5G 기초 정보

이동통신 사업자들은 이제 LTE 상용화를 마쳤고, LTE를 진정한 4G 기술로 활용할 수 있는 기능 중 몇 가지들만 실제 네트워크에서 지원하고 있습니다.그렇다면 업계에서 벌써 5G에 대해 논의하는 이유는 무엇일까요?

5G가 수면 위로 떠오르면서 전 세계적인 연구 및 사전 개발에서 중요한 주제가 되어었습니다. 더욱 빠른 데이터 속도와 더 빨리 접속하고자 하는 사용자들의 요구에 지속적으로 대응하기 위해서는 훨씬 더 큰 무선 네트워크 용량이 필요하며, 특히 밀집도가 높은 지역에서는 더더욱 그러합니다. 업계는 사용자당 100배 더 빠른 데이터 속도와 1000배 더 큰 용량이 필요할 것으로 예측하고, 이 수치를 5G(5세대 모바일 네트워크)의 목표로 정의했습니다. 예를 들어 스포츠 경기장 또는 콘서트장에서는 많은 관객들이 사진이나 동영상을 공유해 즉시 상황을 공유하고 싶어 합니다. 주최측은 관객들에게 재생된 음악의 배경 정보, 경기 장면의 슬로우 모션과 같은 추가 서비스를 제공할 수 있습니다.

5G 추진 요인

더욱 빠른 데이터 전송 속도, 더 큰 용량, 더욱 개선된 비용 효율성 등 언제나 "더 많은 것"에 대한 요구 사항이 있었고, 특히 IoT(Internet of Things, 사물인터넷)에는 새로운 과제가 놓여 있습니다. M2M(Machine-to-Machine), V2V(Vehicle-to-Vehicle) 또는 일반적인 x-2-y 사용 사례와 같이 수백만 대의 기기가 서로 "대화"할 것입니다.

이에 따라 모바일 광대역 데이터 액세스를 제공하는 데 최적화된 4G 시스템만으로는 충족되지 않는 다른 사항들이 요구됩니다. 기기의 수만 중요한 것이 아니라, 긴 배터리 사용 시간(며칠이 아닌 몇 년)과 단축된 응답 시간(지연 시간)을 갖추기 위해서는 향후 또 다른 "G"가 필요합니다. 셀룰러 네트워크에서 전력 소비를 줄이는 것도 중요한 요구 사항입니다. 이 요구 사항을 충족시키기 특히 어려운 이유는 전력 소비를 줄이는 동시에 용량 및 최대 데이터 전송 속도도 늘려야 하기 때문입니다.

지속적으로 진행되고 있는 연구 활동을 통해 소개되고 있는 다양한 기술 구성 요소는 다음과 같으며, 이를 통해 야심찬 목표를 달성하고자 합니다.

