진화와 대체··· 5G 기술 안내서

이제 기업들은 규모, 산업, 업무에 상관없이 5G가 얼마나 적합하며 비즈니스에 어떤 영향을 미치지는 파악해야 할 시점이다. 5G는 최종 사용자에게 추가적인 처리량, 용량 그리고 지리적 가용성, 동시 사용자 및 구독자 장치 범위, 애플리케이션 요건 등과 관련해 혁신적인 요소를 제공한다. 동시에 서비스 제공자에게는 전반적인 전략, 서비스 제공, 광범위한 시장 지위 측면에서 새로운 기회를 제공한다. 본 기사에서는 5G 이면의 기술과 시장 동인을 설명하고 기업과 조직 IT에 5G가 갖는 의미를 살펴본다.

5G는 여전히 부분적으로 모호한 용어이기는 하지만 적어도 핵심 목표는 확실한 상태다. 그것들은 다음과 같다.

5G 속도
와이파이와 마찬가지로 셀룰러의 주요 발전 중 하나는 더 빠른 속도 및 처리량이다. 5G의 경우 실질적으로 최소 1Gbps이며 일각에서는 최대 10Gbps까지 언급하고 있다. 하지만 와이파이와 마찬가지로 전반적인 개별 셀 및 시스템 측면의 용량에서 생각하는 것이 좀더 중요할 수 있다. 사용자당 50Mbps의 처리량이 현실적이고 합리적인 기대치다. 향후 5년 동안 최대 300Mbps의 첨두 처리량(peak throughput )이 실현되는 곳이 있다고 가정할 때 그렇다. 그보다 더 높은 처리량에 도달할 수 있는 가능성이 높지만 현재로서는 가능성일 뿐이다.

지연 속도 감소
활용 사례에 따라서는 처리량보다도 더욱 중요한 것은 각 패킷의 왕복 시간 감소일 것이다. 낮은 지연 속도는 ALL-IP가 될 음성, 영상, 전반적인 용량 개선에 중요하다. 5G의 OTA(Over The Air) 지연 속도 목표는 10ms 미만이며 일부 정의된 서비스 클래스에서는 1ms도 가능하다.

5G 무선 기술의 핵심 기능, 개선점

5G 네트워크 관리와 OSS
통신사는 항상 간접비와 운영비를 절감하려 노력하기 마련이다. 5G에서는 시스템 관리와 OSS(Operational Support System)의 개선으로 신뢰성, 가용성, 서비스성, 민첩성, 일관성, 분석 역량, 운영 효율성이 향상될 것이다. 궁극적으로 최종 사용자에게도 혜택이 전해질 것이다. 

모빌리티와 5G 기술
시간당 수백 킬로미터로 이동하는 도중에도 연결성이 지원되어, 미래형 교통 수단을 이용하는 사용자들에게도 서비스가 제공될 것이다. 하지만 항공기 등에서의 규제는 지속될 가능성이 높다. 

보안 개선
암호화, 인증, 프라이버시 강화가 예상된다. 최소한 일부 통신사라도 IDM(Identity Management)솔루션과 여타 보안 솔루션을 추가로 제공할 것이다. 일부 IDM 공급자도 기업들이 구매한 5G 서비스 분야로 서비스 영역을 확대하는 것에 관심을 가지고 있다. 

5G 서비스를 위한 새로운 주파수
30GHz를 초과하는 밀리미터파 대역의 주파수가 최소한 일부 5G 배치 상황에서 구현될 전망이다. MM 파동 주파수는 더 작고 눈에 덜 띄는 안테나가 필요하기 때문에 스몰셀에 적합한 경우가 많으며 내재된 신호 방향성은 주파수 효율성을 높일 수 있다.

밀리미터(MM) 웨이브의 주된 단점은 전통적인 라지셀에 대한 적용성 감소와 형편없는 투과 능력이다. 그러나 이는 주파수 재사용 측면에서 도리어 이점이 될 수 있다. 그럼에도 불구하고 5G 개발 및 기대 처리량과 용량 목표를 생각할 때 더 많은 주파수가 필요하며, 현재의 주파수 할당은 더 작은 주파수 블록을 할당할 수 있는 능력이 감안하더라도 분명 부족할 것이다.

