5G? 빨라져서 뭐하려고?

이제 마지막 포스트입니다. 요즘 신문에 보면 온통 4차 산업혁명이니 5G니... 뭐 말들이 많습니다. 세계 최초로 평창에서 5G 서비스를 하겠다 어쩌구 저쩌구... 근데 지금이 2017년인데 이제 고작 1년 후에 5G를 하겠다니 가능한 일일까? 제 스스로도 의문이 많습니다. 우선 4G와 5G를 한번 비교해 보죠. 속도는 당연히 증가합니다. 지금 LTE-A Pro가 1Gbps 이상이 나올 수 있음을 이전에 말씀드렸습니다. 그런데 5G에서는 수십 Gbps를 목표로 하고 있습니다. 20Gbps라... 도대체 이게 어느 정도 속도냐 하면 지금 여러분이 가정에서 사용하시는 초고속인터넷 FTTH가 100~300Mbps 정도입니다. 프리미엄 요금을 내시고 300Mbps를 쓴다고 하더라도 이것의 66배 정도입니다. 꺄악~~~ 대단하지 않나요? 유선도 아니고 무선에서 20Gbps라니요!!! 그런데 이것은 그냥 이론적 최대치일 뿐이고 여전히 여러분의 체감 속도는 수Gbps 수준일 겁니다. 그래도 엄청 빠른거죠.

 

 

이렇게 빨라져서 뭐하려구? 라는 생각을 가지신 분들도 계실텐데요, 최근 VR이나 동영상이 UHD로 진화하는 점을 감안하면 전송 속도가 빨라질수록 여러분께서 사용할 수 있는 콘텐츠는 더 풍부해질 겁니다. 그런데 5G라고 하면 보통 이렇게 속도만 생각하시는 경우가 많은데 사실 데이터 전송속도를 높이는 것 이외에도 많은 내용이 포함될 것입니다. 위의 표를 보시면 5G의 목표는 3가지 정도로 압축할 수 있습니다. 첫번째가 데이터 전송속도의 증가, 두번째가 Latency의 감소, 세번째가 트래픽 처리 용량의 획기적인 증가입니다. 데이터 전송속도를 높이기 위해서 제일 좋은 방법은 채널 대역폭을 늘리는 것입니다. 그런데 불행히도 채널 대역폭을 늘리기 위해서는 사업자에게 할당하는 주파수 대역폭이 넓어야 하는데 기존에 사용하는 2GHz 이하의 주파수 대역은 이미 다른 용도로 사용을 하고 있어서 더이상 할당하기가 어려운 상황입니다. 그래서 5G에서는 Higher Frequency 대역을 검토하고 있고 심지어는 20GHz 이상의 밀리미터파에서의 서비스도 고려하고 있습니다.

 

아래 표는 우리나라에서 제안한 5G 주파수 대역입니다. 3.5GHz와 28GHz 대역 두가지가 있죠? 아마도 회절 문제때문에 3.5GHz가 더 유력해 보입니다만 글로벌 로밍 관점에서 보면 28GHz 할당도 불가피할 것입니다. 이 대역들은 대부분 비어 있어서 사업자들에게 10MHz 단위가 아니라 수백MHz 대역으로 주파수 대역폭 할당이 가능합니다. 그런데 여전히 이 대역들은 주파수가 높은 대역이라 커버리지는 매우 좁을 것으로 예상됩니다. 그래서 5G에서는 스몰셀이 일반화 될 것으로 예상합니다.

 

 

두번째 특징인 Latency의 감소가 무슨 말이냐? 이것은 전송 지연을 감소시킨다는 의미입니다. LTE 규격상 전송속도는 10ms 이하입니다. 그런데 향후 도입될 자율주행자동차를 감안한다면 10ms 지연도 받아들이기가 어렵게 됩니다. 조금의 딜레이도 사고로 연결될 수 있으니까 말입니다. 그래서 5G에서는 1ms 이하의 전송 지연율을 목표로 하고 있습니다.

 

마지막 특징인 트래픽 처리 용량 증대는 IoT 디바이스의 확산 때문입니다. 5G에서는 수십에서 수백배의 처리 용량 증대를 목표로 합니다. 이것은 기지국 하나가 동시에 처리할 수 있는 데이터 처리 용량을 증가시킬 뿐만 아니라 접속할 수 있는 기기의 숫자도 증대하는 것을 의미합니다. 예를 들어 지금 기지국 한대가 동시에 20대의 기기 접속이 가능하다고 치죠. 근데 10년 정도 후에는 스마트폰이나 스마트워치 같은 사용자 단말 뿐 아니라 IoT 디바이스가 수없이 늘어날 것으로 예상되기 때문에 기지국이 20개만 처리할 경우는 IoT 서비스가 어려워질 수도 있을 겁니다. 그래서 기지국 용량의 증대는 필수적입니다. 당연한 얘기지만 기지국의 용량이 늘어난다고 전력을 너무 많이 소모하면 안되겠죠? 그래서 에너지 효율도 함께 높여야 할 필요성이 생기는 것입니다.

