[미래기술25]②꿈의 통신망 5G, 100만개 사물연결, 논리적으로 쪼개져 자유자재로

[이데일리 김현아 기자] 5세대(G)이동통신서비스 상용화가 임박했다는 소식이 들립니다. 하지만 이용자 입장에서 이런 얘기를 들어도 체감하기 어려운 게 사실입니다.

이동통신에서 세대를 뜻하는 ‘G’(Generation)는 기술 혁신의 단계를 말합니다. 1G는 아날로그 방식의 음성통화였고, 2G는 디지털 음성통화와 문자(폴더폰), 3G는 화상통화와 무선인터넷, 4G는 스마트폰 기반 비디오 스트리밍이 생각나죠. 4G는 LTE((Long Term Evolution)라고도 부르는데 과학기술정보통신부에 따르면 2018년 8월 현재 국내 LTE 가입자는 5377만3472명으로 전체 이동통신가입자(6569만867명)의 81.85%에 달합니다. 나머지는 2G나 3G 가입자입니다.

그런데 정부가 2018년 12월 1일부터 5G를 위한 주파수 사용을 허락해 올해 연말 모바일 라우터(서로 다른 네트워크를 연결해주는 장치) 형태의 5G를 시작한 뒤 2019년 3월 5G 스마트폰 서비스를 시작할 계획입니다.

5G가 되면 어떤 세상이 열릴까요. 전문가들은 이용자에게 제공되는 서비스의 차별화도 있겠지만, 자율주행차나 원격의료 같은 융합서비스 탄생에 주목합니다. 또, 무선이 확실하게 유선을 대체할 것으로 보기도 합니다.

5G가 그리는 미래를 예측하려면 UN 산하기구인 국제전기통신연합 (ITU)과 이동통신표준화기술협력기구(3GPP)가 정한 5G 기술의 특성부터 들여다봐야 합니다. ITU가 4G에 비해 5G가 갖출 기술적 특징을 큰 틀에서 제시한다면, 3GPP는 실제로 글로벌 표준을 만드는 단체입니다. 3GPP는 전 세계 이동통신 사업자, 장비 제조사, 단말 제조사, 칩 제조사 및 세계 각국의 표준화 단체와 연구기관 등 약 500여 개 업체가 참여합니다.

현재 3GPP에서의 5G 표준화는 지난 6월 1단계 표준화가 완료돼 각국 통신사들이 5G 상용서비스를 시작할 수 있습니다. 여기에, 3GPP는 ‘Release-16’ 이라는 2단계 표준을 2019년까지 만듭니다. 여기에선 자율주행, 고신뢰·초저지연 통신 (URLLC)이나 차량사물통신(V2X)에 대한 표준화가 진행됩니다.

[이데일리 이미나 기자]

5G,속도, 목표는 LTE보다 20배 빨라.. 당장은 아냐

5G의 특성은 △초광대역 서비스 (eMBB) △고신뢰·초저지연 통신 (URLLC)△대량연결 (mMTC)입니다.

초광대역이란 더 큰 주파수 대역폭과 더 많은 안테나를 사용해 최대 전송속도를 기존 4G보다 20배 빠르게 하는 겁니다. 4G의 최대 전송속도는 1Gbps인데 이를 5G에선 20Gbps로 끌어올리는 게 목표죠. 15GB (Giga-Byte)의 고화질 영화 1편을 다운로드할 때 6초면 가능한 속도입니다. 이리되면 한 장소에 수 만명이 모인 경기장에서도 초고화질(UHD)·증강현실(AR)·가상현실(VR)·홀로그램 같은 신기술을 접목한 미디어 서비스를 할 수 있습니다. 당장 연말이나 내년 초에 서비스되는 초기 5G 특화 서비스는 아마 미디어가 될 듯 합니다.

하지만 4G때 그랬듯 올해와 내년에 20Gbps 속도의 5G를 체감하긴 어렵습니다. 4G LTE때도 상용화 첫해인 2010년에는 최대속도가 75Mbps에 불과했고 2017년 말 이통3사의 통신품질 평가에서도 체감속도(평균속도)는 통신 3사 중 가장 빠른 SK텔레콤 LTE도 163.92Mbps(다운로드 기준)에 그쳤습니다. 1Gbps를 지원하는 칩셋이 들어간 갤럭시S9이 올해 3월 출시돼 1Gbps 상용서비스가 이뤄졌지만, 구형 단말기를 가진 사람은 혜택을 보기 어렵죠. 5G 역시 목표인 20Gbps 속도로 가려면 시간이 걸릴 전망입니다.