새로운 구현 기술
경우에 따라서는 16-64 스트림, 더욱 공격적인 모듈화 및 채널 코딩, 개선된 전력 사용 효율, 관련된 장점 등을 통해 고차 MIMO(higher-order MIMO) 이행이 등장할 것으로 예상된다. 스몰셀이 빈번하게 적용될 것이며 인구 밀집 지역에서는 라지셀 기지국의 수가 감소할 것이다. SDN과 NFV 등 현재 네트워크 분야의 업무 트렌드에서도 5G가 적용될 전망이다. 좀더 많은 인프라가 클라우드 기반 서비스 내로 이동하는데 따른 것이다.  

5G는 칩 및 제조 기술이 크게 발전될 필요를 요구하지 않을 가능성이 높으며 장치 소비 전력 문제가 개선될 여지가 크다. 더 높은 클럭 속도로 동작할지라도 제한된 범위로 인한 혜택이 더 클 것이기 때문이다.

기술 및 적합성 분석, 비용 측면에서 해결되어야 할 과제가 있지만 치명적인 걸림돌이랄 것이 없다. 와이맥스와 같이 이전 세대와 유사한 성능의 아류가 등장할 위험성이 낮으며 전체적인 기술 위험의 수준 또한 낮다. 단 필요한 시스템 엔지니어링의 복잡한 속성 때문에 예상보다 많은 시간이 소요될 가능성이 높다. 아마도 가장 큰 문제는 일정 지연일 것이다.

5G와 IoT
5G는 유선 라인의 대체재로 자리매김할 잠재력을 지닌다. 게임은 물론이며 방송 품질 비디오 배포, 텔레메트리, 이식형 의료 장치, 증강 및 가상현실, 고급 상호작용 및 그래픽까지 모든 트래픽 클래스와 가능한 모든 장치를 지원하는 것이다. 

또한 이 목록에는 이동형 셀과 동적 무선 메시 지원을 갖춘 이동형 인프라를 포함하여 커넥티드 카와 자율주행 자동차, 원격 조종 드론, 공공 안전, 건물 및 지방 자치 단체 자동화/모니터링/통제, 재난 구제가 포함된다. 

아울러 제한적인 데이터 처리량과 매우 가변적인 지연 속도가 가능한 로봇 및 IoT 장치도 있다. 말 그대로 수 조 개의 5G 장치가 향후 10여 년 동안 배치될 것이기 때문에 문제와 수요의 규모는 확실하다.

산업 성장
인프라 벤더 및 통신사와 장비 벤더는 지속적인 비즈니스 성장을 위해 최종 사용자가 체감할 수 있는 이점이 있는 새로운 기술을 배치해야 한다. 고객 대상 영업만으로는 이 목표를 달성할 수 없다.

쉽게 말해 5G는 유선 네트워크에서 기대되는 모든 통신 역량과 성능을 제공하기 위해 고안되고 개발된 비즈니스 기회이다. 단 이를 저렴하고 신속하게 달성하기는 쉽지 않을 것이다.

5G 표준
3G는 ITU에서 최대 2Mbps의 처리량을 지정하여 공식적으로 정의된 마지막 G였다. 4G의 정의는 공식화된 적이 없다. 일반적으로 3GPP(Third Generation Partnership Project)로 지정되는 LTE와 LTE-A(Advanced)가 적절한 최소한의 기준으로 사용되고 있을 뿐이다. 

3GPP는 주요 조직과 협회로 구성되었으며 전 세계적으로 광범위한 지지를 받고 있는 산업 표준 그룹이다. 이 그룹은 3G 이후로 셀룰러 산업 자체를 정의하는데 있어서 지배적인 존재였고 ALL-IP 코어, LTE, LTE-A 등의 셀룰러 배치에서 다른 주요 발전을 주도했다.

전반적인 주도권을 고려할 때 3GPP가 2019년 후반기로 예상되는 릴리즈 16 등장 시점까지 마케팅 및 운영 측면에서 5G를 정의할 것으로 예상된다. ITU는 ITU-R 내에서 자체적인 IMT-2020 프로그램을 통해 열심히 노력하고 있으며 2020년까지는 모든 것이 완료될 것으로 예상된다. 

