C-RAN

 C-RAN은 주로 세부분으로 구성되는데 Remote Radio Head (RRH), Digital Unit (DU나 DU cloud), RRH와 DU간을 연결하는 전송 네트워크로 구성된다. RRH는 RF 전송과 필터링, A/D, D/A, 전송 네트워크 인터페이스등 으로 구성되며, DU cloud는 여러개의 DU들의 연결로 이루어 진다. 전송 네트워크는 CPRI(Common Public Radio Interface) 같은 광 섬유나, Mirowave로 구성된다. 이런 C-RAN은 크게 두 가지 솔루션이 있다. 하나는 중앙 집중식이며, L1과 L2, L3 BTS기능은 DU에 위치한다. 또 다른 하나는 분할 집중식으로 다른 모든 상위 계층 기능은 DU에 여전히 남겨 지고 RRH가 분리된다. 방법 2에서 DU는 베이스밴드 기능을 포함하지 않고, 간단한 DU라고 여겨진다.

C-RAN 구성 방식으로는 기존 기지국 형태 (RU+DU 통합 혹은 RU와 DU간 분리) 에서 Hetnet, cells split, Overlay, HeNet+Overlay+Cell split등의 형태로 구성된다. 한국 사업자의 경우 based on cells split 방식으로 서비스를 하며, 각 국사에 DU cloud를 중앙 집중하여 연결된 RRH로 커버리지를 구성하고 있다. KT(랙 통합)와 SKT(랙 분리)의 경우 개별 DU를 관리하는 처리 프로세서가 별도로 존재하지만 LG 유플러스의 경우 Cloud 방식으로 보기는 어렵고 Cluster 방식(예.3G CCC)으로 최대 4개의 DU까지 실장가능한 기지국을 운영중이다. 

C-RAN은 여러개의 C 특성을 가지는데 Centralization, Cooperative radio, Clean system 그리고 Cloud computing을 가진다. 또한 C-RAN에서는 multi-RAT을 지원하고 가상화, 자원 공유, CoMP등을 지원한다.

CoMP(Coordination Multi Point)의 경우 Joint processing, CS(Coordination Scheduling)/CB(Coordination Beamforming)을 대표적으로 지원하는데 주로 광 전송 네트워크를 사용하는 C-RAN과 동시에 운용시 많은 이득을 볼 수 있다. C-RAN을 사용하지 않는 일반적인 LTE에서는 JP및 CS를 위해 X2 링크로 기지국간 정보를 공유해야 하지만, 빠른 변화를 겪는 무선채널에서는 단순한 X2 링크로의 정보 공유는 적합치 않기 때문이다.

Clean system인 C-RAN은 RRH의 경우 공랭방식으로 에너지를 절약할 수 있다. 또한 Multi-RAT 지원으로 기존 기지국의 경우 다양한 이동통신 서비스(GSM, CDMA, WCDMA등)을 지원하기 위해 별도의 기지국을 설계 했지만, C-RAN에서는 DU cloud에 각 서비스를 지원하는 BBU (Base Band Unit)의 실장과, RRH의 Multi-RAT지원 그리고 충분한 Backhaul 링크만 존재하다면, 하나의 기지국만으로 동시 서비스, 국사 감소, 빠른 서비스라는 이점이 생기게 된다. 이는 결국 에너지 감소와, 지대료, 컴플레인등을 줄일수 있는 방법이다.

용량 향상

C-RAN에서 가상 DU는 광범위의 물리적 DU pool에서 함께 작업할 수 있고 시그널링, 트래픽 데이터 그리고 시스템에서 활성 UE의 cahnnel state information을 쉽게 공유할 수 있다. 따라서 CoMP 운영시의 셀간 간섭과 JP와 간섭을 배제한 스케줄링을 쉽게 구현이 가능하여 용량뿐만 아니라 주파수의 효율적인 사용이 가능토록 할 수 있다.

부하 분산

C-RAN은 또한 DU pool에서 load balancing로 인하여 트래픽을 분산할 수 있다. UE는 여러 RRH를 거치게 되지만, 트래픽을 처리하는 DU pool는 중앙 집중식이기 때문에 일정 구역내의 RRH로 부터 들어오는 트래픽은 DU pool에서 load balacing을 통하여 트래픽 분산의 효과를 이룰수가 있다.

C-RAN의 가장 핵심요소인 DU cloud는 GPP (예. Intel 아키텍쳐) 기반과 non-GPP (기지국 플랫폼) 기반으로 구성될 수 있는데 GPP 기반은 전력 소모 감소, 캐싱 기술을 통한 룩업 테이블 방식으로 무선 알고리즘을 처리할 수 있다. 또한 멀티 코어 지원을 통해 DU cloud의 처리 능력을 대폭 향상 시킬수 있다.

non-GPP 방식으로는 특정 하드웨어와 소프트웨어 사용으로 운용되며, DSP 결합, SoCs, FPGA그리고 ASIC을 사용하여 구성된다.

두 가지 예로 Central Switching & Controling 아키텍쳐와 Part Switching & Hybrid controling 아키텍쳐이다.

Central Switching의 경우 DU cloud는 기지국에 설계되고 RU는 Central Switch Equipment (CSE)를 통해 DU에 연결된다. DU cloud는 자원 공유와 Fiber을 통해 다른 DU로 연결이 가능하다. CSE를 사용하면 높은 유연성을 지원하여 일부 DU가 절체될 경우 다른 DU로의 연결이 가능하다.

Part Swithcing은 RU와 DU가 직접적으로 연결된다. 각 DU는 독립적으로 S1/X2/Abis/lu-r을 가지고 있으며, DU cloud는 협력적인 프로세싱을 위해 다르게 연결될 수 있다. CSU의 도입으로 통합 OAM과 중앙 제어, 자원 공유등이 가능하며, 분산 DU cloud에서 RU와 DU 사이는 변경될 필요없이 DU cloud에서 자원은 공유되고 다른 DU에서 백업이 가능하다.

RU와 DU 혹은 DU Cloud 사이의 시그널 프로세싱 기능 할당 방식은 여러 형태로 분류 된다.

A. 가장 기본적인 형태로는 DU Cloud에서 L1(PHY), L2(MAC, RLC), L3(RRC)등의 모든 프로세싱을 관리하고 RU에서는 오직 A/D, D/A등의 단순한 기능만을 처리한다.

B. L1 프로세싱을 RU에서 처리하는 경우이다. 이 경우 DU Cloud에서 L1 프로세싱을 하지 않기 때문에 CoMP에서의 주요 간섭 처리 능력인 CS등의 기능을 효율적으로 사용을 하지 못하게 된다. 결국 유연한 자원관리가 불가능하다.

c. 2 번과 같이 효율적인 기능 사용이 불가능하지만 DU로 부터 L1 프로세싱이 분리되어 비용 감소 이득및 구현에서의 장점이 생긴다.

D. DU cloud에서 L1 Pre-processing 기능을 처리한다. Pre-processing은 FFT/IFFT, PRACH 필터등과 같은 sector/cell 특정 기능의 프로세싱이다. 향상된 L1 PP는 일부 DU가 전력소모를 줄이기 위해 전력을 차단하는 동안 하나의 DU에서 처리할 수 있다.

E. B와 D의 이득을 모두 받으나 RU와 DU간 상호작용이 복잡할 수 있다.

Reference

NGMN SUGGESTIONS ON POTENTIAL SOLUTIONS TO C-RAN

China Mobile C-RAN The Road Towards Green RAN