12장. 반송파 결합(Carrier Aggregation)

※ 4G LTE-Advanced Pro and The Road Road to 5G 한국어 판 내용을 바탕으로 정리한 것입니다.

 

 

반송파 결합(CA)

 

반송파 결합은 서로 다른 대역폭을 가진 여러 개의 반송파를 합쳐서 송수신 하는 것이다.

RF 관점에서는 CA에 사용되는 각 반송파를 component 반송파라고 하며,

결합된 전체 반송파 하나를 하나의 (RF) 반송파로 취급한다.

*RF: Radio Frequency, 무선주파수

결합된 반송파는 primary component와 secondary component로 구분할 수 있다.

 

여기서 결합된 component 반송파는 주파수 영역에서 연속적일 필요는 없다.

또한 당연히 여러 component 반송파를 CA로 묶을 수 있다는 것은,

높은 데이터 속도의 서비스를 제공할 수 있음을 의미한다.

 

Release 10, 11에서는 하향링크가 더 많은 비대칭을 지원한다.

즉, '상향링크에 설정될 수 있는 component 반송파 개수 ≤ 하향링크 component 반송파의 개수'이다. 

Release 10에서는 결합되는 모든 component 반송파는 동일한 듀플렉스 방식을 사용해야 하거나,

TDD의 경우에는 하향링크-상향링크 설정이 동일해야했지만

Release 11에서는 TDD에서 각각의 component 반송파에 대해 서로 다른 하향링크-상향링크 설정값을 사용할 수 있다.

*하향링크-상향링크 설정: 특정 서브프레임이 하향링크에 사용되는지, 상향링크에 사용되는지를 결정

 

여기서 서로 다른 하향링크-상향링크 설정값을 사용할 수 있다는 것은

단말단에서 상향링크 송신과 하향링크 수신이 동시에 일어날 수도 있음을 의미한다.

이를 위해서는 듀플렉스 필터(duplex filter)가 필요한데,

동시에 송수신이 가능하지 않은 단말은

secondary component에 있어서 primary component의 하향링크-상향링크 설정을 따르게 된다.

 

 

 

전반적인 프로토콜 구조

 

HARQ 재전송은 원래 전송과 동일한 component 반송파에서 발생해야 한다.

→ 각 component 반송파는 고유한 HARQ 엔티티를 가진다.

반면 RLC 재전송은 원래 전송과 다른 component 반송파를 사용할 수 있다.

또한 RLC는 무선 베어러가 여러 component 반송파를 통하여 전송되는 경우,

in-sequence delivery를 보장하기 위해 component 반송파 간의 데이터 재정렬을 처리한다.

 

 

 

Primary 및 secondary component 반송파

 

여기서 primary component carrier는 PCC,

secondary component carrier는 SCC라고 칭하도록 하겠다.

 

CA가 가능한 단말은 하향링크에 하나의 PCC를 가지며  이에 대응하는 PCC를 상향링크에 가진다.

PCC의 설정을 단말 별로 다를 수 있으며, 각 링크는 여러 개의 SCC를 가질 수 있다.

 

Idle 모드 절차는 PCC에서만 가능하다. 즉, SCC는 오직 단말이 RRC_CONNECTED일 때만 사용 가능하다.

네트웍 접속 시 단말은 셀 탐색 및 랜덤엑세스와 같은 관련 절차들을 수행하며(11장 참고)

네트웍과 단말 사이의 통신이 설정되면, 추가적인 SCC를 설정할 수 있다.

참고로 SCC는 control 정보 없이 데이터만을 송수신하며

준지속적 스케줄링은 주로 여러 개의 component 반송파를 필요로 하지 않는 작은 페이로드를 위한 것이므로

PCC에서만 지원된다.

 

 

 

Self 스케줄링 및 cross-carrier 스케줄링

 

Self 스케줄링 (왼쪽) 및 cross-carrier 스케줄링 (오른쪽)

Self 스케줄링: 각 component 반송파는 데이터와 동일한 반송파에서 전송된다.

이때 상향링크 component 반송파는 연관되어있는 하향링크 component 반송파가 존재한다.

이러한 관계는 시스템 정보로서 알려진다.

