[스크랩/기술/통신] 모바일 전망 : 미리보는 5G 네트워크의 세계

미리보는

5G 네트워크의 세계

미래의 모바일, 신기술, 새로운 통신 형태가 비즈니스와 사회에 가져올 영향을 이해하기 위해서는 현재 사용하고 있는 4G 셀룰러 네트워크와 와이파이의 작동 원리를 알아야 합니다.

MIMO-OFDM, 802.11ac, WiMax … 이것이 무엇을 의미할까요? 이것부터 알아보도록 하겠습니다.

휴대폰은 어떤 방식으로 통신을 할까?
현대의 휴대폰 대부분에는 몇 가지 통신 기술이 사용되고 있습니다. 휴대폰은 전화 네트워크의 셀룰러 연결(루프탑 범위), 와이파이(중간 범위), 블루투스(짧은 범위), NFC(Near-Field Communication, 아주 짧은 범위)를 통해 통신을 주고 받을 수 있습니다.

통신 시스템 별로 무선 주파수와 방식에 차이가 있습니다. 4세대를 의미하는 4G 셀룰러 네트워크는 음성과 문자, 기타 앞선 세대에 제공됐던 서비스에 추가해 데이터 연결, 즉 모바일 인터넷 액세스를 지원합니다.

미국의 경우, 스프린트(Sprint)가 모바일 WiMax에 기반을 둔 4G를 제공하고 있고, 버라이즌(Verizon)과 AT&T, T-모바일(T-Mobile), 스프린트는 4G-LTE(Long-Term Evolution)를 이용하고 있습니다. 그러나 국제적인 기준에서 '진짜 4G'에 해당하는 4G는 없습니다. 스프린트가 WiMax를 단계적으로 없애고 있기 때문에 LTE에만 초점을 맞추겠습니다.

4G LTE는 밀레니엄에 접어들면서 구현된 현대적인 디지털 신호 변조 기술에 토대를 두고 있습니다. LTE는 1.4MHz~ 20MHz 범위에서 확장되는 대역을 지원하며, 다양한 기술로 가용 대역의 통신 범위를 확대합니다. 5MHz 표준 셀 통신의 경우 200개의 데이터 클라이언트를 지원할 수 있습니다. 다운로드 및 업로드 최고 속도는 각각 299.6Mbits/s, 75.4Mbits입니다.

4G의 핵심은 MIMO-OFDM(Multiple Input, Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 프로토콜입니다. 위키피디아(Wikipedia)에서는 MIMO-OFDM을 “다중 입력, 다중 출력(MIMO) 기술을 통합한 프로토콜이다. 즉 여러 안테나와 OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing)을 통해 여러 신호를 전송하면서 용량을 증폭한다. 또 무선 채널을 여러 수 많은 촘촘한 하위 채널로 나눠 고속의 신뢰도가 높은 통신을 제공한다"고 정의하고 있습니다.

기본적으로 4G는 셀 네트워크와 휴대폰 등 발신자와 수신자의 여러 통신 경로를 기준으로 하나의 신호를 여러 신호로 처리하는 방식입니다. 802.11보다 훨씬 빠른 속도를 자랑하는 와이파이 802.11ac에서도 MIMO-OFDM을 이용하고 있습니다.
 

우리가 와이파이로 영화를 다운로드 받으면서, 블루투스로 음악을 재생하는 등 와이파이와 블루투스를 동시에 사용하는 것과 마찬가지로 MIMO는 여러 주파수, 통신 경로, 안테나를 이용해 통신 속도를 높입니다.

MIMO는 802.11ac 와이파이에 필요한 기반 기술을 제공합니다. 2GHz와 5GHZ라는 두 주파수로 2개 이상의 통신 경로를 만듭니다. 예를 들어, 하나의 와이파이 채널에서 VoIP를 이용하면서 영화를 스트리밍 할 수 있습니다.

지금부터 설명할 5G에서는 블루투스와 NFC는 중요하지 않기 때문에 생략하겠습니다. 차세대 모바일 통신에서 부수적인 영향을 미치는 기술이기 때문입니다. 

실제 5G의 세계는 어떨까?
우리는 지금 큰 변혁을 앞두고 있습니다. 하나의 기술이 발전하면서 큰 변화가 찾아올 것입니다. 산업화 초기, 아주 큰 고정식 증기 엔진이 전기 모터로 변화한 후, 이후에 등장한 새로운 전기 모터를 생각해보면 알 수 있습니다. 이 모터 덕분에 드릴, 톱, 가죽 벨트를 이용한 선반에 변화가 발생했습니다. 작은 전기 모터를 발명하면서 도구들을 독립적으로 작동시킬 수 있게 됐습니다. 벨트를 이용한 원동력을 각 도구에 맞춰진 모터로 대체할 수 있었습니다. 그 결과, 우리가 매일 사용하는 휴대용 전동 공구, 벽 내부에 전기 배선을 설치하는 방식 등이 등장했습니다.

5G는 더 빠른 모바일 통신을 요구하는 끝이 없는 수요에 부합하겠다는 비전을 갖고 있는 기술들입니다. 여러 다양한 비전이 있으며, 아직 표준이 정착되지 않은 상태입니다. 그러나 가까운 장래에서 서로 융합할 것으로 예상되고 있습니다. EC(European Commission)가 이 분야에서 이니셔티브를 추진하면서 큰 발전을 일궈냈습니다. 최대 7억 유로를 지원할 예정인 '유비쿼터스 5G 통신 시스템'이라는 이니셔티브입니다. 무선 성능을 1,000배 증가시키고, 7조 개의 사물과 70억 명의 사람이 연결될 것으로 판단되는 사물의 인터넷(IoT) 장치의 폭증에 대비하겠다는 이니셔티브입니다.

