5세대 이동통신, 5G란 무엇인가? - (1편)개념 및 등장배경, 기술소개

안녕하세요? 삐요입니다.
오늘은 5세대 이동 통신, 흔히 5G 라고 알고 계신 기술에 대해서 소개하고자 합니다.
4차 산업혁명의 핵심 인프라 기술이죠! 자율주행차, 스마트 도시 등 대량의 데이터 처리하는 차세대 통신기술입니다.

5G는 무엇일까요? 단순히 빨라졌다? No! 아닙니다!
하나의 기술을 이해하기 위해선 개념 및 등장 배경, 장·단점, 5G의 현재 상황과 5G가 만들어갈 미래 등을 알아야 합니다.

#5G 개념 및 등장 배경

▶등장 배경
스마트 디바이스의 발달로 무선 데이터 트래픽 폭증 현상이 가속화되고 있습니다. 사물인터넷(IoT)의 데이터 트래픽 증가, 자율주행차 및 스마트시티, AI 등의 확산은 현재 보급 중인 4세대 이동통신(LTE)로는 감당할 수 있는 한계를 가지고 있습니다. 이러한 초연결·지능화 사회로의 입을 위해 대용량 데이터를 연결하여 지연 없이 실시간 처리하는 차세대 통신 기술이 필수적 요소입니다.

▶데이터 증가 관련 기사
- (Cisco 5년 세계 트래픽 예측) 세계 유·무선 트래픽은 5년간('16~21년) 약 2.9배 증가할 전망
- (Etri 국내 이동통신 트래픽 예측) 한국의 경우 향후 6년간('18~23년) 이동통신 트래픽이 약 10배 증가할 전망

▶개념
5G는 4G 대비 20배 빠른 속도, 10배 많은 연결, 10배 짧은 저지연 기술입니다. 세계 이동통신 관련 기업들의 연합모임인 3GPP (3rd Generation Partnership Project)가 '17.12월 5G-NSA (Non-Stand Alone)이라는 이름으로 초안을 발표하였습니다.
2020년 상용화를 목표로 기술개발과 표준화를 진행하고 있으며 ITU에서 지칭한 정식 명칭은 'IMT-2020' 입니다.

#5G 기술 소개 - 기술 요구사항 및 기술 진화 방향

이동통신 표준은 누가 정하는 것일까요? 국제 전기통신연합(ITU)에서 비전을 제시 → 3GPP에서 기술 표준을 개발 진행
의 과정을 거치게 됩니다. 그러면 ITU-T의 5G 기술 요구 사항애 대해사 알아보겠습니다.

자료 : ITU(국제전기통신연합)

이러한 기술 요구사항을 바탕으로 5G 표준은 크게 세 가지 기술 진화 방향을 목표로 삼고 있습니다.

▶이동 초광대역 통신 서비스(eMBB, enhanced Mobile Broadband)
현재 100 Mbps의 전송속도를 최대 20 Gbps까지 제공하는 것을 목표로 합니다. 고화질의 영상 등 대용량 전송이 필요한 서비스를 충분히 감당하기 위함입니다. 15GB의 영화를 다운로드하는데 100 Mbps의 경우 1,220초가 소요되는 반면 20 Gbps의 경우 6초가 소요됩니다. 즉 초광대역 서비스로 고화질 스트리밍 서비스가 가능할 것입니다.

▶초고신뢰성/저지연 통신 서비스(URLLC, Ultra-reliable and low-latency communications)
5G의 기술은 자율주행차에서도 빛을 발할 것이라고 합니다. 즉 기기간 초고신뢰성 및 저지연 통신서비스 제공이 가능하다는 것인데요. 로봇 원격 제어, 자율주행차량 등 매우 짧은 시간에 통신을 가능하게 한다는 것입니다. 자율주행차로 많이들 예로 드는데요. 시속 100km의 자율 주행 차량의 제동 명령을 수신하는 데에 있어 4G는 1.4m 진행 후 정지신호를 수신하는 반면, 5G에서는 2.8cm 진행 후 정지신호를 수신하게 됩니다.

▶대규모 기기 간 통신 서비스(mMTC, massive Machine Type Communications)
스마트 시티, IoT 기기들이 상호 연결되어 동작할 미래 환경에 대비한 것으로 1 제곱킬로미터 당 백만 개의 연결을 지원하는 것을 목표로 기술 개발 진행 중이라고 합니다. 

이러한 기술의 방향성은 ITU에서 정리한 것입니다. 그렇다면 4G와 5G를 한눈에 비교할 수 있겠죠?

#5G 기술 소개 - 표준 기술

앞서 소개한 기술들은 대략적인 소개였습니다. 이번에는 5G가 위와 같은 서비스를 제공하기 위해 실제적으로 사용하는 표준 기술들에 대해서 알아보겠습니다.

▶넓은 주파수 대역
5G는 빠른 속도 제공을 위해 4G 보다 더 넓은 주파수 대역을 사용합니다. (sub-6GHz) 3.5 GHz 등 6 GHz 이사 주파수 대역 + 28 GHz와 39 GHz 등 밀리미터파(mmWave)로 불리는 초고주파 대역(Above 6 GHz)까지 함께 사용합니다. 기존에 저주파 대역과 달리 고주파 대역을 사용함으로써 대용량 서비스 제공에 적합하죠^^

▶빔포밍 기술 - 초고주파수 활용
초고주파는 속도는 빠르지만 멀리까지 전파되지 못하고 장애물 투과력이 상대적으로 약합니다.

속도는 빠르지만 장애물 투과력이 약하죠!

이러한 초고주파의 특성을 극복하기 위해 빔포밍(Beamforming) 기술을 5G 표준기술로 도입하였습니다. 기존 LTE 네트워크가 서비스 지역을 하나의 원으로 한 것이 비해 빔포밍 기술은 수많은 안테나를 활용하여 정밀하게 신호를 제어합니다. 즉, 불필요한 지역으로는 서비스 제공을 하지 않고 사람이 집중된 곳으로 집중 서비스를 제공하여 거리를 늘릴 수 있습니다.

▶Massive MIMO
안테나 배열을 활용하여 무선 자원을 여러 명이 한꺼번에 사용하는 Massive MIMO도 5G 기술표준입니다. 수십 개의 안테나를 2차원 배열로 배치를 해 더 많은 다중 사용자를 동시에 지원할 수 있도록 하였습니다.

이상으로 차세대 이동통신인 5G에 대해서 살펴보았습니다. 개념, 등장 배경, 기술 소개를 통해 좀 디테일한 부분까지 살펴보았어요. 저도 세부 기술들을 공부할 수 있어서 좋았고, 소개해드릴 수 있어서 유익한 시간이었습니다.

다음 시간에는 5G 기술이 어떤 분야에 사용되고 앞으로의 발전 방향에 대해 알아보도록 하겠습니다.^.^