ETSI 또한 5G 부문에서 활발하게 활동하고 있으며 통신사 무역 협회이자 WFA(와이파이 얼라이언스)와 유사한 NGMN(Next Generation Mobile Networks)도 논의에 활발하게 참여하고 있다. 그들의 5G 백서는 아마도 현재까지 공개된 가장 완전한 버전이자 정의서일 것이다. 그럼에도 불구하고 이런 개별적인 노력들이 조화될 필요가 있다.

5G vs. LTE
4G가 결국 기술에 의해 정의된 것처럼 5G도 결국 기술이 관건이다. 여기에서 차세대 기술은 4.5G라고도 부르는 LTE-A 프로에서 시작되며 초기에는 3GPP 릴리즈 13에서 지정됐었다. 릴리즈 15는 되어야 LTE-A 프로가 현재 NR(New Radio)라고 부르는 수준까지 개선될 가능성이 높다. 하지만 실질적으로 그리고 특히 마케팅 관점에서 4G와 5G 사이의 경계는 꽤 모호하다.

조직 IT 관리자와 최종 사용자 모두 곧 ‘기가비트LTE’에 관한 마케팅이 시작되었음을 실감하게 될 것이다. 기가비트 LTE는 5G로 확실히 분류될 수 있는 것은 아니지만 기가비트 수치 때문에 그렇게 불릴 가능성이 높다. 일부 사용자는 가끔 100Mbps를 초과하는 처리량 증가를 경험하겠지만 기가비트 LTE는 5G 기대치를 제대로 부응하는 용량을 제공할 수 없다. 그럼에도 불구하고 일부 지역에서는 이르면 올 해 말경에 배치될 것이며 삼성의 갤럭시 S8과 새로운 2017 아이폰 등의 새로운 장치에 이 기술이 포함될 것이다. 하지만 궁극적으로 이런 서비스의 운명은 각 통신사의 배치 계획에 달려 있다.

NR에 포함된 기능 중에는 와이파이와의 통신도 있다. 현재의 와이파이(802.11ac 및 60GHz802.11ad)는 매우 높은 처리량, 스몰셀, 기타 요구되는 5G의 속성을 가진 5G 기술이라고 말할 수도 있다. OSS와 인가된 주파수 내 운영 정도가 빠졌을 뿐이다.

이를 감안할 때 광역 5G 기술과 와이파이 사이의 전환이 앞으로 주요 5G 배치 전략이 될 수 있으며 실내 범위 및 용량 확장을 위해서는 더욱 그럴 것이다. 

5G의 장벽
5G 기술의 성공은 궁극적으로 확실하다고 말할 수 있을 정도지만 몇 가지 문제가 남아 있다. 아마도 이 중에서 가장 중요한 것은 5G의 광대역을 실현하기에 충분한 주파수의 가용성일 것이다. 앞서 언급했듯이 전 세계적으로 5G에 할당된 주파수의 상당 부분이 30GHz를 초과하는 밀리미터 웨이브ㅓ 대역일 것이며 분명 60GHz의 주파수가 포함되고 70-80GHz 이상의 범위도 포함될 수 있다. 하지만 특정 주파수가 얼마나 많이 제공될지 여부는 정부의 영역이며 국가마다 다르다. 

또한 기존 생산 시스템과 공존하기 위해 재구성되거나 할당될 수 있는 현재 할당된 주파수 부분도 미지수이다. 상당한 자금이 투입될 수 있다는 점에서 추가적인 주파수 경매 지원도 5G 비즈니스 모델을 개발하는 기업들의 고민거리이다. 그리고 이미 LTE와 와이파이 사이의 무허가 대역에서 목격되고 있는 형태의 충돌이 발생하고 있다. 이에 대응하는 실행 가능하고 효과적인 솔루션이 필요한 상황이다.

기타 잠재적인 문제점에는 다음이 포함된다.

– 백홀(Backhaul) – 병목을 피하기 위해 셀들 사이의 상호연결 및 통신사 네트워크의 나머지 부분과 인터넷 자체의 용량은 가입자에 제공되는 용량에 비례해야 한다. 따라서 백홀 용량의 증가가 중요하며 밀리미터파 대역도 이를 대대적으로 활용할 것으로 예상된다.

