“얼마나 다를까” 5G 핵심 기술의 정의 및 4G와의 차이

Network World
5G 와이어리스(5G Wireless)란 훨씬 더 빠른 무선 인터넷에 관한 일련의 표준 및 기술을 통칭하는 용어다. 개념적으로 4G보다 20배 더 빠르고, 레이턴시는 120배가 더 적다. 따라서, 사물 인터넷 네트워킹의 발전과 새로운 고대역폭 응용 분야 지원을 위한 발판이 된다.
 
ⓒ Getty Images Bank
 

5G는 무엇인가? 기술인가, 유행어인가?

이 기술이 세계적으로 최대의 잠재력을 발휘하기까지 수년은 걸릴 것이다. 그러나 현재 몇몇 5G 네트워크 서비스가 세상에 모습을 드러내고 있다. 5G는 전문 용어이면서 마케팅 어구이기도 하다. 그리고 5G로 마케팅되는 모든 서비스가 표준에 부합하는 것은 아니다.
 

5G와 4G의 속도 비교

새로운 세대의 무선 기술이 등장할 때마다 가장 큰 매력은 빨라진 속도다. 5G 네트워크의 최대 잠재 속도는 20Gbps이고, 통상적으로 10Gbps의 속도가 될 것으로 여겨진다. 이는 약 1Gbps가 최대 속도인 현 4G 네트워크보다 더 빠를 뿐 아니라 수많은 가정에 광대역 네트워크를 서비스하는 케이블 인터넷 접속보다 더 빠르다. 5G는 광섬유 접속에 버금가는 네트워크 속도를 제공한다.

스루풋(throughput)만이 5G의 유일한 속도 개선은 아니다. 네트워크 레이턴시 역시 크게 줄어든다. 이는 중요한 차이다. 스루풋은 대형 파일을 다운로드하는데 시간이 얼마나 걸리는가를 측정하는 반면, 레이턴시는 양방향 통신에서 응답을 늦추는 네트워크 장애 및 지연으로 측정된다.

레이턴시는 무수한 네트워크 조건에 따라 달라지기 때문에 수량화하기 쉽지 않다. 그러나 5G 네트워크는 이상적 조건에서 레이턴시 속도가 밀리초 미만이다. 전반적으로 5G는 4G보다 레이턴시가 60~120배 정도 더 낮다. 이는 현재 지연 때문에 현실성이 떨어지는 가상 현실 등의 수많은 응용분야를 가능하게 할 것이다.
 

5G 기술

5G의 기술적 기초는 10년 가까이 진행된 일련의 표준에 의해 정의된다. 이 가운데 가장 중요한 한 가지 표준은 ‘5G 뉴 라이도’, 또는 5G NR이고, 이는 모바일 통신 프로토콜을 개발하는 표준 기구인 3세대 파트너십 프로젝트(the 3rd Generation Parnership Project)에 의해 공식화됐다. 5G NR은 소비자 5G 기기가 운용되는 각종 방식을 정의하고, 2018년 6월 최종적으로 마무리되었다.

수많은 개별 기술이 5G의 속도 및 레이턴시 개선을 위해 융합됐고, 이들 가운데 가장 중요한 기술들은 다음과 같다.
 

밀리미터파(Millimeter waves)

5G 네트워크는 대개의 경우 30~300GHz 범위의 주파수를 사용한다(이 주파수에서 파장이 1~10 밀리미터 범위이기 때문에 이 같은 이름이 붙여졌다). 이 고주파 대역은 4G LTE나 와이파이가 사용하는 낮은 주파수 신호보다 단위 시간당 훨씬 더 많은 정보를 전송할 수 있다. 현재 4G LTE의 주파수 대역은 일반적으로 1GHz 미만이고, 와이파이는 최대 6GHz이다.

밀리미터파 기술은 지금까지 도입하기가 비싸고 어려웠다. 기술 발전은 이러한 난관을 극복했고, 이것이 부분적으로 오늘날 5G가 가능해진 원인이다.
 

스몰셀(small cells)

밀리미터파 전송의 한 가지 단점은 물체를 통과할 때 와이파이나 4G 신호보다 간섭을 받기 더 쉽다는 점이다.

