ICT Trend

VOL.130
May 2019

ICT Trend ____ 스몰셀, 빔 포밍, MHN 기술 등

5G 핵심 기술에는
어떤 것이 있나?

스몰셀, 빔 포밍, MHN 기술 등

차세대 이동통신이라 불리는 ‘5G’에 대한 관심이 뜨거운 와중에 대한민국은 지난 4월 3일 5G 서비스를 시작했다. CDMA 기술을 세계 최초로 상용화한 데 이어, 5G까지 세계 최초로 상용화하면서 우리나라는 명실상부한 이동통신 강국이 되었다. 그리고 우리나라의 이동통신 기술은 수출에서도 무역수지 흑자를 책임지는 역군이 되고 있다.

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사람들이 많이 모이는 도심에서 발생하는 데이터 지연 현상을 해결하는 소형셀

5G와 관련된 핵심 기술 어떤 것들이 있을까?

5G(5th Generation Mobile Communications) 시대가 되면서 ‘기가(GIGA)’ 세상이 열렸다. 문자 그대로 기가 막힌 세상이 펼쳐질 예정이다. 5G 이동통신은 ‘언제 어디서나 환경의 제약 없이 사람과 사물을 포함한 모든 사용자에게 지연 없이 기가급 서비스를 효율적으로 제공하는 통신’이라고 정의된다. 기존 4G 이동통신에서는 올 아이피(ALL-IP) 망을 통해 100Mbps의 속도를 제공함에 따라 서비스 품질 면에서 유·무선통신의 격차를 해소했다. 5G 이동통신은 이 같은 유선통신 수준의 성능 목표를 넘어 신규 서비스를 새로운 목표로 한다. 5G 핵심 서비스는 기술적 측면에서 ‘향상된 모바일 광대역 서비스’, ‘고신뢰성 및 저지연 서비스’, ‘대규모 사물인터넷 서비스’의 범주로 구분할 수 있다.

이러한 가운데 ETRI 연구진은 5G와 관련된 스몰셀(Small Cell), 빔 포밍(Beam Forming), MHN(Mobile Hotspot Network), 빔 스위칭(Beam Switching), 징(Zing), 저지연 기술 등 요소 기술을 계속 개발해 5G 기술 선점을 위한 전망을 밝게 해주었다. 먼저, ‘스몰셀’ 기술은 반경 1km 내에서 마치 무선 AP(Wireless Access Point)처럼 붙여 사용하는 소형 기지국을 말한다. 그동안 외국산 제품을 들여와 국내에서 일부 상용화했었는데 국산화에 성공한 것이다. 도시의 빌딩이나 가정 등에서 활용이 가능한 LTE 기반 소형셀 기지국 기술 중 SW 기술이다. 이를 통해 향후 통신 사각지대가 없어질 것으로 보인다. 특히 최근에는 기지국이 전쟁 등으로 파괴되거나 자연재해로 소실 되었을 때 소형셀을 이용해 통신이 가능하도록 배낭 형태로도 만들었다. 본 기술은 2018년 2월 스페인에서 열린 MWC(Mobile World Congress)에서 호평을 받았다.

또 사람들이 많이 모이는 도심 지역에서는 스마트폰의 데이터 속도가 느려진다. 기지국당 정해져 있는 데이터 용량을 많은 사람이 나누어 사용하기 때문이다. 이런 문제점을 해소하기 위한 원천기술 개발에 ETRI 연구진이 성공했다. 이 기술은 빌딩이 밀집한 지역에 유용할 것으로 보인다. 통신 가능 구역(셀)의 끝과 같은 가장자리는 수신 감도가 낮은데, 이런 곳에도 앞으로는 대형 기지국과 동일한 전송 용량을 제공할 수 있을 것으로 예상한다.

