5G NR Engineering Beginner - Part 2

Resource Grid, Numerology, Subcarrier Spacing

5G NR PHY에서 Resource Grid가 무엇인지, Resource Element와 Resource Block이 어떻게 구성되는지, Numerology와 Subcarrier Spacing이 Slot 길이에 어떤 영향을 주는지 실무 흐름 중심으로 정리합니다.

 

Part 1에서 UE 데이터가 PDCP, RLC, MAC, PHY를 지나 무선 구간으로 나가는 큰 흐름을 잡았습니다.
 
이제 Part 2에서는 그중 가장 아래에 있는 PHY 계층의 좌표계를 보겠습니다. 5G NR에서 데이터는 아무 위치에나 실리는 것이 아니라, 시간과 주파수로 나뉜 격자 위에 배치됩니다.
 
이 격자가 바로 Resource Grid입니다.

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핵심 요약

• Resource Grid는 5G NR PHY에서 시간축과 주파수축으로 자원을 표현하는 기본 좌표계입니다.
• 가장 작은 자원 단위는 Resource Element(RE)이며, 하나의 Subcarrier와 하나의 OFDM Symbol 위치를 의미합니다.
• Resource Block(RB)은 주파수축으로 12개 Subcarrier를 묶은 단위이며, 스케줄링과 대역폭 계산에서 매우 자주 등장합니다.
• Numerology는 Subcarrier Spacing과 Slot 길이를 결정하는 설정이며, 5G NR이 다양한 주파수 대역과 서비스 요구사항을 지원하는 핵심 이유입니다.
• SCS가 커질수록 Symbol 시간은 짧아지고 Slot 길이도 짧아집니다. 대신 같은 RB가 차지하는 주파수 폭은 넓어집니다.

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이번 글에서 다룰 내용

1. Part 1 다음에 왜 Resource Grid를 봐야 할까?
2. Resource Grid를 한 문장으로 이해하기
3. RE, RB, PRB의 차이
4. Numerology는 무엇을 정하는가?
5. SCS가 커지면 무엇이 달라질까?
6. Slot, Symbol, Mini-slot 이해하기
7. FR1과 FR2에서 Numerology 선택
8. 실무 로그에서 어떻게 보이나?
9. Resource Grid를 기준으로 PHY 채널을 보면 쉬워진다
10. 자주 헷갈리는 포인트

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1. Part 1 다음에 왜 Resource Grid를 봐야 할까?

Part 1에서는 애플리케이션 데이터가 PDCP, RLC, MAC을 거쳐 PHY로 내려오고, 최종적으로 무선 신호가 되어 송신된다고 이야기했습니다.
그런데 PHY에 도착한 데이터가 바로 공중으로 나가는 것은 아닙니다.
PHY는 데이터를 변조하고, 레이어 매핑을 하고, Resource Element에 배치하고, OFDM 신호로 변환합니다.
 
이때 가장 먼저 필요한 것이 어디에 실을 것인가라는 질문입니다.
주파수축에서 어느 Subcarrier를 쓸지, 시간축에서 어느 OFDM Symbol에 실을지, 몇 개의 Resource Block을 할당할지 정해야 합니다.
이 좌표계를 모르면 PDCCH, PDSCH, PUSCH, DMRS 같은 채널 설명이 모두 흐릿해집니다.
 
그래서 NR PHY를 공부할 때는 곧바로 채널별 절차로 들어가기보다, Resource Grid를 먼저 잡아두는 것이 좋습니다.
Resource Grid는 이후 Part에서 다룰 Downlink/Uplink 채널, Scheduling, MCS, HARQ, Beam Management를 이해하는 바탕이 됩니다.

Resource Grid는 시간과 주파수 위치를 표시하는 NR PHY의 기본 지도입니다.

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2. Resource Grid를 한 문장으로 이해하기

Resource Grid는 주파수축의 Subcarrier와 시간축의 OFDM Symbol이 만나는 격자입니다.
각 칸에는 변조된 심볼이 들어갈 수 있고, 데이터뿐 아니라 제어 정보와 참조 신호도 이 격자 위에 배치됩니다.
 
흔히 Resource Grid를 체스판처럼 설명될 수 있을 것 같습니다.
 
