5G NR

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1. 개요
2. 주파수 대역
3. 네트워크 구축 방식
- 3.1. 비단독 모드 (NSA, Non-Standalone)
- 3.2. 단독 모드 (SA, Standalone)
4. 개발
5. 부반송파 간격 (Numerology)
6. NR-Light (RedCap)
참조

1. 개요

5G NR(New Radio)은 5G 이동 통신 기술의 무선 접속 기술을 의미한다. 5G NR은 6 GHz 이하 주파수 대역(FR1)과 mmWave 대역(FR2, 24–100 GHz)의 주파수 대역을 사용하며, 통신사별로 다양한 주파수 대역을 활용한다. 네트워크 구축 방식은 기존 LTE 인프라에 의존하는 비단독 모드(NSA)와 5G 코어 네트워크를 사용하는 단독 모드(SA)로 나뉜다. 3GPP는 5G NR 표준을 지속적으로 개발하고 있으며, NR-Light(RedCap) 기술을 통해 웨어러블 기기, 산업용 센서 등 다양한 기기를 지원한다.

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5G NR
개요
종류	무선 접속 기술
기술 표준	3GPP 5G NR (New Radio)
주요 특징	높은 데이터 전송 속도, 낮은 지연 시간, 대규모 장치 연결 지원
기술 사양
주파수 대역	450 MHz ~ 6 GHz (FR1, Sub-6 GHz) 24.25 GHz ~ 52.6 GHz (FR2, 밀리미터파)
채널 대역폭	최대 100 MHz (Sub-6 GHz), 최대 400 MHz (밀리미터파)
변조 방식	QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM
다중 안테나 기술	MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), 빔포밍
통신 방식	TDD (Time Division Duplex) FDD (Frequency Division Duplex)
주요 기술	OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 빔포밍 네트워크 슬라이싱 mMTC (massive Machine Type Communications) URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications)
활용 분야
주요 서비스	초고속 무선 통신 자율 주행 IoT (Internet of Things) 스마트 팩토리 가상 현실 (VR) / 증강 현실 (AR)
응용 분야	모바일 광대역 통신 (eMBB) 초고신뢰 저지연 통신 (URLLC) 대규모 사물 통신 (mMTC)
표준화 및 개발
표준화 기구	3GPP
최초 표준 발표	2017년 12월 (Release 15)
상용화 시작	2019년
기타
관련 기술	LTE 5G 코어 네트워크 SA (Standalone) 5G NSA (Non-Standalone) 5G
참고 자료	5G NR 설명 (5G.co.uk) 5G NR 웨비나 (IEEE Communications Society) 3GPP 38 시리즈 규격
관련 링크	유럽 5G 현황 (GSMA)

2. 주파수 대역

5G NR은 2개의 주파수 대역을 사용한다.^[41]

Frequency Range 1 (FR1): 6GHz 이하 주파수 대역 포함
Frequency Range 2 (FR2): mmWave 대역(24–100 GHz)의 주파수 대역 포함

5G NR은 두 가지 광범위한 주파수 대역을 사용한다.

주파수 범위 1(FR1): 410MHz – 7125MHz 대역
주파수 범위 2(FR2): 24250MHz – 71000MHz 대역

5G NR의 주파수 대역은 2개의 서로 다른 주파수 범위로 나뉜다. 450MHz - 6GHz의 주파수 대역(Frequency Range 1: FR1)과 - 의 주파수 대역(Frequency Range 2: FR2)이다.^[26]

3. 네트워크 구축 방식

5G 코어 네트워크에서 단독 모드(SA)가 성숙될 때까지, 5G NR 서비스는 기존의 LTE 4G 인프라에 의존하는 비단독 모드(NSA)로 구축될 것으로 예상된다.

3. 1. 비단독 모드 (NSA, Non-Standalone)

초기 5G NR 출시는 5G 코어 네트워크를 갖춘 단독 모드(SA)가 성숙되기 전에 비독립형(NSA) 모드에서 기존 LTE 인프라에 의존할 것이다. 또한, 스펙트럼은 LTE와 5G NR 간에 동적으로 공유될 수 있다.^[9]

5G NR의 비독립형(NSA) 모드는 기존 LTE 네트워크의 제어 평면에 의존하여 제어 기능을 수행하고, 5G NR은 사용자 평면에만 집중하는 5G NR 구축 방식의 한 방법이다.^[10]^[11] 이는 5G 도입 속도를 높이는 것으로 평가받지만, 일부 통신 사업자와 공급업체는 5G NR NSA의 우선적인 도입이 네트워크의 단독 모드 구현을 저해할 수 있다는 이유로 비판하기도 한다.^[12]^[13] 4G 네트워크와 동일한 코어 네트워크를 사용하지만, 무선 장비가 업그레이드된다.^[14]^[15]

3. 2. 단독 모드 (SA, Standalone)