이를 극복하기 위해 5G 인프라 모델은 4G와 다르다. 흔히 볼 수 있는 대형 셀룰러 안테나 기둥 대신 약 250m 간격으로 도시들에 펼쳐진 훨씬 작은 기지국에 의해 운용되며, 서비스 셀 역시 더 작아진다.

5G 기지국은 4G 기지국보다 더 낮은 전력 요건을 가지고 건물과 전신주에 보다 쉽게 부착될 수 있다.
 

매시브 MIMO(Massive MIMO)

5G 기지국은 4G 기지국보다 훨씬 더 작지만, 훨씬 더 많은 안테나를 수용한다. 이들 안테나는 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)이고, 이들 동일 데이터 신호상에서 다수의 양방향 통신을 동시에 처리할 수 있음을 의미한다. 이런 식으로 5G 네트워크는 4G보다 20배가 더 많은 통신을 처리할 수 있다. 

매시브 MIMO는 기지국 용량 한계를 급속히 개선할 것을 약속한다. 각 기지국이 훨씬 더 많은 기기와 통신이 가능해지는 것이다. 이는 특히 5G가 사물인터넷의 폭넓은 도입을 이끌 수 있는 이유다. 이론적으로 동일한 공간에서 훨씬 더 많은 인터넷 접속 무선 장비를 네트워크 압도 없이 배치할 수 있다.
 

빔포밍(Beamforming)

이들 통신이 모두 정확한 장소로 오고 가도록 하는 일은 까다롭다. 위에서 언급한 밀리미터파 신호의 간섭 문제 때문에 특히 더 그렇다. 이 문제를 극복하기 위해 5G 기지국은 고급 빔포밍 기술을 도입한다. 이는 보강 및 상쇄 전파 간섭을 이용해 신호가 퍼지지 않고 방향성을 갖도록 만든다. 따라서 효과적으로 특정 방향으로의 신호 강도 및 범위를 증가시킨다.
 

5G 가용성

최초의 상용 5G 네트워크는 2018년 5월 카타르에서 출시됐다. 그 후 아르헨티나로부터 베트남에 이르기까지 전세계에 걸쳐 네트워크들이 출현하고 있다. 라이프와이어(Lifewire)에서 자주 업데이트되는 양질의 5G 가용 현황을 알 수 있다.

한가지 유의할 점은 모든 5G 네트워크가 이 기술이 약속한 바를 모두 제공하지는 않는다는 점이다. 일부 초기 5G 상품은 기존의 4G 인프라에 편승하기 때문에 잠재적 속도 증가분이 적다. 마케팅 목적으로 5G라고 정하는 다른 서비스들은 심지어 표준조차 준수하지 못하는 경우도 있다. 이동통신사의 상품을 자세히 살펴보면 그 함정들이 눈에 띌 것이다.
 

이동동신사와 5G

기술적으로 5G는 현재 미국에서 이용 가능하다. 그러나 이동통신사마다 여러 사정이 있고, 5G가 보편화되기까지는 아직 갈 길이 멀다.

버라이즌은 아마 5G를 조기에 추진하는 최대의 이동통신사일 것이다. 2018년 10월 버라이즌은 4개 도시의 일부 지역에서 5G 홈(5G Home)을 발표했다. 특별 5G 핫스팟을 이용해 네트워크에 접속하고 와이파이를 통해 다른 기기로 5G를 공급하는 식이다.

버라이즌은 미네아폴리스와 시카고에서 5G 서비스를 4월에 출시하고 곧 다른 도시로 확대할 계획이다. 5G 네트워크를 이용하려면 네트워크에 실제로 접속할 수 있는 휴대폰을 구매해야 하고, 아울러 5G 요금제에 가입해야 한다. 추가 상품으로는 이른바 5G TF가 있지만, 이는 5G NR 표준에 부합하지 않는다. 

AT&T는 2018년 12월 미국의 12새 도시에서 5G가 이용 가능하다고 발표했고, 2019년 말까지 9개 도시가 추가될 예정인데, 이는 시내 지역으로 한정된다. 네트워크를 이용하려면 특수한 넷기어 핫스팟을 통해 서비스에 접속해야 하고, 그 후 와이파이 신호를 휴대폰 및 다른 기기로 공급한다.

