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문. 개방형 5G 프론트홀 기술 동향

가카리 2022. 8. 12. 18:01
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토픽 개방형 5G 프론트홀 기술 동향
도메인 이동통신 중요도
참고문헌 이재승 외 2, “개방형 5G 프론트홀 기술 동향”, 전자통신동향분석, 2022.06, pp1-10.
아주경제, “SK텔레콤 5G 기지국 유선망 '프런트홀' TTA 표준으로 확정”, (https://www.ajunews.com/view/20200617105432450)

 

. 개방형 5G 프론트홀 기술 동향(2022.06.)

.

1. 개요

<그림. 기존 C-RAN 구조의 한계>

  - 기존 4G에서 사용되면 C-RAN(Centralized RAN)구조는 PHYRF 사이를 나누는 기능 분할 옵션8을 기반으로 하고있으며, CPRI(Comon Public Radio Interface)기반의 프론트홀 인터페이스가 널리 사용됨

  - 5G에서는 더 넚은 대역폭, mmWave, Massive MIMO 지원 등을 통해 기존 4G에 비해 데이터 전송률이 대폭 향상됨

  - 따라서 상위에서의 기능 분할 옵션을 기반으로 한 RAN 구조를 고려해야함

 

2. 프론트홀 기능 분할 옵션

구 분 설 명
옵션1 - RRCPDCP 사이의 분할
옵션2 - PDCPHigh-RLC 사이의 분할
옵션3 - High-RLCLow-RLC 사이의 분할
- Intra-RLC 분할
옵션4 - Low-RLCHigh-MAC 사이의 분할
옵션5 - High-MACLow-MAC 사이의 분할
- Intra-MAC 분할
옵션6 - Low-MACHigh-PHY 사이의 분할
옵션7 - High-PHYLow-PHY 사이의 분할
- Intra-PHY 분할
옵션8 - Low-PHYRF사이의 분할

  - 하위 계층 분할에서 상위 계층 분할로 갈수록 프론트홀에 대한 대역폭 요구사항은 완화됨

  - 제어 신호 전달 오버헤드가 커지고 RU(Radio Unit)의 구현 복잡도 및 처리 부담이 커지며, 새로운 기능 추가 및 확장 시 DU(Distributed Unit)뿐만 아니라 RU도 업그레이드 필요

  - 3GPP의 하위 계층 분할은 옵션6과 옵션7, 옵션8이 있으며 어느 옵션을 선택할지는 3GPP내에서 결정되지 않았음

 

3. 프론트홀 관련 주요 표준 기술

. CPRI(Common Public Radio Interface)

<그림. CPRI 프로토콜 스택>

구 분 설 명
개념 - DU(Digital Unit)RU(Radio Unit)사이의 주요 신호 연동 인터페이스 규격
- 기존 4GC-RAN 구조에서는 기능 분할 옵션8 형태로 CPRI기반의 프론트홀 인터페이스를 주소 사용함
포럼 - 에릭슨, 화웨이, NEC, 노텔, 알카텔루슨트, 노키아 등
특징 - 안테나 시그널이 TDM방식 사용
- Point-to-Point 구조 지원
- CPRI 인터페이스를 통해 사용자 평면 데이터, CPRI 제어 및 관리 데이터, 동기 정보 등을 교환
- 사용자 평면 데이터: 베이스밴드 디지털 IQ 스트림 형태로 전송
- 제어 및 관리데이터: CPRI Basic Frame 내의 Control Word로 전송
- 벤더 종속성 심함

 

. eCPRI(enhanced Common Public Radio Interface)

<그림. eCPRI 프로토콜 스택>

구 분 설 명
개념 - CPRI와는 다르게 UDP/IP, 이더넷 등 패킷 전송망을 기반으로 함
포럼 - 에릭슨, 화웨이, NEC, 노키아 등
특징 - 사용자 평면 데이터(IQ 데이터, 비트 시퀀스 등), 실시간 제어 정보 등을 전당 가능
- 동기화 제어 및 관리, 연결 유지 등에 대한 프로토콜은 기존의 PTP(Precision Time Protocol), SyncE(Synchronous Ethernet), SNMP, 이더넷 OAM(Operations, Administration, and Maintenance) 등을 사용
- 다양한 PHY 기능 분할 옵션 지원(6, 7-2, 7-3, 8 )
- 데이터 포맷에 벤더 종속성 심함

 

. O-RAN 프론트홀 인터페이스

<그림. O-RAN 프로토콜 스택>

구 분 설 명
개념 - 5G 기술의 프론트홀 인터페이스에 대한 높은 전송률 요구사항을 완화하고 멀티 벤더간의 호환성을 제공할 수 있는 개방형 프론트홀 인터페이스
- C-Plane(제어 평면) U-Plane(사용자 평면) 메시지를 전송하기 위한 트랜스포트 프로토콜로 eCPRI를 강제적으로 사용함
특징 - eCPRI위에서 동작하는 O-RAN 프론트홀 인터페이스 C-Plane U-Plane 프로토콜을 세부적으로 정의하여 멀티 벤더간 호환이 가능
- S-Plane(동기 평면), 개방형 M-Plane(관리 평면) 규격도 함께 제공
- S-Plane: PTP SyncE 사용
- M-Plane: NETCONF(Network Configuration Protocol)기반으로 사용, SSH(Secure Shell), TLS(Transport Layer Security) 지원

 

4. O-RAN 프론트홀 기술 내용

. O-RAN 구성요소

구 분 구성 기술 설 명
RIC - RIC near-RT(Realtime)
- RIC non-RT(Realtime)
- RAN Intelligent Controller
- 데이터 수집과 분석을 기반으로 RAN 요소
(element)와 자원을 제어하고 최적화를 수행
O-CU - RRC(Radio Resource Control)
- SDAP(Service Data Adaption Protocol)
- PDCP(Packet Data
Convergence Protocol)
-O-RAN Centralized Unit
- RRC PDCP 계층을 실행하는 중앙 집중식 장치
- CU Control PlaneCU User Plane로 구성
- 미드홀 인터페이스를 통해 여러 O-DU 작동을 제어
O-DU - RLC
- MAC
- High PHY
- O-RAN Distributed Unit
- O-RU 근처에 위치해서 RLC, MAC PHY 계층 일부를 실행하는 분산 장치
- 다수의 O-RU를 제어
O-RU - Digital Front End
- RF Front End (RF FE)
- Low PHY
- Beamforming
- O-RAN Radio Unit
- 안테나 근처에 위치하거나 혹은 통합
- 안테나에서 송수신되는 무선 신호를 프론트 홀을 통해 O-DU로 전송할 수 있는 디지털 신호로 변환

 

. O-RAN 기능 분할 구조(옵션 7-2x 기반)

구 분 구성요소 설 명
다운링크 O-RU - OFDM Phase 보상, IFFT CP 추가, 디지털 빔포밍
O-DU - Resource Element Mapping, Layer Mapping
- Modulation, Scrambling, Rate Matching
- Coding
업링크 O-RU - OFDM Phase 보상, FFT CP 제거
- 디지털 빔포밍
O-DU - Resource Element Demapping, Layer Demapping
- Demodulation, Descrambling, Rate Dematching
- Decoding

 

 

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