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Giga급 네트워크로 새로운 라이프스타일이 열리다 - 5세대 이동 통신망(5G)과 함께 달라질 세상 -

2015.03.13 09:57

안녕하세요? LG CNS 대학생 기자단 정재우입니다.


휴대전화가 없던 시절, 부모님께서 무선호출기를 사용하시던 모습을 본 것이 엊그제 같은데요. 이제 우리는 스마트폰으로 영화나 드라마를 실시간 다운받아 볼 수 있는 세상에 살고 있습니다. 


현재 우리는 '4세대 이동 통신망'을 사용하고 있는데, 이보다 더욱 빠르고 강력한 '5세대 이동 통신망'의 상용화가 우리에게 성큼 다가오고 있습니다. 오늘은 차세대 이동 통신망으로 불리는 '5G'에 대해 함께 알아보겠습니다.  

<5G이동 통신망(출처: http://webtechdesigner.weebly.com/1/post/2012/11/5g-technology-the-future-of-wireless-telephone-technology.html)>

 

이동통신기술은 과거부터 현재까지 꾸준히 발전해 오고 있는데요. 이동통신기술의 세대 구분은 보통 '데이터 전송 속도'와 '부가된 기능'에 따라 나뉩니다.


 

1세대 

2세대 

3세대 

4세대 

5세대 

유럽 방식

(비동기식) 

아날로그 

GSM 

WCDMA 

LTE 

미국 방식

(동기식) 

CDMA 

CDMA 2000 

와이브로 

최고

전송 속도 

14.4kbps 

144kbps 

14Mbps 

75Mbps 

1Gbps 

기능/서비스 

음성 

음성

텍스트 문자 

음성

문자

화상통화 

3세대 기능

데이터 활용

실시간 동영상 

4세대 기능

홀로그램

사물인터넷

입체 영상 

상용화 시기 

1984년 

2000년 

2006년 

2011년 

2020년 


위의 표를 보시면, 1~5세대 이동 통신망의 각각의 특징을 알 수 있으실 텐데요. 각각의 내용을 조금

더 자세히 살펴보면 다음과 같습니다. 


● 1세대

전화만 가능하던 1세대 통신은 아날로그 방식으로, FDMA(Frequency Division Multiple Access)를 이용한 최초의 무선 음성 서비스입니다. 하지만 굉장히 느린 전송 속도로 인해 음성 외의 다른 정보는 보내기 힘들었죠. 그리고, 점점 수요가 늘어나고 아날로그 방식으로는 감당하기 어려워지면서, 새로운 디지털 방식의 필요성이 제기되기 시작했습니다. 


● 2세대

2세대에서는 SMS(Short Message Service, 단문 메시지) 서비스 및 모뎀을 이용하면서 기본적인 데이터 서비스가 시작되었습니다. 당시 디지털 이동 표준을 결정할 때, 유럽의 GSM(Global System for Mobile Communications) 방식과 미국의 CDMA(Code Division Multiple Access)방식이 경쟁을 벌였는데요. 우위에 있던 GSM을 뒤로하고 CDMA을 택하여 우리나라에서 세계 최초 CDMA 상용화라는 성과를 이루기도 했습니다. 


● 2.5세대

3세대로 가기에 앞서 2G와 3G의 중간 단계, 즉 2G의 인프라를 그대로 사용하면서 3세대에 가까운 통신 서비스를 제공하는 시기를 2.5세대 이동 통신이라 일컫습니다. WAP(Wireless Application Protocol)를 통해 휴대전화에서 인터넷이 가능해졌으며, 컬러 액정과  블루투스, WLAN (Wireless Local Area Network) 기능을 가지게 되었습니다.


● 3세대

흔히 3세대를 'INT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)' 또는 'UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)'이라고 부릅니다. 증가된 데이터 전송 속도로 인해 음성 서비스에 국한되지 않고 멀티미디어 및 고속 데이터 전송 서비스 시대를 열게 됩니다. 그리고,  3세대 이동 통신 시스템은 GSM과 TDMA(Time Division Multiple Access)를 기반으로 한 'EDGE(Enhanced Data for Global Evolution)', CDMA를 기반으로 한 유럽의 'W-CDMA', 북미식인 'CDMA2000'을 중심으로 표준화가 진행됩니다. 


