알기쉬운 이동통신기술

4G LTE와의 차이점으로 이해하는 5G

석사만세 2023. 2. 11. 16:30

5G가 4G LTE에서 채널의 대역폭을 넓힘으로써 초고속데이터 전송을 달성한다는 점은 이미 설명드린 바 있습니다. 물론 5G에는 4G에서 지원하지 않던 다른 기능들이 많이 추가되어서 이렇게 말씀드리는 것은 너무 단순화한 측면도 없지 않지만, 무선 접속 기술 관점에서는 그렇다는 의미입니다. 5G를 이해하기 위한 쉬운 접근 방법으로 4G LTE와의 차이점을 알아보는 것도 의미있다고 생각되네요.

 

1. 더 넓은 채널 대역폭

- LTE의 채널 대역폭은 1.4/3/5/10/15/20MHz 이렇게 6가지가 정의되어 있습니다. 5G의 채널 대역폭은 6GHz 이하인 FR1(Frequency Range 1)에서 최대 100MHz, 6GHz 이상인 FR2(Frequency Range 2)에서는 최대 400MHz로 정의되어 있습니다. 단순히 채널 대역폭 관점에서만 본다면 LTE에서 가장 넓은 채널 대역폭인 20MHz 대비 각각 5배, 20배가 증가한 것입니다. 20MHz 채널 대역폭을 사용하는 LTE의 이론적 최대 속도가 150Mbps니까 5배면 750Mbps, 20배면 3Gbps가 최대치가 됩니다. 참고로 우리나라에서는 28GHz 대역에서 SKT, KT, LGU+에 각각 800MHz를 할당했습니다. FR2에서는 최대 채널대역폭이 400MHz라고 했으니 28GHz 주파수 대역에 400MHz짜리 채널 2개가 존재하는 셈입니다. 그럼 FR1에 100MHz, FR2에 400MHz + 400MHz = 800MHz니까 총 900MHz가 되는 셈인데 이렇게 되면 LTE의 20MHz 채널 대비 45배가 증가하는 것이므로 약 6.8Gbps의 속도가 나와야 합니다. 물론 이론적으로 말이죠. ^^;;

 

2. mmWave 사용

- 이제까지 우리가 사용했던 이동통신 기술은 대부분 3GHz 이하의 주파수 대역을 사용했습니다. 더 높은 데이터 전송을 위해서는 더 넓은 채널 대역폭이 필요하고 더 넓은 채널 대역폭을 확보하기 위해서는 주파수 대역이 넓게 비어 있는 대역을 선택해야 합니다. 그런데 3GHz 이하의 주파수 대역은 다른 용도로 사용되고 있어 5G의 넓은 채널 대역폭을 할당할 만한 빈 공간이 없었기 때문에 초고주파 대역을 선택하게 됩니다. 사실 초고주파 대역을 사용한다는 점 때문에 5G는 RF 관점에서 기술적인 난이도가 매우 높아집니다. 주파수가 높아지면 파장이 짧아지고 파장이 짧아지면 커버리지가 좁아집니다. 게다가 주파수가 높아지면 직진성이 높아져 장애물이 있을 경우 전파가 도달하지 못하는 문제가 생기며 전류 소모량도 높아지는 문제가 있습니다. 개인적인 생각이긴 합니다만 5G에서 mmWave를 본격적으로 상용화하는 것은 어렵고 특수 목적으로 부분적으로만 사용되다가 6G 정도 되어야 쓸만한 수준이 되지 않을까 조심스레 예상해봅니다.

 

3. Uplink OFDMA 적용

- LTE의 경우 다운링크는 OFDMA이지만 업링크는 SC-FDMA입니다. 5G에서는 업링크를 SC-FDMA 또는 OFDMA로 쓸 수 있습니다.

 

4. Active TDD 사용

- 규격상으로는 LTE와 5G 모두 각각 FDD와 TDD가 정의되어 있습니다. 그런데 상용화 관점에서 중국이나 인도 등 LTE-TDD를 사용하는 일부 지역을 빼면 대부분 LTE-FDD로 상용화되었습니다. 우리나라도 군용을 제외하면 SKT, KT, LGU+ 모두 LTE-FDD 방식으로 서비스 되고 있습니다. LTE와는 다르게 5G는 TDD 방식으로 대부분 상용화 되었습니다. 이것은 TDD가 빔포밍에 더 적합하기 때문입니다. Active라는 말이 굳이 붙은 이유는 다운링크와 업링크 비율을 상황에 맞게 조절할 수 있다는 의미인데 실제로는 고정되어 사용되고 있습니다. 국내는 다운링크 4번, 업링크 1번 이런 식으로 반복됩니다. 물론 제어신호 전달까지 감안하면 비율이 약간 달라지지만 대충 이렇다 정도로 이해하시면 되겠습니다.

 

5. Scarable OFDMA 사용

- LTE의 부반송파는 15KHz짜리 12개로 180KHz로 고정되어 있습니다. 여기서 Guard band를 포함하면 총 200KHz가 1RB(Resource Block)을 형성합니다. 5G에서는 15KHz x 2의 n승으로 가변적으로 부반송파의 간격을 조절할 수 있습니다. 다만 최대는 240KHz입니다. 따라서 n은 0, 1, 2, 3, 4 중 하나가 되겠죠? 이렇게 가변적으로 부반송파의 간격을 정의한 것은 특정 Service의 요구 사항에 따라 주파수 대역을 더 효율적으로 사용하기 위함입니다.

 

물론 이것 이외에도 MU-MIMO나 빔포밍, LDPC와 폴라코드 등 기술적인 변화가 많지만 오늘은 무선 접속의 관점에서 중요한 것들 위주로 요약해 봤습니다. 도움이 되셨으면 하네요.