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빠른 속도를 자랑하는 무선 네트워크 기술인 5G 특징과 활용사례

2019-06-04


 

5G 무엇일까?

5G 기술은 기존 LTE에 비해 최대 20배 이상 빠른 속도로 데이터를 주고 받는 무선통신 기술로, 지난해 국내에서 상용화가 처음으로 이뤄지며 산업 전반에서 큰 변화를 야기하고 있다.

5G 네트워크는 광대역을 구현하기 위해서 주로 밀리미터 파를 사용한다. 밀리미터 파의 직진성으로 인해 장애가 있을 때 충돌 및 분산이 발생할 수 있다.
그러나 1G 이상의 광대역 서비스를 제공하려면 밀리미터 파를 사용해야하기 때문에 밀리미터 파가 중간에 손상되지 않도록 하기 위한 방법이 필요하다.
즉, 5G 네트워크에 대한 연결이 끊어지지 않도록 근거리로 셀을 구성한 소규모 네트워크를 구축할 수 있다.
다시 말해, 셀 크기를 더 작게 만들기 위해서 셀은 약 250~300m의 거리에서 작은 규모로 구성한다.

이 지역에는 여러 개의 수많은 MIMO 안테나가 있으며, 이것을 5G 고정 무선 서비스(5G fixed wireless service)라고도 부른다.

 
 

초고대역 주파수 사용해 최대 다운로드 속도를 내다

소비자는 이제 겨우 LTE에 익숙해졌는데, 이동통신업체는 이미 5세대 이동통신으로 옮겨가고 있다.
무선망 사용자가 데이터를 소비하는 추세를 고려할 때, 머지않아 네트워크 용량에 한계가 올지도 모른다는 우려에서다.

국제전기통신연합(ITU)은 2015년 전파통신총회를 열고, 5G 공식 기술 명칭을 'IMT(International Mobile Telecommunication)-2020'으로 정했다.
5G는 5th generation mobile communications'의 약자이다. 2GHz 이하의 주파수를 사용하는 4G와 달리, 5G 28GHz의 초고대역 주파수를 사용한다.
과거 2000년대 상용화한 3G 통신 방식인 'IMT-2000'을 계승해서 2020년 상용화를 목표로 삼는 모바일 국제 표준이다.

국제전기통신연합(ITU)이 내린 정의에 따르면 5G는 최대 다운로드 속도가 20Gbps, 최저 다운로드 속도는 100Mbps인 이동통신 기술이다. 또한 1㎢ 반경 안의 100만 개 기기에 사물인터넷(IoT) 서비스를 제공할 수 있고,
시속 500㎞ 고속열차에서도 자유로운 통신이 가능해야 한다.

 

 

빠른 속도와 높은 화질을 느끼다

5G 다운로드 속도는 현재 이동통신 속도인 300Mbps에 비해 70배 이상 빠르고, 일반 LTE에 비해선 280배 빠른 수준이다.
1GB 영화 한 편을 10초 안에 내려받을 수 있는 속도다. 5G 기술은 사람이 많이 모이는 장소에서도 끊김 없이 문자메시지나 데이터가 잘 전송되고, UHD 영상 화질보다 4배 높은 8K급 UHD 영상도 쉽게 즐길 수 있으며, 가상현실(VR) 콘텐츠를 내려받지 않고 인터넷에서 바로 즐길 수 있게 만들어 준다.

5G가 전송 속도만 신경 쓰는 건 아니다. 전송 속도 못지않게 응답 속도도 눈에 띄게 향상된다. 데이터 전송 속도가 한 번에 얼마나 많은 데이터가 지나갈 수 있는지 알려주는 지표라면, 응답 속도는 크기가 작은 데이터가 오가는 데 걸리는 시간을 따진다.
4G에서 응답 속도는 10~50ms(1천분의 1초)까지 빨라졌다. 5G에서는 이 응답 속도가 약 10배 더 빨라진다. 이 덕분에 많은 양의 데이터를 중앙 서버와 끊김 없이 주고받아야 하는 자율주행차, 사물인터넷(IoT) 분야에서 5G가 활발하게 도입될 것으르 보인다.

