing Capabilities
단말의 신호 처리 성능에 따라 Capability1과 2로 구분하여 다운링크 및 업링크 신호 처리 속도를 빠르게 할 수 있는 단말들은 기지국에서 신호 처리 간격을 최적화하여 응답속도를 줄일 수 있다.

3) UL Grant-Free Transmission
기존 방식은 상향 링크 전송 시, UL Grant를 포함한 스케쥴링 방식을 사용하지만, 응답속도를 줄이기 위해 UL Grant 없이 상향 링크를 전송할 수 있는 새로운 방법이 제안되었다. Type1은 RRC(Radio Resource Control)에 의해서 구성 및 활성/비활성을 할 수 있고, Type2는 RRC에 의해서 구성을 하고, L1 신호를 이용해서 활성/비활성을 할 수 있도록 구분하였다. 그리고 Release16에서는 다양한 서비스 및 트래픽, 신뢰성 개선, 응답 시간 단축을 위해서 여러 개의 Grant 구성을 지원할 수 있다.
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4) PUSCH K-repetitions
기존 HARQ process는 단말이 전송하는 신호에 대해 NACK이 발생하면 순차적으로 재전송을 하였지만, 미리 정의된 K-Repetition을 사용하여 재전송이 아닌 반복 전송을 통해서 응답 시간을 줄일 수 있으며, 그러한 방법이 제안되었다.
5) Inter-UE DL/UL Traffic Multiplexing
eMBB 서비스 상황에서 URLLC 서비스 처리를 해야 하는 경우 eMBB 서비스를 제한하고, URLLC 서비스를 먼저 해야 한다(일반적으로 eMBB보다는 URLLC 서비스가 긴급한 경우가 많기 때문). 중복되는 주파수 및 시간 자원에 대해서 사전에 예방해서 조절하는 경우와 바로 조치하는 경우로 나뉘어져 서비스의 우선순위를 조절할 수 있다. 다운링크의 경우 UE1은 eMBB, UE2는 URLLC 서비스를 한다면, 기지국은 UE1의 eMBB 서비스를 하고 있더라도 긴급한 URLLC 서비스 요청이 들어오면 즉시 스케쥴링하여 처리할 수 있다.
업링크 같은 경우, Release15에서 단말은 eMBB 서비스 중에 URLLC에 관한 SR 요청을 하고, 기지국이 UL Grant를 할당하면 단말은 동시 서비스를 위한 TX Power를 조절해야 한다. Release16에서 기지국은 UE로부터 SR을 받으면 eMBB 서비스를 취소하기 위해 UL Pre-emption indication을 보내고, URLLC를 위한 UR Grant를 할당한다. Release17에서는 취소된 eMBB 서비스를 재전송하기 위한 새로운 UL Grant를 할당한다.
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6) Low-SE CQI/MCS Tables
URLLC를 위한 새로운 MCS와 CQI Table이 제안되었고, 제안된 URLLC용 Table의 BLER Target은 10-5다.

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7) Type-2 Random Access Procedure
기존 Random Access 과정은 MSG1부터 MSG4까지 총 4단계의 과정으로 이루어져 있지만, 응답속도를 줄이기 위해서 2단계의 과정으로 적용할 수 있다.
8) Compact DCI
Payload 사이즈를 줄이고, Code rate를 감소시켜 신뢰성 향상을 얻을 수 있는 Compact DCI가 제안되었고, DCI format은 DCI format 1_2와  DCI format 0_2이며, DCI size는 10에서 16 bit 사이즈를 목표로 한다.

9) UE Power Saving
배터리만 이용해서 오랜 시간 동안 mMTC 서비스가 진행되어야 하며, 단말의 전력 소비를 줄일 수 있는 다양한 기술이 제안되었다. Release15에서는 DRX off 구간에 RF 회로 및 Front-End hardware를 스위치 오프할 수 있게 허용되었고, Release16에서는 WUS(A wake-up signal indication)을 DCI에 의해 전송되면, WUS 신호를 받아야만 DRX on 할 수 있게 추가되었다. 또한 단말이 Cross-Slot과 Same-Slot 등 두 가지 State를 가지고 RF data를 Sleep 할 수 있고, 서비스 트래픽에 따라 BWP를 이용, DL MIMO Layer를 최적화할 수 있도록 기술이 제안되었다.

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10) UE Positioning
위치 정보를 얻기 위해서 다운링크의 시간을 이용한 DL TDOA(Time Difference of Arrival)와 각도를 이용한 DL AoD(Angle of Departure)가 있고, 업링크의 시간을 이용한 UL TDOA(Time Difference of Arrival)와 각도를 이용한 UL AoA(Angle of Arrival)가 있고, 복수 개 셀 신호의 RTT(Round-Trip Time)를 이용한 Multi cell RTT(Round Trip Time) 방식도 있다. 이를 위해 다운링크에서는 새로운 Reference Signal인 DL PRS(DL Posi tioning Reference Signal)와, 업링크에서는 SRS(Sounding Reference Signal) 신호가 제안되었다.


맺음말

본고에서는 3GPP 표준 규격을 중심으로 Rel-15, Rel-16 URLLC와 mMTC 기술을 살펴보았다.  

IIOT 산업을 발전시키기 위해서는 유선 링크 수준의 저지연 및 고신뢰 요구사항을 만족시켜야 한다. 현재 산업계의 요구사항에 맞추어 다양한 표준 활동이 진행되고 있으며, 실제 산업 현장에서 빠른 시간 내에 5G 기술이 폭넓게 사용 및 적용할 수 있기를 기대해 본다.


young-ryoul.kim@keysight.com