5G 시대가 현실로 다가오기 시작하면서 4G LTE 시대의 RAN 구조와 생태계에 혁신적인 변화의 바람이 불고 있다. 본 블로그에서는 기존 4G RAN 구조 (기술적 및 산업적 구조)의 문제를 살펴보고 이를 극복하기 위해 제시되고 있는 5G 시대의 RAN/Fronthaul 구조에 대해 알아본다.

1. 5G 시대에서 바라본 4G RAN 구조(C-RAN)의 문제

그림 1. 현재 4G C-RAN 구조의 문제점

그림 1에 설명되어 있는 두 가지 문제는 5G RAN 구축시 막대한 비용을 유발시키며, 4G 수익성 저하와 뚜렷한 5G 수익 모델의 부재로 고민하고 있는 세계 각 국의 이동통신사업자들이 극복해야 할 큰 숙제이다. 2017년 발간된 Analysys Mason의 report에 따르면 이 회사가 인터뷰한 68개 사업자의 92%가 구축 비용과 수익 모델 부재로 2020년에서 2026년에 5G 투자를 시작하겠다고 응답했다고 한다. 5G 수익 모델이 무엇인 지는 따로 고민해야 할 문제이고 구축 비용 절감 방안에 관해 살펴보자.

2. 5G 프론트홀 용량/비용 문제 해결책: gNB(5G 기지국)의 Function Split

먼저, 프론트홀 용량/비용 문제를 해결하기 위해 2015~16년에 업계에서는 기지국의 다양한 function split 구조에 관해 검토와 PoC(실증시험)를 해왔다. 2016년 상반기에 3GPP TR38.801에서 8 가지 function split options이 정의되었고 업계에서는 많은 논의가 이 8 가지 option들을 중심/기준으로 이루어져왔다. Option 1-7이 의도하는 바는 option 8 (CPRI)처럼 Time domain I/Q data가 아닌 intermediates signal을 전달하여 프론트홀 bit rate (payload량)을 줄이고 statistical multiplexing gain (Packet switching의 절대 장점)을 얻어 결과적으로 fronthaul의 용량을 줄이는 것이다. 

그림 2. 8 가지 기능분리 옵션들 (3GPP TR38.801)

3. 하위 레이어 기능 분리 인터페이스: RAN vendor proprietary eCPRI vs. Open RoE (Radio over Ethernet) 

2015~16년에는 현재의 4G C-RAN의 기능분리지점 (PHY-RF split, CPRI 인터페이스)이 아닌 좀 더 상위 레벨에서 CU와 DU의 기능을 분리하는 데 촛점이 맞춰졌다.

작년(2017년)에는 CU, DU, RU의 3단 구조 (Two-Level Fronthaul 구조) 모델이 본격적으로/무더기로 제시되기 시작했다. 다양한 5G 응용 (eMBB, URLLC, mMTC)별로 유연하게 5G RAN을 구축하기 위해 5G 기지국 (gNB)을 CU, DU의 2단 분리가 아닌 CU, DU, RU의 3단으로 분리하는 구조 (사례를 보려면 여기를 클릭하세요)가 많은 관심을 받고 있는 것이다. CU, DU, RU가 모두 분리될 수도 있고, CU-DU일체형, DU-RU 일체형일 수도 있다.

• 기관: IEEE NGFI 1914 WG, xRAN Forum, TIP, ITU-T
• 사업자들: Chinal Mobile, China Telecom, KDDI, SK Telecom, LG U+, AT&T, ....
• Vendors: Huawei, Ericsson, ZTE, ..., Altiostar, Mavenir, ....

그림 3. Multiple-Split 구조 (Two-Level Fronthaul)

그림 3의 5G RAN 구조에서 상위 레이어 기능 분리 인터페이스는 3GPP F1 인터페이스(option 2)인 데, 하위 레이어 기능 분리 인터페이스는 현재 여러 안들(Option 6 또는 Option 7-1/2/3)이 제시되고 있다.

4. Open fronthaul interface를 통한 5G RAN 구축 비용 절감

하위 레이어 기능 분리 인터페이스로 기존 RAN 벤더들(Ericsson, Huawei, Nokia, NEC)은 CPRI의 업그레이드 버전인 eCPRI (www.cpri.info, 2017년 8월 v1.0 제정)을 밀고 있다. 반면에 메이저 이동통신사인 AT&T, Verizon, SK Telecom, NTT Docomo, BT, Telecom Italia, DT 등은 eCPRI처럼 RAN vendor proprietary 인터페이스가 아닌 open fronthaul interface를 표준화하기 위해 노력하고 있다. IEEE/NGFI 1914 WG RoE, xRAN forum/fronthaul WG, Telecom Infra Project/vRAN fronthaul project group에서 이러한 open fronthaul interface (IEEE 1914.3 Radio over Ethernet(RoE) 또는 RoE 기반)를 제정하기 위해 협력하고 있다. 

그림 4. Open fronthaul interface 표준화 단체들

기존 RAN 벤더의 경우 현재와 같은 RAN 에코시스템(Vendor proprietary interface를 유지하여 소수의 RAN 벤더가 시장을 독점하고, 고가로 RAN 장비를 판매하는)을 유지하고 싶어한다.

그러나 사업자는 새로운 에코시스템(open fronthaul interface 기반으로 많은 중소기업과 스타트업들이 5G RAN 시장에 참여하여 경쟁함으로써 5G RAN 투자 비용을 낮추는)을 원한다. 또한 open fronthaul interface를 따르면, RU를 타 벤더 장비로 교체할 때 DU도 함께 교체하지 않아도 된다.

소수 RAN 벤더 독점이 아닌 많은 수의 벤더가 참여하는 새로운 생태계가 열릴 수 있다. 실제로 xRAN forum에서 협력하고 있는 벤더를 보면(CU/DU/RU의 vRAN software와 RU hardware: Altiostar, Mavenir 등), 기존 RAN 벤더 개입 없이도 5G RAN (gNB)를 구축할 수 있다.

넷매니아즈에서는 향후 5G RAN 시장이 어느 방향으로 흘러갈 지 업계를 주시하며 지속적으로 리포팅할 예정이다.