5G, 4차 산업혁명의 지능화를 이끌다
초고속-저지연-초연결 5G, 모바일을 넘다 


KT가 2019년 3월에 세계 최초로 5G를 상용화하기 위한 다각적인 노력을 전개하고 있다. 2020년에는 전 세계 선진국 대다수와 중국 등지에서 5G가 상용화될 것으로 예상된다. 5G 상용화가 멀지 않는 이 시점에서 5G가 각 산업분야에서 어떤 역할을 해내는 지, 또 그 역할을 해내기 위해서 어떤 조건을 충족해야 하는지 짚어본다.


4차 산업혁명 시대의 핵심, 5G
과거의 산업혁명이 기계화, 산업화, 정보화를 통해 이루어졌다면, 4차 산업혁명은 지능화를 통해 이루어질 것이다. 4차 산업혁명은 디지털 기술로 촉발되는 초연결 기반의 지능화 혁명이다. 4차 산업혁명이 완수된다면, 국가시스템, 산업, 사회, 삶의 질 전반에서 혁신적인 변화가 발생할 것이다. 

4차 산업혁명은 산업구조를 바꿀 것이다. 이제 경쟁에서 승리하기 위해서는 남들보다 더 많은 데이터를 빨리, 그리고 동시에 처리할 수 있어야 한다. 또 플랫폼을 중심으로 경쟁할 것이다.

고용구조 역시 바꿀 것이다. 단순반복업무는 자동화되며, 창의적이고 감성적인 업무의 가치가 상승할 것이다. 긍정적인 변화만 있지는 않을 것이다. 인류의 삶이 편해질 것이라는 낙관론이 있는 반면, 혁명의 혜택을 극소수만 누릴 수 있을 거란 비관론이 동시에 제기되는 상황이다.

확실한 것은 4차 산업혁명으로 인류의 삶은 어떻게든지 바뀔 것이고, 바뀌지 않으면 살아남을 수 없다는 것이다. 그렇다면 4차 산업혁명에 효과적으로 대응하기 위해선 어떻게 해야 할까? 기본에 충실해야 한다. 즉, 5G의 상용화에 적절히 대비해야 한다. 5G는 4차 산업혁명을 이루는 기반이다. 5G가 없다면 4차 산업혁명은 달성될 수 없다.


5G의 특징과 주파수 대역
5G의 특징은 ‘초고속’, ‘저지연’, ‘초연결’이다.

5G는 전 세대보다 더 빠른 초고속 이동통신이다. 4K, 8K UHD 방송을 가능하게 하고 VR과 AR을 원활하게 구현하기 위한 많은 데이터를 처리한다. 5G는 사용자당 100Mbps에서 최대 20Gbps까지의 데이터를 처리하는데, LTE(4G) 대비 20배나 높은 수준이다.

5G의 지연 시간은 극도로 짧다. LTE의 지연 시간은 10ms이나, 5G는 1ms로 10배나 짧다. 실시간에 거의 근접해서 이뤄지는 통신은 촉감마저 전달할 수 있고, 로봇을 실시간으로 원격 조종하며, 자율주행차와 드론을 효과적으로 제어한다. 

5G는 수많은 디바이스를 동시에 연결할 수 있다. LTE가 1km2당 최대 10만개 디바이스를 연결하는 반면, 5G는 최대 100만개의 기기를 연결할 수 있다.

5G의 이 3가지 특징은 전 세대와 다른 소통의 길을 열었다. LTE까지의 이동통신이 인간과 인간의 통신에 집중했다면, 5G는 인간과 사물, 사물과 사물의 통신에 중점을 둔다. 사물과의 통신이 가능해지면서 이동통신은 더 이상 이동통신 산업에만 머무르지 않게 되었다. 타 산업과의 융합이 이루어 질 수 있는 토대가 구축되었기 때문이다.
작년 12월, 무선 통신 관련 국제 표준을 제정하는 이동통신 표준화 기술협력 기구인 3GPP는 기존 LTE 대역과 함께 3.5GHz, 24 GHz 이상 대역을 5G 주파수로 선정했다. 우리 정부는 세계 최초의 5G 상용화를 위해 5G 주파수를 지난 6월에 조기 할당했다. 이동통신 3사의 주파수 경매 결과 3.5GHz 대역 낙찰가는 24 GHz 이상 대역보다 적게는 4배, 많게는 6배나 높았다. 3.5GHz 대역을 5G 핵심 대역으로 보는 것이다.


5G가 나아갈 방향
ITU(International Telecommunication Union, 국제전기통신연합)는 5G 서비스를 초고속, 저지연, 초연결의 3방향 서비스 시나리오로 예측하고 관련 8대 핵심 성능지표를 제시했다. ▲최대 전송속도(10~50Gbits/s) ▲이용자 체감 전송속도(100Mbit/s~1Gbit/s) ▲주파수 효율성(IMT-Advanced의 5배) ▲고속 이동성(500km/h) ▲전송 지연(1ms) ▲최대 기기 연결 수(106~107per km²) ▲에너지 효율성(IMT-Advanced의 50~100배) ▲면적당 데이터 처리 용량(1~10TB/s/km² or 10Tbps/Km)이다. 

