CPRI (1): C-RAN의 출현과 CPRI 개요

CPRI (1): Overview of LTE eNodeB interface between BBU and RRH

March 03, 2014 | By 신창민, 손장우 (tech@netmanias.com)

코멘트 (0)

1. C-RAN의 출현 (기지국의 DU와 RU를 분리, DU 집중화)

세계 각국의 LTE 사업자들의 속도 및 서비스 품질 경쟁이 갈수록 치열해지고 있습니다. 기존 인터넷 서비스와 더불어 YouTube, Mobile IPTV 등의 OTT Video 서비스에 의한 모바일 트래픽이 급격히 증가함에 따라, 각 사업자별로 서비스 커버리지내에 Macro 및 Small cell 등의 기지국 사이트를 경쟁적으로 늘려 나갈 수 밖에 없는 상황입니다.

사업자 입장에서 다행인 것은 현재의 LTE 기지국이 무선 사이트 확장 및 설치가 용이한 구조를 가지고 있다는 점입니다. 과거에는

1) 기지국의 데이터 처리 부(DU: Digital Unit)와 무선 송수신부(RU: Radio Unit)가 함께 셀사이트에 설치되는 일체형 기지국이며

2) 안정적인 전력 공급과 냉방을 위해 주로 중대형 건물의 실내 공간(Indoor)에 설치되는 구조였습니다.

이로 인해 각 셀 사이트에는 기지국뿐만 아니라 전력시설, 냉방 시설 등이 각 기지국마다 설치되어야 합니다. 장비와 시설이 많으니까 넓은 상면이 필요하게됩니다(즉 높은 상면 임차료. 5평 빌리면 될 것을 10평을 임대해야하는 것이죠). 또한 장비와 시설이 많으니까 설치비(Civil Works, 인건비)도 많이 들어 가고 설치시간도 길게 되고(긴 망 구축 시간), 또 장비와 시설이 많으니까 매달 내야하는 전기료도 많아집니다.

결국 전국망 구축 및 운용을 위한 CAPEX/OPEX가 치솟는 것이고 3G, 4G, 5G로 갈 수록 셀 사이즈는 점점 더 작아져 더 많은 수의 셀사이트를 구축, 운영해야 하는 데 이동통신 사업자로서는 큰 고민이지요.

이 문제를 해결하기 위해 제시된 새로운 RAN 구조가 C-RAN (Centralized/Cloud RAN)입니다. C-RAN은 기존에 하나의 셀사이트에 있던 DU와 RU를 분리하고, 각 셀사이트에 있던 DU들은 한 곳에 모아서(Centralized) 시원하게 해주며 잘 관리하고 실제 무선 신호가 송수신되는 셀사이트에는 RU만 남겨놓는 구조입니다. 서로 떨어져 다른 장소에 설치되는 DU와 RU간은 광케이블(Dedicated Fiber per RU or Dedicated λ per RU)로 연결합니다.

RU는 옥외형 장비로 개발되는 매우 단단하고 단순한 장비이기 때문에 별도의 냉각 시설이 필요없습니다. 따라서 옥내 상면은 필요없고 옥외 RU만 설치할 공간만 임차하면 되므로 임차비용을 최소화할 수 있고 또한 전원을 공급할 장비가 RU 하나이므로 전기 요금 또한 최소화할 수 있습니다.

국내의 경우 SK Telecom과 KT의 LTE/LTE-A망은 모두 이 C-RAN 구조로 구축되었습니다.

DU와 RU가 분리되면서 이들간에 통신을 위한 인터페이스 규격이 필요한 데

1) CPRI (Common Public Radio Interface), 2) OBSAI (Open Baseband Remote Radiohead Interface), 3) ORI (Open Radio Interface)가 있으며 CPRI와 OBSAI는 기지국 벤더들 위주로 만들어진 표준들인데 전세계 기지국 벤더들과 통신사업자들이 대부분 CPRI를 채택하고 있습니다. 이제 CPRI에 관해 간략하게 살펴보도록 하겠습니다.

