RAN의 표준문서와 아키텍처 및 기능 (3GPP TS 38.300)

 

 

 

RAN 단의 동작을 체계적으로 이해할 필요가 있어서 3GPP 표준을 공식적으로 유럽 표준 형식으로 발행하는 기관인 ETSI의 공식 문서를 읽고 정리해보고자 한다.

https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138300_138399/138300/18.01.00_60/ts_138300v180100p.pdf 

 

 

문서 이름은 NR and NG-RAN Overall description; Stage-2이다.

왜 Stage 2인지는 3GPP 표준의 3단계 (State) 개념을 이해할 필요가 있다.

 

구분	이름	담당 내용	산출물 예시	주요 대상
Stage 1	Service Requirements (서비스 요구사항 단계)	“무엇을 제공해야 하는가” – 기능/서비스 요구 정의	TS 22.xxx 시리즈 (예: TS 22.261 – 5G System Service Requirements)	서비스 기획자, 사업자
Stage 2	Architecture and Functional Description (아키텍처 및 기능 단계)	“어떻게 구성할 것인가” – 시스템 구조·기능 흐름·프로토콜 간 관계	TS 23.xxx, 38.300 (= ETSI TS 138 300)	시스템 설계자, 프로토콜 아키텍트
Stage 3	Detailed Protocol Specification (프로토콜 상세 단계)	“구체적으로 어떻게 동작하는가” – 메시지, 절차, 시그널링 포맷	TS 24.xxx / 36.xxx / 38.3xx 세부 문서들	장비 개발자, 엔지니어

 

 

 

ETSI TS 138 300 V18.1.0 (2024-5) 
NR and NG-RAN Overall Description (Stage-2)

---

Stage-2의 문서는 다음 3가지를 제공한다.

 

 

• 프로토콜 스택 구조 정의
  
  • 사용자 평면: PDCP ↔ RLC ↔ MAC ↔ PHY
  • 제어 평면: RRC ↔ PDCP ↔ RLC ↔ MAC ↔ PHY
  • 상위 연결: CU/DU 간 F1-C, F1-U, NG-C, NG-U 등 인터페이스 명세
• 함수 간 경계(Function split)
  • 어떤 기능이 CU에 있고 DU에 있는가
  • “Option 2 split” : PDCP ↔ RLC 경계
  • “Option 7.x split” : PHY 세분화 (O-RAN의 7.2x 기반)
• 절차(Procedure) 모델
  • UE Attach / Registration 절차
  • Handover (intra-/inter-gNB)
  • Measurement Report, QoS Flow Setup
    → 메시지 흐름은 Stage-3 RRC/MAC 규격(38.331, 38.321)에서 세부 정의됨

 

여기서 정의된 내용은 모든 하위 규격의 참조 기준이 될 정도로 매우 중요하다.

예를 들어, TS 38.321 (MAC)은 38.300의 5.1절에서 정의된 구조를 따른다고 명시한다.

따라서, 실제 Vendor들이 CU/DU 구분형 gNB와 같은 RAN 단의 장비를 개발할 때, 어느 기능을 어디까지 분리해야 하는지에 대한 판단 근거가 된다.

 

다양한 네트워크 시뮬레이터 (ns-3, OpenAirInterface, srsRAN) 등도 모두 위 논리구조를 그대로 따라간다.

 

 

 

NG-RAN의 아키텍처와 기능 분할의 컨셉

---

 

 

NG-RAN 노드는 다음 중 하나이다.

• gNB: UE(사용자 단말) 측에 대해 NR User Plane 과 Control Plane 프로토콜 종단을 제공하는 노드
• ng-eNB: UE 측에 대해 E-UTRA 사용자 평면 과 제어 평면 프로토콜 종단을 제공하는 노드.