● 4세대

4세대에서는 LTE를 기술 표준으로 삼아 멀티미디어 메시지 서비스, HDTV(High Density TV) 콘텐츠, 모바일 방송, 화상 통신 등의 서비스를 제공할 수 있게 됩니다. 4세대 통신의 3대 주요 기술이라 하면 '직교 주파수 다중 분할', '다중 입출력', '스마트 안테나'라고 볼 수 있는데요. 


'직교 주파수 다중 분할'이란 기존 통신 기술과 달리 주파수와 시간을 분할해 할당하는 방식을 의미합니다. 같은 주파수에 시간 차를 두고 데이터를 전송하고, 이를 전달받아 다시 하나로 합치는 것이죠. 그리고 '다중 입출력'이란 여러 개의 입력을 동시에 처리해 다시 여러 개로 분산하고 출력하는 기술, '스마트 안테나'는 특정 사용자의 신호를 선택해 송수신하면서 여러 개의 안테나를 동시에 제어하는 기술을 뜻합니다. 

 

2020년 상용화 예정인 5G는 현재 우리가 쓰는 4세대 이동 통신인 ‘광대역 LTE-A’보다 데이터 전송 속도가 100배 가량 빠른 첨단 기술입니다. 현재 4G 통신망은 800MB 영화 한 편을 다운받는데 평균 40~50초 정도가 걸리는데요. 5G 시대에는 1초 이내로 줄어든다고 합니다. 짧은 시간에 막대한 양의 데이터를 보내고 받는 '홀로그램 영상 통화', '증강 현실(AR)' 등의 첨단 기술을 일상적으로 쓸 수 있는 ‘꿈의 통신망 시대'가 열리게 되는 것이죠.  


또한 데이터 트래픽 수용 능력이 폭발적으로 증가하여 4G대비 1,000배 가까이 되고, 디바이스 개수의 수용 능력은 10~1000배로, 1ms(0.001초) 이내의 단대단 지연 시간(End-to-End Latency)을 자랑하게 됩니다. 따라서 4G 시대보다 효율적으로 에너지와 데이터를 관리할 수 있을 것으로 예상됩니다. 

이를 바탕으로 개인형/맞춤형 실감 서비스를 통한 새로운 라이프 스타일은 물론, 모든 사람이 Giga급 네트워크를 기반으로 시공간의 제약 없이 디지털 정보를 유통 및 서비스할 수 있는 시대가 도래할 텐데요. 그렇다면 우리의 생활에도 많은 변화가 일어날 것입니다.


가정에서 3D 대형 화면으로 실감형 공연 관람과 가상 스포츠 체험이 가능하고, 실질적인 스마트 워크의 실현과 입체 영상 회의 등 다양한 글로벌 비즈니스 환경이 구축될 것입니다. 


무선 네트워킹 기반의 지능형 차량운행, 네트워크 로봇, 사물인터넷 등 그동안 영화 속에서 상상으로 보아왔던 일들이 이제 우리 눈 앞에 현실로 펼쳐지는 것이 더 이상 먼 미래의 일만은 아니라는 사실을 실감하게 해 줍니다. 

 

LTE가 보편화된 현재의 이동 통신 시스템에서 한 차원 더 빠르고 편리한 기술 구현을 위해, 국내외 수많은 연구진들이 고군분투하고 있습니다. 그렇다면 5G 세대를 이끌어 갈, 대표적인 차세대 이동 통신 기술은 어떤 것들이 있을까요? 한국정보통신기술협회 보고서에 나왔던 7가지 5G무선 기술들은 다음과 같습니다. 


후보 기술

세부 내용 

네트워크 고밀도화 

셀의 크기를 줄임으로써 일정 영역 내 셀의 개수를 증가시킴.

셀 분할에 따른 단위 면적당 용량 증대로 폭발적 트래픽 수용. 