초저지연 기술 표준화 2019년 말 완성…2020년부터 자율주행 시대

빠른 속도와 함께 주목받는 게 고신뢰·초저지연 통신(URLLC)입니다. 통신에서 실시간 반응속도를 최소화한 것으로, 로봇 원격제어나 자율주행 차량 등을위한 것입니다. 예전에는 지연시간이 수십 밀리 세컨드 (1ms = 1/1000 초)였는데 이를 1ms 수준으로 좁히는 겁니다. 자율주행 차량이 도로를 달리다 정지신호를 수신할 때 더 빨라진다는 의미입니다. 그만큼 교통사고가 일어날 확률이 줄어들겠죠. 2019년 말까지 3GPP에서는 99.999%의 성공률과 더 낮은 데이터 전송 지연 시간(1ms 이내)을 제공하는 2단계 표준화( Release-16)를 진행한다고 합니다. 이게 완료되면 2020년경부터 원격제어머신(Remote Controlled Machine) 등 스마트팩토리가 가능해지고 V2X 등이 접목돼 자율주행도 가능해질 것으로 기대됩니다.

초연결이 만들 사물인터넷 대중화 시대…초고주파수 활용 기술도 관심

5G의 또 다른 특징은 초연결(mMTC: massive Machine-Type Communications)입니다. 이는 각종 가정용, 산업용 사물인터넷(IoT) 기기 들이 서로 연결돼 동작한다는 의미입니다. 현재는 1 km2 면적 당 지원하는 단말 수가 10만 개인데 5G에선 100만개의 연결(connection)을 지원합니다.

이런 일들이 가능해지려면 더 넓은 주파수 대역이 필요합니다. 주파수는 통신의 원료로 맥주에서의 보리와 같습니다. 그러려면 잘 쓰지 않던 초고주파수이나 비면허대역까지 활용해야 하죠. 초고주파수 대역이란 28GHz와 39GHz 등을 말하는데, 낮은 주파수에 비해 멀리 가기 어렵고 장애물을 통과하는 투과력도 약합니다. 그래서 많이 남아 돌아 통신사들에게 더 많이 줄 수 있지만 물리적인 약점도 극복해야 합니다.

빔포밍 기술 개념도(출처: 삼성전자)

그래서 활용되는 기술이 빔포밍(beamforming)기술과 매시브 MINO(Massive MIMO)기술입니다. 둘 다 5G 표준기술인데, 빔포밍 기술은 안테나의 빔이 해당 단말에게만 국한해 비추도록 하는 기술입니다. 무대 위의 배우에게 스포트라이트(spotlight)로 불 빛을 비추는 것과 같은 효과를 말하죠. 일정 지역 전체를 커버하는 3G·4G와 달리 소형 기지국이 스마트폰등 단말기에 빔 형태로 방사합니다. 안테나 수를 최대화하거나 단말기 위치를 빠르게 찾아 전파를 쏘는 기술이 중요합니다.

매시브 MIMO는 수많은 안테나 배열 (Massive Antenna Array)을 활용해 같은 무선 자원을 여러 명이 동시에 사용하는 기술입니다. 4G에서도 미모 기술이 적용됐지만 안테나를 적게 사용해 한계가 있었습니다. 하지만 5G에서는 단일 기지국 장비에 수백 개 이상의 LTE 안테나를 장착할 수 있게 됐고 더 많은 다중 사용자를 동시에 지원할 수 있게 됐습니다.

매시브미모 기술 개념도(출처: 삼성전자)

◇네트워크 슬라이싱으로 똑똑해지는 통신망

그러나 5G를 대표하는 말을 꼽으라면 ‘지능화된 통신망’이 아닐까 합니다. 바보였던 통신망(네트워크)이 어떻게 똑똑해질 수 있을까요. 5G에선 ‘네트워크 슬라이싱 (Network Slicing)’이 가능하기 때문입니다. 4G까지는 내가 인터넷을 쓰든 미디어를 쓰든 네트워크에선 딜레이나 밴드위스(대역폭)를 똑같이 할당했지만, 5G에선 서비스마다 다르게 적용할 수 있습니다. 초저지연(Low Latency)이 중요한 자율주행차나 원격진료와 실시간 반응속도보다는 대용량 데이터 전송이 중요한 서비스가 있다고 했을 때, 하나의 네트워크(5G망)에서 지원할 수 있게 된 것이죠.