대중교통수단 내부에서도 기가급 와이파이를 제공하는 MHN(Mobile Hotspot Network)

ETRI 연구진이 5Gbps 급의 초다시점 미디어 전송에 성공한 MHN-E 기술

5G 상용화를 통해 열리는 사물인터넷 통신 시대

ETRI 연구진은 ‘빔 포밍’ 할 수 있는 고집적 다중안테나를 개발했다. 또 소형 기지국들을 끊김 없이 연결해 통신 트래픽을 해소할 수 있는 길도 제시했으며, ‘주파수 묶음’ 기술이라 불리는 캐리어 어그리게이션(Carrier Aggregation)도 적용했다. 서로 다른 여러 개의 주파수 대역을 묶어 하나의 주파수처럼 속도를 끌어 올려 주는 기술이다. 이에 따라 스몰셀 기지국 SW 기술로는 최초로 20MHz(메가헤르츠)를 5개 사용 시 최대 750Mbps 용량까지도 통신 지원이 가능하게 됐다. 이 기술은 스몰셀 기지국의 전송 용량을 키우기 위해 기존 다중안테나 기술을 하나의 안테나와 송수신기로 동작시키는 것이다. 5G 시대에 꼭 필요한 기반 기술이다.

지하철 내에서도 100배 빠른 인터넷이 가능한 기술도 개발했다. 바로 ‘모바일 핫스팟 네트워크(MHN)’ 기술이다. 5G 시대를 이루기 위한 핵심 기술 중 하나다. ETRI 연구진은 먼저 서울시에 이 기술을 공급하고 2018년 상반기 중 지하철 8호선을 비롯해 2019년까지 서울시 전 지하철에 기가 와이파이를 공급기로 했다. 또한, KTX 등 고속으로 이동하는 물체에서도 인터넷이 가능하도록 하고, 조만간 버스에서도 와이파이가 잘 터지게 만들 계획이다. 연구진은 MHN 기술을 통해 미개척 주파수로 고주파 통신 대역인 ‘밀리미터파’를 세계 최초로 상용화하는 데 성공했다. 이 기술도 향후 5G 이동통신의 표준 기술에 활용할 수 있다. 또한, MHN처럼 밀리미터파를 활용한 ‘빔 스위칭’ 기술 개발에도 성공했다. 기지국과 이동 단말 간 실시간 최적의 빔을 선택해 통신할 수 있는 기술이다. 4G 핸드오버(Hand Over)보다 스위칭 속도가 최대 10배나 빠르다. 이를 통해 데이터 손실 및 지연을 최소화할 수 있게 된다. 빔 스위칭 기술도 이동 단말의 통신 데이터 손실 및 지연을 극소화해 5G 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다.

또 다른 핵심 기술로 ‘징(Zing)’이라 불리는 기술이 있다. 원래 사전적 의미로 징은 윙윙 소리가 나게 빠르게 이동함을 뜻하는 말이다. 5G 시대에 빠르게 데이터를 전송받아야 하는 것에서 착안해 이름을 지었다고 한다. 이 기술은 10cm 이내의 가까운 거리에 있는 두 기기 간에 기가급(3.5Gbps) 속도로 데이터 순간 전송이 가능하다. 바로 초고속 근접 통신기술이다. 기존 근거리 무선통신(NFC, Near Field Communication) 기술보다 8,000배 이상 빠른 전송 속도와 4,000배 이상의 높은 에너지 효율을 제공한다. 인터넷을 통하지 않는 차세대 초고속 NFC인 셈이다. 본 기술은 기가바이트(1GB) 영화 한 편을 3초면 전송받을 수 있다. 무선 저장장치 등 대용량 데이터 장치에 적용되어 영화처럼 대용량 미디어를 빠르고 손쉽게 무선 전송할 수 있게 된다. 또 장치 간 무선 전원 공급이 가능해 특히 배터리가 필요 없는 제품을 구현하는 데 용이하다. 사용자가 스마트폰을 무인 서비스 단말기(키오스크)에 갖다 대면 기기가 서로를 인지한다. 초고속으로 기가급 대용량 데이터를 안전하게 순간 전송할 수 있게 되는 것이다. 이로써 5G 상용화를 통해 사물인터넷(IoT) 통신 시대도 빠르게 열릴 전망이다. 징 기술은 100mW(밀리와트)의 저전력·저복잡도 기술이 적용되어 상용화가 쉽다는 장점이 있다. 무료인 비면허 대역 60GHz(기가헤르츠) 주파수를 사용하고 있어 광대역 통신도 가능하다. 스마트폰이나 태블릿 PC 이외에도 무선 전력 전송을 통해 전원이 없는 무선 저장장치를 USB처럼 꼽지 않아도 편리하게 사용해 순식간에 콘텐츠 전송을 할 수 있게 된다. 안전한 통신 영역에서 활용하기에 와이파이 등에 비해 해킹 가능성을 차단할 수 있다는 것도 장점이다.

