CU/DU 분리와 O-RAN¶

스펙 · 릴리즈

기능 분할 연구: TR 38.801 §11 · NG-RAN 구조: TS 38.401 · F1: TS 38.470–38.475 · E1: TS 38.460–38.463 · O-RAN Alliance: WG4 (Fronthaul 7.2x), WG2/WG3 (Non-RT/Near-RT RIC), WG1 (구조) Rel-15 F1 (CU/DU), E1 (CU-CP/CU-UP) → Rel-16 IAB (F1 확장) → Rel-17/18 F1 기반 기능 확장

한눈에 보기

LTE 기지국은 보통 하나의 장비였습니다. 5G 기지국(gNB)은 기능을 세 덩어리로 나눠 서로 다른 장소에 둘 수 있습니다.

장치	맡는 일	배치 위치
CU (Central Unit)	RRC, PDCP, SDAP — 느려도 되는 상위 기능	지역 데이터센터 (클라우드)
DU (Distributed Unit)	RLC, MAC, PHY 상위 — 빠른 처리 (스케줄링)	국사, 기지국 근처
RU (Radio Unit)	PHY 하위, RF, 안테나	철탑, 건물 옥상

CU 하나가 여러 DU를 관리할 수 있어 자원을 모아 쓰고(풀링), 핸드오버 일부를 CU 안에서 처리할 수 있습니다. O-RAN은 이 인터페이스들을 개방해서 서로 다른 제조사의 장비를 섞어 쓰고, RIC라는 지능형 컨트롤러로 망을 최적화하려는 업계 표준입니다.

기능 분할 옵션 (TR 38.801)¶

flowchart LR
    RRC --> PDCP --> HRLC[High RLC] --> LRLC[Low RLC] --> HMAC[High MAC] --> LMAC[Low MAC] --> HPHY[High PHY] --> LPHY[Low PHY] --> RF
    RRC -. 옵션 1 .- PDCP
    PDCP -. "옵션 2 (3GPP F1)" .- HRLC
    HPHY -. "옵션 7 (O-RAN 7.2x)" .- LPHY
    LPHY -. "옵션 8 (CPRI)" .- RF

분할	위치	전송 요구	쓰임
옵션 2	PDCP / RLC 사이	사용자 데이터 수준 대역폭, 지연 수 ms	3GPP F1 (CU–DU)
옵션 6	MAC / PHY 사이	중간	(Small Cell Forum FAPI)
옵션 7.2x	High PHY / Low PHY 사이 (주파수 영역 IQ)	수 Gbps–수십 Gbps, 지연 수백 µs	O-RAN 프론트홀 (DU–RU)
옵션 8	PHY / RF 사이 (시간 영역 IQ)	매우 큼 (안테나 수 × 샘플링률)	전통적 CPRI

gNB 내부 인터페이스¶

flowchart TB
    AMF[AMF] -.->|NG-C| CUCP
    UPF[UPF] ==>|NG-U| CUUP
    subgraph gNB
        CUCP[gNB-CU-CP<br/>RRC · PDCP-C]
        CUUP[gNB-CU-UP<br/>SDAP · PDCP-U]
        DU[gNB-DU<br/>RLC · MAC · High-PHY]
        RU[O-RU<br/>Low-PHY · RF]
        CUCP ---|E1| CUUP
        CUCP -.->|F1-C| DU
        CUUP ==>|F1-U| DU
        DU ===|프론트홀 7.2x<br/>eCPRI| RU
    end

인터페이스	프로토콜	내용
F1-C	F1AP / SCTP	UE 컨텍스트, RRC 메시지 전달(RRC는 CU에서 생성, DU가 무선으로 송신), 시스템 정보, 페이징
F1-U	GTP-U (NR-U 확장 헤더)	사용자 데이터 + 흐름 제어(DL Data Delivery Status)
E1	E1AP	CU-CP가 CU-UP의 베어러 컨텍스트 설정

O-RAN 구조¶

flowchart TB
    SMO[SMO<br/>Service Management & Orchestration<br/>Non-RT RIC — rApps · 1 s 이상]
    RIC[Near-RT RIC<br/>xApps · 10 ms – 1 s]
    CU[O-CU-CP / O-CU-UP]
    DU[O-DU]
    RU[O-RU]
    SMO -->|A1 정책| RIC
    SMO -->|O1 관리| CU
    SMO -->|O1| DU
    SMO -->|O2 클라우드| CLOUD[O-Cloud]
    RIC <-->|E2| CU
    RIC <-->|E2| DU
    CU ---|F1 · E1| DU
    DU ---|Open Fronthaul<br/>CUS + M plane| RU

요소	역할
Non-RT RIC (SMO 안)	장기 최적화, AI 모델 학습, 정책 생성 (rApp)
Near-RT RIC	준실시간 제어: 트래픽 조정, 부하 분산, 간섭 관리, 슬라이스 보장 (xApp)
E2	RIC ↔ CU/DU. 서비스 모델(E2SM-KPM 측정, E2SM-RC 제어 등)
A1	Non-RT → Near-RT 정책·ML 모델 지시
Open Fronthaul	7.2x 분할의 제어·사용자·동기·관리 평면(C/U/S/M-plane) 규격

전문가 노트 — 분할 설계와 실무 쟁점

CU-DU 간 RRC 처리. RRC 메시지는 CU가 만들고 F1AP DL RRC Message Transfer에 담아 DU로 보냅니다. 하지만 셀 그룹 설정(CellGroupConfig: RLC/MAC/PHY 설정)은 DU가 만들어 CU에 넘깁니다(DU to CU RRC Information). 그래서 F1 UE Context Setup/Modification 절차에서 CU와 DU가 설정을 주고받습니다.

Intra-CU 핸드오버. 같은 CU 아래 DU 간 이동은 PDCP 앵커가 바뀌지 않으므로 보안 키 변경 없이(또는 간소화) 처리할 수 있습니다. Rel-18 LTM(L1/L2 Triggered Mobility)은 이 구조를 이용해 MAC CE로 셀을 바꾸는 저지연 이동성입니다.

7.2x Category A / B. Cat A는 프리코딩을 O-DU에서 하고(RU 단순, 프론트홀 대역 큼), Cat B는 프리코딩을 O-RU에서 합니다(Massive MIMO에서 프론트홀 대역 절감, RU 복잡). 압축(Block Floating Point, μ-law)으로 대역을 줄입니다.

동기 요구. TDD와 CA, 측위를 위해 기지국 간 ±1.5 µs(TDD) 시간 오차 이내가 필요합니다. 프론트홀은 PTP(IEEE 1588v2)와 SyncE로 시각을 분배하고 O-RAN S-plane이 구성(LLS-C1–C4)을 정의합니다.

vRAN / Cloud RAN. CU와 DU를 범용 서버 위 소프트웨어(가상화)로 구현합니다. DU의 LDPC 디코딩·채널 추정 같은 L1 연산은 실시간성이 높아 가속기(FPGA, eASIC, GPU, 인라인/룩어사이드 방식)를 함께 씁니다.

멀티벤더 현실. 인터페이스 규격이 열려 있어도 상호운용 시험(IOT)과 성능 튜닝 부담이 큽니다. RIC의 효과는 xApp 품질과 E2로 노출되는 데이터·제어 범위에 달려 있습니다.

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기능 분할 옵션 (TR 38.801)¶

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