[IT열쇳말] 5세대(5G) 이동통신

미국 라스베이거스에서 2017년 1월5일부터 8일까지 열린 ‘국제소비자가전박람회 2017(CES 2017)’에서 네트워크 분야 화제는 ‘5세대 이동통신(5G Networks)’이었다. 이 행사에서 인텔은 5G 모뎀을 세계 최초로 발표하며 기가비트급 속도를 바탕으로 자율주행차량과 사물인터넷, 무선 광대역 등 다양한 분야에서 혁신이 일어날 것이라고 예고했다.

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.

지난 10~15년에 걸쳐 전세계 무선통신 사업자는 네트워크 용량을 20배로 늘렸다. 그러나 같은 기간 동안 수요는 100배 이상 증가했다. 실제로 무선 인프라 관련 기업과 [bref desc=" 전세계 3세대 이동통신 시스템 표준 규격을 논의하는 이동통신 단체 간 공동 연구 프로젝트를 일컫는다. 유럽전기통신표준협회(ETSI), 일본전파산업협회(ARIB), 일본통신기술협회(TTC), 중국통신표준협회(CCSA), 미국통신사업자연합(ATIS)과 한국정보통신기술협회(TTA)가 참여하고 있다."]3GPP(3rd Generation Partnership Project)[/bref] 표준화 기관 등은 네트워크 용량을 '2020년까지 1천배로 증설한다’라는 목표를 세웠다.

70배 이상 빨라진 다운로드 속도 

국제전기통신연합(ITU)은 2015년 10월 전파통신총회를 열고, 5G의 공식 기술 명칭을 ‘IMT(International Mobile Telecommunication)-2020’으로 정했다. 5G는 ‘5th generation mobile communications’의 약자다. 2GHz 이하의 주파수를 사용하는 4G와 달리, 5G는 28GHz의 초고대역 주파수를 사용한다. 과거 2000년대 상용화한 3G 통신 방식인 ‘IMT-2000’을 계승해서 2020년 상용화를 목표로 삼는 모바일 국제 표준이다.

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

5G 다운로드 속도는 현재 이동통신 속도인 300Mbps에 비해 70배 이상 빠르고, 일반 LTE에 비해선 280배 빠른 수준이다. 영화 1GB 영화 한 편을 10초 안에 내려받을 수 있는 속도이다.

이보다 앞선 1세대 이동통신에선 음성통화만 할 수 있었다. 국내에서 1세대 이동통신 서비스가 시작된 건 1984년, 한국이동통신서비스가 차량전화 서비스를 시작하면서부터다. 이후 1988년 열린 서울올림픽을 계기로 휴대전화 서비스가 시작됐다.

휴대전화로 문자를 보낼 수 있게 된 건 1996년, 이동통신 기술이 아날로그에서 디지털로 전화되는 2세대 이동통신이 도입되면서다. 우리나라는 퀄컴의 코드분할 다중접속 방식(CDMA)을 이용해 문자메시지와 같은 데이터 전송을 지원하기 시작했다.

휴대전화로 자유롭게 사진을 보내고 동영상과 같은 멀티미디어 통신을 주고받을 수 있게 된 건 2002년, 3세대 이동통신 서비스가 시작되면서다. 이때부터 휴대전화에 유심(USIM)을 사용하기 시작했다.

그리고 2011년 여름, 지금의 4G 시대가 열렸다. 이후 ‘LTE-A’, ‘광대역 LTE-A’, '3밴드 LTE-A’가 차례로 등장하면서 모바일 기기를 통해 더 많은 데이터를 주고받을 수 있게 됐다. 2011년 당시 75Mbps였던 최대 데이터 다운로드 속도는 이제 300Mbps에 이른다.

이보다 70배나 빠른 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 줄 것으로 보인다.

10배 이상 빨라진 데이터 응답 속도 

5G가 전송 속도만 신경쓰는 건 아니다. 전송 속도 못지않게 응답 속도도 눈에 띄게 향상됐다. 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(밀리세컨드, 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 것으로 보인다.

