에릭슨-LG(Ericsson-LG)는 1월 31일 서울 중구 시그니처 타워에서 기자단을 대상으로 5G의 주요 기술적 특징을 소개하는 세미나를 진행했다. 이 자리에서 에릭슨-LG는 5G 기술 표준의 특징과 함께, 국내외 통신사들이 선택할 수 있는 서비스 구축 시나리오에 대해 소개했다.
현재 흔히 ‘5G’라 칭하는 이동통신 기술은 3GPP에서 사용하는 명칭으로, 이는 ITU-R의 IMT-2020에 대응한다. 그리고 이 5G 서비스는 기존의 LTE 기술과 비교할 때 이동통신에서의 데이터 전송 속도 뿐 아니라, 연결성과 신뢰성까지 고려하도록 정의되어, 미션크리티컬 환경이나 대규모 연결 환경 등에서의 활용이 좀 더 용이해졌다. 그리고 이동통신사에 있어 5G 시대의 비즈니스 잠재력은, 기존의 사업 모델 이외에도 새로운 서비스들을 통한 매출 확장 기회를 제공해, 2026년 기준 기존 비즈니스 모델을 유지할 때보다 36% 더 확장될 수 있을 것으로 예상되고 있다.
현재 국내 통신사업자들이 2019년 중 처음 선보일 5G 서비스는 3GPP의 5G 일정 중 ‘Early Drop’에 해당되고, 기존 LTE 코어 망을 기반으로 무선 규격을 5G 서비스에 대응하는 형태다. 또한 이를 사용할 수 있는 첫 스마트폰 디바이스는 2016년 2~3분기 정도에 등장할 것으로 예상되고 있다. 그리고 향후 통신 사업자들의 서비스망 연결 옵션과 진화 측면에서는, 무선과 코어 구성의 변화, LTE와 5G 망의 구성에 따라 다양한 옵션이 존재할 수 있다. 한편, 국내에서의 5G 서비스는 처음으로 TDD 방식을 사용하게 되며, 초기에는 이에 따른 최적화 문제도 있을 것으로 예상되었다.
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| ▲ 박병성 에릭슨-LG 수석 네트워크 컨설턴트 |
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| ▲ ITU-R의 IMT-2020 일정은 2020년을 목표로 움직이고 있다 |
박병성 에릭슨-LG 수석 네트워크 컨설턴트는 이 자리에서, 이동통신의 세대정의에서 흔히 ‘5G’라 부르는 것은 편의상 구분하는 세속적 정의와 함께, 기술과 표준 관점 정의에서는 사실표준으로 취급되는 3GPP의 ‘5G’ 이기도 하다고 소개했다. 이 3GPP의 5G는, ITU-R의 IMT-2020에 대응한다. 또한 기존 LTE 등 4세대 기술까지는 이동통신을 위한 목적과 데이터 전송 속도 측면이 중심이었지만, 5G에서는 연결성과 신뢰성까지 고려하도록 정의되었으며, 이에 따라 이동통신 영역 이외에도 IoT 등에서 매시브 MTC, 자율주행차나 원격진료 등에서의 미션크리티컬 MTC 영역까지 기대된다고 덧붙였다.
5G의 도입은 통신사업자들에 있어 새로운 영역에서의 매출 창출을 기대할 수 있는 기회로 꼽힌다. 5G의 도입은 2026년에 이르면, 통신 사업자들에 새로운 서비스를 통해 현재의 사업 모델을 유지할 때와 비교할 때 36%의 매출 증가의 기회를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 5G의 도입을 통해 대응할 수 있는 비즈니스가 더욱 다양해지기 때문으로, 이에 5G의 비즈니스 잠재력은 단순 네트워크 제공자보다는 ‘서비스’의 제공에서 더 크게 나온다는 점을 강조했다.
