Ⅰ. 서론 2019년 4월 세계 최초로 한국에서 5G 이동통신 상용화 서비스가 시작된 이후로 5G 서비스는 괄 목할 만한 성장세를 보이고 있다. 에릭슨 모빌리 티 리포트에 따르면 2021년 말에 전 세계적으로 200개의 MNO(Mobile Network Operator)가 5G 서비 스를 시작하였으며, 5G 가입은 6억 6천만 건을 넘 어선 것으로 집계되고 있다[1]. 5G의 RAN(Radio Access Network)은 높은 성능을 보장하고 확장성을 확보하는 한편, 낮은 비용으로 구축할 수 있도록 C-RAN(Centralized or Cloud RAN) 구조로 발전하고 있다. 5G 기지국(Base Station)은 세부 기능 분리에 따 라 RU(Radio Unit), DU(Distributed Unit), CU(Central Unit)로 분화될 수 있다[2]. 셀 사이트의 안테나를 포함하는 RU와 실시간 처리가 가능한 L1/L2 기 능을 담당하는 DU 사이의 전송 구간을 프론트홀 (Fronthaul)이라 한다. CU는 비실시간 처리가 가능한 L2/L3 기능을 포함하는데, DU와 공간적으로 분 리될 수 있으며 이 전송 구간을 미드홀(Mid-Haul)이 라 부른다. 프론트홀은 보통 10~15km, 최대 20km 거리로 구성되며, 미드홀은 보통 40km 이내, 최대 80km의 거리로 형성된다. RAN 장비들이 공간적으로 분리됨에 따라 광섬유 를 이용한 광선로에 의해 서로 연결되며 광선로의 특성에 따른 광전송 기술이 요구된다. 특히, 5G에서 요구되는 광대역, 초신뢰, 저지연 서비스를 만족하 기 위한 RAN 구조를 위해 여러 형태의 프론트홀 광 전송 기술이 개발되고 실제 현장에서 구축되고 있 다. 본고에서는 5G 프론트홀에 적용되는 광전송 기 술 현황을 소개하고 향후 발전 방향을 조망하였다. Ⅱ. 프론트홀 광 네트워크 구성 프론트홀에 적용할 수 있는 광 네트워크 구성 방 식에 따라 그림 1과 같이 구분할 수 있다. 그림 1에 서 (a) dedicated fiber, (b) passive WDM(Wavelength Division Multiplexing), (c) active WDM, (d) semi-active WDM의 방식을 나타낸 것으로 각 방식의 특징은 다음과 같다. 1. Dedicated fiber 그림 1(a)에서는 RU에서 DU까지 연결하는 데 필 요한 개수만큼 광섬유를 사용하는 광 네트워크 구 성을 보이고 있다. RU의 커넥션을 위해 광트랜시버 를 사용하여 광섬유로 직접 연결되는 방식이다. 1개 의 RU에 1개의 광 인터페이스가 있는 경우, 업링크 (Uplink), 다운링크(Downlink) 용도로 각각 광섬유가 필요하므로, N개의 RU를 연결하기 위해서는 2N개 의 광섬유 연결이 요구된다. 광트랜시버 기준으로 는 송신용(Tx), 수신용(Rx) 별개의 광섬유에 연결되 는 것으로 이해할 수 있다. 한편, 광트랜시버가 Tx, Rx 서로 다른 파장을 사 용하는 양방향(BiDi: BiDirectional) 광트랜시버를 사 용하는 경우, 한 가닥의 광섬유를 이용하여 양방향 통신이 가능하므로 같은 경우에서 N개의 광섬유로 연결이 가능하다. 이 방식은 추가적인 장비 등이 요구되지 않으므 로 구축이 간단하여 충분히 많은 포설된 광섬유를 보유하고 있다면 가장 쉽게 접근할 수 있는 구축 방 식이다. 그러나 많은 개수의 광섬유가 요구되므로 확장성에 한계가 있다.2. Passive WDM Passive WDM 방식은 그림 1(b)와 같이 RU에 WDM용 광트랜시버를 직접 연결하는 경우이다. 