세상은 빠르게 변하고 있으며 그 변화의 중심에는 더 빠르게 발전하고 있는 무선 기술인 5G 네트워크가 있습니다.
오늘은 우리의 일상생활에 깊숙이 자리 잡은 5G 네트워크에 관해 알아두면 좋을 지식들과 기술적 원리 그리고 특징들에 대해 함께 배워보고 이 진보된 기술이 우리의 삶을 어떻게 혁신시키고 변화시킬 수 있는지에 대해 알아보려 합니다.
1. 5G란 무엇인가?
5G는 현재 우리가 사용하고 있는 4G 네트워크의 후속 버전으로서 ‘제5세대’를 의미합니다.
5G 네트워크는 이론적으로 20Gbps라는 엄청난 데이터 전송 속도를 자랑하며 이 말은 1Gbps인 4G보다도 20배나 더 빠르다는 의미입니다. 그럼 이 5G는 우리의 일상에 어떤 영향들을 주고 있는지 한번 알아볼까요?
5G 네트워크의 초고속 데이터 전송 덕분에 온라인 게임이나 화상 회의 등에서 가끔씩 발생하는 버퍼링이나 지연 등과 같은 현상이 대폭 감소하게 되었습니다. 또한 5G에서의 뛰어난 데이터 처리 능력은 셀룰러와 Wi-Fi 사이를 자연스럽게 이동하면서 연결을 유지하는 새로운 연결성을 가능하게 합니다. 또한 5G는 새로운 Wi-Fi 6 무선 표준으로 더 우수한 성능을 발휘합니다. 이 두 기술의 결합은 성능 향상과 비용 절감을 가능하게 하며 Wi-Fi 6 라디오는 전략적으로 배치되어 지리적 범위를 보다 확장합니다. 이 두 기술은 함께 사용될 때 더 큰 시니지 효과를 내게 됩니다. 5G의 잠재력은 디지털 생활에서의 편리함을 넘어 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 수 있다는 데 있습니다. 공공 서비스의 개선, 농업 기계를 통한 자원 효율성의 향상, 심지어 가상 현실 공간에서 의료 실습생이 수술을 연습하는 것등 이 기술의 활용 가능성은 거의 무궁무진하다 할 수 있습니다. 한편, 일부 사람들이 걱정하고 있는 5G에서 발생하는 전자파 또는 전자기장에 대한 우려는 안전 지침에 비해 낮을 것이라 별다른 문제를 야기하지는 않을 것으로 예상되고 있습니다. 영국의 통신 규제 기관인 오프컴(Ofcom)은 이를 입증하기 위해 지금도 다양한 연구들을 수행하고 있습니다.
2. 5G의 기술적 원리
5G 네트워크의 기술적 원리들에 대해 한번 살펴보겠습니다.
5G는 이전 세대보다 훨씬 진보된 기술을 활용해 복잡한 인프라나 기지국의 위치 등에 구애받지 않고 '무선 접근 네트워크(RAN)'를 구축합니다. 그리고 추가적인 데이터 접속 지점을 제공하는 새로운 인터페이스를 통해 보다 나은 연결성을 지원합니다. 5G 네트워크 아키텍처는 '3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)'가 완성한 시스템으로 이전 세대에 비해 훨씬 더 서비스 중심적입니다. 이를 통해 사용자는 서로 다른 기능들이 통합된 프레임워크 내에서 이용할 수 있습니다. 5G는 '밀리미터파'라고 불리는 30GHz에서 300GHz 사이의 라디오 주파수를 활용합니다. 이 주파수 대역은 전 세계의 많은 지역에서 5G에 할당하여 사용되고 있습니다. 5G의 중요한 구성 요소 중 하나인 '다중 접근 엣지 컴퓨팅(MEC)'은 중앙 데이터 센터의 응용 프로그램을 사용자 및 기기에 가까이 위치시키는 역할을 합니다. 이를 통해 사용자와 호스트 간의 데이터 전송 경로가 단축되며 이것은 전송 지연을 줄이는데 효과적입니다. 또한 '네트워크 기능 가상화(NFV)' 기술은 여러 네트워크 기능들을 가상화하여 시간과 비용을 절약해 주는데 이 기술을 통해 고가의 하드웨어 장비들에 대한 투자를 줄이고 설치 시간을 단축시킬 수 있습니다. 5G 핵심 네트워크 아키텍처는 3GPP가 정의한 새로운 5G 핵심과 클라우드 기반 서비스 아키텍처(SBA)를 활용하여 모든 5G의 기능과 상호작용을 포괄하고 있습니다.
