[1-0-2] 이동통신을 위한 주파수와 대역폭

안녕하세요. RTlog입니다.

 

이번 포스트에서는 NR과 LTE에서 Frequency Range, Band, Bandwidth를 어떻게 사용하는지를 다뤄보려고 합니다.

NR & LTE Frequency Range, Band, Bandwidth

Frequency Range

LTE에서는 Below 6GHz 대역만 사용했었는데요. NR에서는 Below 6GHz뿐만 아니라 Above 6GHz 대역을 추가로 사용합니다.

흔히, Below 6GHz 대역을 FR1, Above 6GHz 대역을 FR2 대역 혹은 mmWave 대역으로 부릅니다. 

• LTE Frequency Range
  • 450 MHz - 3.8GHz

• NR Frequency Range
  • FR1 : 450 MHz - 6G MHz
  • FR2 : 24.25 GHz - 71 GHz

* FR2(mmWave) 대역 - FR2 대역 파장의 길이가 mm 단위

* FR2에서 기존에는 52.6GHz까지 지원하였으나, Rel 17부터 71GHz까지 확장

 

데이터 전송 속도 향상을 위해서는 데이터 전송을 위한 도로의 넓이로 비유하는 대역폭의 확보가 필수입니다. 때문에, 대역폭 확보에 장점이 있는 고주파 대역으로 관심을 돌린 것입니다.

 

하지만, 주파수가 높아짐에 따라 신호의 전파거리가 짧아지고, 장애물에 쉽게 가로막히는 단점이 생겨 통신 품질이 낮아질 수 있는데요. 이를 해결하기 위해 어떤 고민을 했는지 확인해볼 필요가 있습니다.

 

* 회절 현상, MIMO, Beam-forming

* 비전공자를 위한 주파수 & 대역폭에 대한 기초 개념: https://youtu.be/L0uO6t_lowM?si=gB7dcuyBZ73PWuV1

 

이동통신 사업자 주파수 할당 현황

우리나라는 4G 사업을 위해 800~900 MHz / 1.8 GHz / 2.1~2.6 GHz 대역을, 5G 사업을 위해 3.5GHz / 28GHz 대역을 사용합니다. 각 대역이 LTE와 NR의 Frequency Range에 포함되는 것을 확인할 수 있습니다. 

이동통신 사업자 주파수 할당 현황

• Keyword. (해설 포스트로 작성할 예정입니다. - 무선 통신 시스템 & Duplexing)
  • Uplink(UL): User Equipment(UE) → Base Station(BS)
  • Downlink(DL): Base Station(BS) → User Equipment(UE)
  • TDD(Time Division Duplexing) ↔ FDD(Frequency Division Duplexing)

 

Frequency Band

LTE와 NR에서 설정된 Frequency Range를 다시 Frequency Band로 나누어 관리하는데요.

아래 표를 통해 확인할 수 있습니다. LTE에서는 b#으로 Band를 구분하고, NR에서는 n#으로 Band를 구분합니다.

 

위에서 첨부한 이동통신 사업자 주파수 할당현황과 아래 표를 연결지어봅시다. 

LTE 통신을 위해 b1, b3, b5, b7 대역을 할당 받았고, NR 통신을 위해서 n78, n257 대역을 할당받았음을 확인할 수 있습니다.

 

• LTE Frequency Band Table - Total 71 Bands

LTE Frequency Band Table

• FR1 Frequency Band Table (https://www.sqimway.com/nr_band.php) - 70 Bands

FR1 Frequency Band Table

• FR2 Frequency Band Table - 6 Bands

FR2 Frequency Band Table

 

Frequency Bandwidth

LTE와 NR에서 지원하는 Channel Bandwidth는 아래와 같습니다.

Bandwidth만 확인하더라도 NR에서 더 높은 전송 속도를 가지는 이유를 쉽게 확인할 수 있습니다. 

• LTE: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz
• NR FR1: 5, 10, 15, 20, 25, 40, 50, 60, 80, 100 MHz
• NR FR2: 50, 100, 200, 400 MHz

Carrier Component(CC)는 주파수 대역을 세는 단위입니다.

이동통신표준(LTE, NR)에서 지원하는 대역폭 단위로 주파수 대역이 분할되어 서비스되기 때문에 아래와 같이 CC 를 셀 수 있습니다.

• 1 CC: 1.8GHz 대역 SKT 1715-1725 MHz (10MHz Bandwidth) 
• 2 CC: 1.8GHz 대역 SKT 1715-1725 MHz & 1.8GHz 대역 SKT 1730-1735 MHz (5MHz Bandwidth)

단일 대역폭을 사용하면 전송 속도에 제한이 생길 수 밖에 없을텐데요. 여러 대역폭을 묶어 통신하는 Carrier Aggregation(CA)이라는 방법을 사용하여 이를 극복할 수 있습니다.

 

예를 들면, 위에서 언급한 2개 CC에 대해 CA를 수행하여 15MHz 대역폭으로 서비스를 제공하는 것입니다.

 

LTE에서는 최대 32 CA(Rel 13. LTE-A Pro), NR(Rel.15)에서는 최대 16 CA를 지원하여 대역폭을 증가시킬 수 있지만, 일반적으로 최대 개수만큼 CA를 적용하여 통신하는 경우는 흔치 않아 보입니다.

* 과거에 작성된 많은 글에서 최대 5 CC를 이야기하고 있는데, 이는 Rel. 10 기준입니다. 

• Rel.# : 3GPP의 이동통신표준 버전 번호 (* 추후 3GPP에 대한 포스트 작성 예정)

Abbreviation

• LTE(Long Term Evolution)
• NR(New Radio)
• FR(Frequency Range)
• MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output)
• UL(Up-link) & DL(Down-link)
• UE(User Equipment)
• BS(Base Station)
• TDD(Time Division Duplexing) 
• FDD(Frequency Division Duplexing)
• CA(Carrier Aggregation)
• CC(Component Carrier)

Reference

• https://www.sqimway.com
• https://www.sharetechnote.com/html/5G/Handbook_5G_Index.html