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3GPP Rel.15 5G NR SA 스몰셀 기지국 소프트웨어

전수책임자
나지현
참여자
김경숙, 김남이, 김대익, 김성경, 김일규, 김재흥, 김태정, 김형섭, 나지현, 문정모, 박용직, 박용직, 방승찬, 신무용, 신연승, 오현주, 이동훈, 조윤희, 조은선, 좌혜경, 황현용
기술이전수
1
이전연도
2021
협약과제
19HH1600, 5G NR 기반 지능형 오픈 스몰셀 기술 개발, 나지현
20HH2800, 5G NR 기반 지능형 오픈 스몰셀 기술 개발, 나지현
21HH1100, [통합과제] 5G NR 기반 지능형 오픈 스몰셀 기술 개발, 나지현
- 본 이전 기술은 5G 스몰셀 기지국 (가정용, 실내 오피스용, 교외용, 도심용등)의 핵심 기술인 5G 스몰셀 기지국의 통신 프로토콜 SW (L2/L3) 및 이를 시험할 수 있는 환경에 대한 기술을 포함함.

- 본 기술은 3GPP Rel.15 기반의 5G NR 규격 (MAC(Medium Access Control), RLC(Radio Link Control), PDCP(Packet Data Convergence Protocol), SDAP(Service Data Application Protocol), GTP(GPRS Tunnel Protocol), RRC(Radio Resrouce Control), NGAP(NG Aplication Protocol), X2AP(X2 Application Protocol), XNAP(XN Appliction Protocol)을 지원하며 특허 5G 단말이 5G Core Network과 연결될 수 있도록 SA(Standalone) 기능을 포함함.

- 본 기술은 5G SA기능을 지원하는 무선자원제어(L3 Call Control), 무선자원관리 (Radio Resource Management)를 포함하며, 기지국운영관리를 위함 OAM 기능은 자체 에뮬레이터를 구축하여 실행함.

- 본 기술은, 우리나라 이동통신 사업자 밴드인 3.5GHz 대역 (n78 밴드)에 대하여 5G SA상용단말과의 무선인터페이스 검증을 완료하였으며 5G 스몰셀의 퀄컴칩셋을 활용하여 퀄컴 모뎀을 사용하는 경우 별도의 변환없이 바로 5G스몰셀 상용시스템 개발이 가능.

- 주요 개발내용은 3GPP Rel.15 5G NR기반의 L2/L3 프로토콜 SW, 3.5GHz 대역 (FR1) 지원이 가능한 MAC 스캐쥴러/무선자원 관리기술, 다중타스크관리, Zero-Copy를 통한 성능향상이 보장되는 프레임워크 기술을 포함.

- 또한, 5G SA 기술 지원을 위한 시험환경으로 5G SA 상용단말 (갤럭시 S20 활용 및 VIAVI의 Multi-UE Emulator 활용) 및 5G Core Emulator SW를 통하여 여러대의 상용단말 접속, 최대전송속도등을 확인.
- (모바일 대용량 트래픽 처리를 위한 소형셀 필요성 증대) 5G 커버리지가 넓어짐에 따라 커버리지 홀영역, 모바일 데이터가 급증하는 영역에서 5G 소형셀 기지국의 필요성 증가하고 있으나 국내외적으로 5G 소형셀은 아직 상용화가 안되어 있음

- (5G 스몰셀의 국산화 필요) 5G 스몰셀 기술은 모뎀/RF 기술과 통신 SW 기술로 구성되어 있으며 5G 스몰셀용 모뎀 칩셋과 RF 칩셋은 퀄컴에서 선도적으로 개발하고 있으나 스몰셀 SW가 상용화 수준으로 제공된 사례는 없어서 국산화 필요

- (중소기업이 개발하기 어려운 5G스몰셀 SW 제공) 5G 스몰셀 칩셋업계 세계1위인 퀄컴의 솔루션을 기반으로 스몰셀 기지국 통신 SW 개발시 상용화 가능성이 높아서 중소기업이 칩셋솔루션 확보시 ETRI의 통신 SW기술과의 결합으로 5G 스몰셀 상용화에 앞장 설 수 있음

- (중소기업의 기술자립화 기여) 태동기단계에 있는 소형셀 시장에서 소형셀 기지국 L2/L3 SW 는 L1 Chip 출시 후 최소 1년 후 제공되어야 하는 국내외 이동통신 시장 환경에서 국내 소형셀 기지국 제조업체들은 기지국 SW를 해외업체에 의존함으로써 외산 SW 테스트베드 역할로 전락 국내 중소업체의 경쟁력 강화와 수익률 증대를 위한 기술 독립 방안 필요

- (글로벌 시장 경쟁력 확보) 3GPP 이동통신 표준을 최초로 상용화하는 국내 이동통신 시장에서 확보한 소형셀 기지국 SW 상용화 기술로 글로벌 시장 개척의 발판 마련

- (5G 소형셀 기술 개발로 확대) 5G SA를 지원하는 스몰셀 SW는 기존 NSA와는 달리 5G 단독망 접속이 가능하도록 형태로 제공됨에 따라 5G 특화망등에서 활용되는 5G 스몰셀로 확대 가능

- 5G 스몰셀의 조기 개발 및 상용화를 위하여 5G 스몰셀 L1 업계 1인자인 퀄컴과의 공동연구를 통하여 빠른 상용 퀄컴 칩과 연동이 가능한 5G 스몰셀 SW 조기 제공

