[NR] FDD/TDD & Resource Structure (RB/RE/Slot)

5G SA Call Flow

• NR(New Radio) 단독모드: 즉, 5G SA(StandAlone)는 말 그대로 "오직 5G 기술만으로 기지국 접속부터 데이터 통신까지 모든 과정을 온전히 처리하는 방식"을 뜻함
  • 5G 초기 상용화 때는 주로 4G LTE 망과 5G 망을 섞어서 사용하는 NSA(비단독모드)를 사용함
• 빨간색으로 표시한 부분이 5G 초기 접속 및 RACH 절차 부분
  • MSG1 ~ MSG4: 스마트폰(UE)이 기지국(gNB)의 존재를 파악(MIB/SIB1)하고, 서로 신호를 주고받으며 무선 연결 통로를 뚫는 과정

 

FDD & TDD

• FDD(Frequency Division Duplex): 왕복 2차선 도로
  • 원리: 업로드용(UL) 주파수 대역과 다운로드용(DL) 주파수 대역을 아예 따로 분리해서 사용
  • 특징: 상/하행선이 명확히 나뉘어 있어 안정적이고 끊김이 없음
    • 주로 저주파수 내역과 LTE망에서 이 방식을 표준으로 많이 사용해 왔음
  • Carrier(반송파): 데이터를 실어 나르는 큰 주파수 대역
    • ex) 5G에서 100 MHz 대역폭을 사용한다 하면, 100MHz 전체가 하나의 Carrier
  • Subcarrier(부판송파): 100MHz를 한 번에 사용하는 것이 아니라 수천 개의 작은 주파수로 잘라서 동시에 사용
    • ex) Carrier를 15, 30, 60, 120 Khz로 쪼개서 사용
  • OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing): 많은 Subcarrier를 동시에 사용하는 통신 방식
    • OFDM Symbol: 시간도 잘라서 사용
  • RB(Resource Block): 주파수 자원 할당(Frequency)의 기본 단위
    • 1 RB == 12개의 Subcarrier x 1 Slot(14 Symbols) == 168 RE
  • RE(Resource Element): 가장 작은 자원 단위
    • 1 RE == 1개의 Subcarrier x 1 OFDM Symbol
    • 세로인 주파수(Subcarrier) x 가로인 시간(OFDM Symbol)

대역폭	RB 개수
20 MHz	51 RB
40 MHz	106 RB
50 MHz	133 RB
100 MHz	273 RB

 

• TDD(Time Division Duplex): 하나의 차선을 시간대별로 방향을 바꿔가며 쓰는 가변 차선
  • 원리: 주파수 대역은 1개만 쓰되, 시간을 마이크로초 단위로 아주 짧게 쪼개서 DL, UL을 나누어 사용
  • 특징: 상황에 따라 다운로드와 업로드의 비율을 조정할 수 있음
    • 현대의 통신은 유튜브 시청 등 다운로드 트래픽이 압도적으로 많아, TDD를 사용하면 '다운로드 8 : 업로드 2'처럼 시간을 비대칭으로 할당해 트래픽 병목을 효율적으로 처리할 수 있음 (5G, 특히 3.5 GHz 이상 대역의 핵심 방식)
  • Slot: Time의 단위로 "1 Slot == 14 OFDM Symbols" (3GPP 표준)
    • 1 Slot 길이는 Subcarrier Spacing(SCS)에 따라 달라짐
    • 1 Tick 같은 것

SCS	Slot 길이	Symbol 수
15 kHz	1 ms	14
30 kHz	0.5 ms	14
60 kHz	0.25 ms	14
120 kHz	0.125 ms	14

 

• 실제 통신사들은 FDD 대역(주로 기존 LTE)과 TDD 대역(주로 5G)을 모두 가지고 있음
• CA(Carrier Aggregation): 스마트폰은 다운로드 속도를 극대화하기 위해 이 서로 다른 방식의 대역들을 하나로 묶어서 동시에 데이터를 끌어오는 CA 기술을 사용
  • Handover: 5G TDD 신호가 약해지면 지연 없이 LTE FDD 대역으로 넘어가면서 연결을 유지하기도 함
• 결국 대용량 트래픽의 병목을 소프트웨어나 아키텍처 단에서 최적화하는 관점에서는, TDD 환경에서 업/다운타임 Slot을 얼마나 효율적으로 스케줄링하고 분배하느냐가 시스템 성능을 좌우함