세로 방향은 주파수 위치, 가로 방향은 시간 위치입니다.
어느 칸은 PDSCH 데이터가 차지하고, 어느 칸은 DMRS가 차지하고, 어느 칸은 PDCCH가 차지합니다.
결국 NR PHY의 많은 절차는 이 격자 위에서 무엇을 어디에 놓을 것인가의 문제로 바꿔 볼 수 있습니다.

Subcarrier 주파수축의 작은 간격입니다. SCS가 15 kHz라면 Subcarrier 간격도 15 kHz입니다.

OFDM Symbol 시간축의 기본 단위입니다. 여러 Symbol이 모여 Slot을 구성합니다.

Resource Element Subcarrier 하나와 OFDM Symbol 하나가 만나는 가장 작은 자원 칸입니다.

Resource Grid를 볼 때 “데이터가 연속된 비트열로만 흐른다”는 생각에서 벗어나야 합니다. PHY 관점에서는 비트가 변조 심볼이 되고, 그 심볼이 특정 시간·주파수 위치에 배치됩니다.

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3. RE, RB, PRB의 차이

 
NR PHY 문서를 읽다 보면 RE, RB, PRB 같은 약어가 계속 나옵니다.
처음에는 비슷해 보이지만, 각각이 가리키는 단위가 다릅니다.
 
이 차이를 놓치면 대역폭 계산이나 스케줄링 로그 해석에서 자주 헷갈립니다.

용어	의미	실무에서 보는 포인트
RE Resource Element	하나의 Subcarrier와 하나의 OFDM Symbol 위치입니다.	실제 변조 심볼, DMRS, CSI-RS 같은 신호가 들어가는 가장 작은 칸입니다.
RB Resource Block	주파수축으로 12개 Subcarrier를 묶은 단위입니다.	SCS에 따라 RB 하나의 주파수 폭이 달라집니다. 15 kHz SCS에서는 180 kHz, 30 kHz SCS에서는 360 kHz입니다.
PRB Physical Resource Block	실제 물리 주파수 자원 위치를 표현하는 RB입니다.	스케줄링 로그에서 PRB start, PRB length 형태로 자주 보입니다.
CRB Common Resource Block	Carrier 전체 기준의 공통 RB 번호 체계입니다.	BWP와 PRB 위치를 해석할 때 기준점을 구분해야 합니다.
BWP Bandwidth Part	UE가 실제로 동작하도록 설정된 대역폭 구간입니다.	UE는 전체 Carrier를 항상 다 쓰지 않고, 설정된 BWP 안에서 송수신할 수 있습니다.

 
가장 먼저 외울 것은 단순합니다. 
 
RB 하나는 12 Subcarrier입니다.
 
이때 12라는 숫자는 SCS가 바뀌어도 유지됩니다.
바뀌는 것은 Subcarrier 간격이므로, RB 하나가 차지하는 Hz 폭이 달라집니다.

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4. Numerology는 무엇을 정하는가?

5G NR에서 Numerology는 보통 μ로 표현합니다.
이 값은 Subcarrier Spacing을 결정합니다.
기본적으로 NR의 SCS는 15 kHz × 2^μ 형태로 이해하면 됩니다.
즉 μ가 0이면 15 kHz, μ가 1이면 30 kHz, μ가 2이면 60 kHz가 됩니다.
 
LTE에서는 15 kHz SCS가 중심이었습니다. 반면 5G NR은 FR1의 낮은 주파수부터 FR2의 mmWave 대역까지 다뤄야 합니다.
주파수가 높아지고 채널 조건이 달라지면 더 넓은 SCS가 필요해질 수 있습니다.
 
그래서 NR은 여러 Numerology를 지원합니다.

Numerology(μ)	Subcarrier Spacing	일반적 사용	Slot 길이
0	15 kHz	FR1에서 기본 설정으로 많이 설명되는 SCS입니다.	1 ms
1	30 kHz	FR1에서 5G NR 상용망 로그에서 자주 만납니다.	0.5 ms
2	60 kHz	FR1/FR2에서 용도에 따라 사용될 수 있습니다.	0.25 ms
3	120 kHz	FR2 mmWave 대역에서 자주 언급됩니다.	0.125 ms
4	240 kHz	일부 신호/채널 관점에서 등장합니다.	0.0625 ms

Numerology를 외울 때는 표를 통째로 외우기보다 SCS가 두 배가 되면 Slot 길이는 절반이 된다는 감각을 먼저 잡는 것이 좋습니다.