이 성능지표들은 5G 핵심기술인 △mmWAVE △스몰셀 △대용량 MIMO △빔포밍 △전이중으로 이뤄진다. 산업계에서 원하는 5G 요구 사항은 산업의 특성에 따라 다르다. 따라서 특정 산업이 요구하는 5G 기술에 중점을 두고 디바이스와 서비스를 개발해야 한다. 

올해 과기부는 5G 융합서비스 시범사업을 추진한다. 민간 투자 리스크를 줄이고 규제 개선사항을 발굴하기 위한 목적이다. 과기부는 5G를 기반으로 전 산업계가 새로운 성장동력을 발굴할 수 있도록 2020년까지 1700억원을 투자한다. 그리고 스마트교통, 스마트시티, 스마트공장, 재난안전, 실감미디어 등 5개 분야에서 수요기관과 연계한 기술 및 서비스 개발과 실증을 한다.


5G 디바이스 개발 유의점
가정용 라우터/ 5G 라우터(Customer Premises Equipment, CPE)는 아직 발열 등의 문제가 남아있어 크기가 큰데, 최근에는 이 5G 라우터를 AI 스피커와 결합하여 판매하는 경우가 늘고 있다. SK텔레콤의 ‘홀로박스’ 등이 대표적이다.

실감형 미디어 서비스/ 저지연 사용자가 AR, VR 기반 실감미디어 서비스를 즐기기 위해서는 시각정보 5ms, 촉각정보 1ms 정도의 저지연이 이루어져야 한다. 또 안정적인 실감 미디어 서비스 제공을 위해서는 1인당 약 90Mbps의 대역폭이 필요하다. 아직 관련 제품은 안경 수준에 머물러 있다. 인텔의 스마트안경 '바운트', 마이크로소프트의 '홀로렌즈', 구글의 '데이드림'이 대표적이다.

영상기반 실시간 도시모니터링 서비스/ Full HD 영상 하나를 30fps로 전송하기 위해서는 약 5.5Mbps의 대역폭이 필요하다. 단위의 영상 전송 및 관리를 위해서는 약 50Gbps의 최대 전송속도, 1Gbps 이상의 사용자 전송 속도 지원이 필요하다. 

무인 스마트 제조공장 운영 서비스/ 생산 라인 로봇 및 물류로봇의 정밀 모션 제어를 위해선 1ms 이하의 지연 속도와 99% 이상의 패킷 신뢰성 만족이 필요하다. 여러 공장의 생산설비 및 관련 센서를 무선통신으로 관리하기 위해서는 km² 당 106개 이상의 단말을 트래픽 없이 관리할 수 있는 초연결 성능이 요구된다.

주문형 자율주행 교통 서비스/ 도심 같은 밀집 환경에서의 협력주행, 원격주행을 위해선 25Gbps 이상의 전송률과 2ms 이하의 지연 시간, 0.1m이하의 정밀 위치분석이 필요하다. LTE V2X 기술의 경우, 전송률 1Gbps, 지연 시간 100ms, 위치분석오차 50m 수준으로, 실사용이 불가능한 수준이었다. 앞으로는 ADAS 장비와 휴대폰 연동을 통해 주변환경과 차량상태, 인포테인먼트 등을 복합적으로 제공해야 한다.
재난대응 서비스 / 건물화재 센서, 웨어러블 디바이스 센서, 스마트섬유 센서 등 다양한 센서를 통해 현장을 실시간으로 제어하기 위해서는 mMTC, URLLC가 필요하다. 소방, 경찰, 의료기관 등은 원활한 구조 활동을 위해서 다수의 무전기(UHF) 및 단말기(TRS)를 사용하고 있으나 전파간섭, 무선채널폭주 등으로 문제가 종종 발생한다. 재난 대응이 요구하는 통신망 성능을 담보하기 위해서는 5G가 필요하다. 또한, 재난 상황 영상을 실시간 전송하는 스마트 헬멧, 재난 상황 현황을 파악하는 스마트 방화복, 소방대원의 신체정보를 제공하는 웨어러블 로봇 등의 수요가 증가하고 있으며 또 개발 중인 상황이다.


스마트폰을 뛰어넘어
5G가 상용화된다 하더라도 LTE와 3G가 단번에 5G로 대체되는 것은 아니다. 1~2년내 5G의 상용화가 예정되는 지역은 한중일과 북미, EU 정도에 불과하다. LTE와 3G, 심지어 2G까지 오랜 기간 5G와 공존할 것이다. 5G는 그 전 세대와 쓰임과 역량이 다르기 때문이다.

5G와 전 세대의 가장 큰 차이점은, 5G는 휴대폰에만 묶여 있지 않는다는 것이다. LTE의 발전을 불러온 것은 스마트폰과 유튜브의 급속한 성장 때문이었다. 따라서 그 발전 방향도 스마트폰에 얽매였던 것이 사실이다. 그러나 5G의 초고속, 저지연, 초연결 특성은 기존 LTE로 할 수 없었던 것들을 가능하게 한다. 스마트폰은 이미 우리 생활에서 떼려야 뗄 수 없는 존재다. 그러나 5G의 미래는 다른 곳에 있다.