  • 밀리미터파: 더 높은 주파수 범위를 보면 더 넓은 대역폭을 사용할 수 있고 그에 따라 최대 데이터 전송 속도와 시스템 용량을 높일 수 있습니다.
  • 새로운 에어 인터페이스: OFDM 기반 LTE 에어 인터페이스는 일부 사용 사례에 적합하지 않으므로 새로운 에어 인터페이스 후보가 다양하게 논의되고 있습니다.
  • Massive MIMO/빔포밍, 능동 안테나: 더 높은 주파수 대역을 사용하기 위해서는 늘어난 전송 손실을 보상하기 위해 더 높은 안테나 이득을 확보해야 합니다. 또한, 사용자 기기 기준에서도 적응형 빔포밍 알고리즘이 필요하기 때문에 능동 안테나 기술이 필요해 집니다.
  • D2D(Device-to-Device) 통신: LTE는 공공 안전에 필요한 요구 사항을 충족하며 이를 사용하는 사례도 이미 있습니다. 또한 D2D 통신을 사용하면 특정 시나리오에서 지연 시간을 낮추는 효과를 가져올 수 있습니다.
  • 네트워크 가상화(클라우드 기반 네트워크): 이 기술의 목표는 코어 네트워크를 구성하는 전용 하드웨어를 범용 하드웨어에서 동작하는 가상화된 소프트웨어 기능으로 바꾸는 것입니다. 이 기술을 무선 네트워크로 확장하면 기지국은 무선 신호 처리 장치와 기저대역 처리 장치(광섬유 등을 통해 연결)로 구분하고 기저대역 처리 장치는 여러대의 무선 신호 처리 장치를 운용하도록 할 수 있습니다.
  • Control Plane과 User Plane 분할 및 다운링크/업링크 분리: 스몰 셀을 통해 사용자 데이터를 독립적으로 제공하므로 이기종 네트워크 배포에 초점을 맞추어 매크로 계층에서 모든 사용자 기기를 제어할 수 있습니다.
  • Light MAC 및 최적화된 RRM 전략: 매우 작은 스몰 셀의 수가 많기 때문에 무선 리소스 관리를 최적화해야 합니다. 스케줄링 전략은 더욱 분화된 프로토콜 스택을 필요로 하며 이와 같은 프로토콜 스택은 미리 구성되지 않은 시나리오의 경우에도 구축이 가능합니다.

유럽의 5G 연구 프로그램은 Horizon 2020으로 불리며, 이 연구 프로그램의 이름은 새로운 기술의 구축 예상 시기를 알려줍니다. 가장 중요한 5G 연구 활동 중 몇 가지는 다음과 같습니다(완성 여부와 무관).

  • EU(유럽 연합)에서 후원하는 연구 프로젝트
    • 2012년 9월 시작된 FP7(7차 Framework Program) 중 5GNow 연구 프로젝트
    • 2012년 11월 시작된 FP7(7차 Framework Program) 중 METIS 연구 프로젝트
    • Horizon 2020 – 7년 EU 연구 및 혁신 프로그램(2014 – 2020). 8차 Framework Program(FP8)입니다.
    • 5GPPP(5G Infrastructure Public Private Partnership) 프로젝트는 유럽 ICT 업계와 유럽 연합 간 14억 유로 규모의 공동 이니셔티브입니다.
  • 5G Innovation Centre: 2013년 11월 시작된 영국의 5G 연구 센터
  • 중국: IMT-2020 및 Future Forum(2013년 2월)
  • 대만: 2014년 5G 개발을 위해 Office of Science and Technology와 National Science Council 및 Ministry of Economic Affairs 간 협력 청사진 작성
  • 5G 포럼: 2013년 5월 설립된 한국 산학 R&D 협력 시스템
  • 일본: 2013년 9월 ARIB에서 새로운 작업 그룹 수립(2020년 이후)
  • 미국: New York University의 NYU WIRELESS 연구 센터(브루클린), 채널 전파에 관한 업계 활동을 넓히고 있는 NY, University of Texas(오스틴), Stanford University, University of California(샌디에이고) 등 주요 단체의 후원을 받아 여러 대학에서 주도하는 연구 프로젝트

5G는 전 세계적으로 시작되었으며 연구 및 Pre-R&D 단계에서 수많은 프로젝트가 진행되고 있습니다. 지속적인 연구들은 높은(> 6GHz) 주파수 대역은 더 넓은 주파수 대역폭의 사용이 가능하며, 이를 통해 더 빠른 데이터 전송 속도를 구현할 수 이있다는 결과를 보여줍니다. 하지만 단순히 더 높은 주파수 대역과 더 넓은 주파수 대역폭이 5G의 전부는 아닙니다. 오프로딩 전략을 포함하여 이미 구축된 LTE/LTE-A(및/또는 WLAN)에 혁신적인 기술을 통합하는 것이 핵심이 될 것입니다. D2D 및 IoT 기술 요구 사항 또한 반드시 충족해야 할 것입니다.

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