대규모 안테나 시스템 

기지국에 수십 혹은 수백 개의 안테나를 장착하여 동일 자원으로 수십 명의 사용자를 동시에 지원함으로써 높은 용량, 에너히 효율 증대. 

전이중 

샤논의 한계에 따른 무선 링크 전송량 증가를 위해 송신 무선 자원과 수신 무선 자원을 공유하여 무선 자원의 양을 높임 

비직교 다중 접속

셀의 용량 증대 달성을 위한 후보 기술로 동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 두 대 이상의 단말에 대한 데이터를 동시에 전송하여 주파수 효율을 향상시킴. 

초광대역 지원 

5G 기술 목표인 1000배 데이터 트래픽을 수용하기 위해 지금의 셀률러 대역보다 훨씬 더 넓은 대역폭(수백 MHz~수 GHz)을 갖는 주파수 자원이 필요.

해당 광대역 무선 채널에 적합한 송수신 지원 기술 

저지연 고신뢰 

무선 전송 

5G 이동통신 서비스로 실시간 게임, 실감형 통신, 원격 의료, 원격 제어 등의 서비스가 원활히 지원되기 위해서는 데이터 패킷의 단대단 지연이 수 ms이하여야 함.

해당 지연을 줄이기 위해 LTE 시스템 대비 1/10 줄어든 0.1ms의 TTI(Transmission Time Interval)을 제공.

FTN

(Faster-ThanNyquist) 

1T bits/s를 전송하였을 때, 이를 최적으로 수신하기 위해 1/2THz의 기저대역 대역폭이 요구되는 Nyquist criterion의 한계를 넘어 동일한 대역폭에서 Nquist rate보다 더 빠른 Rate으로 전송하여 Capacity를 증대시키는 기술. 

<5G 세대를 이끌어 갈 차세대 이동 통신 기술

(출처: 5G 무선 기술 - 한국정보통신기술협회 보고서(2014.03.04) 고영조 ETRI 통신인터넷연구소 무선전송연구부 무선전송방식연구실 실장/방승찬 ETRI 통신인터넷연구소 무선전송연구부 부장)>


이 밖에도 현재 5G 통신망을 구현하기 위한 여러 신기술이 연구 중에 있는데요. 우리가 익숙하게 사용해 왔던 스마트폰 데이터 서비스 기술이 어떠한 변천 과정을 거쳐서, 새로운 기술을 준비 중에 있는지 살펴보는 것도 좋을 것 같습니다. 이를 통해 IT의 발전에 따라 변화된 생활 모습을 상상해 볼 수 있을 테니까요. 


 <인류 진화의 모습과 같은 휴대 전화 및 이동 통신 기술의 변천사 (출처: http://productochino.com/?p=876)>


인류가 진화해 왔듯이 휴대 전화 및 이동 통신 기술도 진화를 거듭해 오고 있습니다. 불과 20년 사이에 이토록 눈부신 발전을 이룩할 수 있었던 이유는 대한민국의 강한 IT 기술력이 뒷받침해 주었기 때문인데요. 5G 기술을 바탕으로 IT 강국의 신화를 계속 이어가기 위해서는 Giga급 네트워크에 맞춰 콘텐츠, 플랫폼, 단말기, 소프트웨어가 균형 있게 개발되어야 할 것입니다. 그리고, 각 기업 간 협업할 수 있는 알맞은 구심점을 만드는 것 또한 중요하겠죠. 또한 정보화 기술 국제 표준을 초기에 선점하는 것이 새로운 시장 경쟁에서 유리할 것입니다. 


현재 국내의 수많은 산업계 및 연구 기관들은 5G와 관련된 기술 통신 규약뿐만 아니라 표준화/세계화를 위해 다양한 전략을 강구하고 있습니다. 핵심 기술력 확보를 위한 R&D에만 머무르지 않고, 산업계 포럼을 운영하는 등 국내 IT 산업의 경쟁력을 높이기 위해 힘쓰고 있는데요. 또 다시 세상을 변화시킬 눈부신 속도, 5세대 이동 통신망을 통해 IT 강국 대한민국의 세계적 위상이 널리 알려지기를 기대해 봅니다. 




Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS
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