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5. SCS가 커지면 무엇이 달라질까?

SCS가 커진다는 것은 Subcarrier 간격이 넓어진다는 뜻입니다.
 
예를 들어 15 kHz SCS에서는 인접 Subcarrier 간격이 15 kHz이고, 30 kHz SCS에서는 30 kHz입니다.
RB 하나는 항상 12 Subcarrier이므로, 30 kHz SCS의 RB 하나는 15 kHz SCS의 RB 하나보다 두 배 넓은 주파수 폭을 차지합니다.
 
시간축도 함께 바뀝니다.
 
OFDM에서 Subcarrier 간격이 넓어지면 Symbol 시간은 짧아지는 방향으로 갑니다.
그래서 같은 1 ms 안에 더 많은 Slot이 들어갈 수 있습니다.
이 구조 덕분에 NR은 낮은 지연이 필요한 서비스나 높은 주파수 대역에 더 유연하게 대응할 수 있습니다.

SCS가 두 배가 되면 Slot 길이는 절반으로 줄어든다는 감각을 잡으면 됩니다.

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6. Slot, Symbol, Mini-slot 이해하기

일반적인 CP 기준으로 하나의 Slot은 14개의 OFDM Symbol로 구성됩니다.
이 14 Symbol이라는 기본 구조는 PDSCH/PUSCH 스케줄링을 볼 때 자주 필요합니다.
 
예를 들어 로그나 DCI 해석에서 start symbol, number of symbols 같은 값이 나오면, 그것이 Slot 안의 어느 시간 위치를 의미하는지 생각해야 합니다.
 
NR은 Slot 단위만 쓰는 것이 아니라, 더 짧은 구간의 전송도 지원합니다.
이를 설명할 때 Mini-slot이라는 표현을 자주 씁니다.
 
특히 URLLC처럼 낮은 지연이 중요한 시나리오에서는 Slot 경계를 기다리지 않고 더 짧은 Symbol 구간에서 전송하는 개념이 중요해집니다.

시간 단위	기본 의미	어디서 자주 보이나
OFDM Symbol	시간축의 가장 기본적인 배치 단위입니다.	DMRS 위치, PDSCH/PUSCH symbol allocation, PDCCH monitoring
Slot	일반 CP 기준 14개 OFDM Symbol로 구성되는 스케줄링 기본 단위입니다.	DL/UL scheduling, HARQ timing, TDD pattern
Mini-slot	Slot보다 짧은 Symbol 구간을 사용하는 구조입니다.	URLLC, low latency transmission, pre-emption 설명
Subframe	1 ms 시간 구간입니다. NR에서도 시간 기준을 잡을 때 자주 사용합니다.	Frame/Subframe/Slot 번호 해석
Frame	10 ms 시간 구간입니다.	SFN, frame timing, system timing

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7. FR1과 FR2에서 Numerology 선택

5G NR은 크게 FR1과 FR2 주파수 범위를 다룹니다.
FR1은 보통 Sub-6 GHz 대역을 떠올리면 되고, FR2는 mmWave 대역을 떠올리면 됩니다.
높은 주파수 대역으로 갈수록 채널 특성, 위상 잡음, 빔 운용, 대역폭 요구사항이 달라지기 때문에 더 큰 SCS가 사용되는 경우가 많습니다.
 
다만 “FR1은 무조건 15 kHz, FR2는 무조건 120 kHz”처럼 단순하게 외우면 위험합니다.
실제 설정은 밴드, 채널 대역폭, TDD 패턴, 단말 지원, 사업자 운용 정책, 채널 종류에 따라 달라질 수 있습니다.
따라서 실무에서는 RRC 설정, SIB, BWP 설정, 스케줄러 로그를 함께 확인해야 합니다.

