VOL. 179 July 2021
무선 통신,
5G 시대를 넘어
6G 시대를 미리 보다
2019년 대한민국은 세계 최초로 5G 이동통신을 서비스하기 시작했다.
통신망이 모두 깔려있지 않아 ‘집 지으면서 월세 받는 꼴’이라며 논란이 있기는 했지만,
기존 4G LTE보다 최대 20배 빠른 5G의 상용화는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 서비스나
AI(Artificial Intelligence) 등을 본격적으로 연구, 개발할 수 있는 환경을 마련했다.
6G, 어떤 의미가 있을까?hyper-connectivity
한국은 2019년 4월 세계 최초 5G 서비스 개시 이후 2020년 이를 본격화했다. 10년 단위의 세대 전환주기를 참작하면 2030년경 6G 이동통신 서비스 실현이 전망된다. 6G는 초신뢰·초정밀, 5감 홀로그램 통신과 같은 초성능, Gbps급 실감 영상이나 공중·해상 통신과 같은 초공간, 10cm 오차 위치 측위와 같은 초정밀, 인간 또는 기계와 기계 간 초연결 등의 서비스를 제공함으로써 새로운 디지털 세계의 핵심 인프라가 될 것이다.
한편, 앞으로 인공지능을 사용하는 단말이 기하급수적으로 증가하고 새로운 형태의 대용량·대규모 연결 서비스가 증가하면 기존 방법으로는 한정된 무선통신 자원을 최대한으로 활용하는 것이 어렵다. 또한 이론적으로는 최고 성능을 달성할 수 있는 방법이라도 복잡한 구현 방식, 계산량 가중 및 시간 지연 등의 문제가 있다.
최근 이와 같은 문제들을 해결하고 자원을 최적화해 사용하기에 알맞은 머신러닝을 이용한 무선통신 기술이 등장하고 있다. 그중에서도 딥러닝의 활용에 대한 관심도가 높다. 여기에서 딥러닝이란 인공 신경망을 사용해 입력된 데이터에서 규칙을 학습하는 방식을 의미한다.
머신러닝, 6G와 만나다
Machine learning
머신러닝 기술로 물리계층을 대신해 무선 구간에서 생기는 다양한 신호 왜곡/간섭 현상을 해결하고, 5G 대비 초접속·초저복잡·초성능이라는 목표를 달성하기 위해 해결해야 할 근본적 과제들이 있다. 통신에 사용되는 기술들을 크게 나눠보면 채널코딩, 다중접속, 신호추정, 채널추정, 동기, 변복조, 위치측위 등으로 나누어지는데, 이렇게 7가지로 분류된 기술들을 다시 세분화한 것을 세부기술, 혹은 ‘세부기술 블록’이라고 한다.
통신시스템 전체가 아닌 일부 세부기술 블록을 머신러닝으로 대체하는 경우는 다수의 송수신기가 낼 수 있는 최적의 성능과 구현 가능성을 위해 비직교 방식, 즉 다수의 송수신기가 자원을 공유해 송수신하는 방식을 사용하는 통신시스템에 적용하는 방안이 유력하다. 이 경우 컴퓨터를 통해 데이터를 구하기 때문에 원하는 만큼 학습 데이터를 얻을 수 있으며, 실제 시스템에 적용하는 단계에서 단순한 연산이 반복되므로 구조를 크게 단순화할 수 있는 장점이 있다.
세부기술 블록들로 구성되는 통신시스템 전체를 딥러닝으로 대체하는 경우 통신시스템의 송수신 전체 세부기술 블록을 통합해 하나의 딥러닝으로 학습하기 때문에 시스템이 매우 단순해지는 장점이 있다. 그러나 기존 세부기술 블록들이 담당하는 기능들을 한 번에 묘사해야 하므로 효과적인 학습 방법을 찾기 어렵다는 단점도 있어 현재는 세부기술 블록 대체 연구가 주를 이룬다.
세계 통신 장비 트렌드
Global Trends
삼성은 6G 메가트렌드 중의 하나로 AI-powered 클라우드 컴퓨팅과 AI-powered 디바이스 프로세싱을 제시했다. 현재 인공지능 기술은 대부분 클라우드 서비스에 의존한다. 그러나 지연을 줄이고 프라이버시를 보장하며 언제 어디서나 인공지능 서비스를 제공하기 위해서는 스마트 기기 자체에서 인공지능을 지원하는 ‘On-device AI capability’가 필요하다. 이러한 AI는 전력의 제약과 보안, 빠른 서비스, 학습 요건 및 모델 축소와 최적화 등의 요구사항을 만족해야 한다.
스웨덴의 통신 장비 제조사 에릭슨은 미래 통신 인프라를 실시간으로 분산·책임지는 AI가 어디든지 편재할 것이라고 내다봤다. 실시간 인공지능은 실제 데이터를 기반으로 인공지능이 실시간으로 결과를 예측하며 온라인 학습을 통해 의사결정을 내리는 것으로, 이렇게 인공지능이 의사결정을 내리게 된다면 안전성과 신뢰성을 보장하며 투명성 제공할 수 있을 것으로 본다.
중국의 전자제품/통신 장비 제조업체 화웨이는 2030년까지 데이터가 폭증하여 5G는 대부분 머신러닝을 기반으로 진화·발전해 이 시기가 ‘제1 지능형 네트워크의 시대’가 될 것으로 예측하고, 이어 2030~2040년은 6G를 통해 인공지능을 위한 머신러닝, 통신을 위한 머신러닝 등이 나타나며 ‘제2 지능형 네트워크 시대’가 될 것으로 전망한다.
핀란드의 6G Flagship 과제를 주관하고 있는 오울루(Oulu) 대학은 세계 최초로 6G 백서를 발표했다. 오울루 대학이 발표한 6G 백서는 5G는 미래의 연결성 요구사항을 위한 플랫폼으로 지속적인 역할을 하겠지만, 5G 통신만으로는 주변 환경과 통신하고 감지, 행동하는 새로운 형태의 AI 디바이스의 모든 학습데이터를 클라우드로 전송할 수 없다고 말한다. 따라서 6G는 5G보다 훨씬 더 빠른 속도와 안전성을 구현해야 한다고 말한다.
무선통신, 일상을 바꾸어 놓다
Super Performance
2030년경이면 초성능, 초공간, 초정밀 및 초연결의 특성을 가지는 6G 통신 인프라가 시작될 것이다. 초성능과 초공간 같은 특성들을 혁신의 기반으로 삼을 수 있는 열쇠는 인공지능 기반 통신 기술의 발전에 있다고 해도 과언이 아닐 것이다. 현재 우리가 경험하고 있는 무선통신 기술의 패러다임을 바꿀 6G 이동통신, 그 미래를 기대해 본다.
본 내용은 전자통신동향분석 36권 3호(통권 185)를 참고,
‘AI 기반 이동통신 물리계층 기술 동향과 전망’을 재구성한 글입니다.
