Base Band Study [1]

LTE (4G) vs NR (5G)

Category4G (LTE)5G (NR)Notes

RAT (Radio Access Technology)	LTE	New Radio (NR)	RAT은 UE(스마트폰)와 BS(기지국) 간의 무선 통신을 위한 기술을 의미한다.
Base Station (BS)	eNB	gNB	eNB는 4G에서 사용되는 기지국이고, gNB는 5G에서 사용되는 기지국이다.
Core Network	Evolved Packet Core (EPC)	5G Core (5GC) or NGC	Core Network는 보안, 가입자 정보 관리 및 다른 네트워크와의 연결을 담당한다.

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U-Plane vs C-Plane

User Plane(U-Plane) : 실제로 데이터가 왔다갔다 하는 통로

 

Conntrol Plane(C-Plane) : 데이터를 왔다 갔다 하기 위한 제어 신호가 욌다 갔다 하는 통로

 

LTE 초기에는, U-Plane과 C-Plane이 구분되지 않고, 각 네트워크 기능을 위한 전문 네트워크 장비가 필요했다. 이때, User의 증가하는 Data Traffic을 견디는 네트워크 장비를 셋팅해야 하는 상황이 생길수 있음.

 

제어 신호를 위헌 성능 향상은 필요없어도, 1개의 Set인 네트워크 장비의 특성상 C-Plane도 함께 업그레이드 해야하는 상황이 생기기 때문에 비효율적인 시스템을 구축해야한다.

 

이를 해결하기 위해 CP와 UP를 분리하게 되어서 각각의 업그레이드를 별도로 진행할수 있게 되었음.

 

트래픽이 중요한 곳에서는 UP를 업그레이드 시키고, 통신 프로토콜과 관련된 내용들이 중요해지면 CP를 업그레이드 하면 된다.

 

CP와 UP가 붙어 다닐 필요 없고, 유기적으로 움직일 수 있다. CP는 중앙서버에서 전체를 컨트롤하고, UP 역할을 하는 기능들은 User의 트래픽이 몰리는 곳에 배치해서 데이터를 빨리 주고 받을 수 있도록 한다. 이렇게 하면 데이터를 주고 받아야할 때, 자신에게 유리한 UP 경로를 통해 데이터를 전송할 수 있다.

 

이런 장점으로 인해 U-Plane과 C-Plane의 기능을 분리해서 독립적으로 운용하게 설계 되었다.

 

Contorl Plane과 User Plane을 분리하여서 필요한 부분만 별도로 업그레이드하거나 배치할 수 있다.

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NSA(Non-Stand Alone) vs SA(Stand Alone)

NAS는 말 그대로 5G 혼자의 힘으로는 힘들고, 4G의 서포트를 받는 구조.

 

주로 사용하는 방식은 4G의 Core망인 EPC에 4G의 기지국 (eNB)/5G의 기지국 (gNB)를 연결하는 방식(EN-DC)이다. 이와는 반대로, SA는 Core망도 5G, 기지국도 5G gNB를 사용하는 구조

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Layer 3

RRC와 NAS 라는 Sub-Layer로 구성됨.

 

Layer 3는 Data를 실제로 주고 받기 위한 U-Plane에 대한 Protocol이 아니라, Control Signal을 주고 받는 C-Plane으로 구성되어 있다.

 

RRC Layer에서는 UE-gNB간의 하위 Layer Interface에 필요한 Radio Resource Control을 담당하고, NAS Layer에서는 UE-Core Networ간의 Signaling을 담당.

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RRC Layer

RRC Layer는 아래쪽 2계층, 1계층의 Resoure Allocaition을 담당하는 역할을 한다.

 

UE가 gNB와 통신하기 위해서는 그 전에 서로 약속되어 있는 정보들을 주고 받아야 추후의 통신에서 서로 스무스하게 데이터를 주고 받을수 있다.

 

일반 장비는 처음에 Setting한 내용 그대로 처음에만 알려주면 되지만, Vehicle처럼 하이엔드고 시스템이 복잡해질 수록 Setting 내용이 계속 바뀌기 때문에, Channel과 UE의 상태를 gNB에서 알고 있어야 안정적인 서비스를 제공할 수 있다.

 

Channel과 Connection 상태를 기준으로 주고 받는 Control Signal 및 Parameter들을 RRC Layer에서 컨트롤 한다.

 

정리하면, RRC Layer에서는 Call information을 UE들에게 Broadcasting 및 Radio acces 연결 유지, 관리하는 역할을 한다.

 

RRC System에는 3가지 State가 있다. LTE와는 다르게 RRC_INACTIVE State가 추가 되었다.

• RRC_CONNECTED : 단말과 셀이 연결
• RRC_IDLE : 단말과 셀이 연결 안됨
• RRC_INACTIVE : NR에서 추가되어, RRC Connetcion이 완전히 끊어지지 않고, 빠르게 Switch back 할 수 있는 State

RRC Layer에서는 TS 38.331에 나와 있는 여러 Parameter들을 RRC reconfiguration 이라는 message를 통해 Radio Bearer를 Setting하고, Cell group과의 Connection을 담당.

 

Radio Bearer은, Qos나 Prioirty 등을 고려한 Parameter를 Setting한 Data가 왔다갔다 하는 통로

 

Radio Bearer를 제외하고도 Core 까지 연결된 Bearer를 포함하여, 다양한 Bearer가 있다.

 

정리하면, RRC는 UE와 gNB의 Connection 상태 (Connected / IDLE / Inactive)를 Control 하고, Connectiond의 여러 상태에 대해 RRC Configuration 값을 조절함으로써, Radio REsource Control 을 하는 Layer.

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NAS Layer

NAS Layer은 UE와 gNB간의 Signaling이 아닌, UE와 Core Network (CN)간의 Signaling을 위한 Layer이다.

 

CN은 주로, Access and Mobilty managemnet Function (AMF)와 Session Management Function (SMF)다.

 

AMF와의 Signaling을 통해, Mobility를 Management 하고, SMF와의 Signaling으로 U-Plane의 Control Signaling을 통해 Session을 유지하는 역할이다.

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Reference

https://engineering-ladder.tistory.com/18