– 공존과 진화 – 3G, 4G, 5G는 한 동안 공존해야 하기 때문에 통신사 네트워크와 최종 사용자 장치에 복잡성이 더해진다. 초기 세대의 노후화로 인해 주파수 효율성이 개선되어야 하기 때문에 통신사들은 출시 및 업그레이드 등을 신중하게 계획하고 실현해야 할 것이다.

– 기타 규제 정책 – 주파수 관리 외에 해당 영역에서 망 중립성으로써의 기타 규정, 통신 서비스 조세, 범용 서비스, 전반적인 국내 광대역 정책 등을 검토하고 모두 재조명해야 할 수도 있다.

– 가격 – 마지막으로 현재 5G의 가격 모델이 어떤 형태를 띠게 될지 알 수가 없다. 음성, 메시지, 유사 협대역 서비스는 고정 요금이 될 가능성이 높지만 50Mbps 이상의 IP 서비스의 가격은 알 수가 없다. 무제한 데이터 요금제가 사라졌다가 몇 년 후 다시 등장한 것처럼 기업은 이런 휘발성의 가능성을 고려해야 하며 BYOD 정책에 따라 선택된 서비스 계획의 경우도 마찬가지이다.

5G 가용성
현재 최소한 명목상으로나마 몇 가지 현장 시험이 진행되고 있으며, 5G 활동은 앞으로도 진행될 것이다. 하지만 필요한 하드웨어와 소프트웨어는 차치하더라도 기준 표준이 없기 때문에 진정한 5G의 조기 배치라고 확언하기에는 무리다. 

2020/2021년까지는 5G가 크게 보급되지 않을 것으로 예상되며 주요 인구 중심지에서 임계치에 도달하는 시점은 2025년 정도일 것이다. 그렇다고 두려워할 필요는 없다. 3G 서비스는 2025년경에 사라지기 시작할 것이며 4G는 최소한 2030년까지 건재할 것이다. 즉 조직들은 5G 전향을 계획하고 완료할 충분한 시간이 있다. 

5G 무선 예상 시간표.
BYOD 정책이 조직 모바일 장치 제공을 위한 지배적인 모델로써 지속되는 상황에서 대부분의 조직 IT 운영 부서는 5G 진화와 관련해서는 일상의 노력만 기울이면 될 것이다. 5G 서비스 계획에 맞춰 배상 정책을 업데이트하는 작업 정도가 추가로 요구된다.

그러나 기업 차원에서는 다르다. 자체적인 내부 운영에 5G가 어떤 영향을 끼칠 수 있는지 먼저 고려해야 한다. 802.11Ac가 기가비트 장벽을 뚫어냄에 따라 최종 사용자 대다수가 유선을 사용할 필요가 없어졌던 것처럼 5G를 통해 결국 어디에서나 무선만 사용하게 될 수도 있다. 5G의 핵심은 강화가 아니라 대체라는 점을 기억할 필요가 있다. 

이와 함께 최소한 일부 통신사들은 관리형 서비스 비즈니스에 뛰어들어 WLAN과 WWAN 및 일부 부가가치 서비스를 위한 원스톱 쇼핑을 제공할 것이다. 5G가 무선랜 기술도 포함하기 때문이다. 그리고 최소한 한동안은 고용량 유선 백홀 및 상호연결 링크에 5G가 큰 영향을 미치지 않을 것이다.

클라우드, 가상화 등 나머지 IT 계획과 관련해서는 5G가 미칠 영향이 명확하다. 더 빠르고 안전한 고속 링크로의 역할이다. 다시 한 번 말하지만 5G는 혁명이 아닌 진화이다.

이제 마지막 질문을 생각해보자. 6G도 있을까? 믿기 나름이지만 우리는 6G가 필요할 것인지 의심하고 있다. 적어도 현재의 과학기술 단계에서는 그렇다. 5G 기술은 시간이 경과하면서 더욱 발전하고 MMIMO(Massive MIMO) 등의 최신 혁신을 투명하게 통합하여 무선 연결성에 대한 수요 증가를 충족할 수 있을 것이다. 벤더, 통신사, IT 부서, 최종 사용자 모두 5G로 향하는 매끄러운 무선 경험 곡선에 있다고 결론 내릴 수 있겠다.

* Craig J. Mathias는 무선 네트워킹 및 모바일 컴퓨팅 전문 컨설팅 기업 파포인트 그룹의 수석이다. dl-ciokorea@foundryco.com