 

자 그럼 이제 표준화 일정을 한번 알아볼까요? 국내 이동통신사들은 2018년 5G 시범 서비스를 하고 2019년 상용화를 하겠다고 나서고 있습니다. 아래 표는 표준화 일정을 보여주고 있는데 이동통신 표준을 주도하고 있는 3GPP가 2018년 6월에서야 첫번째 규격을 완료할 예정이고 본격적인 5G 표준은 2019년 12월이 되어서야 완료될 것으로 예상됩니다. 그렇다면 지금 KT나 SKT가 사기를 치고 있는 것이냐? 그건 아니고 5G를 어떻게 정의하느냐의 이슈일 뿐입니다. 과거에 우리가 LTE가 4G이냐 아니냐를 두고 논쟁을 했던 것과 같은 맥락입니다. 즉 2018년에 서비스될 기술들은 4.5G에 가까운 기술입니다. 물론 규격이 확정되기 전의 선행 규격 형태로 5G가 2018년 말에는 선보일 가능성이 높습니다. LTE-A Pro에는 이전에 말씀드린 5G 기술들이 상당부분 차용되고 있습니다. 대표적인 것이 빔포밍 같은 것들입니다.

 

 

5G의 핵심 기술들을 알아보겠습니다. 대표적인 것이 Massive MIMO입니다. 기존의 LTE나 LTE-A에서는 규격에서 정의한 최대가 8 x 8이고 현재 시점에서 상용화는 4 x 4 수준입니다. 그런데 이것을 수십 수백개로 늘려서 서비스를 하겠다는 것이 Massive MIMO입니다. 와~ 그럼 앞으로 건물 꼭대기의 안테나는 무슨 비둘기 쫓는 장치처럼 엄청난 안테나가 빽빽하게 들어서겠네요? 그럴리가요. ㅎㅎ 안테나의 형태가 바뀔 겁니다. 예를 들어 축구공 같은 모양으로요. 축구공은 면이 20개가 있어요. 그렇다는 얘기는 이런 형태로 안테나를 만들면 20개의 안테나를 배치할 수 있다는 뜻이 되겠죠. 물론 현실적으로 축구공이 아니라 직육면체의 모양이 될 수도 있고 아직 저도 본적이 없어서 정확한 형태를 말씀드릴 수는 없지만 어쨌든 다면체 형태로 바뀔 겁니다. 그리고 빔포밍 역시 5G의 중요한 기술입니다. 빔포밍은 전파의 방사 형태를 조정하여 트래픽이 많은 곳으로 전파를 집중시키는 것이라고 생각하시면 쉽습니다. 그런데 이것도 말이 쉽지 실제로 이런 빔포밍 기술을 전국망의 형태로 깔기는 어려울 겁니다. 아마도 빔포밍 기술은 트래픽이 밀집되는 도심지역 위주로 설치가 될 가능성이 높습니다.

 

구분	주요 핵심 기술
5G 무선 전송 용량 증대 기술	Massive MIMO, Advanced Duplex, mmWave 광대역 통신
이동 네트워크 기술	고성능 인프라 통신, 차량간 직접 통신, 차량형 이동셀, 멀티플로우, 빔간 고속 핸드오버
저지연 기술 및 다수 디바이스 수용 기술	Short TTI(Time To Interact), New Waveform, 다수 디바이스 접속/연결
5G 소형셀 기술	Ultra Dense Network, 무선 백홀, Multi RAT(Radio Access Technology), 다층셀 Cloud RAN(Radio Access Network)

 

저도 개인적으로 5G 관련 강의나 세미나에 많이 참여하는 편인데 아직까지는 뜬구름 잡는 얘기가 전부입니다. 이제 규격상의 목표를 정하는 단계에서 5G 상용화를 얘기하는 것은 너무 성급하지 않은가 하는 생각도 좀 있구요. 그리고 5G라고 하면 4G가 없어지고 바로 5G를 사용할 수 있는가? 이것도 답은 No입니다. 5G는 높은 주파수 대역을 사용하기 때문에 기지국당 커버리지가 매우 좁을 것입니다. 그리고 앞서 말씀드린 빔포밍 등의 복잡한 RF 기술을 사용해야 해서 단기간에 5G를 전국망으로 서비스하기는 어려울 겁니다. 그러니 5G가 상용화가 된다고 하더라도 상당 기간 LTE와 5G가 공존하는 형태로 갈 수 밖에 없습니다. 그럼 본격적인 성장은 언제 가능할 것인가? 제가 봤을 때는 2022년 정도가 아닐까 생각됩니다. 2019년에 5G 규격이 완료되면 모뎀 회사들이 그것을 구현하는데 1년, 그리고 시스템 회사들과 단말 회사들이 그 모뎀칩 기반으로 제품을 개발하는데 1년이 또 소요될 것이기 때문입니다. 명백한 것은 5G 시대는 분명히 올 것입니다. 다만 아직까지 여러분께 말씀드릴 수 있는 것이 너무 적습니다. 그러니 표준화 단체에서 일하는 분이 아니시라면 굳이 비싼 돈을 들여 5G 세미나에 참석하실 필요는 없어 보입니다. 마지막으로 5G에 대해 잘 정리된 그림 한장을 보여드리면서 이번 카테고리는 마감하려고 합니다. 부족한 것이 있다면 조금씩 보완하는 것으로 하겠습니다. 그럼 이만~