현재 전 세계적으로는 이미 약 200개 이상의 5G 네트워크가 운영 중이며 이 숫자는 지금도 빠르게 증가하고 있습니다. 2025년까지 5G로 연결되는 모바일 기기가 약 20억 개를 넘어설 것으로 예상이 됩니다.
하지만 한가지 우려스러운 것은 클라우드 기반 리소스 가상화 네트워크 슬라이싱 등을 활용하는 5G에는 새로운 형태의 보안 위협이 발생할 위험이 있다는 점입니다. 그래서 이에 대한 대책으로 보안 아키텍처의 지속적인 모니터링과 평가가 필요한데 이를 위해서 3GPP 표준에는 인증 절차 분리와 공개키 기반 암호화 방식 등 개선된 5G 보안 기능이 포함되어 있습니다.
3. 5G의 핵심 기술: 빔 포밍, MIMO, 밀리미터파
5G 통신의 핵심 기술은 ‘빔 포밍’, ‘MIMO’, 그리고 ‘밀리미터파’라는 세 가지인데 이를 간략히 살펴보면 아래와 같습니다.
빔 포밍(beamforming)은 쉽게 말해 고정된 방향이 아닌 특정 방향으로 신호를 집중해서 보내는 무선 통신 기술입니다. 이 기술은 장애물에 의해 신호가 방해받거나 신호가 약해져서 데이터 전송이 힘든 상황 등에 활용할 수 있습니다. 그리고 무선 통신에서 한정된 전파 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 해주는 중요한 역할을 합니다. 5G에서는 빔 포밍이 특히 중요한데 그 이유는 5G가 사용하는 고주파 대역의 특성 때문입니다. 고주파 대역을 사용하면 데이터 전송 속도는 크게 향상시킬 수 있지만 신호가 장애물에 막히기가 쉽고 전송 거리가 짧아지는 단점이 있는데 이러한 문제들을 빔 포밍을 통해 극복할 수 있습니다. MIMO는 'Multiple-Input Multiple-Output'의 약자로서 여러 개의 안테나를 통해 동시에 데이터 스트림을 전송하고 수신하는 기술을 의미합니다. MIMO는 기존의 'SISO(Single-Input Single-Output)' 방식과 달리 하나의 통신 채널에서 동시에 여러 데이터 스트림을 전송함으로써 통신 효율을 극대화합니다. 이 기술은 5G의 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 핵심 요소로서 특히 대규모 MIMO에서는 수십에서 수백 개의 안테나를 동시에 사용해 데이터 전송 속도를 극한까지 끌어올려 줍니다. 마지막으로 '밀리미터파'는 주파수가 높은 고주파 대역을 의미하며 5G 통신에서는 이 밀리미터파 대역을 활용하여 대용량의 데이터를 초고속으로 전송합니다. 하지만 밀리미터파에서의 문제점은 주파수가 높을수록 신호가 장애물에 쉽게 막히고 전파 거리가 짧아진다는 것인데 이를 해결하기 위해 앞서 언급한 빔 포밍과 MIMO 기술이 활용되곤 합니다.
이처럼 빔 포밍, MIMO, 밀리미터파라는 세 가지 기술이 결합됨으로써 상상조차 할 수 없는 엄청난 속도의 5G 통신이 가능해지게 되었습니다.
4. 5G의 주요 특징
다음으로는 5G 네트워크의 주요 특징들입니다.
1. 높은 속도
아시다시피 5G의 가장 큰 특징은 4G LTE에 비해 10배에서 100배 이상 빠른 데이터 전송 속도를 가지고 있다는 것입니다. 우리는 이런 빠른 속도 덕분에 훨씬 더 빨라진 인터넷 서핑, 고화질 영상 스트리밍, 실시간 게임 등을 즐길 수 있게 되었습니다.
