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5G RAN/Fronthaul 구축비용을 어떻게 절감하나?: [답] Function Split과 Open Fronthaul Interface
5G RAN and fronthaul architectue: function split and open fronthaul interface
January 18, 2018 | By 손장우 @ Netmanias (tech@netmanias.com)
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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. 

 

 

Insight 2018-01-25 18:04:53

Open이 대세네요. Open H/W, Open S/W, Open Source, Open Air, ... Open Fronthaul까지.

 

이 모두가 통신사업자들이 수십년간 겪어온 소수의 절대 강자 = 벤더의 락에서 벗어나고자 하는 숙원에서 비롯된 것이지요.

 

기존 벤더들도 가만이 있지 않을 테고 자기 꺼를 쓰면 성능이 최고라고 주장(그 건 맞을 겁니다)하며 계속 락을 걸고 싶어할 것이고, 결국은 통신사(옛날엔 멍청, 최근에 똑똑해진)와 기존 벤더(엤날엔 똑똑, 최근에도 여전히 똑똑하다고 주장하는)간에 보이지 않는 싸움인 데, 승패는 둘 중 누가 더 똑똑한가의 싸움이라고 봅니다.

 

개인적인 의견으로는 OPEN이 시장에서 힘을 발휘하길 바랍니다. 또 그렇게 될 꺼라고 확신하고 있습니다.

 

그래야, 세상이 굴러가고 모두에게 기회가 있겠지요.  

ys.jo 2018-02-05 13:33:42

open standard는 과거 중계기 업체들과 통신사의 바램이지만, 결코 벤더들이 추구하는 바가 아닐 것이며, 사업자들이 벤더들을 통제하기도 어려울 것입니다. 
Interface 표준화가 되려면 벤더들이 HW 표준화 및 SoC의 표준화 그리고 각 채널들의 프로토콜들의 표준화 그리고 DU-RU간 타이밍 동기방법 , Ranging 방법, O&M 방법, 일레스틱 버퍼 사이즈 값 등등이 표준화 되어야 합니다. 그것은 벤더들이 가지고 있는 것을 모두 공개 하는 것과 같습니다.

 

 설사 벤더들이 동의 했다고 해도 과연 여러 벤더들이 글로벌 스탠다드를 이룰 수 있을까요? 또는 특정 사업자가 벤더들에게 통합된 스펙을 제시하여 티어-1 급 벤더들을 리딩할 수 있을까요?   


기술표준은 각 집단들의 이해 관계의 균형 점에서 만들어 지는 것으로 하는 것 같지만, 실제는 최초 검증되고 제안 된 안으로 반영될 가능성이 높습니다. 그것은 기술표준 전쟁입니다. 하나의 표준은 자금과 인력을 쏟아 부으면서 경쟁하여 빨리 보여주고 표준에 제안하고 승인되어 만들어지는 것입니다. 상상만으로 제안된 아이디어는 결코 인정 받을 수 없습니다.  보통 후발업체는 선발업체에 기술료를 지불하고 사용 하거나 같은 편에서 지원해 준다면 그 대가를 받을 수도 있습니다.  

만약 그 표준화 전쟁에 중소업체가 참여하여 기여할 수 있는 방법이 있다면, 기여 한 만큼 얻을 수도 있을 것입니다.  

 

한편 사업자들은 만들어진 기술을 잘 활용하여 수익을 얻으려 하는 것이 우선입니다. 사업자들도 기술표준화는 추구하지만 그것은 (투자/운용)비용절감 차원이지 벤더와 같이 사활을 걸 정도는 아닐 것 입니다.  

 

따라서 open standard는 제한된 범위에서만 이루어 질 것이고, 실제적으로 타 벤더 장비들과 연동이 되는 것은 불가능에 가까울 것이라고 생각 합니다.        
 

ys.jo 2018-02-05 14:22:47

한 가지만 더 코멘트 합니다.

eCPRI 및 RoE는 패킷의 구조(프레임)와 프로토콜만 규정하고 있습니다. 그 패킷을 실어나르는 전달망은 빠져 있습니다. 전달망은 circuit network or packet network 를 특정하지 않습니다. 단, 3GPP의 5G Access 망의 요구사항에 부합하는 수준이면 된다라고 되어 있습니다. 이 말은 "우리는 전달망은 모르겠으니 알라서 해라"라는 발뺌이라고 생각 합니다.  

DU-RU간에 요구되는 전달 망에서 가장 중요한 것은 RU에 클럭과 타이밍(시각) 전달입니다. LTE에서는 GPS 시각 기준으로 (+/-) 16 nS 의 편차를 허용합니다. RU에서 재생된 클럭의 품질(지터/원더 또는 위상오차) 수준과 1PPS 의 타이밍의 최대 편차가 RAN의 품질 수준을 좌우하게 됩니다.  이 규정을 위반한다면 기지국간 간섭이 심해지거나 쓰루풋이 떨어집니다.  그러므로 전달망이 매우 중요 합니다. 

eCPRI나 RoE로서 C-RAN을 만드는 업체는 우선 전달망을 선택해야하고, 5G에서 요구하는 클럭풀질 수준과 타이밍 동기 수준을 스스로 알아서 해야 합니다.

그러나 현재 5G에 대하여 알려진 클럭이나 타이밍 규정은 못 찾았습니다. 아마 벤더들이 내부에서 만 진행 중 일 것 입니다. 

따라서 5G C-RAN 장비를 상용품으로 개발하는 것은 시기상조 같습니다. 시제품 개발이면 모를까...       

 

ys.jo 2018-02-19 10:12:54

1. DU와 상관 없이 RU 만 교체 할 수도록 하려면, 기지국 장애시 그 고장 위치가 DU인지 RU인지 명확히 구분 할 수 있어야 합니다. 

   서비스 장애에 대한 손실을 DU 벤더 또는 RU 벤더에 청구할 수 있어야 하기 때문 입니다. 

2. 현재까지는 RU는 DU의 구성품(Device) 중 하나로 관리되고 있습니다.   

   기지국 벤더는 사업자에게 물건만 파는 것이 아닙니다. 망 설계, 코어네트웍 인터페이스 기능의 가상화, EPC, DU, RU, OAM 그리고 각 기능에 대한 성능개선 update 서비스 등이 포함됩니다. 

   RU가 DU로 부터 독립적이라면, 최악의 경우, 기지국 벤더의 구성품으로 관리되지 않을 수도 있습니다. 즉 RU만 별도로 관리하는 방법이 있어야 합니다.  

고고베베 2019-06-25 10:03:47

글들 읽다보면 궁금해 지는게 3G, 4G에서 사용하는 장비들을 그대로 사용하는건가요? 아니면 5G용을 별도로 증설하는건가요?

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