 

 

직교 주파수 다중 분할접속 방식 & 전력 및 코드 다중화 방식

 

초고주파 영역에서 광대역 폭으로 신호를 전송하면, 기존 이동통신 기술보다 더 빠르게 신호를 전송할 수 있다. 말 그대로 초고속 데이터 전송이 가능해진다는 뜻이다. 기존 3G에서는 음성신호의 품질을 보장하기 위해 디지털 신호를 코드 기반 대역확산 CDMA 방식을 사용했다. 또한 4G에서는 높은 전송속도 확보를 위해 상대적으로 신호대 노이즈 성능이 우수한 직교 주파수 다중 분할접속(OFDMA) 방식을 사용했다. 그러나 5G에서는 직교 주파수 다중 분할접속 방식과 전력 및 코드 다중화 방식을 추가하는 식의 새로운 이동통신 신호 처리 기술(New Radio Access Technology, NRAT) 도입을 검토하고 있다.

 

 

5G 기술의 특징 -

5G 기술의 큰 특징을 간략히 살펴보자.

▶ 1.향상된 처리 속도

: 와이파이의 경우와 마찬가지로, 셀룰러에서의 주요 발전사항은 다른 무엇보다도 새로운 상향 처리속도 숫자로 정의된다. 5G에서 매직 넘버는

실제로 최하 1Gbps이며, 일부에서는 최대 10Gbps까지의 숫자도 언급되고 있다. 그렇지만 와이파이에서와 마찬가지로, 각 셀과 시스템의 전반

적인 용량을 중심으로 생각해보는 것이 중요하다.

▶ 2.줄어든 지연 시간

: 처리 속도보다 더 중요한 것은 각 패킷의 왕복 시간(RTT, Round-Trip time) 감소일 것이다. 지연시간을 줄이는 것은 5G 구현에서는 올-IP일

것이 거의 확실한 음성, 비디오에 대해서 중요하며, 전체 용량을 개선하는데 있어서도 역시 중요하다. 5G의 OTA(Over-the-Air) 지연시간 목

표는 10ms 이하로, 몇 가지 정의된 CoS(Class of Service)에 있어서는 1ms도 가능하다.

▶ 3.관리와 OSS에서의 발전 사항

: 통신사업자들은 늘 간접비용과 운영 비용을 줄이기 위해 노력하고 있기 때문에 신뢰성, 가용성, 서비스 가능성(Serviceability), 복원력, 일관

성, 분석 기능, 그리고 운영 효율성의 개선을 야기하는 시스템 관리와 OSS(Operational Support Systems) 모두에 대한 향상을 기대할 수

있다.

▶ 4.개선된 이동성

: 시속 수백 킬로미터에 이르는 매우 빠른 속도의 사용자 이동성이 지원될 것이기 때문에, 모든 유형의 교통수단에 탑승하고 있는 사용자를 지원할

것이다. 그렇지만, 규제와 상황 의존적인 제한사항은 비행 중일 때처럼 여전히 적용될 것이다.

 

 

5G 기술의 특징 -

▶ 5.개선된 보안

: 암호화, 인증 그리고 프라이버시에 대한 개선이 기대되고 있다. 최소한 소수의 통신사업자들이 제공하고 있고, 많은 조직에서 현재 사용하고 있는

솔루션들과 맥락을 같이하는 IDM(Identity Management) 솔루션들을 보게 되더라도 놀랍지 않을 것이다.

▶ 6.새로운 스펙트럼

: 일부 5G 배치 환경에서는 밀리미터파 대역이라 부르는 30GHz 이상 대역의 주파수가 서비스될 것이다. 이 주파수 대의 면허 그리고 비면허 스펙

트럼(주파수 대역) 모두를 전세계 많은 지역에서 사용할 수 있다. 밀리미터파 주파수 대역은 더 작고 덜 두드러지는 안테나를 필요로 하기 때문에

보통 스몰 셀에 적합하며, 고유의 신호 지향성은 주파수 효율을 배가시킨다.