또한 이런 엄청난 속도는 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 자율주행차 등의 기술 발전에도 크게 기여하고 있습니다. 예를 들어 자율주행차 시스템에서는 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 그리고 즉각적으로 수집하고 분석해야 하는데 이를 실현 가능하게 해주는 것이 바로 5G 네트워크입니다.
2. 넓은 대역폭
5G는 더 넓은 대역폭으로 인해 더 많은 양의 데이터를 한 번에 전송할 수 있습니다. 이로 인해 사용자는 고화질의 영상을 시청하거나 대용량의 파일을 다운로드 할 때에도 끊김 없는 원활한 서비스를 제공받을 수 있으며 다수의 사용자가 동시에 네트워크에 접속하는 상황에도 서비스의 품질이 떨어지지 않게 됩니다.
3. 낮은 지연시간
지연 시간이란 정보나 데이터가 특정 장소에서 다른 장소로 전송되는 데 걸리는 시간을 뜻합니다.
5G의 특성 중 하나인 초저지연(low latency)은 실시간으로 정보를 처리하고 반응해야 하는 수많은 분야에서 중요한 역할을 합니다.
현재 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 온라인 게임, 드론, 원격 수술, 스마트 팩토리 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며 특히 실시간 정보 처리와 빠른 반응 속도가 필요한 자율 주행차 분야에서는 절대적인 요소라 할 수 있습니다.
5. 5G가 가져올 미래의 통신 환경
마지막으로 다양한 분야에서 기술 혁신을 주도하고 있는 5G 네트워크의 실제 사례들을 기반으로 간단히 살펴보겠습니다.
- 자동차 산업에서 5G는 자율 주행차의 실현을 가능하게 하고 있습니다. 일례로 스웨덴의 볼보(Volvo)는 5G를 활용해 차량 간 정보 공유를 가능하게 하는 ‘차량 간 통신(V2V, Vehicle-to-Vehicle) 기술’을 개발하고 있습니다.
5G의 높은 대역폭과 낮은 지연 시간은 차량이 실시간으로 주변 환경의 정보를 수집하고 처리할 수 있어 교통사고를 미연에 방지하거나 교통 흐름을 최적화하는데 적합합니다. - 제조업 분야에서의 5G는 공정의 자동화를 가능하게 합니다. 바르셀로나의 텔레포니카(Telefónica)에 있는 한 공장은 공장 내의 기계들이 5G 네트워크를 통해 실시간으로 데이터를 주고받으며 생산 과정을 자동화하고 있습니다. 이것은 공장의 효율성을 크게 향상시키고 제품 품질을 개선하는 데에도 중요한 역할을 하고 있습니다.
- 건설 분야에서는 5G를 활용하여 작업장의 안전성을 향상시킬 수 있게 되었습니다. 한 항구에서는 크레인, 차량, 작업자들을 5G 네트워크로 연결해 실시간 정보 공유와 응답이 가능하도록 하였습니다. 이를 통해 예상치 못한 돌발 상황에서도 빠른 대응을 할 수 있게 되어 안전사고를 사전에 방지하는 데에 많은 도움이 되고 있습니다.
- 농업 분야에서는 5G 네트워크를 통한 무인 드론과 센서를 활용해 대량의 데이터를 실시간으로 수집하고 이를 분석해 작물의 생장 상태를 확인하고 예상 수확량과 작물의 질병 여부를 판단하는 등 보다 효율적으로 농사를 지을 수 있게 되었습니다.
- 마지막으로 의료 분야에서는 5G와 증강현실을 결합한 의료 개입 전문가 지원 시스템을 개발하였습니다. 이 시스템을 통해 전문가들이 실시간으로 환자의 상태를 진단하고 적절한 의료 행위를 할 수 있게 되어 환자의 생명을 구하는 데에도 중요한 역할을 하고 있습니다.
마치며
지금까지 5G의 기술적 원리와 특성 그리고 알아두면 좋은 지식들에 대해 함께 살펴보았습니다. 오늘 배운 정보들을 통해 5G라는 새로운 통신 기술이 우리의 미래 통신 환경 그리고 이를 통해 우리 삶이 어떻게 변화할지에 대해 한층 더 깊이 생각해 보는 계기가 되었으면 합니다.
