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통신 & 네트워크/5G

5G 통신과 NR 기술

by SIES 2021. 11. 19.
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5G는 5세대 이동통신 기술을 폭넓게 아우르는 말입니다. 5G는 LTE와 같은 이전 세대 이동통신 기술과 어떤 점이 다르길래 세대가 다른 통신 기술로 불리는 걸까요? 5G에서는 eMBB, URLLC, mMTC라고 불리는 세 가지 use case의 지원을 목표로 기술 개발이 이뤄지고 있습니다. 이러한 광범위한 use case는 이전 세대 이동통신 기술과 다른 5G를 견인하는 하나의 핵심 요인입니다.

 

5G가 목표하는 세 가지 Use Cases

 

Figure 1. IMT-2020 주요 기능과 eMBB/URLLC/mMTC 시나리오

1) eMBB (enhanced Mobile BroadBand): eMBB는 이전 세대의 이동통신 기술이 목표로 해오던 모바일 광대역 서비스의 발전된 형태입니다. 즉, 4G 이동 통신보다 더 향상된 전송 속도, 이동성을 지원하여 사용자의 체감속도는 더욱 향상되게 됩니다. Gbps급 전송이 가능하여 Youtube, OTT 서비스와 같은 고화질 video streaming 이 포함되게 되며 주로 인간 중심의 통신 시나리오입니다. 주요 목표 성능은 다운링크 기준 20 Gbps 전송속도입니다.

 

2) mMTC (massive Machine Type Communications): mMTC는 eMBB와 다르게 기계 중심의 통신 시나리오입니다. 이전 세대 이동통신에서 단말은 대부분 인간 중심의 스마트폰이었지만, IoT의 도입으로 인해 센서와 같은 기계 형태 단말과의 통신 또한 중요해졌습니다. 이러한 단말(기계)들은 지연에 민감하지 않은 작은 데이터를 전송하지만, 네트워크에 접속하고자 하는 개체 수가 많기 때문에 mMTC에서는 전송속도, 지연시간보다는 연결의 밀도(초연결성)를 높이는 것이 중요해집니다. 스마트 홈, 스마트 시티와 같은 IoT 서비스들이 포함되게 되며, 주요 목표 성능은 10⁶/km² 의 지역 당 접속 단말 수입니다. 

 

3) URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications): URLLC는 매우 낮은 지연시간과 극도로 높은 신뢰성을 특징으로 하며 인간과 기계 중심의 통신 시나리오를 모두 포함합니다. 높은 전송속도를 요구하지는 않지만 엄격한 지연시간과 신뢰성을 요구하는 주로 mission-critical 한 서비스들의 제어 데이터를 전송합니다. 자율주행 V2X 통신, 공장 자동화, 원격 의료 수술과 같은 서비스들이 포함되게 되며, 주요 목표 성능은 1 ms 지연시간입니다.

 

위에서 세 가지 5G의 use case 카테고리를 소개하였으며 이렇게 시나리오를 나누고 기술 규격의 요구사항을 간단히 만듦으로써 5G의 기술 개발 목표를 명확히 해줄 수 있습니다. 현재 5G 기술은 eMBB에 치중되어서 진화가 이뤄지는 것으로 보입니다. 이는 아무래도 인간 중심 통신 기술들이 경제성이나 활용성에서 우선순위가 높으며 mMTC는 기존 종래 기술 (e.g., eMTC, NB-IoT)로 어느 정도 커버가 가능하기 때문이라고 볼 수 있을 것 같습니다.

 

3GPP NR  표준

5세대 이동통신을 위해 3GPP에서는 NR (New Radio)이라는 새로운 무선 액세스 규격을 만들었습니다. 현재 3GPP 이외에 이동통신 기술 규격을 리드하는 주목할만한 그룹이 없기 때문에 5G와 NR은 같은 의미로 혼용되어 사용되고 있습니다. 그렇기 때문에 5G를 이해하는 위해서는 NR 표준을 이해하는 것이 중요하다고 볼 수 있습니다.

 

Figure 2. NR 주파수 대역 (출처: SK telecom)

NR이 이전 무선 액세스 규격인 LTE와 구별되는 가장 큰 특징은 주파수 대역입니다. NR은 이전 세대에서 통신을 위해 사용하던 주파수 대역뿐만 아니라 mmWave (millimeter-wave) 대역의 스펙트럼을 추가적으로 고려합니다. mmWave는 물리적으로 30~300 GHz 대역을 의미합니다. 또한 전파 특성의 차이로 인해 기존 대역보다 빠른 고용량 전송이 가능하지만 직진성이 강해 넓은 커버리지를 확보하기 어려운 특징을 가지고 있습니다. 이러한 대역 특성의 차이로 인해 NR에서는 FR (frequency range)를 나누어, 기존 Sub-6 GHz 대역을 FR1, mmWave 대역을 FR2로 정의하였습니다. 

 

  • FR1: 410 MHz ~ 7.125 GHz
  • FR2: 24.25 GHz ~ 52.6 GHz

 

현재 FR1 대역은 위와 같이 7.125 GHz까지 확장되었으며 한국은 FR1 대역으로 3.5 GHz, FR2 대역으로 28 GHz 주파수를 사용 중입니다. 이어지는 포스팅에서는 5G 표준화 과정과 3GPP NR timeline에 대해 소개하도록 하겠습니다.

 

References

[1] E. Dalman et al.5G NR The Next Generation Wireless Access Technology, Elsevier, 2018.

 


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