안녕하세요 소너본입니다.
이번 블로그에서는 4차산업혁명 시대의 핵심기술 5번째 5G 차세대 인터넷에 대해 알아보도록 하겠습니다.
5G 차세대 인터넷 정의
모바일 네트워크의 다음 개발 단계는 5G입니다.
28GHz의 초고대역 주파수를 이용하는 이동통신 기술로, 이 신기술은 상당히 큰 데이터 용량과 매우 빠른 응답 시간을 제공합니다. 이것은 완전히 연결된 사회를 위한 새로운 애플리케이션을 가능하게 합니다.
5G는 4차 산업혁명의 핵심 인프라입니다.
눈 깜짝할 사이에 영화 한편이 전송되는 속도이다 보니 일부에서는 통신 속도가 이렇게 빠를 필요가 있는지에 대해 의문을 제기하는 사람들도 있습니다. 하지만 빠른 통신 속도는 차세대 산업혁명이라 일컬어지는 4차 산업혁명의 핵심 요소이기 때문에, 반드시 5G 수준으로 진화해야 한다는 것이 전문가들의 의견입니다.
사물인터넷(IoT)과 인공지능, 그리고 빅데이터 및 클라우드 등이 결합된 ‘지능형 네트워크’ 시대가 바로 4차 산업혁명의 시대인 만큼, 트래픽과 디바이스의 수가 거의 무한대로 증가하는 상황에서 5G 기반의 통신 속도는 필수적이라는 것 입니다.
예를 들어 가상현실 콘텐츠를 즐길 수 있는 VR 헤드셋의 경우 360도의 입체영상을 만들려면 모두 17대의 카메라를 사용하여 거의 모든 방향에서 촬영을 해야 만들어집니다.
그렇게 거의 모든 시각에서 촬영을 하기 때문에 헤드셋을 쓴 사람은 마치 자신이 영상을 촬영한 장소에 실제로 서 있는 것 같은 느낌을 받습니다. 스포츠 콘텐츠의 경우는 카메라 위치에 따라 실제 관중석에 앉아 있는 것 같은 느낌을 받을 수 있고, 아예 경기장 한가운데서 선수들이 바라보는 시각을 간접체험 할 수도 있습니다.
문제는 이 같은 콘텐츠를 전송하기 위해서는 엄청난 데이터 용량이 필요하다는 점입니다. 카메라 1대로 촬영하며 평면적인 영상을 전송하던 때와는 달리, 입체 영상은 단순하게만 계산해도 카메라 17대 분의 데이터를 전송해야 하기 때문에 4G 통신 속도로는 적용 자체가 불가능한 것입니다.
초고속 5G 모바일 무선 표준은 연결된 기가비트 사회로 가기 위한 토대입니다. 특히 지속적으로 데이터 교환이 필요한 애플리케이션들이 활성화 될 것입니다. 예를 들어 스마트 시티의 경우, 5G로 운전자에게 도로 혼잡이나 사고 지점뿐만 아니라 무료 주차 공간에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 차량은 서로 통신할 수 있고 인프라와도 통신할 수 있습니다. 고도로 자동화된 주행을 위해서는 빠르고 신뢰할 수 있는 데이터 통신이 가능해야 합니다. 자동차의 새로운 기능에 대한 소프트웨어 업데이트도 모바일 인터페이스를 통해 몇초 안에 수행할 수 있습니다.
인더스트리 4.0은 5G의 또 다른 중요한 애플리케이션입니다. 가치 사슬 및 공급 사슬을 네트워크로 연결하고 광범위한 생산 시스템의 센서 모니터링 및 로봇과의 상호작용을 위해서, 인더스트리 4.0은 효과적인 통신을 필요로 합니다.
초고속 모바일 통신은 더 개인적이고 유연하며 자유로운 미디어 사용을 가능하게 할 것입니다. 콘서트나 축구 경기를 예로 들 수 있는데, 행사장에서 수천 명의 사람들이 동시에 모바일 인터넷에 접속할 수 있습니다. 관객들은 실시간으로 이벤트에 참여하면서 스마트폰의 4K/8K 수퍼 HD로 다양한 각도에서 공연이나 경기를 즐길 수 있습니다. 5G는 LTE보다 100배 더 큰 데이터 용량과 1000배 이상 더 빠른 데이터 전송 속도를 제공합니다. 거의 알아차릴 수 없을 정도의 지연시간으로 번개처럼 빠른 응답이 가능하고 더 적은 전력을 소모합니다. 이처럼 놀라운 향상은 4가지 혁신 기술의 결과입니다.
5G로 스마트한 연결
100배 더 빠른 전송
5G 환경에서 디바이스는 데이터를 실시간으로 전송하고 수신할 수 있습니다. 이는 인더스트리 4.0과 일상적으로 사용되는 애플리케이션에서 매력적인사용자 경험을 달성하기 위해 필수적입니다.
1,000 배 더 큰 데이터 용량
5G를 사용하면 다수의 사용자들이 동시에 빠르고 안전하게 데이터를 송수신할 수 있어 대규모 행사장 같은 곳에서 유용합니다.
5G 표준은 데이터 속도가 초당 최대 10기가비트로서, LTE에 비해서 100배 더 빠르게 전송할 수 있습니다. 따라서 4K 형식으로 된 비디오라 하더라도 순식간에 재생할 수 있고, DVD 컨텐츠는 5초 안에 다운로드할 수 있습니다. 이제 화상 통화에서 흔히 일어나던 로드 지연은 과거의 유물이 될 것입니다. 또한 원격진료 애플리케이션이 가능해져 의사가 인터넷을 통해서 수술할 수도 있을 것입니다. 새로운 5G 네트워크는 훨씬 더 높은 대역폭을 제공하여 다수의 사용자들이 동시에 더욱 빠른 고품질의 통신 서비스를 이용할 수 있도록 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있는 환경을 제공합니다."
