[펌] HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

WCDMA와 cdma2000 관련기술은 각각 3GPP와 3GPP2에서 표준화를 주도하고 있는데,

이들 양대 기구는 WCDMA와 cdma2000 표준을 제정한 이후 급증하는 무선이동 환경에서의

고속 패킷데이터 서비스 요구에 부응하기 위해 보다 더 높은 데이터율의 패킷 데이터

전송을 가능하게 하는 표준 개발을 시작하였다. 그리고 그러한 표준 개발의 결과로

3GPP에서는 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)를, 3GPP2에서는

1X EVDV (EVolution Data and Voice)를 완료하였다. 그 중 3GPP 시스템의 진화 기술의

하나인 HSDPA에 대하여 알아본다.

1) 채널구조
3GPP의 HSDPA를 위해 사용되는 채널은

HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control CHannel),

HS-DSCH (High Speed Downlink Shared CHannel)와
HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared CHannel),

HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel)가 있다.

가) HS-DPCCH
각 단말이 하향 파일롯트 채널 상황이 가장 양호한 기지국을 선택하여 해당 채널 상황에

적합한 변조 및 부호화 정보를 피드백하는데 사용하는 상향 채널로서 기지국으로부터

패킷 데이터를 수신한 단말은 ACK/NACK 정보를 HS-DPCCH를 통해 전송한다.

나) HS-SCCH
채널코드, 변조방식, TB(Transport Block) set size로 구성되는

TFRI(Transport Format and Resource Indicator)와

H-ARQ(Hybrid-ARQ) 관련 정보를 전달하는 하향링크로 한 개의 단말 당 최대 4개까지

사용할 수 있다. QPSK 변조를 사용하고 SF(Spreading Factor)는 128이다.

다) HS-DSCH와 HS-PDSCH
HS-DSCH는 고속 패킷 데이터 전송을 위한

하향 전송 채널 (Downlink Transport Channel)이다. HSDPA 전송을 위해 기지국과

하나의 단말 사이에는 하나의 DPCCH와 HS-DSCH, 하나 이상의 HS-SCCH가 형성된다.

HS-PDSCH는 HS-DSCH를 전송하기 위한 물리채널이며 HS-DSCH는 하나 이상의

HS-PDSCH로 구성된다. 이것은 전송속도 변조 방식(QPSK 또는 16QAM)에 따라 다르다.

2) 전송 기술
HSDPA에서는 전송효율의 증대를 위해 AMC(Adaptive Modulation and Coding)와
H-ARQ(Hybrid ARQ) 기법을 적용하고 있으며, 스케쥴러 기능을 Node B에 추가하여
빠른 채널 적용을 수행하도록 하였다. 이에 대한 내용을 간략히 살펴본다.

가) AMC 기술
채 널 명 채 널 용 도 주 요 특 성
HS-PDSCH DL 전송채널 - 데이터 전송 채널 - SF=16, QPSK/16QAM
HS-SCCH DL 제어채널
- 2영역으로 구성 - HS-PDSCH 채널 정보
- H-ARQ 파라미터 - SF=256, QPSK 사용
- UE(User Equipment)당 최대 4개 사용
HS-DPCCH UL 제어채널
- AMC를 위한 채널 품질 정보(CQI)
- H-ARQ를 위한 ACK/NACK 정보
HS-DSCH에서는 전력제어방식을 사용하지 않고 AMC를 사용한다.

즉 HS-DPCCH에의해 UE(Uplink Enhancement)에서 Node B로 전달되는 CQI에 의해

변조 방식 및 채널 부호화율을 TTI (Transmission Time Interval:2msec) 단위로 결정하여

변경한다. 채널 부호화기는 터보 코드 1/3 부호화기를 기본으로 부호화율을 변화시켜
1/4, 1/2, 3/4를 사용한다.

CQI는 기본적으로 UE에서 측정된 심볼 전력 대 잡음 전력비이다.

따라서 AMC는 2msec 정도의 Link Adaptation 지연이 있으며

UE에서의 신호대 잡음비 측정오차에도 성능이 영향받음을 알 수 있다.

기지국에서는 HS-DSCH와 함께 전송되는 하향 링크의 DCH로 전달되는 전력 제어 명령을

활용하여 채널 품질 정보를 추정하는 방법도 제안되었다.

한 개의 Node B에서 다중 코드는 최대 15개까지 사용할 수 있다.

나) H-ARQ 기술
H-ARQ 방식은 수신된 데이터에 에러가 존재하는 경우, 에러를 수정하지 않고

재전송에 의해 데이터 수신 성공율을 높이는 재전송 방법과 수신된 에러를 정정하는
오류정정채널코딩을 결합시키는 방법이다.
3GPP 비동기방식은 선택적 재전송 (Selective Repeat) 방법을 사용하고 있다.
선택적 재전송 방식은 전송단에서 패킷을 연속적으로 보내고 ACK 또는 NAK를 수신한다.

ACK를 받는 경우, 다음에 보낼 패킷을 보내지만, NAK를 받으면, 해당 패킷을
재전송한다. 선택적 재전송방법은 NAK를 전송받은 후에도 계속해서 다른 패킷을

재전송받을 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 패킷을 순서적으로 저장해야 하기 때문에,

큰 버퍼가 수신단에서 필요하다는 단점을 가지고 있다.
또한 이 방법은 상위계층에서 관리하므로, 데이터를 처리하기 위해 물리계층에서

상위계층으로 이동하는 데 소요되는 시감 및 상위계층의 처리시간 때문에

시간적 지연 (delay)이 크므로, 고속패킷서비스에는 적절하지 못하여,

고속패킷서비스의 재전송은 N-채널 정지-대기(Stop-and-Wait) 재전송방법을

사용할 예정이다.
3GPP 비동기기술은 상위계층에서 재전송의 기능을 관리하나,

N 채널 정지-대기 재전송은 기지국(Node B)에서 관리하여,

상위계층에서 소요되는 시간을 절약하여 빠른 재전송을 추구한다.
H-ARQ는 HSDPA에서와 같이 E-DCH (Enhanced Dedicated CHannel)의 성능을

결정짓는 가장 중요한 기술 요소이다.