한편, AT&T는 4G 네트워크의 속도 또한 증가시키고 있다. 그런데 5G 네트워킹과 아무런 관계가 없음에도 불구하고 이는 5GE라는 이름이 붙어있다(반발이 있음은 당연하다).

스프린트는 2019년 5월 4개 도시의 일부 지역에 5G 서비스를 제공하고 2019년 말까지 5개 도시가 추가될 것이다. 단 스프린트의 상품은 매시브 MIMO 셀을 이용하지만, 밀리미터파 신호를 사용하지 않을 것이다. 따라서 스프린트 이용자는 다른 이동통신사 이용자와 같은 속도 증가를 경험하지 못할 것이다.

T-모바일은 비슷한 모델을 추진 중이고 2019년 말까지는 서비스가 출시되지 않는다. 접속할 휴대폰이 없기 때문이다.

5G의 급속한 확산을 막는 문제가 하나 있다면 그것은 스몰셀 기지국을 온갖 장소에 산포시켜야 한다는 점이다. 기술적으로 작은 크기 및 낮은 전력 요건으로 인해 현행 4G보다 배치가 쉬워보이지만, 온갖 장소에 이들을 수십 개 설치하도록 정부와 건물 소유주를 설득하는 것은 간단하지 않다. 실제로 버라이즌은 지역 선출직 공무원들에게 5G 기지국의 배치 속도를 높이도록 청원하는데 이용할 수 있는 웹사이트를 개설했다.
 

5G 휴대폰은 언제 나오며, 언제 사야할까?

최초의 주요 5G 휴대폰은 삼성 갤럭시 S10 5G다. 미국에서는 2019년 여름에 출시된다. 아울러 버라이즌에서 모토 모드(Moto Mod)를 주문할 수 있지만, 이는 모토 Z3 휴대폰을 5G 호환 모델로 변환시킨 것이다.

그러나 얼리어답터라는 유혹을 뿌리치기 어려운 것이 아니라면 조금 기다리는 것도 괜찮아 보인다. 이동통신사들의 5G 폰 출시와 관련된 의문들과 핑계를 보면 이동통신사 5G 네트워크를 전적으로 이용할 수 없는 휴대폰을 구입할 가능성이 있기 때문이다.

그런데 애플이 머뭇거리는 것은 뜻밖이다. 애널리스트들은 아무리 빨라도 2020년까지 5G 호환 아이폰은 나오지 않을 것이라고 믿는다. 그러나 애플의 특성상 일탈이라고 보기는 어렵다. 애플은 지난 2012년 4G 호환 휴대폰 역시 삼성보다 늦게 출시했다.

그럼에도 불구하고 5G의 대세는 거스를 수 없다. 5G 호환 기기는 2019 MWC(Mobile World Congress)를 지배했고, 따라서 앞으로 훨씬 더 많은 선택지를 기대해도 좋을 것이다.
 

왜 벌써부터 6G를 이야기하는가?

일부 전문가들은 5G가 레이턴시 안정성 측면에서 목표를 달성하지 못할 것이라고 말한다. 이들의 눈은 벌써 6G로 향하고 있고, 6G에서 5G의 예상된 단점들을 해결할 것이라 전망하고 있다.

ComSenTer(Center for Converged TeraHertz Communications and Sensing)라는 한 단체는 6G에 포함될 신기술을 연구 중이다. 이들이 연구 중인 사양은 각 기기마다 100Gbps의 속도를 추구한다.

안정성을 추가하고, 안정성을 극복하고, 속도를 증가시키는 것과 더불어 6G는 수천 개의 동시 접속 또한 지원할 것이다. 만약 성공한다면, 이는 사물 인터넷 기기의 네트워킹에 유리할 것이다. 다양한 산업 환경에서 수천 개의 기기가 센서로 배치될 것이다.

아주 초기 단계임에도 불구하고 6G는 테라헤르츠 기반 네트워크에서의 중간자 공격이 출현함에 따라 벌써부터 보안 문제에 직면했다. 좋은 소식이라면 이 문제를 처리하기까지 많은 시간이 있다는 것이다. 6G 네트워크는 2030년이 되어서야 출시될 것이다. editor@itworld.co.kr