4차 산업혁명의 이동통신 기술, 5G

 

1. 주파수 

기존 4G는 8/900M, 1.8,2.1,2.6GHz 등을 사용하는데, 5G는 3.5G/28GHz등 아예 차원이 다른 대역을 사용한다. 

(추후 39GHz 등 더 확장 가능성도 있다) 

주파수가 높아지면 데이터처리 용량을 확 늘릴 수 있는데, 이를 길이를 재는 자에 비교하면  10cm자와 1m자에 똑같이 100개의 눈금이 있다고 하더라도 눈금 한개의 크기는 10배 차이가 나는 것처럼 주파수가 높아지면 통신사가 나눠가지는 대역폭은 확 늘어나게 된다

비교하자면 지금 민간에서 가장 많이 쓰이는 2GHz 근처 대역은 완전 돗대기 시장통인데, 20GHz대역 이상의 고주파수는 엄청난 기술이 필요하고 민간에서는 거의 사용처가 없는 무주공산에 가까운 대역이다.

 

 

2. 안테나

4G의 길죽한 컬럼형 안테나와는 다르게, 5G 기지국 안테나를 보면 넙적하다.

비유적으로 말하자면 이지스함이나 전투기에 있는 방패형 레이더를 생각하면 이해하기 쉬울 것이다.

5G의 안테나는 조그만 미니 안테나를 가로세로로 많으면 100여개 이상 배치한 어레이형 안테나를 사용한다.

기존 4G는 기지국 커버리지에 단말간 중복된 송수신영역을 공유하고 있다.

(무선은 자기 멋대로 퍼져나가는 특성이 있어서 어쩔 수 없고, 이걸 극복하기 위해 주파수 분할, 시분할, 코드분할 등등이 발전해 온 것이다.)

그래서 스타디움 같이 밀집도가 높을 경우 잘 안터지거나 통화품질이 떨어지는 경험을 한 경우도 생기는데, 5G에서는 초소형 안테나가 각각의 송신출력과 변조방식을 조절하여 개별적으로 조절된 각각의 전파신호가 합쳐지면 안테나에서 방사되는 전파가 날카롭게되어 특정 단말기에 가까운 영역으로 지향성을 매우 높일수 있는 기술(빔 포밍)이 적용되었다.(빔포밍은 레이더나 소나(이건 음파)에서 쓰이는 군사기술.)

저가형 와이파이 장비나 4G에서도  빔 포밍이 도입되었긴 했지만, 안테나 숫자도 작고 1차원적 배열이라서 그 효과는 크지 않았는데 5G나 Wi-Fi 5(802.11ac)부터는 2차원 멀티 안테나(Massive MIMO)로 대폭 상향되었다.

(주파수가 높아지면 장해물간섭이나 장거리 전송은 악화되지만 지향성은 날카로와지는 특성이 있어서 이런 기술이 더욱 효과적이다. 단, 고전적인 저주파수 대역에서는 어레이 안테나 기술 등이 큰의미가 없다.)

덕분에 같은 면적당 가능한 전송용량 및 동시 접속수가 대폭 늘어나게 된다.

 

 

3. 레이턴시(Latency)

서울에서 부산으로 간다고 하면 비행기가  KTX보다 빠르지만, 만약 비행기가 하루에 3번밖에 안 뜬다면 대기시간이 길어지므로 당연히 고속철로 갈 것이다.

이게 통신에서 말하는 레이턴시인데, 전송속도가 빨라도 대기지연이 크면 느껴지는 분야가 있다.

예전에 월드컵 TV중계가 아날로그냐 디지털이냐에 따라 골 넣을때 함성이 같은 아파트인데도 달랐던 것을 기억할텐데, 이게 레이턴시가 늦어서 발생하는 현상이다.

4G는 레이턴시가 큰 편인데, 수십 ms 지연 정도는 보통이고, 이게 일상생활에서는 그러려니 하고 넘어갈 수 있는데 특정분야에서는 이 정도 지연이 큰 문제가 된다.