E-DCH에서 H-ARQ에 대한 주요 연구 주제는 동기방식의 적용 여부이다.

동기방식의 H-ARQ는 Signalling Overhead가 적고 구현이 간단하여

상향 링크에 적용하는 것이 유리하다.

반면, 비동기 방식은 전송 지연이 동기방식에 비해 적은 장점이 있다.

HSDPA에서는 공유 채널의 특성상 동기 방식의적용이 어려워 비동기 방식의

H-ARQ가 적용되었으나, E-DCH의 경우 역방향 채널 부족의 문제가 없어 동기 방식의

H-ARQ의 적용이 가능하며 이에 대한 논의가 진행 중 이다.

다) 가변 변조 및 채널코딩기술 (Adaptive Modulation and Channel Coding)
무선채널의 상황에 따라 변조 방법 및 오류정정 부호의 부호율을 가변시키는 방법이다.

가변 변조 및 채널코딩기술은 처음 모토로라가 고속패킷서비스를 제안했을 때 제시한

기술로써 보강 페이딩 (Constructive Fading)일 때 전송하고,

상쇄 페이딩 (Destructive Fading)일 때 전송을 하지 않고,

전송할 때도 채널 상황에 따라 전송방식을 변화시켜 무선채널에 적응하여 전송한다.
이 기술의 이점은 시스템이 채널 상황에 적응한다는 점에서 이득이 발생한다.
WCDMA에서 무선채널상황에 따라 전송 전력을 전력제어 알고리즘에 따라 가변하여
이득을 얻고 있는데, 고속패킷서비스는 전력제어에 의한 무선채널적응보다는

변조 및 채널코딩의 가변에 의해 이득을 얻는 것을 전제로 하고 있다.
3세대에서 QAM은 주파수 대역폭이 작은 시스템에서 효율적으로 데이터를 전송하는

방법으로서 잘 알려져 있으나, 무선 채널 같은 신호 대 잡음비에서 BPSK, QPSK
변조방식에 비해 성능 저하가 크기 때문에 사용을 고려하지 않았으나, 3.5세대에서
무선채널상황이 좋은 경우, 고속패킷서비스에서 사용할 것을 고려하고 있다.
따라서 고속패킷서비스를 위해서는 빠르고 정확한 무선채널 상황의 측정이 필요하다.

무선 채널의 상황을 예측할 수 있다는 원칙적인 논의는 있으나 구체적인 알고리즘을

제시한 기술은 없는 실정이다. 구체적인 알고리즘은 3.5세대 규격의 기본구조에 따라

결정되어야 하므로, 기본 구조의 틀이 정해지면 무선채널의 질을 측정하는 알고리즘 및

스케쥴링 방식 등이 결정되리라 예측할 수 있다.

라) Node B controlled Scheduling
HSDPA에서는 기지국(Node B)에 위치한 HS-DSCH MAC에 의해서 패킷 스케쥴링이
빠르게 이루어짐으로 전송 효율을 증가시킨다.

3) 개발 동향
현재 HSDPA 서비스 도입에 가장 적극적인 곳은 일본의 NTT DoCoMo이다.

2005년 중서비스 도입을 목표로 하고 있는 NTT DoCoMo는 2004년 3월,

자사 R&D 센터인YRP(Yokosuka Research PARK)에서 시험기기를 사용한 실연을

실시하기도 하였다.
NTT DoCoMo가 HSDPA의 도입을 서두르고 있는 이유는 몇 가지 측면에서 찾아볼 수 있다.

현재 일본에서는 이동통신 사업자들간의 3G 서비스 경쟁이 본격화 되고 있는 가운데,

KDDI가 2003년 11월에 데이터 통신속도가 강화된 cdma2000 1x EVDO서비스를

도입하면서 정액제도 함께 도입하였다. 이를 기반으로 현재 일본의 이동 통신

순증 가입자 측면에서는 KDDI가 NTT DoCoMo를 뒤로 하고 선두를 달리고 있는 실정이다.

NTT DoCoMo로서는 정액제로 선행한 KDDI에 대항할 수 있는 기술의 조기 투입이

절실한 실정이다. 물론 HSDPA의 비트당 장비 비용이 저렴하다는 점도 작용 하고 있는

것으로 보이며, 기본적으로는 약 5년 정도 뒤에서 전체 통신 트래픽에서 데이터 통신이

차지하는 비중이 70~80%가 될 것이라는 전망이 바탕에 자리잡고 있을 것이다.
세계최대의 단말기 제조업체인 노키아도 HSDPA에 많은 관심을 나타내고 있는데,
노키아는 2003년 3월, 미국 루이지애나주 뉴올리언즈에서 개최된 CTIA Wireless
2003 에서 HSDPA 기술을 적용한 W-CDMA 솔루션의 데모를 선보이기도 했다.

당시 노키아는 2005년 이후 HSDPA가 개시될 것으로 예측한 바 있다.
한편, 우리나라의 삼성전자나 LG 전자를 포함하여 주요 통신 장비 벤더들과 반도체

업체들이 HSDPA 칩이나 장비 개발에 참여하고 있다.

또한, Agilent나 Anritsu같은 계측기업체들도 HSDPA 기술 관련 연구/개발을 위한

계측기기를 출시하고 있는 중이다.

출처 : http://blog.empas.com/atros527/7276735 copy