2. CPRI (분리된 DU와 RU간 인터페이스 규격)

CPRI 규격은 2003년에 제정되었으며, 주요 기지국 벤더인 Ericsson, NSN, ALU, NEC, Huawei 주도로 기지국 장비 (DU, RU)간 주요 신호 연동 인터페이스 규격을 표준화하여 공개하고 있습니다. 현재는 해당 규격문서에 대한 지적재산권은 주장하지 않는 대신, 규격 문서를 수정하는 권한은 앞서 언급한 5개 업체만 가지고 있습니다. 현재까지, 2013년 8월에 발표된 CPRI version 6.0이 최신버전이며, CPRI compression 기능이 정의되면 추가로 업데이트가 될 것으로 보입니다.

REC(DU측)와 RE(RU측)는 CPRI 인터페이스를 통해 1. User Data, 2. CPRI Control & Management 데이터, 3. CPRI 프레임의 동기정보 (Synchronization)를 주고 받습니다.

User data는 Baseband Digital IQ Stream의 형태로 CPRI Basic Frame내 IQ Data Block에 실려 전달되며 RU는 이를 받아 아날로그로 변환하여 증폭시킨 후 안테나를 통해 에어(결국 단말들)로 방사합니다.
Control & Management 데이타와 동기 정보는 CPRI Subchannel들(구체적으로는 CPRI Basic Frame내 Control Word들)을 통해 전달되며 REC(DU측)와 RE(RU측)만 이 정보들을 이용하며 LTE Layer와는 무관합니다.

CPRI Subchanne은 CPRI Hyper frame (66.67us)단위로 형성되며 이 Hyper frame은 256개의 Basic frame(260.42ns)으로 구성됩니다. 각 Basic frame은 1 Byte의 Control word와 15 Byte의 Payload로 구성되고 하나의 Hyper frame내의 총 256개의 Control word들이 모여 64개의 Subchannel을 형성합니다. 아래 그림에서 Control & Management 데이터와 Sync 데이터들이 CPRI Subframe내에 어디에 매핑이 되어 전달되는 지 나타나 있습니다. 예를 들어 동기정보는 한 Hyper frame내의 첫번째 Baisc frame내 Control Word에 실려 전달되게 되며 Subchannel 0번의 첫 Byte 위치에 해당합니다.

이와 같이 CPRI 표준은 REC와 RE간에 User Data를 전달하고 Control Plane상의 제어 및 관리 정보를 주고 받을 프레임 구조를 정의하고 있고 i) 프레임내의 User data가 실리는 위치와 ii) 오버헤드 바이트들의 의미와 위치를 정의하고 있습니다(SONET/SDH하고 비슷하지요).

이번 블로그에서는 CPRI의 도입 배경과 개념을 간략히 살펴보았고 다음 블로그에서 CPRI 세부적인 기술 테마에 대해 논해보도록 하겠습니다.

OBSAI (Open Baseband Remote Radiohead Interface)

CPRI와 유사한 경쟁 규격이 OBSAI 입니다. CPRI에 앞선 2002년말에 정의되었고, 삼성, NSN 등 다수의 기지국 업체가 참여를 하고 있습니다. 개방형 기지국 구조를 만드는 것을 목표로 기지국의 주요 기능을 모듈 단위로 나누고, RP(Reference Point)라는 인터페이스로 각 모듈들을 상호 연결하도록 구성되었습니다. 실제 글로벌 기지국 업체가 현장에서 적용하는 비율은 CPRI가 대세를 이루고 있는 상황입니다. 또한, OBSAI의 하위 규격 중, CPRI 규격에 상응한 하위 규격인 RP3는 2010년 v4.2 문서 공개후 업데이트되지 않고 있습니다.

ORI (Open Radio Interface)

CPRI가 여전히 호환성 측면에서 한계가 있는 상황에서, 이를 극복하고 벤더간 호환성을 개선하고자 표준화 기관인ETSI가 주도하고 있는 표준화 활동이 바로 ORI입니다. ORI 표준화 그룹은 ETSI ISG (Industry Specification Group) 산하이며, 삼성, Huawei, ZTE 등의 벤더뿐 아니라, SK Telecom, KDDI 등의 사업자들도 참여하고 있습니다. ORI 규격 내용은 앞서 언급한 것처럼, CPRI 규격을 근간으로 하여 CPRI의 C&M 규격을 중점으로 기존의 옵션사항 등의 모호한 부분을 명확히하고, 미정의된 사항을 새로 규정하는 식으로 진행되고 있습니다. 이를 통해, CPRI 규격이 가지지 못한 벤더간 호환성과 완성도를 높이는 것을 목표로 하고 있습니다.