이동통신의 발전 과정(4) 5G, 놀라운 기술 변화의 시작

 

 

이번 포스팅에서는 이동통신 발전의 마지막 세대이자(2021기준) 여전히 많은 연구가 진행되고 있는 5G 이동통신의 발전에 대해 알아보도록 하겠습니다!

 

 

 

5G란 ?

 

5G는 5세대(5th Generation) 이동통신을 가리키는 말로 기존의 LTE에 비해 방대한 데이터를 빠르게, 실시간으로 전송할 수 있는 현 세대의 핵심 인프라입니다.

 

통신사의 5G관련 광고를 보면, 기존 LTE 대비 빨라진 속도에 대해 언급하곤 합니다. 하지만, 5G를 LTE와 비교했을 때, 속도만 이야기하는 것은 매우 부족합니다. 5G 기술은 빠른 데이터 전송 이상으로 모든 사물을 연결하고 융합서비스를 구현해 새로운 가치를 만들어낼 수 있는 기술이기 때문입니다. 우리 생활에 좀 더 직접적인 영향을 미치는 거죠. 또한 공공, 사회 전반의 혁신적인 변화를 이끌 원동력으로, 국가 인프라 고도화 등에도 크게 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

 

 

 

5G 사용화 과정

 

 

'세계 최초 상용화'라는 타이틀을 내건 5G 관련 뉴스기사들을 자주 접해보셨을 거라 생각합니다. 이 타이트를 쟁취하기 위한 상용화 과정은 참 말도 많고 탈도 많았습니다.

 

 

2019년 4월 3일 밤 11시, 대한민국은 세계 최초 5G 상용화를 기습 발표했습니다. 그러나 세계최초 상용화 타이틀을 쟁취하기 위한 성급한 추진 과정에서 다양한 문제가 발생했습니다. 정부는 80만개인 LTE에 비해 턱없이 부족한 수준의 5G 기지국으로 인한 가입자들의 ‘끊김현상’ 피해가 예상되었음에도 강행했으며, 상용화 날짜를 정해놓은 채 SK텔레콤의 5G 요금인가 심사가 진행되어 부실 심사 의혹이 제기되기도 했습니다. 이통 3사에게 주어지는 세금 인하와 기지국 등록세 감면 등은 매년 2조 이상의 영업이익을 내고있는 통신 재벌에게 과도한 혜택이라는 지적도 있었습니다.

 

 

최신형 휴대폰 단말기는 거의 대부분 5G로 출시되었고 통신사들은 최신형 휴대폰에 단말기 보조금을 집중시켜 5G 서비스 가입자를 유치하였으며, 5G 가입 이후 LTE 요금제로 변경하려면 위약금을 내야하는 등 소비자의 선택권을 제한하고 통신사의 이익을 극대화 하는 방향으로 사업을 운영했습니다. 

 

 

또한 통신 3사는 전국의 주요 지역을 중심으로 5G 커버리지를 확보했지만, 여전히 LTE 대비 갈 길이 먼 상황입니다. 특히 건물 안의 커버리지를 담당하는 실내 기지국 설치가 미흡하다는 문제도 있습니다. 이에 더불어 2020년 터진 코로나19 사태로 인해 기지국 설치 작업도 크게 위축되며 더욱 난항을 겪게 됩니다.

 

 

 

 

 

5G의 기술적 특징

 

• 초고주파 대역

 

5G에서는 밀리미터파(mmWave)라고 불리는 초고주파 대역을 사용합니다. 이는 5G 이동통신에 처음 적용된 가장 큰 특징 중 하나입니다. 처음 이동통신에 초고주파 대역을 사용하는 연구를 진행할 때, 굉장히 어려웠을 것입니다. 고주파 대역의 기술적 한계 때문입니다.

 

고주파 대역은 파장이 짧아서 같은 세기의 신호를 전송할 시 커버리지 범위가 저주파 대역에 비해 매우 낮습니다. 전파의 투과특성이 낮다보니, 승강기같은 금속재질의 벽이 아닌 일반 사무실의 콘크리트 벽에도 전파가 끊어지며 심지어 사람 손 정도의 방해물에도 방해를 받습니다. 

 

이러한 기술적 한계를 극복하기 위한 기술이 '빔포밍 기술'입니다. 다만 회절성의 부족으로 인한 커버리지 제한은 빔포밍 기술로 개선하기는 어려워 기지국을 훨씬 촘촘하게 깔고, 건물별로 별도의 중계기가 필요합니다.

 

 

 

• 빔포밍(Beamforming)

빙포밍은 단어 그대로 Beam과 Forming이 합쳐진 말입니다. 레이저빔처럼 뭔가가 직선으로 길게 뻗어나간 모습을 빔이라 부르고, 포밍은 특정한 모습으로 뭔가의 형태를 잡아주는 일입니다. 따라서 빔포밍이라는 말은, 통신 주파수를 빔 모양으로 만들어주는 것을 의미합니다.

 

앞서 언급한 것처럼 고주파 대역은 전파의 투과특성이 좋지 못합니다. 따라서 전파를 필요한 방향으로 모아서 한번에 쏴줄수 있다면, 데이터를 더욱 잘 전달할 수 있게됩니다. 빔포밍 기술을 통해 전파신호를 강하게 해주며, 필요한 곳으로만 보내 기지국을 효율적으로 사용할 수 있게 해주는 것이죠. 또한 고주파의 기술적 한계로 인해 발생할 수 있는 음영지역을 줄여줄 수 있습니다. 

 

 

 

• Massive MiMO

5G 기지국은 4G 기지국보다 훨씬 더 작지만, 훨씬 더 많은 안테나를 수용합니다. 이들 안테나는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)이고, 이들 동일 데이터 신호상에서 다수의 양방향 통신을 동시에 처리할 수 있음을 의미합니다. 다중 입력 다중 출력을 통해 5G 네트워크는 4G보다 20배가 더 많은 통신을 처리할 수 있습니다. 

또한 매시브 MIMO는 기지국 용량 한계를 급속히 개선할 것을 약속합니다. 즉, 각 기지국이 훨씬 더 많은 기기와 통신이 가능해지게 됩니다. 이는 특히 5G가 사물인터넷의 폭넓은 도입을 이끌 수 있는 이유라고 볼 수 있습니다!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

이번 포스팅을 마지막으로 이동통신의 발전과정(1G~5G)에 대해 알아보았습니다. 기술적인 부분보다는 흐름을 위주로 작성하였으니, 쉽고 가볍게 읽히실 거라고 생각합니다. 다음 포스팅부터는 5G 관련 기술이나 표준 규격에 대해 공부 겸 정리하면서 이동통신 관련 지식을 넓혀나가려고 합니다. :) 

 

 

아직 공부하는 단계이다 보니, 모르는 부분이 많습니다! 피드백은 언제나 환영합니다.

 

 

 

 

 

참고자료 출처

 

• namu.wiki/w/5G
• news.samsungdisplay.com/23016/
• www.itworld.co.kr/news/120230