5G에서는 센티미터파(3GHz~30GHz), 밀리미터파(30GHz~300GHz)의 높은 주파수 대역에서 수백 MHz 이상의 광대역 폭을 이용해 데이터를 고속으로 전송할 수 있다. 이렇게 초고주파 영역에서 광대역 폭으로 신호를 전송하면, 기존 이동통신 기술보다 더 빠르게 신호를 전송할 수 있다. 말 그대로 초고속 데이터 전송이 가능해진다는 뜻이다.

그 외에도 5G에는 혁신적인 이동통신 신호처리 기술 등이 적용된다. 기존 3G에서는 음성신호의 품질을 보장하기 위해 디지털 신호를 코드 기반 대역확산 CDMA 방식을 사용했다. 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.

2020년 이후 본격화 예상

관련 업체들의 움직임도 부산해지고 있다. SK텔레콤은 2016년 6월, 에릭슨과 함께 5G 시험망 장비 개발을 마치고 시연에 성공했다. 2016년 12월에는 국내 벤처기업 3곳과 손잡고 증강현실(AR)과 가상현실(AR)을 활용한 5G 서비스를 개발하겠다고 발표하기도 했다.

인텔은 CES 2017에서 세계 최초로 5G 모뎀을 공개해 눈길을 끌었다. 이 모뎀은 6GHz 이하의 대역과 고주파대역인 밀리미터파(mmWave)를 모두 지원하는 베이스밴드 칩을 탑재하고 있다. 인텔은 밀리초 이내에 의사결정을 내려 운전자와 차량을 안전하게 보호해야 하는 자율주행차량, 긴급 구조원들에게 실시간 데이터를 제공해 재난 복구 노력을 지원하는 드론, 수백만개의 센서를 통해 공기와 수질을 관리하는 스마트도시 등에 이 모뎀을 활용할 수 있을 것이라고 밝혔다.

에릭슨엘지는 2016년 말 발간된 ‘에릭슨 모빌리티 리포트’에서 표준화가 완성될 것으로 보이는 2020년 이전에 통신사업자들이 사전 규격에 맞춰 5G 네트워크 조기 구축에 들어갈 것이라고 내다봤다. 그러면서 “5G 네트워크 구축은 2020년 이후 본격화될 것으로 예상된다”라고 밝혔다.

에릭슨 모빌리티 리포트에 따르면, 북미지역에서는 2022년까지 전체 모바일 가입건수의 25%가 5G에 가입할 것으로 보인다. 아시아태평양지역은 2022년까지 전체 모바일 가입의 10%가 5G에 가입, 두 번째로 빠르게 성장할 지역으로 꼽혔다.

2018 평창 동계올림픽서 정식 데뷔

5G에 대한 얘기가 본격적으로 이뤄진 건 2015년부터다. ITU와 국제 민간 기술 표준화 기구인 3GPP는 오는 2020년까지 수차례 국제회의를 거쳐 5G 표준을 완성해 나갈 계획이다. 그 외에도 각 나라에서 5G에 대한 논의가 한창이다. 한국은 5G 포럼, 중국은 IMT-2020, 일본은 ARIB 등을 만들고 5G가 앞으로 나아가야 할 방향에 대해 고민하고 있다.

국내 5G 포럼에서는 주로 4G 대비 1천배 용량 증대, 언제 어디서나 개인당 Gbps급의 체감 속도 제공, IoT 시대 대규모 디바이스의 수용 여부 등 기술적인 5G 활성화 방안에 대해 논의하고 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=CEBoXxvX3BE

▲ KT가 꿈꾸는 5G가 적용된 평창 동계올림픽 2018

※ 참고 링크

• 한국통신학회, ‘5G 이동통신기술 발전방향’

이 글은 ‘네이버캐스트→테크놀로지월드→용어로 보는 IT’에도 게재됐습니다. ☞‘네이버캐스트’ 보기