LTE, 5G에서 데이터를 주고받는 데 사용하는 방식 중 하나로 OFDM이 있습니다. 고속의 데이터를 안정적으로 전송하기 위해서 4G (LTE)부터 사용하기 시작하였으며 주파수 대역을 여러 개로 쪼개서 나누어 전송하는 것을 말합니다. 5G에서는 CP_OFDM과 DFT-S_OFDM 두 가지를 사용합니다.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 이란?
LTE, 5G에서 데이터를 주고받는 데 사용하는 방식으로 OFDM이 있습니다. 무선통신으로 데이터를 움직일 때 데이터를 수백개의 직교하는 (Orthogonal) 부반송파 (Sub-Carrier)로 나누어 보내는 방식을 말합니다.
※ OFDM으로 데이터를 전송하는 순서
- 데이터를 여러개로 쪼개어 부반송파로 변조
- 여러 개의 부반송파를 동시에 병렬 전송
- 수신 측에서 데이터를 합쳐 고속의 직렬로 복조
OFDM방식으로 고속의 데이터를 전송한다면 먼저 데이터를 여러 개로 나누어 각각 부반송파로 변조하게 됩니다. 여기서 변조는 전송하려는 데이터를 부반송파에 데이터를 담는 것을 의미합니다.
이후 나누어진 데이터들은 저속으로 동시에 병렬전송하게 되며 이를 다중화 라고 말합니다. 수신 측에서는 여러 개로 쪼개진 데이터를 다시 합쳐 고속의 직렬 데이터로 복조 하게 됩니다. 여기서 복조는 부반송파에 담겨 있는 데이터를 꺼내오는 것을 의미합니다.
※ OFDM에서 MCM와 CS
CS (Carrier Signal) : 반송파 중 단일반송파를 말하며 무선통신에서는 데이터를 반송파에 실어 보냅니다.
MCM (Multi Carrier Modulation) : 반송파가 여러개 있는 경우 (부반송파)
데이터를 전송할 때는 주파수 대역폭을 전송로로 사용합니다. 이 때 데이터는 반송파에 실어서 운반하며 MCM은 이러한 반송파가 여러 개 있는 것을 말합니다.
단일 반송파 CS의 경우 채널의 상태에 따라서 신호간섭 등 여러 문제가 생길 수 있습니다. 반면, 여러 개의 반송파를 가진 MCM은 데이터에 문제가 발생할 확률이 적어 안정적으로 데이터를 전송할 수 있습니다.
CS와 MCM에서 전송하는 데이터의 양에는 차이가 없으며, OFDM은 여러 개의 반송파를 가진 MCM 방식 중 하나라고 할 수 있습니다.
※ 부반송파 (Sub-carrier)란?
부반송파는 다중 반송파(Multi Carrier)라고도 하며 하나의 반송파를 여러개로 나눈 것을 말합니다. 부반송파도 반송파와 같은 역할을 수행합니다.
OFDM 방식에서도 부반송파를 사용합니다. OFDM은 하나의 대역폭을 여러 개로 쪼개서 사용합니다. 여러 개로 쪼개진 신호를 부반송파 라고 합니다.
OFDM 방식의 종류와 장점은?
OFDM는 대표적으로 ISI를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
※ ISI (Inter symbol Interface)란?
ISI는 다른 심볼 간의 간섭을 말합니다. 이는 다중경로 페이딩 (Multipath Fading)과 대역제한 채널 (Bandwidth-limited Channel)등에 의해 발생합니다.
| @ 다중경로 페이딩 : 서로 경로가 다른 전파들이 주변 건물 등에 부딛치면서 생긴 많은 반사파로 인해 진폭, 위상 등 간섭을 일으키는 현상 @ 대역제한 채널 : 대역이 제한된 채널, 통과하지 못하는 채널을 지나가는 경우 왜곡이 발생할수 있음 |
고속의 데이터를 전송하면 주변 건물이나 땅 등 여러 환경에 부딪혀서 생긴 반사파에 의해 간섭을 받을 수 있습니다. 이 경우 통화가 끊기는 등 여러 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 반사파에 의한 신호 간섭을 ISI라고 합니다.
고속의 데이터를 전송하는 경우 ISI를 줄이기 위해서 OFDM 방식을 사용합니다. OFDM 방식은 고속의 데이터를 여러 개의 저속의 직교한(Orthogonal) 신호로 나누어 전송하기 때문에 ISI를 줄일 수 있습니다.
※ OFDM의 종류 (CP / DFT-S)
5G 장비에서는 대표적으로 CP OFDM과 DFT-S OFDM 두 가지를 사용합니다.
CP (Cyclic prefix) OFDM은 ISI를 방지하기 위한 목적으로 사용하고 있습니다. OFDM의 경우 Sysbol의 뒷부분에서 간섭이 발생합니다.
여기서 Inter sysbol (서로 다른 심벌)에 의한 간섭을 막기 위해서 OFDM sysbol의 뒷부분을 앞부분과 동일하게 복사하여 ISI를 줄이는 방법을 이용합니다.
DFT-S OFDM은 단말의 PAPR 성능을 향상시켜주는 장점이 있습니다. 다만, 데이터 전송속도에서 성능이 조금 저하될 수 있습니다.
PAPR (Peak to Average Power Ratio)는 평균전력과 피크전력의 비율을 말합니다. OFDM은 수신 측에서 여러 개의 부반송파를 하나의 안테나로 전송하기 위해 다시 합쳐야 합니다. 이때 전력발생이 크기 때문에 단말의 배터리 성능을 저하시킬 수 있습니다.
DFT-S 방식은 각각의 sysbol을 하나의 부반송파가 아닌, 여러개의 부반송파에 분산하여 전송하여 보이는 것으로는 부반송파가 아닌 단일 반송파 (CS)로 보이게 합니다. 따라서 수신 측에서 부반송파를 합칠 때 발생하는 전력 소모를 줄여 PAPR을 줄일 수 있습니다.
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