5G Dual Connectivity (DC)

Dual Connectivity (DC)

 DC는 1개의 UE가 두 개이상의 Network Point와 연결되어서 서비스를 제공받는 기술을 말한다. DC는 5G에서 들어오면서 정해진 기술은 아니고, LTE의 Rel-12에서 부터 언급된 개념이지만, 5G로 넘어오면서 이 기술이 부각되고 있다. 일단 LTE기준으로 DC를 조금 더 설명하자면, DC에서 기지국은 Master eNB (MeNB)와 Secondary eNB (SeNB)로 이루어져 서비스를 제공한다. 그리고 MeNB와 SeNB는 각자 다른 Scheduler를 사용해서, Radio Resource를 제공할 수 있다. 느낌상 양쪽에 연결되어 있으면 좋은건 알겠는데 정확히 뭐가 좋은지를 한 번 알아보자.

 

1. Mobility를 고려했을 때 좋다.

 DC는 MeNB와 SeNB로 구성되어 있다. MeNB가 주로 하는 일은 C-Plane, 즉 제어 신호를 컨트롤 해주는 역할을, SeNB는 U-Plane, 즉, 실제 데이터를 주고 받는 역할을 한다. 제어 신호는 상대적으로 보내야 할 데이터의 양은 적지만, 안정적이어야 하고, 실제 데이터는 빠른 속도가 필요하다. 

 MeNB는 커버 범위가 넓은 Macro Cell, SeNB는 커버 범위가 좁은 Small Cell다. 따라서 범위가 넓은 MeNB안에 여러 개의 SeNB가 있을 수 있는데, SeNB의 커버리지에서 다른 SeNB의 커버리지로 넘어갈 때, User Plane의 데이터를 다른 SeNB에서 줄 수 있도록 Setting을 해야한다. 이 때 큰 범위의 MeNB가 이 과정을 제어 신호로 컨트롤 해주기 때문에 Mobility의 걱정을 안하고 여러 SeNB에서 돌아다닐 수 있게 된다. 이처럼 다른 Cell로 넘어갈 때 신호를 다시 연결해야 하는데, 이걸 Handover라고 한다. MeNB가 이 과정을 컨트롤 해주기 때문에, SeNB를 옮겨다닐 때는 Handover를 걱정할 필요없고, MeNB를 이동할 때만 Handover를 신경써주면 된다.

 

2. User Plane의 속도가 올라간다.

당연히 더 많은 기지국에서 Data를 쏴줄 수 있기 때문에, Radio Resource를 효율적으로 전달받아서 Throughput을 올릴 수 있다. 양쪽 Channel 상황을 고려해서, 최적화된 Link Adaption이 가능하다.

 

3. Signaling overhead를 줄일 수 있다.

1번 장점에서 소개한 바와 같이, Core Network에서 내려오는 정보를 MeNB에서 컨트롤해주기 때문에 전체적인 Signal overhead가 적어진다.

  

U-Plane과 C-Plane의 DC

 MeNB Cell Group (MCG) bearer는 MeNB의 Radio Resource만을 사용하고, SeNB Cell Group (SCG) bearer는 SeNB의 Radio Resource만을 사용하고, Split bearer는 둘 모두의 Radio Resource를 사용한다. DC에서는 이 3가지 중에 1가지 bearer를 선택해서 서비스를 제공하는데, MeNB에서 Control Plane을 맡고, Signaling bearer는 전부 MeNB를 통해서 전달된다라고 생각하면 된다. Radio Resource Control (RRC) Layer에서 전체적인 Resource를 컨트롤하는 역할을 하는데, 이런 메시지도 Control Signal이기 때문에 RRC도 MeNB에만 있고, MeNB를 통해 UE에게 전달한다.

 5G에서 왜 DC가 더욱 부각되는 걸까? 앞에서 언급한 것처럼 LTE망과 5G망을 같이 쓰는 방식을 Non-Stand Alone (NSA)라고 한다. 이 때, 기지국이 eNB와 gNB 모두 쓸 수 있는데, 이렇게 LTE Core망과 LTE의 eNB, 5G gNB가 함께 연결되어 있는 상태를 E-UTRA-NR Ducal Connectivity (EN-DC)라고 하고, 현재 가장 많이 쓰이고 있는 구조다. 

 3GPP에서 5G를 위한 DC로 Core망, 기지국의 조합으로 8개의 옵션을 만들었는데, 이 부분은 생각하기 어렵진 않을 것이라 생각한다. 참고로, 여기서는 LTE와 NR을 둘 다 사용한 케이스를 소개했는데, NR만을 사용한 DC도 존재할 수 있다. 조금 더 자세한 내용은 3GPP R1–161266에 관련 표준화 자료에 소개되어 있다.

 

Stand Alone (SA) vs Non-Stand Alone (NSA)

 Stand Alone (SA)는 5G Network망만을 사용하는 구조, Non-Stand Alone (NSA)는 5G망만이 아니라 기존 LTE망도 함께 사용하는 구조다. 이미 열심히 깔려있는 LTE망을 사용하자는 취지로 EN-DC (EUTRA-NR Dual Connectivity)라고 한다. 첫 번째 옵션은 LTE망을 Master Cell로, NR을 Secondary Cell로 사용하는 구조를 LTE망에 먼저 연결을하고 LTE망에서 받은 정보들을 기반으로 NR망에도 접속하는 구조다. 이 경우 LTE의 eNB와 NR의 gNB는 각자 별도의 MAC/PHY Layer로 운용이 된다. NR을 Master Cell로, LTE를 Secondary Cell로 설정하는 경우도 있는데, 현재는 첫 번째 옵션이 주로 사용된다.