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5G NR의 핵심 기술과 구조에 대해 알아보자

phil1973 2025. 5. 25. 10:27

1. 5G NR 개요: 새로운 무선 접속 기술의 탄생

5G NR(New Radio)은 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 의해 정의된 5세대 이동통신 시스템의 핵심 무선 접속 기술이다. 5G NR은 4G LTE에서 발전된 무선 기술로, 초고속, 초저지연, 초연결이라는 세 가지 핵심 요건을 만족시키기 위해 설계되었다. 특히 eMBB(enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra-Reliable Low Latency Communications), mMTC(massive Machine Type Communications)라는 세 가지 주요 사용 사례를 포괄하도록 고안된 점이 특징이다. 기존 LTE 대비 더 넓은 주파수 대역폭을 활용하고, 밀집된 셀 구조와 빔포밍 기술 등을 도입해 스펙트럼 효율을 극대화한다. 5G NR은 프론트홀 및 백홀 아키텍처의 유연성을 지원하고, 독립형(SA) 및 비독립형(NSA) 운용이 가능해 초기 5G 도입에서부터 점진적인 진화를 지원한다는 점에서 큰 의미가 있다.

 

2. 주파수 대역과 유연한 대역폭 할당 전략

5G NR은 기존보다 훨씬 더 폭넓은 주파수 대역을 활용한다. 크게 Sub-6GHz 대역과 밀리미터파(mmWave) 대역으로 구분되며, 각각의 특성에 맞게 다양한 응용이 가능하다. Sub-6GHz는 비교적 넓은 커버리지와 안정성을 제공하고, 밀리미터파는 초고속 데이터 전송에 적합한 대역이다. 5G NR은 100MHz 이상의 넓은 채널 대역폭을 지원하며, 최대 400MHz(또는 CA 조합 시 그 이상)의 주파수 대역폭을 활용할 수 있다. 이러한 대역폭 유연성은 네트워크 사업자에게 다양한 주파수 환경에서도 최적의 서비스를 제공할 수 있도록 한다. 또한, 5G NR은 Dynamic Spectrum Sharing(DSS) 기능을 통해 4G LTE와 주파수를 공유하면서도 효율적으로 활용할 수 있어, 주파수 자원의 재사용과 빠른 5G 전환을 용이하게 한다.

 

3. 빔포밍 및 대규모 다중안테나(Massive MIMO) 기술

5G NR의 성능을 높이는 핵심 기술 중 하나는 빔포밍(Beamforming)과 Massive MIMO(Multiple Input Multiple Output)이다. Massive MIMO는 다수의 송수신 안테나를 활용해 동시에 여러 사용자에게 서비스를 제공함으로써 스펙트럼 효율과 용량을 극대화한다. 빔포밍은 특정 방향으로 전파 에너지를 집중시켜 송수신 품질을 높이는 기술로, 밀리미터파처럼 감쇠가 심한 고주파 대역에서 특히 중요하다. 이 기술은 간섭을 최소화하고, 셀 엣지에서도 양호한 서비스를 제공할 수 있도록 한다. 또한, 사용자 추적 기반의 동적 빔 제어 기술이 더해지면서, 실시간으로 최적의 통신 경로를 제공하는 데 기여하고 있다. 이는 실내외 환경을 막론하고 일관된 고품질 통신 서비스를 가능하게 만드는 데 핵심 역할을 한다.

 

4. 슬랏 기반 프레임 구조와 저지연 설계

5G NR은 다양한 요구 조건을 만족시키기 위해 기존 LTE와는 다른 유연한 프레임 구조를 채택하고 있다. 기본적으로 10ms의 프레임이 존재하지만, 서브캐리어 간격(Subcarrier Spacing)을 유동적으로 설정하여 슬롯 수와 슬롯 길이를 조정할 수 있다. 특히 URLLC 응용에서는 짧은 전송 시간 간격(TTI)과 미니슬롯(Mini-slot) 구조를 통해 초저지연 통신이 가능하다. 이러한 설계는 로봇 제어, 자율주행차, 원격 수술과 같은 실시간성과 신뢰성이 중요한 분야에서 매우 유리하다. 또한, 프레임 구조의 유연성은 다양한 서비스 유형이 동시에 동일한 주파수 자원 내에서 운용될 수 있도록 하며, 네트워크 슬라이싱(Network Slicing)과의 연계를 통해 서비스별 맞춤화된 통신 환경을 제공하는 기반이 된다.

 

5. 독립형(SA) vs 비독립형(NSA) 아키텍처의 적용과 진화

5G NR은 네트워크 구조상으로 독립형(SA, Standalone)과 비독립형(NSA, Non-Standalone) 모드로 구분된다. NSA는 기존 4G LTE 코어망과 연동되어 초기 5G 서비스를 빠르게 제공할 수 있는 구조로, LTE와 NR이 동시에 운용되는 듀얼 커넥티비티 구조를 갖는다. 반면, SA는 완전한 5G 코어망과 NR만으로 구성되어, 5G의 모든 기술적 이점을 온전히 구현할 수 있다. 특히 SA 모드는 네트워크 슬라이싱, 초저지연, 고신뢰 통신을 가능케 하며, 다양한 산업 분야에서 요구되는 프라이빗 네트워크 구축에도 적합하다. 이러한 아키텍처는 점진적인 진화를 고려한 유연성을 제공하면서, 5G 서비스의 전면적인 확산과 6G로의 자연스러운 이행을 위한 교두보로 기능하고 있다.