이때 gNB와 ng-eNB는 Xn 인터페이스를 통해 서로 연결된다.

gNB와 ng-eNB는 NG 인터페이스를 통해 5GC(5G Core)와 연결되며,
보다 구체적으로는 NG-C 인터페이스를 통해 AMF(Access and Mobility Management Function) 와,
NG-U 인터페이스를 통해 UPF(User Plane Function) 와 연결된다.

 

 

이때 gNB와 ng-eNB는 다음과 같은 기능들을 포함한다.

 

 

• 무선 자원 관리(Radio Resource Management) 기능:
  • 무선 베어러 제어(Radio Bearer Control) / 무선 접속 허가 제어(Radio Admission Control) / 연결 이동성 제어(Connection Mobility Control) / Uplink·Downlink·Sidelink에서의 자원 동적 할당 (스케줄링 포함)
• 데이터 처리 관련 기능:
  • IP 및 이더넷 헤더 압축 / 상향 데이터 복원(Decompression) / 데이터 암호화 및 무결성 보호
• AMF 선택 및 라우팅 기능:
  • UE 부착(Attachment) 시, UE가 제공한 정보만으로는 AMF 라우팅이 결정되지 않을 경우 AMF 선택
  • 사용자 평면(User Plane) 데이터를 UPF로 라우팅 / 제어 평면(Control Plane) 정보를 AMF로 라우팅
• 연결 및 제어 기능:
  • 연결 설정 및 해제(Connection setup and release)
  • 페이징 메시지의 스케줄링 및 전송
  • 시스템 브로드캐스트 정보(SIB)의 스케줄링 및 전송 (AMF 또는 OAM에서 기원된 정보)
• 측정 및 보고 관련 기능:
  • 이동성 및 스케줄링을 위한 측정 및 보고 구성
• 그 외의 기능들:
  • 상향(Uplink) 트래픽에 대한 전송계층 패킷 마킹 / 세션 관리(Session Management)
  • 네트워크 슬라이싱(Network Slicing) 지원 / QoS 흐름(QoS Flow) 관리 및 데이터 무선 베어러(DRB) 매핑
  • RRC_INACTIVE 상태의 UE 지원 / NAS 메시지 분배 기능
  • RAN 공유(RAN sharing) / 이중 연결(Dual Connectivity)
  • NR과 E-UTRA 간의 긴밀한 연동(Tight interworking)
  • User Plane CIoT 5GS 최적화를 위한 보안 및 무선 설정 유지 (TS 23.501에 정의됨, ng-eNB에만 해당)

 

 

 

무선 프로토콜 아키텍처 (Radio Protocol Architecture)

---

4.4.1 사용자 평면 (User Plane)

아래 그림은 사용자 평면(User Plane) 의 프로토콜 스택을 나타낸 것이다.

 

 

 

4.4.2 제어 평면 (Control Plane)

아래 그림은 제어 평면(Control Plane) 의 프로토콜 스택을 보여준다.

 

 

• RRC (Radio Resource Control) 계층(네트워크 측에서는 gNB에서 종단됨)은 제7절에서 정의된 기능을 수행한다.
• NAS (Non-Access Stratum) 제어 프로토콜(네트워크 측에서는 AMF에서 종단됨)은
  TS 23.501에서 정의된 기능을 수행하며, 예를 들어 다음을 포함한다:
  • 인증(Authentication) / 이동성 관리(Mobility Management) / 보안 제어(Security Control) 등

 

 

 

이어지는 RAN 후속 문서들

---

계층	세부 표준	설명
PHY	TS 38.211/212/213	NR 물리 채널, 변조·코딩·프레임 구조
MAC	TS 38.321	스케줄링, HARQ, PRB 관리
RLC	TS 38.322	ARQ, 버퍼관리, 데이터 분할/재조립
PDCP	TS 38.323	시큐리티, 헤더압축, 재정렬
RRC	TS 38.331	시그널링 메시지, 절차, 상태머신
NGAP	TS 38.413	RAN ↔ Core 제어 시그널링
SDAP	TS 37.324	QoS Flow ↔ Data Bearer 매핑