- 본 기술은 소형셀 기지국 SW가 공통으로 사용할 수 있는 HW 종속성을 최소화 한 SW Framework을 포함하고 있으며 L1 모뎀의 변경시에도 쉽게 변경이 가능하도록 설계되어, 소형셀 기지국 제조업체에게 기술이전 되었을 때 소형셀 제조업체가 갖는 모뎀과의 인터페이스를 쉽게 변경할 수 있도록 함.
- 본 이전 기술은 5G 규격인 3GPP Rel.15를 기반으로한 통신 프로토콜 스택으로 상용단말과의 시험을 완료하여 완성도를 입증
- 본 이전 기술은 5G 스몰셀 칩셋의 세계적으로 일인자인 퀄컴의 칩셋에서 수행 가능
- 본 이전 기술은 Sub-6GHz 뿐만아니라 mmWave 주파수 대역을 지원
3GPP Rel.15 5G SA 스몰셀 SW기술은 3GPP Rel.15 5G NR SA (Standalone) 기술 지원을 특징으로 하며 3.5GHz로 불리우는 FR1과 mmWave로 불리우는 FR2와 관련된 계층 2 이상의 통신 프로토콜을 지원하는 것을 특징으로 하며 아래의 기술을 포함

- 3GPP Rel.15 기반 5G NR SA 소형셀 기지국 L2/L3 Protocol Stacks
● 3GPP Rel.15 5G NR SA 스몰셀 기지국과 관련된 아래의 규격을 지원하는 소프트웨어
3GPP TS 38.321: “NR: Medium Access Control Protocol Specification”
3GPP TS 38.322: “NR: Radio Link Control Protocol Specification”
3GPP TS 38.323(NR: Pack Data Convergence Protocol Specification )
3GPP TS 38.324(E-UTRA and NR; Service Data Protocol (SDAP) Spec.)
3GPP TS 38.331 (NR: Radio Resouce Control Protocol Specification)
3GPP TS 29.281: "General Packet Radio System (GPRS) Tunnelling Protocol User Plane (GTPv1-U)“
3GPP TS 38.413: "NG-RAN; NG Application Protocol (NGAP)".
3계층 프로토콜 : NR RRC, GTP, S1AP, X2AP, NGAP, XNAP
● 3GPP Rel.15 5G NR SA 스몰셀 기지국 제어 소프트웨어 및 알고리즘
NR 무선자원 제어 기술,
NR 무선자원관리 기술,
MAC 스케쥴러 기술
● 5G 스몰셀 SW 운용관리를 위한 에뮬레이터
● 스몰셀 기지국 SW 사양 및 주요 성능
최대 가입자 수 : 32 명
최대 성능 : DL 800Mbps, UL 65Mbps (100MHz, DDDSU 환경 기준)
호 접속 성공률 : 99% 이상

● 하드웨어 종속성을 탈피하게 하는 SW Framework
- 스몰셀 기지국 SW Multi-Task 관리, Task간 통신, 공통 Utility
- 성능향상, Zero Copy를 위한 Memory 관리
- Debug, Log Message 처리, Timer 관리
- PHY 인터페이스

- 5G NR 스몰셀 SW 상태 관리 모니터링 툴 (SODAM)
● 5G 스몰셀의 상태를 Ethernet으로 연결하여 감시 가능하며 바이너리로 제공


●3GPP Rel.15 5G NR SA 기지국 계층2 이상 프로토콜 스택 기술 관련 제공자료
- 5G NR 스몰셀 SW 요구사항 정의서
- 5G NR 스몰셀 SW 상위/상세 설계서
- 5G NR스몰셀 SW 시험 절차서/소형셀 기지국 SW 시험 결과서
- 5G NR 스몰셀 SW 자체시험 결과서 15 종
- 3GPP Rel.15 5G SA 스몰셀 기지국 L2/L3 소프트웨어 (쓰리지피피 릴리즈 15 5세대 뉴 라디오 기반 독립형 스몰셀 기지국 소프트웨어)


* 단 28GHz/NSA 기술은 ETRI로부터 3GPP 5G NR NSA기술이전을 받은 업체에게만 제공되며, 이 전 기술이전이 없는 업체에게는 3.5GHZ 용 5G NR SA소프트웨어 기술만 제공됨
- (5G 스몰셀 기지국에 활용) 본 이전기술은 5G NR 기반의 3GPP Rel.15 규격을 사용하는 기지국 SW (L2 이상) 로 주거용 펨토, 엔터프라이즈용 펨토, 도심/시골 야외용 펨토인 5G SA 소형셀 기지국에 활용
- (5G 기지국 통신 프로토콜 시험 검증 시스템에 활용) 기지국 기능을 수행하는 계측장비, 기지국 기능을 필요로 하는 각종 융합 플랫폼에 활용
? 이전기술은 3GPP규격에 정의된 5G SA 기반의 Protocol Stack들에 대한 결과물로 다양한 활용처가 있을 수 음.
- (시장 선점에 따른 기대효과) 소형셀 기지국 제조업체에게 기술이전 되어 해외 업체보다 앞선 검증된 5G 스몰셀 SW를 지원할 수 있어서 차별화된 제품 개발로 세계 시장 선점 가능
- (국산화에 따른 기대효과) LTE 시절 전량 수입에 의존하는 소형셀 기지국 SW 솔루션을 국산화로 가격 및 제품 경쟁력을 높이고 외국기업보다 제품의 조기출시할 수 있는 기반을 마련하여 내수 시장뿐만 아니라 해외 신규시장 공략
- (경제적 기대효과) 소형셀 기지국 솔루션 국산화로 중계기 시장 침체로 어려움을 겪는 관련 중소기업이 소형셀 기지국의 新 생태계 진입시 장비수입 대체효과 및 기술료 유출을 절감하고 세계 시장으로 진입으로 수출 증대 효과