5G는 어떻게 작동되는가?
5G 차세대 인터넷은 화면에 있는 4가지 기술과 요소들로 작동이 됩니다.
1. 밀리미터파(millimeter wave)
스마트폰과 전자 디바이스는 현재까지는 3KHz~3GHz의 매우 좁은 주파수 대역을 사용해 왔습니다. 하지만 갈수록 더 많은 모바일 커넥티드 디바이스 및 장치가 이 대역을 공유함으로써, 데이터 전송 속도가 점점 느려지고 연결 실패 가능성이 높아지고 있습니다. 해결 방법은 지금까지는 모바일 디바이스의 데이터 전송에 사용되지 않던 6GHz 이하의 주파수대나 30GHz~300GHz(기가헤르츠) 사이의 밀리미터파 주파수를 사용하는 것입니다. 이들 주파수대에서 IoT를 위한, 충분한 대역폭을 사용할 수 있지만, 밀리미터파는 한 가지 단점이 있습니다. 석재 건물 벽체를 통과하지 못하며, 나무나 강우에 의해 흡수될 수 있습니다.
2. 스몰셀 네트워크 (Small cell network)
밀리미터파 주파수로 데이터 전송 데드 스팟(dead spot)을 피하기 위해서 가입자와 가까운 곳에 다수의 소형 전송 기지국을 설치해야 합니다. 스몰셀 네트워크를 형성함으로써 기존 셀룰러 네트워크를 확장할 수 있습니다. 이러한 방식으로 네트워크를 확장하면 사용자에게 더 근접할 수 있으며 전송 전력은 낮출 수 있습니다. 기지국 간격이 짧으므로 셀룰러 디바이스나 IoT 디바이스가 그 다음 기지국으로 잘 연결될 수 있습니다. 현재 마켓에서는 최대 40GHz 주파수대에 집중하고 있습니다.
3. 대용량 MIMO (Massive MIMO)
전송 시스템에 사용되는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은 다수의 송신 및 수신 안테나를 사용해서 데이터 스트림을 전송하는 것을 말합니다. 그럼으로써 수신 신호를 향상시키고, 거리를 늘리고, 전반적인 데이터 처리량을 높일 수 있습니다. LTE가 최대 8개의 안테나를 결합하는 것에 비해서, 밀리미터파는 송수신 기지국에 수백개의 안테나를 사용하기 때문에 5G는 훨씬 더 많은 전력을 필요로 합니다. 대용량 MIMO라고 알려진 최적화된 다중 안테나 기술은 셀룰러 네트워크 용량을 수 배로 늘릴 수 있습니다. 하지만 대용량 MIMO는 밀리미터파의 장점을 활용하기 위해서 추가적인 기술을 필요로 합니다: 빔포밍(beamforming)을 사용해서 신호들에 집중하고 안정적으로 전송할 수 있습니다.
4. 빔포밍(beamforming)
기존 안테나를 사용하면 신호는 모든 방향으로 균일하게 방사됩니다. 그리하여 신호가 다른 트랜스미터의 신호와 겹치게 되면 신호 전송이 심하게 손상될 수 있습니다. 대용량 MIMO 다중 안테나 기술에 빔포밍을 결합하면 이 문제를 해결할 수 있습니다. 여러 개의 안테나를 사용하여 동일 신호를 시간차를 두고 전송함으로써, 트랜스미터가 사용자를 향해서 신호를 집중시키고 그에 맞게 전송 전력을 조정할 수 있으며 시그널 빔, 빔포밍(beamforming)을 형성합니다. 빔포밍 트랜스미터는 각기 신호들을 각기 다른 방향의 각기 다른 수신자에게 전송할 수 있습니다. 이를 통해 커버리지를 늘리고, 더욱 안정적인 연결과 더 높은 전송 속도를 달성하고, 원치 않는 무선 간섭을 줄일 수 있습니다.
설명 드린바와 같이 5G 차세대 인터넷은 화면에 있는 4가지 기술과 요소들로 작동이 된다는 내용을 이해하시고 넘어가면 될 것 같습니다.
5G 상용화 현황
● 5G 상용화 현황
2019년 4월 한국의 이동통신 3사와 미국의 버라이즌이 경쟁적으로 5G 이동통신 상용화를 시작한 이래, 중국을 비롯해 아시아, 호주, 유럽, 중동, 북미 지역 선두 통신사들이 5G 서비스를 출시했고, 2020년 8 월 기준으로 38 개국이 5G 네트워크를 보유하고 상용화하였습니다.
“세계이동통신사업자협회(GSMA)”에 따르면 “2025년 아시아‧태평양 지역 5G 상용화 국가가 24개에 달할 전망”이며 “에릭슨 모빌리티 보고서”에 따르면 “5G가 2025년 말에 전 세계 인구의 65%를 커버하며, 5G 가입자 수는 26억 건에 이를 것으로 예측”하여 2020년 5G 시장 도입기 이후 2025년 성장한 후 2025년 중반이 되어야 성숙기에 접어들 것으로 보입니다.
오른쪽 그림은 2025년 모바일 대비 5G 가입자 예상 그래프입니다.
IT 강대국인 한국, 미국, 일본이 약 50% 이상 수준의 5G 가입자 수를 예상하고 있습니다.
2025년에는 대한민국이 59%로 모바일 대비 가입율 1위를 예상하고 있습니다. 2019년 4월 5G를 가장 먼저 런칭한 IT 강국의 면모답게 다른나라에 비해서는 빠르게 세팅될 것으로 예상됩니다.
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