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오늘은 이동통신 분야에서 많이 언급되는 용어 중 하나인 'Radio Access Network'. 즉, RAN의 역할과 기술 발전에 따라 등장한 여러 구조의 RAN을 알아보도록 하겠습니다.
최근에 소개된 'O-RAN'이 나오기 전까지 유무선 네트워크 구조는 'D-RAN', 'C-RAN', 'V-RAN' 순서로 발전하였습니다.
이번 포스팅에서는 먼저 RAN이 무엇인지, 그리고 RAN의 발전 순서에 따라 'D-RAN'과 'C-RAN'에 대해 알아보도록 하겠습니다.
여기서 말하는 RAN 이란, “모바일 통신 시스템에서 사용자 장치와 코어 네트워크 간의 연결을 제공하는 부분”을 의미합니다.
다음 표는 3G부터 5G까지의 무선 이동 통신 네트워크를 소개하고 있으며, 세대가 변함에 따라 '무선 접속망(Radio Access Network)' 또한 변화하는 것을 보실 수 있습니다.
기지국의 구조
아래 그림 1과 같이 기지국(Node B)은 무선 신호를 전자기파로 송수신하는 안테나(Antenna)와 RF 무선 신호 처리 장치인 RU(Radio Unit) 또는 RRH(Remote Radio Head), 그리고 데이터 처리를 담당하는 DU(Digital Unit) 또는 BBU(Base Band Unit) 장치로 구성되어 있습니다.
D-RAN (Distributed Radio Access Network)의 등장
D-RAN을 알아보기 위해서는 먼저 3G(WCDMA/UTRAN) 네트워크 구조를 살펴봐야 합니다.
그림 2와 같이 UTRAN은 여러 Node B들을 RNC(Radio Network Control)로 연결하여 CN(Core Network)과 연결되는 구조로 구성되어 있었습니다. RNC라는 말에서 알 수 있듯이 Radio Network. 즉, 각 기지국을 Control 합니다.
RNC를 통해 모든 Control을 진행하기 때문에, RNC 처리 능력에 따라 부하가 발생하여 느려지는 문제점이 있습니다.
만일 RNC에서 고장이나 사고로 문제가 발생할 경우, 연결된 여러 기지국 모두가 CN에 접속할 수 없으며 RNC 복구까지 다른 대응 방안이 없이 사용이 불가능합니다.
이러한 3G(WCDMA/UTRAN) 네트워크의 문제점을 개선하기 위해 4G(LTE/E-UTRAN) 네트워크에서는 기존의 RNC를 별도로 두지 않고, eNB(E-UTRAN Node B 또는 Evolved Node B) 기지국이 RNC의 Control 역할과 RU(RRH)와 DU(BBU)를 모두 가지고 사용하는 형태로 구성되었습니다.
이렇게 Control 기능이 각 기지국에 분산되는 네트워크 형태를 'D-RAN (Distributed Radio Access Network)'이라고 합니다.
D-RAN의 장점은 '간편함'과 '안정성'입니다.
기술은 오래되었지만 그만큼 안정성이 있으며 네트워크 구조상 복잡도가 낮아 설치 및 보수가 간편합니다.
반면, D-RAN의 단점은 자원 활용도 측면에서의 비효율성입니다.
물리적으로 독립되어 분산되어 있으며, 각 기지국을 중앙에서 Control 할 수 없기 때문에 자원 공유가 어렵습니다.
예를 들어, 많은 무선 자원이 요구되는 혼잡도가 높은 장소의 기지국과 반대로 낮은 혼잡도의 기지국 간에 자원 공유를 할 수 없습니다.
초기 LTE 네트워크에서는 적은 데이터 사용량과 좁은 대역폭으로 충분했기에 크게 문제가 되지 않았지만, 4G LTE가 상용화되면서 이전보다 많은 데이터 사용량과 넓은 대역폭을 요구하게 되어 기존의 네트워크로는 지원이 어려워졌습니다.
C-RAN(Centralized Radio Access Network)의 등장
4G LTE가 상용화되고 5G NR까지 등장하게 되면서 D-RAN의 문제 해결을 위해 'C-RAN(Centralized Radio Access Network)'이 소개되었습니다. 이전의 3G 네트워크 때 사용되던 RNC와 구성은 비슷하지만 이전과 다른 중앙 Centralized Unit (CU) 형태로 만든 RAN입니다.
