이론적 5G 장점 3가지 살리려면
밀리미터파 대역 기반 5G SA 필요해
현존하는 무선 통신 중 가장 넓은 대역폭


5G는 LTE를 잇는 이동통신 세대다. 하지만 ‘차세대’ 이상의 의미가 있다. 5G는 적어도 향후 10년간 무선 표준을 주도할 것이다. 10년을 운용할 네트워크 토대를 마련하기 위해서는 앞으로 어떤 일이 발생할지 생각해야 한다.

이론상 5G의 장점은 3가지다. 먼저 초고속이다. 5G의 속도는 LTE 대비 20배 빠르다. 최대 전송속도는 20Gbps이며 통상적으로는 10Gbps다. 이어서 초저지연이다. 5G의 전송지연(1ms)은 LTE(10ms)보다 10배 짧다. 마지막으로 초연결이다. 5G의 최대 기기 연결 수는 1km2 당 100만 개로 10만 개인 LTE보다 10배 많은 기기를 수용할 수 있다.

그러나 5G가 위의 이론적인 장점을 실현하려면 여러 문제를 해결해야 한다.

5G의 동작 방식은 2가지다. 5G로만 동작하는 ‘단독모드(SA)’와 LTE와 함께 동작하는 ‘비단독모드(NSA)’다. 주파수 대역도 2가지다. ‘6Ghz 이하(Sub-6Ghz)’ 대역과 ‘밀리미터파(mmWave)’ 대역이다. 현재 상용화된 5G는 6Ghz 이하 대역을 사용하는 5G NSA다. 따라서 진정한 5G를 실현하려면 밀리미터파 대역도 사용하면서 SA로 동작할 수 있어야 한다.

6Ghz 이하 대역도 아직 충분치 않지만, 주요국의 5G 계획에는 밀리미터파 대역 인프라 구축이 포함되어 있다. 따라서 관련 기술력 확보가 향후 기업 경쟁력에 많은 영향을 끼칠 것으로 보인다.

올해 4월, 'e4ds EEWebinar'에서는 아나로그디바이스(ADI)의 무선기술 부문 디렉터 토마스 카메론(Thomas Cameron)이 "5G mmWave 무선을 위한 RF 기술"이란 제목의 웨비나를 진행했다.

다음은 웨비나 참석자들의 밀리미터파 기술에 관한 질문과 그에 대한 ADI 코리아 한종필 차장 등의 답변을 추린 것이다.


Q. 밀리미터파 대역은 어떤 대역을 지칭하는 말입니까? (ID: br**)
A. 밀리미터파 대역으론 대표적으로 28GHz, 39GHz, 47GHz 대역 등이 있습니다. 대역폭은 대략 1GHz 내외입니다.


Q. 빔포밍이란 정확히 무엇입니까? (ID: kh**)
A. 빔포밍은 빔포머(라우터)가 빔포미(클라이언트) 방향으로 무선 신호를 전송하여 더 강력하고 빠르게 안정적인 무선 통신을 가능케 하는 기술입니다. 다시 말해 특정 사용자에게 가장 효율적인 데이터 전송 경로를 식별하는 이동통신 기지국을 위한 트래픽 전송 기법으로, 주변 사용자의 간섭을 줄입니다. 상황과 기술에 따라 5G 네트워크에서 빔포밍을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 구조적으로는 아날로그, 디지털 빔포밍과 이를 조합한 하이브리드 빔포밍이 있습니다.


Q. 빔포밍 시장의 방향성은 어떻습니까? (ID: le**)
A. 아날로그와 디지털을 병합하는 하이브리드 빔포밍으로 시장이 구축되고 있습니다.


Q. 5G는 대역 특성상 음영 지역이 많고, 환경과 지역의 특성에 영향을 많이 받는다고 알고 있습니다. 특수 안테나 설계와 다량의 기지국 설치 등 해결 방안이 있습니까? (ID: ho**)
A. 질문 내용과 같이 5G는 LTE 대비 경로 손실이 높습니다. 업계에서는 이 문제를 중계기 추가로 해결하려 하고 있습니다.


Q. 본격적인 밀리미터파 활용에는 시간이 좀 걸리는 것 같습니다. 美 버라이즌이 현재 밀리미터파 대역 5G 이동통신 서비스를 하고 있고, 日 도코모도 올해 안으로 시작한다고 하지만, 제한적인 서비스일 것으로 생각합니다. 밀리미터파 5G 서비스를 일반 소비자용 기기로 배터리나 커버리지 걱정 없이 사용하려면 최소 몇 년이 더 걸릴까요? (ID: et**)
A. 밀리미터파 대역 5G 서비스를 사용하는 것은 이제 시작입니다. 제대로 문제없이 사용하기 위해서는 많은 진통을 겪어야 할 것으로 보입니다.