FR1/FR2는 SCS 선택 구조를 잡는 출발점일 뿐, 실제 설정은 RRC와 스케줄링 정보를 확인해야 합니다.

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8. 실무 로그에서 어떻게 보이나?

Resource Grid와 Numerology는 이론 용어처럼 보이지만, 실제 로그 분석에서 바로 등장합니다.
 
예를 들어 UE가 특정 BWP에서 동작 중인지, PDSCH가 몇 PRB에 할당됐는지, DMRS가 어느 Symbol에 위치하는지, TDD 패턴에서 DL/UL Slot이 어떻게 배치되는지 모두 이 개념과 연결됩니다.

로그/설정 항목	의미	확인 포인트
subCarrierSpacing	BWP나 SSB 등에서 사용하는 SCS 설정입니다.	15/30/60/120 kHz 중 어떤 Numerology인지 확인합니다.
BWP ID	UE가 사용하는 Bandwidth Part 식별자입니다.	현재 Active BWP와 SearchSpace/CORESET/PDSCH 설정이 맞는지 봅니다.
PRB start / length	할당된 주파수 자원의 시작 위치와 길이입니다.	실제 대역폭 계산 시 SCS를 함께 고려해야 합니다.
startSymbolAndLength	Slot 안에서 전송이 시작되는 Symbol과 길이입니다.	PDSCH/PUSCH가 어느 시간 구간에 실렸는지 확인합니다.
TDD UL/DL pattern	Slot/Symbol 단위의 DL/UL 방향 설정입니다.	스케줄링된 전송 방향이 TDD 패턴과 충돌하지 않는지 봅니다.
DMRS position	복조 참조 신호가 배치되는 Symbol 위치입니다.	데이터 RE와 Reference Signal RE가 어떻게 나뉘는지 이해해야 합니다.

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9. Resource Grid를 기준으로 PHY 채널을 보면 쉬워진다

앞으로 PDCCH, PDSCH, PUSCH, PUCCH, SSB를 다룰 때 계속 Resource Grid로 돌아오게 됩니다.
PDCCH는 제어 정보를 어디에 실을지, PDSCH는 데이터가 몇 PRB와 몇 Symbol을 차지하는지, PUSCH는 Uplink 데이터와 DMRS가 어떻게 배치되는지를 봐야 하기 때문입니다.
 
특히 초반 학습에서는 채널 이름을 먼저 외우기보다, 아래 질문을 반복해서 던지는 방식이 좋습니다.

1. 이 신호는 Downlink인가, Uplink인가?
   PDSCH/PDCCH는 Downlink, PUSCH/PUCCH는 Uplink 관점에서 봅니다.
2. 어느 BWP 안에서 동작하는가?
   UE가 Carrier 전체를 항상 보는 것이 아니라 설정된 BWP 안에서 동작할 수 있습니다.
3. 주파수축으로 몇 PRB를 쓰는가?
   PRB 수와 SCS를 함께 봐야 실제 대역폭이 얼마나 되는 지 알 수 있습니다.
4. 시간축으로 몇 Symbol을 쓰는가?
   Slot 안에서 시작 Symbol과 길이를 확인합니다.
5. 데이터와 참조 신호가 어떻게 섞이는가?
   DMRS나 CSI-RS 같은 신호가 일부 RE를 차지하므로, 모든 RE가 순수 데이터는 아닙니다.

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10. 자주 헷갈리는 포인트

1) RB 개수만 보면 대역폭을 알 수 있나?

RB 개수만으로는 부족합니다.
RB 하나는 12 Subcarrier이지만, Subcarrier 간격은 SCS에 따라 달라집니다.
따라서 같은 50 PRB라도 15 kHz SCS인지 30 kHz SCS인지에 따라 차지하는 주파수 폭이 달라집니다.

2) Slot 번호가 같으면 시간 길이도 항상 같은가?

Slot이라는 이름은 같아도 Numerology가 다르면 Slot 길이가 달라집니다.
15 kHz SCS에서는 Slot이 1 ms 이고, 30 kHz SCS에서는 0.5 ms 입니다.

3) Resource Grid는 Downlink에만 쓰나?