5G NR의 단독 모드(SA)는 신호 및 정보 전송에 모두 5G 셀을 사용한다.^[10] 4G 진화된 패킷 코어 대신 새로운 5G 패킷 코어 아키텍처를 사용하며,^[16]^[17] LTE 네트워크 없이 5G를 배포할 수 있게 한다.^[18] 이는 비용 절감, 효율성 향상, 새로운 사용 사례 개발을 지원할 것으로 기대된다.^[12]^[19] 그러나 초기 배포 시에는 스펙트럼 할당으로 인해 기존 네트워크보다 속도가 느려질 수 있다.^[20]

5G NR SA 모드에서는 제어 평면과 사용자 평면 모두에 5G 기지국을 사용한다.^[30] 4G LTE 코어 네트워크에 의존하지 않고 새로운 5G 코어 네트워크만 사용하므로,^[34]^[35] LTE 네트워크 없이 5G를 전개할 수 있다.^[36] 이는 저비용, 고효율, 그리고 새로운 유스 케이스 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.^[32]^[37]

4. 개발

2018년, 3GPP는 5G NR의 "1단계" 표준화 내용을 담은 릴리스 15를 발표했다.^[6] 2020년에는 "5G 2단계"에 해당하는 릴리스 16이 발표되었고, 당초 2021년 9월로 예정되었던 릴리스 17은 코로나19 범유행으로 인해 2022년 6월로 연기되었다.^[7]^[8]

3GPP는 현재 "NR Advanced"로 불리는 릴리스 18 작업을 진행 중이다. 이는 무선 통신 시스템의 새로운 이정표가 될 것으로 기대되며, 확장 현실(XR), AI/ML 연구, 이동성 향상 등의 기능을 포함할 것이다. 특히, 릴리스 18에서는 기존에 레이어 3(RRC)에서 처리되던 이동성을 하위 레이어에서 처리하는 기술이 도입될 예정이다.

5. 부반송파 간격 (Numerology)

5G NR은 7가지 부반송파 간격을 지원한다.

부반송파 간격 (kHz)	슬롯 지속 시간 (ms)	주파수 대역	비고
15	1	FR1	LTE와 동일
30	0.5	FR1
60	0.25	FR1 및 FR2	60kHz 부반송파 간격에서는 일반적인 순환 접두어(CP)와 확장된 CP 모두 사용할 수 있다.
120	0.125	FR2
240	0.0625	FR2	이는 동기화 신호 블록(SSB)을 사용하여 검색 및 측정 목적으로만 가능하다.
480	0.03125	FR2
960	0.01565	FR2

순환 접두어의 길이는 부반송파 간격에 반비례한다. 15kHz에서는 4.7us이고, 240kHz 부반송파 간격에서는 0.29us이다. 또한, 더 높은 부반송파 간격은 대기 시간을 줄이고 5G의 초고신뢰 저지연 통신(URLLC) 및 향상된 모바일 광대역(eMBB) 응용 프로그램에 필수적인 고주파 대역에 대한 지원을 늘릴 수 있다.

6. NR-Light (RedCap)

5G NR 릴리스 17에서 3GPP는 경량화된 기능(RedCap) 장치를 위해 NR-Light를 도입했다. NR-Light는 RedCap이라고도 하며, 기존 5G NR 장치에 비해 더 낮은 복잡성과 전력 소비를 요구하는 광범위한 신규 및 신흥 사용 사례를 지원하도록 설계되었다.^[1]

NR-Light는 중간 수준의 성능 범주의 장치를 대상으로 하며, 표준 5G NR 장치의 고성능 기능과 LTE-M 및 NB-IoT 장치의 초저 복잡성 간의 균형을 유지한다. 이는 다음과 같은 애플리케이션에 이상적이다.^[1]

웨어러블 기기: 낮은 전력 소비와 연장된 배터리 수명의 이점을 누릴 수 있는 스마트워치, 피트니스 트래커, 건강 모니터링 장치 등.
산업용 센서: 복잡성이 감소된 상태에서 안정적인 연결이 필요한 스마트 팩토리 및 산업 자동화 장치.
스마트 홈 기기: 보안 카메라 및 스마트 가전을 포함하여 효율적이고 비용 효율적인 연결이 필요한 홈 자동화 제품.

NR-Light의 주요 기능은 다음과 같다.^[1]

대역폭 감소: NR-Light는 더 좁은 대역폭을 지원하여 장치의 전반적인 복잡성과 전력 요구 사항을 줄인다.
단순화된 안테나 구성: 표준 5G NR 장치에 비해 더 적은 안테나를 사용하여 비용과 전력 소비를 절감한다.
낮은 데이터 전송률: 높은 데이터 처리량이 필요하지 않은 애플리케이션에 최적화되어 네트워크 리소스를 효율적으로 사용한다.
배터리 수명 연장: 전력 소비를 줄이기 위한 최적화를 통해 NR-Light 장치는 배터리 수명을 상당히 연장할 수 있으며, 이는 웨어러블 및 센서에 매우 중요하다.