Q. 밀리미터파 대역을 도심같이 넓은 곳이 아니라 스마트팩토리 같은 좁은 곳에서 송수신 모듈을 구성하여 활용할 수 있을까요? (ID: bl**)
A. 이더넷을 사용하기 힘든 구조의 공장이 LOS(Line-Of-Sight)를 보장한다면, 밀리미터파 대역으로 통신하는 스마트팩토리를 구성하는 것을 고려해볼 수 있습니다.


Q. 모듈이 16GHz나 42GHz 대역을 지원한다면, 모듈이 탑재되는 PCB도 해당 주파수를 감당 가능한 설계를 해야 합니까? 이 정도 속도면 PCIe Gen 5보다 훨씬 빠른 속도인데 일반 PCB에선 동작할 수 없을 것 같습니다. (ID: br**)
A. PCB 상에서 손실을 줄이기 위해서는, 질문하신 내용처럼 저손실 PCB를 사용하시는 것이 시스템 측면에서 상당한 도움이 됩니다.


Q. 스마트팩토리에 5G를 적용할 때 보안상의 문제는 없습니까? (ID: w3**)
A. 보안은 물론, 장비 간 동기화와 끊임없는 연결성 수요 때문에 아직 스마트팩토리는 무선보다 이더넷 기반의 유선을 더 선호하고 있습니다.


Q. 5G 시대에 무선 통신에 대한 보안은 새로운 기술 개발을 촉진할 것으로 보이는데, 인공지능이나 기계학습 등이 접목되지 않을까요? (ID: ho**)
A. 밀리미터파는 현재 사용되는 무선 통신 중 가장 넓은 대역폭을 가지고 있습니다. 따라서 다양한 애플리케이션과 접목 시도가 있으리라 생각됩니다.


Q. ANN(Artificial Neural Network)에도 5G 밀리미터파 기술이 사용될 것으로 웨비나에서 언급했는데, 현재의 저전력 저발열 기술로 인체에 해가 없는 ANN 구성이 가능합니까? (ID: pe**)
A. 대역폭이 넓어야 한다는 점에서 ANN에는 밀리미터파가 효과적일 것 같습니다. 저전력은 반도체 공정에 따라 정해지는 것으로, 주파수가 밀리미터파인 것과는 상관이 없습니다. 전자파에 관해서는 업계에서 연구가 진행되고 있습니다.


Q. 스마트폰 단말기에 밀리미터파 대역 빔포밍 모듈이 탑재된다면 기존 대역 대비 안테나의 수가 많아질 것으로 예상되는데, 수십 개 이상씩 집적화될 수도 있을까요? 파장 대비 안테나 크기로 계산한다면 불가능하진 않을 것 같습니다. (ID: ki**)
A. 질문 내용처럼 단말기 내의 공간 제약과 고주파수 사용에 따라 전기 길이(Electrical Length)가 짧기에 통합형 및 적응형 안테나가 채택될 것 같습니다.


Q. 5G 기술이 앞으로 10년은 유지된다고 하셨습니다. 현재 일부 기관과 기업은 6G를 연구하고 있습니다. 기술 변화는 크게 없을 거로 생각하는데 맞습니까? (ID: ji**)
A. 5G는 그 이후 이동통신 기술의 출발선이라 생각합니다. 따라서 이후 통신기술의 실험무대를 제공할 것입니다.


Q. 밀리미터파 대역에서 드론 등의 이동체와의 빔포밍 기술 구현 수준은 어느 정도입니까? (ID: k8**)
A. 현재 ITU-R M.2410-0 보고서를 기준으로 120~500km/h의 속도로 움직이는 이동체와의 빔포밍과 관련한 연구가 진행 중입니다.


Q. 28GHz이나 39GHz 주파수가 건물의 유리창이나 차량의 유리창을 통과하는 투과율은 어느 정도나 됩니까? 손실이 크다면 차 안에서 5G 밀리미터파 통신이 어려워 범용성이 떨어질 것으로 보입니다. 밀리미터파 안테나를 차 안에 장착해야 할는지요. (ID: em**)
A. 투과율에 대한 정보는 아직 없어 정확하진 않습니다만 일단 유리창만으로도 큰 손실이 발생합니다. 질문 내용처럼 V2X 애플리케이션을 차량에 적용하기 위해서는 차량에 밀리미터파 안테나는 기본적으로 장착되어야 할 것입니다.


한편, ADI의 파트너인 아날로그월드는 오는 12일, 밀리미터파 및 빔포밍 기술 등 5G RF 전반에 관한 웨비나를 진행할 예정이다.