네트워크 슬라이싱은 논리적으로 망을 쪼개서 각각의 데이터 서비스에 독립적인 네트워크 자원을 할당할 수 있습니다. 마치 다른 통신망을 쓰는 것처럼 각 서비스별로 다른 서비스의 영향을 받지 않으면서 차별화된서비스 품질(QoS)도 보장할 수 있습니다.

통신사에는 특화 서비스에 대한 별도의 과금체계를 만들 수 있다는 의미이고, 소비자로선 단순한 웹검색이나 SNS를 쓸 때의 통신 품질과 원격진료나 자율주행차를 탈 때 사용하는 품질이 달라질 수 있다는 의미입니다.

5G 상용화, 이동성 있는 동글부터 될 듯

▲출처: 과학기술정보통신부

정리하자면, 5G의 기술 특징은 초고속, 초저지연, 초연결, 그리고 네트워크 슬라이싱이라고 할 수 있습니다.

국내에서 상용화되는 5G의 첫 모습은 어떨까요. 정부와 업계에 따르면 이동성(핸드오버)을 지원하는 ‘5G 라우터’ 형태가 될듯 합니다. 과학기술정보통신부는 2018년 12월 1일부터 5G 주파수를 쏠 수 있게 했는데, 우리에게 익숙한 5G 스마트폰은 빨라야 2019년 3월 정도 나온다고 합니다.

미국 버라이즌이 2018년 10월 5G CPE단말을 이용해 5G를 상용화했으니 세계최초는 버라이즌이지 않냐구요? 그렇지 않습니다. 버라이즌이 서비스를 시작한 5G는 이동성이 보장되지 않는 5G 고정통신 방식입니다. 와이파이와 비슷하죠.

하지만 우리가 하려는 것은 5G 모바일 라우터(2018년 12월 상용화), 5G 스마트폰(2019년 3월 상용화)으로, 미국 통신기업인 AT&T나 스프린트와 비슷합니다. AT&T는 휴스턴, 달라스 등 12개 지역에서 올해 말 5G 라우터 단말을 통한 상용화를, 스프린트는 피닉스,애틀란타, 시카고, LA, 뉴욕 등에서 2019년 상반기 5G 스마트폰으로 5G상용화를 준비 중입니다.

▲5G 해외동향(출처: 과학기술정보통신부)

▲대한민국 5G상용화 추진경과 및 현황(출처: 과학기술정보통신부)

그런데 5G로 요금이 오르진 않을까요. 당장은 그렇지는 않을 듯합니다. 첫 요금은 기존 LTE요금제로 갈음할 가능성이 있습니다.

전성배 과학기술정보통신부 기획조정실장은 “(올해 12월 되는 게) 모바일 라우터 형태라면 5G휴대폰이나 전국망은 아니어서 커버리지가 안되는 것 등 약점을 고객에게 알려주도록 하는 게 중요하다”며 “기존 서비스(요금)의 재약정을 이야기하고 재약정 내에서 서비스도 가능하다고 본다”고 말했습니다. 이통3사가 최근 출시한 데이터ON, T플랜, 걱정없는 데이터 요금제 등이 당분간 5G 요금제로 쓰일 수 있다는 의미입니다.

마지막 한 가지. 5G가 되면 전력소모도 줄어듭니다. 4G보다 에너지 효율성이 100배 정도 된다고 하네요. 4G때는 송수신하지 않을 때도 서로 정보를 주고받아야 했는데 5G가 되면 서로 정보를 주고 받는 게 없어 무선 시그널링을 할 때 단말에 파워가 필요없다고 합니다. 5G는 기본적으로 셀의 소형화를 추구하는데 셀의 소형화로 기지국이 촘촘하게 박히면 전력 소모량을 줄일 수 있습니다. 이는 5G가 사물인터넷(IoT)에 최적화된 차세대 기술이라는 의미이기도 합니다.