기존의 D-RAN 형태에서 기지국에 있던 BBU와 DU가 Centralized Unit (CU)로 이동한 중앙 집중식(Centralized)으로, 하나의 BBU에서 처리하는 구조 형태를 C-RAN이라고 부릅니다.
C-RAN의 장점은 Central BBU 구성으로 이전의 RAN 구성 대비 물리적 설치 비용을 절감하고, 무선 자원 공유 기능을 사용하여 자원 효율성 증가와 데이터 처리 능력이 향상되었습니다. 또한 Protocol Stack Layer를 가상화(Virtualized) 하여 나누고 확장할 수 있는 유연성을 가지고 있습니다. 이점을 기반으로 V-RAN(Virtualized -RAN)까지 확장할 수 있습니다.
C-RAN의 단점은 Fronthaul Interface의 높은 성능 요구입니다.
Fronthaul interface는 기지국과 Central BBU 사이의 연결 통로로, 보통 CPRI(common public radio interface) 링크나 Ethernet을 사용할 수 있습니다. 연결 통로인 Fronthaul interface에서 대역폭이 좁거나 지연시간이 길어지면, 데이터 전송 속도 또는 처리량이 적어지게 되어 전체적으로 네트워크 품질과 성능이 낮아지게 됩니다.
이를 비유하면 넓은 도로와 좁은 도로의 차이, 그리고 도착 예정 시간이 늦어지는 문제입니다. 도로가 넓으면 동일 시간당 많은 차량이 이동할 수 있지만 반대로 좁은 도로는 상대적으로 적은 수의 차량이 이동하게 됩니다. 앞서 설명해 드린 대역폭에 따라 도착 시간이 지연될 수 있습니다.
이와 같은 문제는 5G NR에 들어가면서 높은 전송 속도와 많은 데이터를 사용해야 하는 Application의 서비스 품질 저하를 가져오게 됩니다.
여기까지 설명해 드린 내용을 정리하면,
D-RAN은 설치가 간편하며 시장에서 가장 성숙한 기술이지만 무선 자원 관리에서 제한적입니다.
D-RAN의 단점을 개선한 C-RAN은 무선 자원을 공유하여 효율성을 향상시키지만, Fronthaul 연결 링크에 높은 대역폭과 낮은 지연시간 등 고성능 인터페이스가 필요합니다.
이 글에서 설명해 드리지 못했지만 C-RAN의 단점을 보완한 V-RAN,
그리고 나아가 높은 개방성, 분리 유연성과 지능형 AI 기술을 도입한 O-RAN.
지금도 RAN 기술은 끊임없이 시장의 요구를 반영하고 단점을 개선하며 발전하고 있습니다.
오늘 설명해 드린 D-RAN과 C-RAN은 현재 시장에서 널리 사용하는 핵심 기술은 아니지만, 운용과 재활용 등 적은 비용의 측면에서 장점을 극대화하고 단점을 적극적으로 보완하며 최신 기술의 RAN 들과 함께 활용될 것입니다.
현재 시장에서 가장 최신 기술인 Open RAN (O-RAN)에 대한 소개와 Solution 설명은 하단의 “What is the Open RAN?” 글을 참고하시기를 바랍니다.
Open RAN & O-RAN Alliance의 등장 Open RAN의 기술의 등장과 발전으로 인해 무선 접속 ...
R&S Solution 소개
실제 RAN 과 단말 간의 동작 시험 및 개발을 위해 Rohde&Schwarz에서는 단말과 연결하여 동작을 확인할 수 있는 Signaling Test, 그리고 이동 통신 네트워크 사업자 및 3GPP GCF / PTCRB 와 같은 표준화 인증 시험 검증을 위한 인증 솔루션을 CMX500 Solution 통해 제공하고 있습니다.
이와 관련하여 문의사항 또는 Solution 장비 소개가 필요하시면 저희 Rohde&Schwarz Korea로 연락 부탁드립니다.
참고 자료:
Rohde&Schwarz : "5G New Radio Book", "Long Term Evolution Book", "UMTS Book"
3GPP : "5G System overview"
작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀
이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com
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