5G NR (New Radio) 개요

5G NR (New Radio) 개발은 3G 및 4G 무선 네트워크의 초기 발전과 유사하게 IMT-2020에 의해 약술된대로 5G의 요구 사항을 충족시키는 지속적인 모바일 광대역 발전 프로세스의 일부입니다.

그림 1 5G 무선 액세스 아키텍처는 LTE Evolution과 LTE와 호환되지 않으며 1GHz 미만에서 100GHz까지 작동할 수 있는 새로운 무선 액세스 기술 (NR)로 구성

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)은 다수의 인접한 직교 서브 캐리어 신호 (Orthogonal Sub-carrier Signal)들이 다수의 병렬 데이터 스트림들 또는 채널들을 통해 데이터를 운반하는데 사용되는"디지털 멀티 캐리어 변조 방법 (Digital Multi-carrier Modulation Method)"을 지칭합니다.

LTE를 능가하는 새로운 무선 액세스 기술 (RAT)이 필요한데, 이 기술은 6GHz 이하에서 100GHz까지의 밀리미터파 대역까지 훨씬 넓은 범위의 주파수 대역을 지원할만큼 충분히 유연해야 합니다. OFDM 기반의 통일되고 보다 능력있는 무선 인터페이스가 이 작업을 위해 선택되었습니다.

OFDM은 매우 잘 정의되고 익숙한 파형 설계 원리입니다. 4G (LTE 및 지금까지의 진화) 및 IEEE 802.11 (WiFi)은 데이터를 무선으로 전송하기 위한 기본 신호 형식으로 OFDM을 사용합니다. 기본적으로 OFDM은 정보를 전송하기 위해 단일 와이드 밴드 캐리어 대신 다수의 병렬, 협대역 서브 캐리어 (Narrow-band Subcarrier)를 사용합니다.

Brooklyn 5G Summit 2017에서 Qualcomm의 Durga Malladi, Sr. 부사장이 발표한 마일스톤은 아래와 같습니다.

그림 2 5G의 글로벌 표준으로 가속화되는 5G NR (Qualcomm)

왜 OFDM인가?

OFDM을 선택한 몇 가지 이유는 다음과 같습니다.

■ OFDM은 더 낮은 복잡도의 수신기로 확장 가능한 파형입니다.

■ OFDM은 높은 스펙트럼 효율을 의미하는 MIMO 공간 다중화를 위한 보다 효율적인 프레임 워크를 가지고 있습니다.

■ OFDM은 윈도우/필터링 (Windowing/Filtering)과 같은 개선 사항을 가능하게 합니다.

■ SC-FDM 및 SC-FDMA는 매크로 배치에서의 업링크 전송 (Uplink Transmission)에 적합합니다.

5G가 직면하고있는 어려움은 통신 기술의 한계를 넘어서고 5G NR의 공격적인 일정과 기술적 열망을 충족시키기 위해 표준 기관과 설계자는 5G 무선 인터페이스를 위해 계획된 다양한 스펙트럼을 최대한 활용해 야합니다.

3GPP는 3가지 주요 5G 사용 사례에 중점을 둡니다.

■ 향상된 모바일 광대역 (eMBB : Enhanced Mobile Broadband)

■ mMTC (massive Machine Type Communication)

■ 매우 안정적인 저지연 통신 (URLLC : Ultra-Reliable Low Latency Communication).

네트워크 용량 증가와 eMBB에 대한 최고 데이터 전송률, mMTC에 대한 연결 밀도 및 에너지 효율성, URLLC에 대한 높은 안정성 및 낮은 대기 시간과 같은 사항이 우선 순위가 높은 중요한 핵심 성과 지표 (KPI)입니다.

채택된 파형

Huawei의 Peiying Zhu 박사는 Cyclic Prefix-based OFDM (CP-OFDM) 파형을 선택하면 LTE보다 우수한 스펙트럼이 가능하다고 언급했습니다. 하향 링크 (DL) 및 상향 링크 (UL)는 대칭 파형을 가지며 UL에 상호 보완적인 DFT-OFDM이 있습니다 (그림 3).

그림 3 5G NR (Huawei)에 채택된 파형

오늘날 OFDM을 LTE와 비교하면 OFDM의 경우 훨씬 낮은 대기 시간 (오늘날 LTE보다 왕복 시간 (RTT)이 훨씬 짧음)까지 확장성이 향상됩니다. OFDM은 새로운 배치 시나리오를 지원하여 보다 빠르고 유연한 TDD 스위칭 및 턴어라운드를 가능하게 하는 독립적인 TDD 서브프레임 디자인을 가지고 있습니다 (그림 4).

그림 4 OFDM의 자체 내장형 TDD 서브프레임 설계는 TDD 스위칭 및 LTE의 8개 HARQ 인터페이스보다 신속하고 융통성이 뛰어남.