현재 4G는 루프탑(높은 곳의) 기지국에 의지하고 있습니다. 벤더들이 LTE를 지원할 수 있는 루프탑을 놓고 치열한 경쟁을 할 수밖에 없습니다. 그러나 더 많은 루프탑을 확보해도, LTE 셀 네트워크에는 더 많은 기지국이 필요합니다. 해결책은 도로, 키오스크, 가로등, 버스 정류장, 심지어는 화장실에도 설치할 수 있는 더 작은 '스몰 셀'입니다. 성능을 최대화하기 위해 광통신에 연결되어야 합니다. 데이터가 광통신 네트워크를 통과하면서 전송 속도가 증가하면, 초당 기가비트급의 속도가 구현될 수 있습니다.

MIMO를 개발한 그렉 라일렉은 5G에 대한 질문에 "4G는 아주 특정적이며, 내가 개발한 MIMO를 기반으로 여러 통신 경로를 이용하는 기술입니다. 발신기와 수신기의 여러 안테나는 물론 여러 신호 처리 기술을 이용해 다중 경로 통신의 장점을 활용합니다. 이것이 4G입니다. 5G는 '믹스 앤 매치'입니다. 4G보다 MIMO를 더 많이 다양하게 활용합니다. 스몰 셀과 광 네트워크, 기타 무선 인프라 기술 발전이 반영됩니다. 이것들이 큰 차이를 만들 것입니다. 속도 향상에 가장 크게 기여하는 것은 스몰 셀입니다."고 설명했습니다.

이제 5G의 미래를 그려보겠습니다. 기지국의 밀도와 확장도가 최소 1,000배 이상 증가할 전망입니다. 그리 멀지 않은 미래에 수천 명의 사람들이 있는 뉴욕 그랜드 센트럴 역에서 휴대폰에 1/1,000초가 안 되는 시간에 구글 지도를 불러올 수 있습니다. 참고로 지금은 다섯 블록 정도 밖으로 걸어나가야 구글 지도를 이용할 수 있습니다.

아마도 5G와 802.11ac가 가져올 가장 큰 변화는 스몰 셀이 휴대폰에 5G 통신을 제공하는 지역에서는 케이블 모뎀과 와이파이 라우터를 대체할 수 있다는 것입니다. 미래의 모빌리티 환경에서는 휴대폰을 이용해 업로드, 다운로드, 앱을 실행시키면서 태블릿과 노트북 컴퓨터, 프린터, TV, 그 수가 급증할 IoT 장치 등 다른 장치에 와이파이 연결을 제공할 수 있게 될 전망입니다.

이는 깜짝 놀랄 변화입니다. 많은 인터넷 서비스 공급자들이 5G와 802.11ac(그리고 이후 기술)을 결합해 서비스를 공급하면서, 속도에 큰 변화가 발생할 전망입니다. 미국 케이블 회사들이 초래한 '질식' 문제가 사라질 것입니다. 사용자가 '선'을 끊을 수 있기 때문입니다. 케이블 TV가 사라지지는 않겠지만, 집과 사무실에서 '선'이 사라질 것으로 예상됩니다. 유료 TV가 사라지지는 않을 것입니다. 그러나 앞으로는 거리에 설치된 케이블이 아닌 5G와 전화기로 '심슨(The Simpson)'을 시청하게 될 것입니다.

이런 시나리오에서 우리가 휴대하고 다닐 네트워크 연결 장치는 휴대폰 하나입니다. 사람들이 유선 서비스에서 발을 돌린 후, 휴대폰만 사용하게 될 날이 도래할 수도 있다는 의미입니다. 이는 케이블 시장의 독과점을 종식시킬 전망입니다.

이는 진짜 해방입니다. 진짜 무선입니다. 물론 스몰 셀은 유선에 연결되어 있습니다. 그러나 상점, 학교, 도서관, 가정, 사무소 모두 모뎀과 이더넷 케이블을 없애고, 케이블 서비스와 기업용 T1, DSL(여전히 서비스될 전망이지만) 서비스를 해지하게 될 것입니다.

물론 집과 사무실에 수 많은 IoT 장치를 연결하기 위한 모바일 장치 하나를 여분으로 비치해둬야 할지도 모릅니다. 그러나 자주 전화기를 업그레이드하기 때문에 이런 용도로 쓸 여분의 5G 모바일 장치를 보유하고 있을 것입니다.

완벽하게 바뀐 세상이 열립니다. 궁극의 엔드포인트 장치인 휴대폰은 4G의 시대와 앞서 등장한 인프라가 대체되면서 가장 많이 사용되는 통신용 도구를 넘어서서, 모든 통신의 허브 역할을 하게 될 것입니다.

이는 아주 큰 의미를 갖습니다. 현대의 연결성 모델에 대한 이해를 송두리째 뒤집어 놓을 것입니다. 현대의 연결성 모델은 100% 유선과 100% 무선의 중간 지대로 어지럽고 낭비가 많은 모델임이 드러날 전망입니다.

[ 본 글의 원문은 Through the looking glass: the world of 5G 에서 보실 수 있습니다 ]

[출처] 모바일 전망 : 미리보는 5G 네트워크의 세계|작성자 Dell 코리아

[출처] 모바일 전망 : 미리보는 5G 네트워크의 세계|작성자 Dell 코리아

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