4년 먼저 살펴보는 5G의 요건과 과제

진정한 5G 모바일 네트워크와 기기는 2020년 이후에나 구현된다. 보통 사람에게는 멀게만 느껴지지만 MWC(Mobile World Congress)에 모인 통신 업체와 네트워크 장비 제조업체들은 이미 발 빠르게 움직이고 있다.

Credit: Stephen Lawson
대부분의 주요 네트워크 벤더와 사업자들이 5G 필드 테스트를 진행 중이며 MWC 전시회 곳곳에서 이 차세대 모바일 기술에 대한 시연이 진행되고 있다.

모바일 업계는 예전부터 이런 과정을 거쳐 발전했지만 이전 세대의 기술 개발에 참여했던 사람들에 따르면, 이번에는 과거에 비해 준비가 더 잘 되고 있다. 이번에는 업계가 사용자들의 요구 사항과 이러한 요구 사항을 충족할 기술에 대해 더 정확히 파악하고 있다.

스트리밍 비디오와 같이 많은 데이터를 소비하는 애플리케이션이 이미 큰 인기를 끌고 있으며 그 인기는 갈수록 더 높아지고 있다. 자동주행 자동차가 실리콘 밸리 주변 도로를 달리고 업계에서는 장비에 더 많은 센서를 추가하고 있다. 무선주파수와 안테나 기술은 더욱 강력해지고 연구자들은 초고주파수를 사용하는 방법을 알아내고 있다.

노키아 CEO 라지브 수리를 비롯한 일부 유력 인사들은 5G가 2020년 공식 출범하기 오래 전에 사실상 완성될 것으로 본다. 일부 통신 업체들이 2018년, 이르면 2017년에 제한된 지역에서의 상용 시스템 구축에 대해 논하고 있다. 그러나 진정한 5G가 현실화되기 위해서는 먼저 해결해야 할 큰 장애물들이 몇 가지 있다.

5G는 3G 또는 4G와 달리 폰과 태블릿을 위한 모바일 음성과 데이터 시스템이 전부가 아니다. 이보다 훨씬 더 넓은 범위를 포괄한다. MWC에서 공통적으로 논의되는 새로운 요구 사항은 비디오를 위해 LTE에 비해 최대 100배 더 빠른 최고 속도, 몇년 동안 배터리 작동이 가능할 만큼 충분히 낮은 최저 속도, 실시간 응답을 위한 머신의 지연 시간 단축, 더 많은 기기에 대한 연결, 그리고 하나의 네트워크 플랫폼에서 이런 모든 작업을 동시에 수행하기 위한 관리 소프트웨어다.

먼저 확 높아진 수치를 보자. 노키아와 SK텔레콤이 5G 후보 기술을 실시간으로 시연 중인데, SK텔레콤 부스에 설치된 실시간 결과 모니터에 표시되는 이 기술의 처리량은 약 20Gbps다.

에릭슨 CEO 한스 베스트버그는 전시회에 공개된 에릭슨의 잠정 표준 5G 장비가 26Gbps까지 기록했다고 밝혔다. T-모바일 부스에 설치된 모니터에는 독일에 위치한 연구실의 실시간 피드가 나왔는데, 영상에서는 화웨이 기반의 장비가 약 70Gbps의 속도를 내고 있다.

테스트 결과가 다른 것은 일부 테스트 네트워크에서 다른 네트워크보다 더 많은 스펙트럼을 사용하기 때문이다. 이런 속도는 해당 셀을 사용하는 모든 사람들이 공유하게 된다. 그러나 현재 가장 빠른 속도가 1Gbps인 LTE에 비하면 엄청나게 높아진 수치다.

5G의 또 한 가지 큰 특징은 낮은 지연(Low latency)이다. 지연은 속도에 비해 조금 더 복잡하다. 지연은 셀이 보낸 비트를 폰이 받기까지(또는 그 반대) 발생하는 간극이다. 로봇 또는 연결된 자동차들이 셀 네트워크에서 운영되면 지연의 중요성은 더 높아진다.

예를 들어 원격 제어 로봇이 주변 상황을 스스로 인식하지만 해당 상황에 대한 대처 방법을 클라우드에 물어야 한다면 로봇은 거의 즉각적으로 답을 받아야만 적시에 행동할 수 있을 것이다. LTE가 초당 비트 전송 속도가 얼마나 빠르든 이러한 신속한 응답이 필요한 곳에는 적합하지 않다.

