EN-DC(E-UTRA NR Dual Connectivity)/NSA(Non-Sand alone)/ Option 3/3a/3X
일반적으로 4G/LTE 통신에서 사용되는 주파수 대역은 800Mhz 혹은 2.1Ghz이고, 5G/NR 통신에서 사용되는 주파수 대역은 3.5Ghz 혹은 28Ghz 입니다.
이에 따라, 5G 통신에서는 전파 도달 거리가 짧기 때문에 커버리지(coverage)가 LTE 통신보다 작습니다. 그래서 5G 망을 형성하기 위해서는 5G 기지국들이 조밀하게 배치되어야 기지국 간의 핸드오버 등이 가능하고 끊김 없이 통신할 수 있습니다.
하지만 5G 상용화를 위해 초기부터 전국에 5G 기지국을 조밀하게 배치하는 것은 쉽지 않았습니다. 그래서 operator들이 5G를 사용하기 위해 기존의 LTE 망을 베이스로 하는 컨셉을 생각해냈습니다.
우리나라나 일본 같은 경우 전국 망이 모두 LTE 망으로 구축이 되어있습니다. 우리나라는 산에서도, 시골에서도 전국 모든 곳에서 LTE가 터질만큼 LTE의 기본 커버리지가 우수하게 갖춰져 있습니다. 그래서 기본적인 커버리지는 LTE를 이용하고, 대용량의 캐파시티(capacity)를 필요로 하는 특정 영역에 5G 기지국을 세워 높은 데이터 레이트(data rate)로 해당 영역을 커버하는 방법을 생각해낸 것입니다. 사용자 입장에서 기본 커버리지는 LTE에 의해 지원 받고, 특정 핫스팟에서 굉장히 높은 데이터 서비스를 지원 받을 수 있는 것입니다.
이것이 바로, LTE 기지국과 5G 기지국이 같이 동작을 할 수 있는 듀얼 코넥티비티(Dual connectivity)입니다. 즉, NSA(Not Stand alone) 입니다. NR이라는 새로운 라디오 기술이 단독으로 동작하지 못하고, 항상 LTE와 함께 동작함을 뜻합니다.
이를 일반적으로 옵션 3이라고 합니다. 옵션 3에서도 옵션 3A, 3X라는 파생된 옵션들이 있습니다.
실선은 실제 유저 플레인의 데이터의 통신을 뜻하고, 점선은 제어 신호들의 통신을 뜻합니다. 단말기는 LTE 기지국 및 NR 기지국 모두로부터 데이터를 수신할 수 있습니다. 단말은 LTE 및 NR 양쪽으로 모두 듀얼 커넥티드 되어 있습니다.
먼저, 옵션 3를 보시면 LTE 핵심망인 EPC로부터 LTE 기지국에게 유저 데이터가 송신(S1)됩니다. LTE 기지국은 스위치 역할을 하게 됩니다. 높은 데이터 레이트로 서비스를 할 수 있는 영역에 있는 유저가 있으면 LTE 기지국은 특정 데이터들을 스플릿(split)하여 NR 기지국에게 송신(X2)합니다. 옵션 3에서 5G 단말은 LTE 기지국 및 5G 기지국으로부터 데이터를 수신할 수 있습니다.
그런데 위 옵션 3 동작은 LTE 기지국 쪽에 굉장히 큰 부담이 될 수 있는 동작입니다. 기본적으로 LTE 기지국들은 이미 개발된 기술로서 배치되어 있습니다. 그런데 옵션 3 동작을 위해서는 LTE 기지국이 EPC로부터 수신한 데이터를 NR에 스위칭해주는 기능을 더 수행할 수 있어야 합니다. 이는 LTE 기지국 쪽에 부담이 됩니다. 그래서 실제로는 옵션 3 동작이 아닌 다른 형태로 동작이 됩니다. 이러한 개발 과정에서 옵션 3A, 3X가 나온 것입니다.
옵션 3A를 보면, 여전히 LTE 핵심망인 EPC를 사용하지만 EPC 핵심망으로부터 직접 5G 기지국으로 유저 데이터가 송신되는 선(S1-U)이 추가되었습니다. NR 기지국이 송신할 데이터는 EPC 쪽에서 NR 기지국으로 바로 내려오게 됩니다. 이렇게 LTE 기지국의 스위칭 기능에 대한 부담이 줄어든 옵션이 옵션 3A 입니다.
그런데, 옵션 3와 옵션 3A를 비교해 보면 옵션 3은 Radio condition에 따라 단말에게 유저 데이터 송신을 위해 LTE 기지국 및 NR 기지국 중 더 좋은 기지국을 선택할 수 있는 옵션이 있었습니다. 일 예로, LTE 기지국의 로드가 과하면 NR 기지국을 이용하고, NR 기지국의 로드가 과하면 LTE 기지국을 이용하는 등의 옵션입니다. 상황에 따라 데이터를 스플릿하는 옵션들이 옵션3에 있었는데, 옵션 3A에서는 그런 옵션들이 제공이 될 수 없습니다.
그래서, 이를 보완하기 위한 옵션 3X가 나오게 되었습니다. 옵션 3X를 보면 여전히 EPC로부터 NR 기지국이 데이터를 수신하지만, 빨간색 실선(X2)이 하나가 더 추가되었습니다. 스플릿 베어러(split bearer)를 통해 NR 기지국에 있는 데이터를 LTE 기지국으로 보낼 수 있는 방법이 추가된 것입니다. 옵션 3와 거울 구조로 옵션 3X에서는 NR 기지국이 스위치 역할을 하는 것입니다. NR 기지국은 새로 만드는 기지국이기 때문에 LTE 기지국에 스위칭 기능을 넣는 것보다 NR 기지국에 스위칭 기능을 넣는 것이 덜 부담이 됩니다. LTE 기지국은 이미 설치된 기지국으로 기존 상태를 유지하고, NR의 새로운 기지국에 해당 기능을 넣는 것이 용이하기 때문입니다.
실제로 2019년 4월에 상용화 되었던 옵션은 옵션3입니다. 이통삼사 LG 유플러스, SKT, KT 전부 다 옵션 3X 기반으로
현재 상용화를 했습니다.
옵션 3가 얼리 드롭으로 가장 먼저 만들어진 표준입니다.
옵션 4와 7에 대해서는 다음 시간에 알아보도록 하겠습니다!