고속철이 가다가 센서가 장해물을 발견하고 브레이크를 작동시킨다. 레이더가 미사일 요격체계에 지령을 내린다. 공장의 프레스 기기가 인체의 접근을 감지했다. 등 통신에서 찰나의 순간 지연도 큰 문제를 발생하는 경우가 있는데 이런 분야에서는 4G를 쓸 수가 없다.

따라서 이러한 경우 고전적이면서도 레이턴시가 낮은 별도의 통신기술을 사용할 수밖에 없었고, 통신업계에서도 이쪽은 크게 시장이 형성된 분야가 아니었다.

그런데 4차산업혁명의 도래, 시대가 바뀌었다.

1) 자율주행   

2)  가상현실(VR) /증강현실(AR)  

3)  스마트 팩토리 (산업용 IoT) 

4) 드론의 영상제어  등등

낮은 레이턴시가 필수적인 민수시장이 급격히 성장중인데, 5G는 이 시장을 노리고 저 레이턴시 특성을 크게 향상시켰다.

5G의 장점은 명백하기에 통신사 입장에서도 수익 및 시장확대를 기대할 수 있다.

그러나 5G 기술은 장점뿐 아니라, 단점도 존재한다.

단점 1. 유해성 논란

기존보다 월등히 높은 주파수를 사용하게 되는데,  이 대역에서 인체의 영향성이 어떤가는 아직도 명확하게 밝혀진게 없다.

전파의 세기나 인체 흡수률에 대해서는 4G에 비해서 안전하다는게 업계 측 주장인데, 일부 의료계나 전자협회 등에서는 기존의 안전기준을 전혀 다른 주파수 대역에서 그대로 적용한다는 것은 문제가 있고 5G에 맞는 별도의 안전기준에 대해 더 논의가 필요하다는 의견이 팽배하다.

단점 2. 보안성  

자율주행, 원격진료, 공장 플렌트등이 해킹되면 그 피해는 기존 4G와는 비교할 수 조차 없는데, 레이턴시가 요구되는 통신망의 상당수는 망의 신뢰성도 훨씬 높아야 되는 경우가 대부분이다.

잠시 인터넷이나 전화가 끊기는 것과는 차원이 틀리고 기존의 4G에는 해상용 LTE, 국가 재난망용 LTE, 철도산업용 LTE 등의 방식으로 망의 특성에 따라 분리가 되어있는 경우가 많다.

4G의 경우 잠시 망이 놀고 있어도 다른 망이 이 인프라를 쓸 수 없는 비효율이 문제가 되지만 보안성은 높은데, 5G에서는 데이터 용량이 높던 낮던, 레이턴시가 빠르던 느리던, 중요기간망이던 PC방이던 인프라를 같이 사용하게 되니까 당연히 통신 인프라의 운용 효율성은 극대화 된다.

단 기지국단에서는 전파의 분할 기법등을 통해 망을 구분하게 되고, 네트워크로 올라오면 NFV, SDN등의 기술로 각각의 망 서비스를 가상화하여 개별적으로 처리한다.(H/W 설비가 분리된 건 아니고. 어디까지나 가상화이다.)

만약 이 경우, 통신 인프라 단에서 해킹이나 망 무력화가 상당히 우려되며, 양자 암호화 혹은 5G용으로 강화된 보안기술등이 등장하고 있다.

물론 저레벨 접근이 일개 해커가 마구 건드릴 수 있는건 아니지만, 망 사업자나 인프라 제조사를 백프로 믿지 못하는 경우라면...

단점 3. 망 중립성

단점이라고 하긴 그렇지만 여러가지의 망을 통합적으로 운영하여 효율성을 높이는 5G의 네트워크 슬라이싱 가상화의 특성에 따라 통신사가 여러망의 서비스에 대해 조정자로써 갑질할 가능성이 있다.

소위 말하는 망 중립성에 대한 이해당사자의 충돌에서 통신사의 파워가 조금 더 강화될 여지가 커졌다고 할 수 있는데,이건 기술적 단점이라기 보다  법적 / 제도적 논란인데 통신사는 5G 산업의 발전을 위해서 중립성을 완화해야 한다. 

...고 하는데, 사용자 입장에서는 뭔 소리하냐  뭐 이런 상황이다.