달리는 버스에서 5Gbps 전송에 성공한 ETRI 연구진 / 기존 1.25 Gbps의 MHN 기술 보다 약 4배 이상 빠른 최대 5Gbps급 데이터 전송이 가능한 MHN-E 기술

Beyond 5G를 꿈꾸는 대한민국

4G 기술을 엊그제 개발한 것 같은데 우리 생활에 깊숙이 파고들어 그 편리성을 깨닫지 못하고 있는 것이 사실이다. 그런데 또 5G가 상용화되다니 ICT의 하루는 타 분야의 한 달처럼 빠른 것 같다. 이처럼 최신기술은 통신의 역사를 한걸음에 바꾸어 놓고 있다.

퍼스트 무버로 도약하기 위한 핵심 기술은 원천기술을 기반으로 한 기초 기술이다. 관련 산업 생태계는 기반 기술 중심으로 파생된다. 따라서 5G를 논하고 있는 지금도 기반 기술을 꿈꾸는 일이 절실히 필요하다. 그동안의 연구 성과를 세계무대에서 실증하고 시범 서비스를 제공하는 것도 5G를 선점하기 위해 깃발을 꽂는다는 관점에서 보면 꼭 필요하다. 평창 동계올림픽이 좋은 기회였다. ETRI 연구진은 평창 동계올림픽에서 자율주행차, 울트라 와이드 비전(UWV), 자동통역 지니톡, 이동무선 백홀(MHN-Evolution) 기술, 협대역 사물인터넷(IoT), 초고속 근접 통신기술(Zing), 초다시점 미디어 기술 등을 선보였다. 각 기술 설비와 장치를 평창 내 기술 실증 단지인 ‘IoT 스트리트’에서 세계에서 온 선수단에 보여줬다.

ETRI 연구진은 평창 동계올림픽에서의 시연을 통해 그동안 개발한 기술들이 성공적인 상용화로 연결되길 바라고 있다. 또 2020년 도쿄 올림픽, 2022년 베이징 동계올림픽에 일·중 양국이 자국의 신기술을 쏟아내는 만큼 우리가 그에 앞서 기술 시장을 선점해야 하는 막중한 임무도 눈앞에 있다.

따라서 5G를 넘어서는 ‘B5G(Beyond 5G)’ 세상을 꿈꾸고 실현하는 계획이 무엇보다 필요한 시점이다. B5G 세상은 사용자의 이동성을 넘어 네트워크 이동성이 강조되고, 이에 따라 파생되는 무궁무진한 서비스와 생태계가 예상된다. 전통적인 이동통신의 범위는 이미 수직 산업계와의 5G 융합 서비스로 그 경계가 무너지고 있다. 새로운 서비스 수요에 대응하기 위해 핵심 기반 기술의 확보가 중요한 시점이라 하겠다.

본 글은 ETRI가 2018년 발행한 Easy IT시리즈 “세상을 바꿀 테크놀로지,『디지털이 꿈꾸는 미래』”에서 발췌한 글입니다.

디지털이 꿈꾸는 미래

저자 ETRI 성과홍보실·정길호 출판사 콘텐츠 하다

ETRI가 펴낸 『디지털이 꿈꾸는 미래』는 우리에게 제4차 산업혁명의 의미를 알려주고, 다양한 ICT 트렌드를 소개하여 가까운 미래에 일어날 수 있는 일들을 흥미롭게 조망해 보는 책입니다. 본 도서는 예측 불가능하고 더 빨라진 기술 세상에서 우리가 앞으로 어떻게 적응하고 미래의 위험에 유연하게 대응하는 데 좋은 지침이 되어줄 것입니다.

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