직교 주파수 분할 다중 접속
1. 개요
직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)은 여러 사용자가 동시에 데이터를 전송할 수 있도록 하는 다중 접속 방식이다. OFDMA는 OFDM과 통계적 시분할 다중화의 조합과 비교되며, 페이딩 및 간섭에 강하고, 유연한 주파수 대역 적용이 가능하다는 장점이 있다. 단점으로는 주파수 오프셋 및 위상 잡음에 민감하고, 복잡한 OFDM 전자 장치의 전력 소비가 지속적일 수 있다는 점이 있다. OFDMA는 채널 상태에 대한 피드백 정보를 기반으로 적응형 사용자-부반송파 할당이 가능하며, IEEE 802.16, IEEE 802.11ax, LTE, 5G NR 등 다양한 무선 통신 표준에서 활용된다.
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다중화 -
주파수 분할 다중화
주파수 분할 다중화(FDM)는 여러 신호를 각기 다른 주파수 대역에 할당하여 하나의 전송 매체를 통해 동시에 전송하는 기술로, 스테레오 FM 방송, 아날로그 NTSC 텔레비전 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 현대에는 시분할 다중화(TDM)에 비해 사용 빈도가 낮지만 특정 응용 분야에서 주파수 자원 활용을 위해 사용된다. -
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디지털 시그널 1
디지털 시그널 1(DS1)은 1.544 Mbit/s의 대역폭을 제공하며, 24개의 DS0를 시분할 다중화 방식으로 묶어 사용하는 통신 회선이다.
2. 비교
OFDMA는 OFDM과 통계적 시분할 다중화의 조합과 비교되곤 한다. 더 자세한 내용은 OFDM 주요 기능 목록 문서에서 확인할 수 있다.
OFDMA는 서브 캐리어를 그룹화하여 노드에 할당하고, 여러 사용자가 서브 캐리어를 공유하며, 각 사용자에게 가장 전송 효율이 좋은 서브 캐리어를 할당하는 기술이다. 이는 휴대 전화, 무선 통신 방식의 일종으로, IMT-2000 (와이맥스)에서 채택되어 사용자뿐만 아니라 사업자 등에게도 주파수 이용 효율을 향상시키는 장점이 있다.
2.1. 장점
* 여러 사용자가 동시에 낮은 데이터 속도로 데이터를 전송할 수 있다.
* 펄스 형태의 반송파를 사용하지 않아도 된다.
* 낮은 데이터 속도 사용자에게는 최대 전송 전력을 낮출 수 있다.
* 지연 시간이 짧고 일정하다.
* 경쟁 기반 다중 접속 방식을 단순화하여 충돌 회피에 유리하다.
* 페이딩 및 간섭에 대한 OFDM의 강점을 더욱 향상시킨다.
* 협대역 간섭을 효과적으로 방지할 수 있다.
* 무선 인터페이스를 크게 수정하지 않고도 다양한 주파수 대역에 유연하게 적용할 수 있다.
* 서로 다른 셀의 사용자에게 서로 다른 기본 반송파 순열을 할당하여 인접 셀 간의 간섭을 평균화한다.
* 순환 순열 할당을 통해 셀 내부 간섭을 평균화한다.
* 단일 주파수 네트워크 커버리지를 가능하게 하여 커버리지 문제를 해결하고, 우수한 커버리지를 제공한다.
* 사용된 스펙트럼 전체에 반송파를 분산시켜 주파수 다이버시티를 확보한다.
* 채널 또는 하위 채널별 전력 할당을 허용한다.
* IMT-2000 (와이맥스)에서 채택된 기술로, 사업자 등에게 주파수 이용 효율을 향상시키는 장점이 있다.
2.2. 단점
* 주파수 오프셋 및 위상 잡음에 대한 민감도가 높다.
* 웹 접속과 같은 비동기 데이터 통신 서비스는 높은 데이터 속도에서 짧은 통신 버스트가 특징이며, 기지국 셀의 사용자는 낮은 고정 데이터 속도로 동시에 데이터를 전송하는 경우가 드물다.
* FFT 알고리즘과 순방향 오류 정정을 포함하는 복잡한 OFDM 전자 장치는 데이터 속도와 관계없이 지속적으로 전력을 소비한다. 반면, OFDM과 데이터 패킷 스케줄링을 결합하면 FFT 알고리즘을 때때로 절전 모드로 전환할 수 있다.