 

cross-carrier 스케줄링: 각 component 반송파는 데이터가 전송되는 반송파와는 다른 component 반송파에서 전송되는 스케줄링 할당/승인을 통하여 개별적으로 스케줄링 된다.

이 경우에는 PDCCH 내의 반송파 지시자(carrier indicator)가

PDSCH 혹은 PUSCH에 사용되는 component 반송파에 대한 정보를 알려준다.

 

하지만 self 스케줄링/cross-carrier 스케줄링과는 무관하게 HARQ 피드백은 항상 상향링크 PCC를 통해 전송된다.

 

 

상향링크 반송파보다 하향링크 반송파가 많은 비대칭 CA를 다루기 위해 다음의 두 가지 질문이 발생한다.

 

① SCC 상의 서브프레임 n에서의 데이터 전송은 PCC 상의 어떤 상향링크 서브프레임과 관련이 있는가?(HARQ)

② 서브프레임 n에서 수신된 스케줄링 승인은 어떤 서브프레임과 관련이 있는가?

 

 

 

FDD 반송파 결합에 대한 스케줄링 타이밍

 

FDD에서는 기본적으로 반송파 결합이 없는 스케줄링 및 재전송과 동일한 타이밍 관계를 따른다.

즉, 하향링크 스케줄링 할당과 관련된 데이터는 모두 서브프레임 n에서 전송되고,

이에 따른 응답은 상향링크 서브프레임 n+4에서 일어난다.

유사하게 서브프레임 n에서 상향링크 스케줄링 승인을 수신하면 

서브프레임 n+4에서 데이터가 전송되며

서브프레임 n+8에서는 PHICH를 모니터링해야 한다.(ACK 확인)

*PHICH: physical HARQ indicator channel

 

 

 

TDD 반송파 결합에 대한 스케줄링 타이밍

 

Self 스케줄링의 경우

 

기본적으로 반송파 결합이 없는 경우와 동일한 타이밍 관계가 사용된다. → n, n+4, n+8

하지만 서로 다른 component 반송파에 서로 다른 하향링크-상향링크를 설정하는 경우

하향링크 전송에서 HARQ 타이밍을 호환하기 위한 reference 설정을 사용한다.

 

cross-carrier 스케줄링의 경우

 

HARQ 응답뿐만 아니라 스케줄링 승인 및 스케줄링 할당의 타이밍도 함께 연관된다.

이 역시 동일하지 않은 하향링크-상향링크를 설정할 경우 스케줄링 타이밍을 다소 복잡해진다.

 

 

 

FDD와 TDD 반송파 결합에 대한 스케줄링 타이밍

 

FDD가 PCC일 경우

 

항상 사용 가능한 상향링크 서브프레임이 존재하므로 HARQ 응답은 FDD 타이밍을 사용하여 전송할 수 있다.

다만 PHICH를 포함한 스케줄링 할당 및 승인은 SCC의 타이밍을 따른다.

 

TDD가 PCC일 경우

 

FDD 타이밍을 재사용한다.

서브프레임 n에서 수신된 상향링크 스케줄링을 승인하면

서브프레임 n+4에서 상향링크 전송을 수행하고

PHICH는 서브프레임 n+10에서 전송된다.

-> 정확히 한 프레임 뒤에 전송하면 PHICH를 전송할 하향링크 서브프레임이 존재하는 것을 보장할 수 있다.

(하나의 frame은 10개의 subframe으로 구성되어 있으며, 각 frame 당 하향링크-상향링크 설정은 동일하다.)

 

 

 

DRX 및 component 반송파 비활성화

 

하향링크 component 반송파의 활성화 및 비활성화는 MAC 제어 요소에 의해 수행된다.

단말은 특정 component 반송파에서 설정한 시간 동안 아무런 활동이 없으면

해당 component 반송파를 비활성화할 수 있다.

그러나 네트웍이 단말과 통신을 해야 하므로 PCC는 항상 활성화 되어 있어야 한다.

 

상향링크 component 반송파는 어떤 하향링크 component 반송파가 활성화되거나 비활성화되면

해당하는 상향링크 component 반송파 역시 활성화되거나 비활성화된다.

 

참고로 데이터를 전송하여 활성화를 하게 되면 정보를 읽는 시간이 너무 오래 걸리므로

활성화를 위해서는 지정된 시그널링이 사용된다.