▶ 7.새로운 보완 기술

: 5G는 칩이나 제조 기술에서 커다란 발전을 필요로 하지 않을 것이며, 기기 전력 소비는 더 빠른 클럭 속도가 적은 영향을 받는 것처럼 더욱 제한

적인 지리적 범위의 덕을 볼 것이다. 그럼에도 불구하고 비용뿐 아니라 기술적 분석과 타당성 분석 모두에 대해 여전히 할 일이 많지만, 치명적인

문제는 아직까진 보이지 않는다.

▶ 8.보편적인 애플리케이션 지원

: 유선 대체물로서의 5G는 방송 품질의 비디오 배포로부터 원격 검침, 체내 이식 가능한 의료기기, AR/VR, 그리고 고급 인터랙션과 그래픽에

이르기까지 모든 종류의 트래픽과 상상할 수 있는 모든 기기를 지원해야만 할 것이다.

▶ 9.업계의 성장

: 통신사업자, 운영업체, 그리고 인프라와 가입자 기기 등의 공급업체는 자신들의 비즈니스를 계속해서 키우기 위해 최종 사용자에게 계량화할

수 있는 가시적인 이점을 제공하는 새로운 기술을 가끔 배포하기만 하면 된다. 신규 가입자 기기만으로는 이 목표를 달성할 수 없다.

 

 

5G 적용사례 - 게임 산업

5G가 적용되고 있는 다양한 산업 중에서도 특히 게임 업계는 5G를 통해 게임 시장에 큰 변화가 올 것으로 보고 있다. 우선 5G 네트워크 환경의 강화로 인해 대규모 다중 접속 온라인(MMO) 게임의 규모가 폭발적으로 커질 것으로 전망된다. 현재 MMO 게임들의 경우 최대 수 천명 가량의 유저가 함께 플레이하는 것을 지원하지만, 향후에는 보다 많은 인원이 함께 즐길 수 있는 것이다. 여기에 네트워크 환경 강화를 통해 모바일 e스포츠 환경이 빠르게 성장할 수 있고, 플랫폼 환경도 바뀔 것으로 보인다. 또 그간 네트워크 지연 등이 문제로 지적됐던 가상현실(VR) 게임의 제작과 플레이 지원 환경 등이 속도를 낼 것으로 전망된다. 자율주행 기술도 5G를 통해 보다 빠르게 실용화 될 것으로 보인다. 자율주행 기술의 상용화는 새로운 여가시간의 창출로 이어져 보다 많은 사람이 게임을 즐기게 될 것으로 예상된다. 이 외에도 5G와 맞물리는 파생 기술 등을 통해 게임도 큰 변화가 이뤄질 것으로 업계는 내다보고 있다.

 

 

5G 적용사례 - 스마트시티

5G가 상용화되면서 주목받고 있는 또 하나는 바로 스마트시티다. 스마트시티는 교통, 환경, 주거, 시설과 관련된 도시 문제를 해소하고, 도시 기능을 최적화하는 대안으로 떠올랐다. 다양한 유형이 전자 데이터 수집 센서를 사용하여 자산과 자원을 효율적으로 관리하는 데 필요한 정보를 제공하는 도시인 셈이다. 스마트 시티의 개념은 도시 운영 및 서비스의 효율성을 최적화하고 시민들과의 연결을 위해 네트워크에 연결된 다양한 물리적 장치인 사물 인터넷(IoT)과 정보통신기술(ICT)의 통합이다. 해외 사례로는 덴마크 코펜하겐과 스페인 바르셀로나 등이 있다. 국내에서는 인천 송도, 화성 동탄 등이 대표 사례가 된다. '유비쿼터스 도시의 건설 등에 관한 법률(u시티법)'을 개정한 '스마트도시 조성 및 산업진흥 등에 관한 법률(스마트시티법)'이 지난해 9월 시행에 들어갔다. 스마트시티는 우리의 삶을 풍족하게 해주고, 융·복합 산업에 미치는 파급 효과가 크며, 새로운 비즈니스 창출에도 크게 기여할 것으로 보여 선진국들도 앞 다퉈 개발을 서두르고 있다.