아닙니다.
Downlink와 Uplink 모두 시간·주파수 자원 배치가 필요합니다.
다만 채널 종류와 신호 배치 방식이 다르므로, DL Grid와 UL Grid를 구분해서 보는 편이 좋습니다.

4) BWP를 모르면 왜 해석이 어려운가?

PRB 번호와 스케줄링 자원은 BWP 기준으로 해석되는 경우가 많습니다.
Carrier 전체 기준인지, BWP 기준인지, CRB 기준인지가 섞이면 실제 주파수 위치를 잘못 계산할 수 있습니다.

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FAQ

Resource Element와 Resource Block의 차이는 무엇인가요?

Resource Element는 하나의 Subcarrier와 하나의 OFDM Symbol이 만나는 가장 작은 자원 칸입니다.
Resource Block은 주파수축으로 12개 Subcarrier를 묶은 단위입니다.
즉 RE는 칸 하나, RB는 여러 Subcarrier를 묶은 주파수 자원 단위로 보면 됩니다.
 

RB 하나의 대역폭은 항상 같은가요?

아닙니다.
RB 하나는 항상 12 Subcarrier이지만, Subcarrier Spacing이 달라지면 RB 하나가 차지하는 주파수 폭도 달라집니다.
15 kHz SCS에서는 180 kHz, 30 kHz SCS에서는 360 kHz입니다.
 

Numerology는 왜 필요한가요?

5G NR은 낮은 주파수 대역부터 mmWave 대역까지 다양한 환경을 지원해야 합니다.
Numerology는 SCS와 Slot 길이를 조절해 다양한 대역, 지연 요구사항, 채널 조건에 맞는 시간·주파수 구조를 제공합니다.
 

Slot은 항상 1 ms인가요?

아닙니다.
15 kHz SCS에서는 Slot이 1 ms 이지만, 30 kHz SCS에서는 0.5 ms, 60 kHz SCS에서는 0.25 ms 입니다.
SCS가 커질수록 Slot 길이는 짧아집니다.
 

BWP는 Resource Grid와 어떤 관계가 있나요?

BWP는 UE가 실제로 동작하도록 설정된 대역폭 구간입니다.
Resource Grid 전체 Carrier 중에서 UE가 사용하는 부분을 잘라낸 동작 영역으로 이해하면 쉽습니다.
그래서 PRB 번호나 스케줄링 정보를 해석할 때 Active BWP 확인이 중요합니다.

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3GPP 공식 참고자료

• 3GPP TS 38.211 - NR Physical channels and modulation. Resource Grid, Numerology, OFDM Symbol, Physical Channel 구조를 확인할 때 가장 먼저 참고합니다.
• 3GPP TS 38.213 - Physical layer procedures for control. PDCCH, CORESET, Search Space, 제어 절차를 볼 때 중요합니다.
• 3GPP TS 38.214 - Physical layer procedures for data. PDSCH/PUSCH, MCS, HARQ, 데이터 절차를 확인할 때 사용합니다.
• 3GPP TS 38.331 - RRC protocol specification. BWP, ServingCellConfig, PDSCH/PUSCH 설정을 RRC 관점에서 볼 때 참고합니다.
• 3GPP TS 38.101-1 - UE radio transmission and reception for FR1. FR1 대역과 UE RF 요구사항을 확인할 때 사용합니다.
• 3GPP TS 38.101-2 - UE radio transmission and reception for FR2. FR2/mmWave 대역과 UE RF 요구사항을 확인할 때 사용합니다.

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마무리

Part 2의 핵심은 간단합니다.
5G NR PHY는 시간과 주파수로 나뉜 Resource Grid 위에서 동작합니다.
가장 작은 칸은 RE이고, 주파수축으로 12개 Subcarrier를 묶으면 RB가 됩니다. 그리고 Numerology는 이 격자의 간격과 시간 길이를 결정합니다.
 
이 개념을 잡아두면 이후 PDCCH, PDSCH, PUSCH, DMRS, BWP, TDD 패턴을 훨씬 쉽게 따라갈 수 있습니다.
다음 편에서는 이 Resource Grid 위에서 UE가 처음 동기와 시스템 정보를 얻는 흐름, 즉 SSB, PBCH, MIB를 중심으로 이어가겠습니다.