5G의 지연은 1밀리초까지 낮아져야 한다는 것이 중론이다. 말은 쉽지만, TU 드레스덴의 게하르트 페트바이스 교수는 1밀리초가 사람이 실제 눈앞에서 일어나는 일에 대해 반응하는 시간이라고 말했다.

페트바이스는 MWC 패널 토론에서 무선 가상 현실 헤드셋이 그 정도에 근접하는 속도로 시각과 반응을 동기화하지 못한다면 잠시 후부터 사용자는 멀미를 느끼게 된다고 말했다.

도이치 텔레콤의 T-모바일은 로봇 팔을 사용해 전시회에서 이 개념을 시연 중이다. 이 로봇 팔은 작은 탑의 꼭대기에 두 개의 작은 금속 공을 올려놓는다. 금속 공은 탑의 전자석에 의해 제자리에 고정된다. 이후 팔은 탑을 지나 움직이기 시작한다. 움직이는 로봇 팔이 공이 있는 곳 아래를 지나가는 것이 감지되면 공이 떨어진다. 5G 기능이 적용된 네트워크를 통해 제어되는 공은 정확한 시점에 떨어져서 로봇 팔에 잡히지만 LTE 네트워크로 제어되는 공은 너무 늦게 떨어진다.

Credit: Stephen Lawson
5G는 센서, 계측기와 같은 저전력 기기가 셀 수 없이 많이 연결될 네트워크이기도 하다. 이런 링크의 경우 데이터 이동은 많지 않지만 네트워크 끝단의 사물들은 배터리 교체 없이 몇년 동안 작동해야 한다.

5G에는 LTE의 새로운 저전력 시스템인 NB(Narrowband)-IoT보다 한 차원 더 발전된 기술이 적용될 전망이다. NB-IoT는 셀당 약 10만 개의 기기를 처리할 수 있으며 이는 일반 LTE 용량의 100배에 해당한다. 그러나 많은 벤더와 통신 업체의 주장만큼 IoT가 광범위하게 확산된다면 거기서 다시 100배는 더 지원 용량을 높여야 할 것이다.

5G는 사용처가 워낙 많은 만큼 통신업체에게는 동일한 네트워크를 각기 다른 사용자에 맞게 다른 방식으로 운영할 수 있는 방법이 필요하다. 네트워크 슬라이싱(network slicing)이라는 이 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어가 5G의 핵심 요소가 될 것으로 보인다. SK 텔레콤, T-모바일을 비롯한 여러 통신 사업자들이 MWC에서 이런 소프트웨어를 시연하고 있다.

네트워크 슬라이싱 기능은 인프라를 고속, 저지연, 저전력과 같은 특성에 최적화된 여러 개의 가상 네트워크로 분할한다. 각 가상 네트워크마다 컴퓨팅 파워 풀이 할당되며 어느 한 가상 네트워크에 과부하가 발생해도 다른 네트워크는 영향을 받지 않는다.

물론 아직 준비가 덜 된 부분도 있다. 우선 5G 단말기를 공개한 업체는 아직 없다. 현재 테스트에서 폰을 시뮬레이션하는 기기의 크기는 거의 작은 냉장고 만하다. 또한 모두가 10년 동안 지속되는 IoT 배터리를 이야기하는데, 이는 10년 동안 배터리가 안정적으로 작동한다는 것을 전제로 한다.

인텔의 플랫폼 엔지니어링 그룹 최고 무선 기술자인 케네스 스튜어트는 "10년 동안 지속되는 배터리? 10년 동안 지속되는 일반적인 니켈-카드뮴 셀인 AAA 배터리는 내가 알기로는 존재하지 않는다"고 지적했다.

마지막으로, 5G에서 초고속을 달성하기 위한 계획에는 지금까지 이동통신에 사용된 주파수보다 훨씬 더 높은 주파수를 사용한다는 내용이 포함된다. 물론 높은 주파수의 스펙트럼은 풍부하지만 이를 활용하려면 먼저 전 세계 정부기관들이 이 주파수를 어떻게 할당할 지에 대해 합의해야 한다.

독립 모바일 애널리스트인 체탄 샤르마는 이 합의가 2019년에 열릴 다음 WRC(World Radiocommunication Conference)에서나 논의될 예정이라면서 이는 2020년 전에 5G를 실현하고자 하는 움직임에 제동을 거는 요소라고 말했다.

4G가 그랬듯이 5G는 상용화된 이후에도 계속 발전하게 된다. 미래는 완결되는 법이 없다. editor@itworld.co.kr