각 각의 RU에 연결되는 광트랜시버는 서로 다른 파장 채널로 동작하며, 여러 개의 RU에서 출력되는 여 러 개의 파장 채널을 광 다중화기(Optical Multiplexer) 에 의해 다중화하여 1개의 광섬유로 전달한다. 1개 의 광섬유를 이용하여 여러 파장 채널을 전달하는 WDM 광전송 방식으로 동작한다. N개의 RU를 연 결하는 경우 Tx, Rx용 서로 다른 파장이 필요하므로 2N개의 파장 채널을 사용하게 된다. 이 방식은 광섬유의 개수를 현저히 감소시킬 수 있으며, 부가적인 전송 장비를 사용하지 않아 비용 이 낮고 에너지 효율이 좋은 장점을 가진다. 그러나 점 대 점 연결로 국한되므로 프론트홀 네트워크의 유연성 및 보호(Protection) 등에서 한계를 가진다. 특 히 OAM(Operations, Administration and Maintenance) 기 능이 없거나 제한적인 기능만 가능하여, 유지 보수 에 어려움이 있을 수 있다. 3. Active WDM 그림 1(c)에서는 능동형 전송 장비(Active Equipment)를 사용하는 active WDM의 경우를 보이고 있다. RU와 능동형 전송 장비 사이는 grey 광트 랜시버를 사용하여 짧은 길이의 광섬유를 이용하 여 연결된다. Grey 광트랜시버는 파장 채널을 가 지는 WDM용이 아닌 광트랜시버를 의미하며, WDM용 광트랜시버에 비하여 비용 측면의 장점 을 가진다. 능동형 전송 장비에서는 RU 또는 DU 방향의 grey 광트랜시버 연결을, 프론트홀 전송 방향의 WDM용 광트랜시버로 변환한다. 또한, 여러 개의 WDM용 광트랜시버 출력은 광 다중화기를 이용하 여 파장 채널을 다중화하여 1개의 광섬유를 이용하 여 전송한다. 능동형 전송 장비의 기능에 따라 active transparent WDM과 active framed WDM으로 구분될 수 있다. Active transparent WDM의 경우는 RU/DU 방향의 grey 광트랜시버를 WDM용 광트랜시버로 1:1로 변 환하는 역할을 하는 반면, active framed WDM의 경 우는 RU/DU 방향의 신호들을 전송용 디지털 프레 임을 이용하여 다중화(Multiplexing)와 aggregation을 거쳐 WDM용 광트랜시버로 연결하게 된다. 이때 사용되는 전송 프레임은 이더넷 또는 OTN(Optical Transport Network) 프레임을 사용할 수 있다. 예를 들 어 grey 광트랜시버는 10Gbps를 사용하는 경우, 여 러 개의 신호를 다중화하여 25Gbps 또는 50Gbps의 WDM용 광트랜시버를 이용하여 프론트홀 전송을 하는 방식이다. Active WDM는 여러 개의 파장 채널을 사용하므 로 광섬유의 개수를 현저히 감소시킬 수 있으며, 능 동형 전송 장비를 이용한 높은 수준의 OAM 기능의 구현이 가능하여 프론트홀 네트워크의 구성이나 관 리 보수 면에서 장점을 가진다. 또한, 추가 설치하는 데 있어 다른 RU/DU 등의 RAN 장비들에 영향이 없어 빠른 설치가 가능하다. 점 대 점(Point-to-Point) 연결, 점 대 다중점(Point-to-Multipoint), 링(Ring)형 등 다양한 망의 토폴로지가 가능하며, 네트워크의 보호 기능을 쉽게 구현할 수 있다. Active WDM은 능동형 전송 장비 사용에 따라 전 력 소모나 공간 이용 문제로 인해 구축 비용이 상대 적으로 비싼 점이 있다. 그러나 프론트홀의 전송 용 량이 증가함에 따라 프론트홀 네트워크의 유지 관 리의 중요성이 높아졌고, 이에 따라 active WDM 방 식에 대한 관심이 높아지고 있다.