* 각 사용자에게 매우 적은 수의 부반송파가 할당되고, 모든 OFDM 심볼에서 동일한 반송파가 사용되는 경우, OFDM 다이버시티 이득과 주파수 선택적 페이딩에 대한 저항이 부분적으로 손실될 수 있다. 따라서 채널에 대한 빠른 피드백 정보를 기반으로 하는 적응형 부반송파 할당 또는 부반송파 주파수 호핑이 바람직하다.
* 인접 셀의 동일 채널 간섭을 처리하는 것은 CDMA보다 OFDM에서 더 복잡하다. 이를 위해서는 인접 기지국 간의 고급 조정을 통한 동적 채널 할당이 필요할 수 있다.
* 빠른 채널 피드백 정보 및 적응형 부반송파 할당은 CDMA의 빠른 전력 제어보다 더 복잡하다.
3. 작동 원리
채널 상태에 대한 피드백 정보를 바탕으로 적응형 사용자-부반송파 할당이 가능하다. 할당이 충분히 빠르게 이루어지면 고속 페이딩 및 협대역 동채널 간섭에 대한 OFDM의 견고성이 향상되고, 시스템 스펙트럼 효율을 높일 수 있다.
서로 다른 사용자에게 서로 다른 수의 부반송파를 할당하여 각 사용자에 대한 데이터 전송률과 오류 확률을 개별적으로 제어하는 차별화된 서비스 품질(QoS)을 지원한다.
OFDMA는 OFDM과 시분할 다중 접속(TDMA) 또는 시간 영역 통계적 다중화 통신의 결합에 대한 대안으로 볼 수 있다. 낮은 데이터 전송률 사용자는 "펄스" 고출력 반송파를 사용하는 대신 낮은 전송 전력으로 지속적으로 전송할 수 있다. 일정한 지연과 더 짧은 지연을 달성할 수 있다.
OFDMA는 주파수 영역과 시간 영역 다중 접속의 결합으로도 설명할 수 있으며, 여기서 자원은 시–주파수 공간에서 분할되고, 슬롯은 OFDM 심볼 인덱스와 OFDM 부반송파 인덱스를 따라 할당된다.
4. 활용
OFDMA는 서브 캐리어를 그룹화하여 노드에 할당하고, 여러 사용자가 서브 캐리어를 공유하며, 각 사용자에게 가장 전송 효율이 좋은 서브 캐리어를 할당하는 기술이다. 사용자뿐만 아니라 사업자 등에게도 주파수 이용 효율을 향상시키는 장점이 있어 IMT-2000 (와이맥스)에서 채택되었다.
4.1. 사용 예시
OFDMA는 다음과 같은 기술에 사용된다.
| 기술 | 설명 |
|---|---|
| WiMAX | IEEE 802.16 무선 MAN 표준의 이동 모드 |
| Wi-Fi 6/Wi-Fi 6E | 무선 LAN (WLAN) 표준 IEEE 802.11ax |
| MBWA | IEEE 802.20 모바일 무선 MAN 표준 |
| MoCA 2.0 | |
| LTE | 3GPP 롱텀 에볼루션 (LTE) 4세대 이동 광대역 표준의 하향 링크 (E-UTRA) |
| 5G NR | 3GPP 5G New Radio (5G NR) 5세대 이동 통신망 표준의 하향 링크 및 상향 링크 (LTE 후속 기술) |
| 플래시-OFDM | 퀄컴 플라리온 테크놀로지스 모바일 플래시-OFDM |
| UMB | 퀄컴/3GPP2 울트라 모바일 광대역 (UMB) 프로젝트 (CDMA2000 후속 기술이었으나 LTE로 대체) |
| WRAN | IEEE 802.22 무선 지역망 (WRAN)의 후보 접근 방식, 인지 무선 기술로 텔레비전 주파수 스펙트럼의 유휴 주파수를 사용 |
| DECT-5G | 고처리량 모바일 광대역 (eMMB) 및 초신뢰 저지연 (URLLC) 애플리케이션에 대한 IMT-2020 요구 사항을 충족시키기 위한 사양에 제안된 접근 방식 |
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OFDMA는 휴대 전화, 무선 통신 방식의 일종으로, 서브 캐리어를 그룹화하여 노드에 할당하고, 여러 사용자가 서브 캐리어를 공유하며, 각 사용자에게 가장 전송 효율이 좋은 서브 캐리어를 할당하는 기술이다. 사용자뿐만 아니라 사업자 등에게도 주파수 이용 효율을 향상시키는 장점이 있어 IMT-2000 (와이맥스)에서 이 방식이 채택되었다.