NR-Light는 다양한 성능 요구 사항을 가진 장치의 요구 사항을 충족하는 확장 가능한 솔루션을 제공하여 5G 생태계를 개선하고 잠재적인 애플리케이션을 확장하며 IoT 및 기타 연결된 기술의 성장을 촉진한다.^[1]

참조

_[1] 웹사이트 What is 5G New Radio (5G NR) https://5g.co.uk/gui[...]
_[2] 웹사이트 Making 5G New Radio (NR) a Reality – The Global 5G Standard - IEEE Communications Society https://comsoc.org/w[...]
_[3] 웹사이트 3GPP specification series: 38series http://www.3gpp.org/[...] 2018-10-31
_[4] 웹사이트 The Mixed Picture for 5G in Europe https://www.gsma.com[...] 2023-12-07
_[5] 서적 Human Centred Intelligent Systems: Proceedings of KES-HCIS 2020 Conference https://books.google[...] Springer 2020-05-29
_[6] 웹사이트 Release 16 https://www.3gpp.org[...] 2020-01-06
_[7] 웹사이트 Release 17 https://www.3gpp.org[...] 2020-01-06
_[8] 웹사이트 Release 17 timeline agreed https://www.3gpp.org[...]
_[9] 웹사이트 Spectrum sharing for fast & smooth 5G deployment https://www.ericsson[...] 2020-04-22
_[10] 웹사이트 5G NR Deployment Scenarios or modes-NSA, SA, Homogeneous, Heterogeneous http://rfwireless-wo[...]
_[11] 웹사이트 What's Behind 'Non-Standalone' 5G? https://eetimes.com/[...] Eetimes.com 2018-11-13
_[12] 웹사이트 5G best choice architecture https://res-www.zte.[...] 2019-02-01
_[13] 웹사이트 3GPP Approves Plans to Fast Track 5G NR - Light Reading https://lightreading[...]
_[14] 웹사이트 Standalone 5G vs. Non-Standalone 5G https://www.rcrwirel[...] 2024-04-04
_[15] 웹사이트 5G Standalone vs. 5G Non-standalone: What's in it for operators? https://www.rcrwirel[...] 2024-04-04
_[16] 웹사이트 Standalone or Non-Standalone? 5G Trials Will Help Orange Decide - Light Reading https://lightreading[...]
_[17] 웹사이트 5G Non Standalone Solution Overview https://cisco.com/c/[...] 2019-02-03
_[18] 웹사이트 Defining NG Core for 5G Networks - Light Reading https://lightreading[...]
_[19] 웹사이트 5G: What is Standalone (SA) vs Non-Standalone (NSA) Networks? https://www.mediatek[...] 2018-11-12
_[20] 웹사이트 真の5G「SA方式」の不都合な真実、当初遅くなるのはドコモだけ？ https://xtech.nikkei[...]
_[21] 웹사이트 Standalone 5G vs. Non-Standalone 5G https://www.rcrwirel[...] 2024-04-04
_[22] 웹사이트 What is 5G New Radio (5G NR) https://5g.co.uk/gui[...] 2019-03-12
_[23] 웹사이트 Making 5G New Radio (NR) a Reality – The Global 5G Standard - IEEE Communications Society https://comsoc.org/w[...] 2019-03-12
_[24] 웹사이트 3GPP specification series: 38series http://www.3gpp.org/[...] 2018-10-31
_[25] 웹사이트 3GPP Specification series https://www.3gpp.org[...]
_[26] 웹사이트 E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) - NR Dual Connectivity (EN-DC) of LTE 1 Down Link (DL) / 1 Up Link (UL) and inter- / intra-band NR 2 Down Link (DL) / 2 Up Link (UL) bands (Frequency Range 1 (FR1) + Frequency Range 2 (FR2)) https://portal.3gpp.[...]
_[27] 뉴스 韓国、５日に５Ｇ通信開始　スマホ対応で世界初　米も月内、日本は秋以降 https://www.sankei.c[...] 産経新聞 2019-04-02
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_[29] 웹사이트 クアルコム、Snapdragon 855モバイルチップを発表、5Gに対応 https://www.pcworld.[...]
_[30] 웹사이트 5G NR Deployment Scenarios or modes-NSA,SA,Homogeneous,Heterogeneous http://rfwireless-wo[...] 2019-03-12
_[31] 웹사이트 What's Behind 'Non-Standalone' 5G? https://eetimes.com/[...] Eetimes.com 2018-11-13
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_[38] 웹인용 What is 5G New Radio (5G NR) https://5g.co.uk/gui[...]
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_[41] 웹사이트 5G/NR - FR/Operating Bandwidth http://www.sharetech[...]