글로벌 이동통신 서비스 시장에서, 5G는 2020년 이후부터 가입자가 늘어나기 시작해 2026년에 이르면 전체 사용자의 15% 정도가 5G를 사용할 것으로 예상되고 있다. 그리고 한국 등의 동아시아나 북미 지역은 새 기술을 받아들이는 속도가 빠른 시장이고, 전 세계 시장보다 빠르게 5G로의 전환이 이루어질 것으로 기대되고 있다. 한국의 경우, LTE 상용화 이후 기존 2G, 3G 사용자가 LTE로 빠르게 전환해, 2018년 기준 LTE 가입자의 비중은 82%에 이를 정도다.
5G는 기존 LTE 등에 비해, 속도 뿐 아니라 연결 수, 지연시간, 연결의 신뢰성 등에서 요구사항들이 강화되었으며, 최대 속도만을 강조하기보다는 셀의 경계 지점에 이르는 상황에도 향상된 사용자 경험을 제공하는 등의 측면이 강조되는 것도 특징으로 꼽혔다. 그리고 5G의 기반이 되는 ITU-R의 IMT-2020 일정에서는, 비전의 경우 2015년 완성되었고, 2017년까지는 테크니컬 퍼포먼스 요구사항이나 평가 기준 등이 작업된 바 있다. 그리고 2019년 중반까지 기술 제안 접수를 받아, 2020년 중반까지 이를 평가하고 2020년 인증하게 되는 흐름으로, 정확한 표준은 2020년에 등장할 것으로 예상되고 있다.
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| ▲올해 국내에 선보일 5G 서비스는 이 일정에서 ‘Early Drop’에 해당된다 |
사실표준이 되는 3GPP의 일정에서, 국내에서 2011년 처음 상용화된 LTE에 해당되는 스케줄은 2009년 상반기 등장한 Rel-8에서부터 시작된다. 또한 2000년 중반대에 등장한 IMT-Advanced 요구사항에 대응하는 것이 2011년 등장한 Rel-10인데, 이 때 LTE-Advanced나 캐리어 애그리게이션(Carrier Aggregation) 등의 기술이 포함되고, 3GPP 관점에서는 이 Rel-10부터 4세대로 구분된다고 소개했다. 그리고 2016년 등장한 Rel-13에서는 LTE-Advanced Pro, LAA-LTE, NB-IoT 등의 기술이 포함된다. 3GPP의 릴리즈에 있어 5G의 시작은 Rel-15부터가 된다.
LTE 대비 5G가 차별화되는 부분으로는 6GHz 이상의 고주파 영역대의 활용이 꼽히고, Rel-15의 진입은 이 부분에 대한 스터디의 진행 이후가 되고, 3GPP 또한 IMT 제출을 목표로 하고 있는 것으로 소개되었다. 그리고 5G에서의 ‘Phase 1’은 광대역 브로드밴드(eMBB)를 중심으로 한 선도입을 위한 것이며, ‘Phase 2’는 완전한 5G 기능의 구현 단계로 구분된다. 또한 ‘Phase 1’ 안에서도 도입을 더욱 앞당기려는 움직임이 있는데, LTE 인프라 기반에서 무선 규격만 5G에 맞춘 것이 NSA(Non-Standalone), 얼리 드랍(Early Drop)에 해당되고, ‘메인 드랍(Main Drop)’의 시점은 ‘Phase 1’의 종료 시점에 맞추어진다.
국내에서 올해 본격적으로 상용화될 기술은 이들 단계 중 ‘Phase 1’의 ‘얼리 드랍’에 해당되며, 이후 기술의 진화에 따라 갈 것으로 예상된다. 5G 서비스를 위한 디바이스는 2분기에 미드밴드 디바이스, 2~3분기에 mmWave 디바이스가 선보일 것으로 예상되고, 2019년 연말에 본격적으로 등장할 예정으로 소개되었다. 또한 5G가 사용하는 주파수는 WRC-19가 mmWave 대역에서 차세대 IMT 대역을 정의할 예정인데, 이는 국가 차원에서의 전파 사용 대역 조율 정도의 의미로 절대적인 것은 아니다.
국내의 경우 5G 서비스를 위해 NR 운용 대역 중 TDD 방식의 밴드 n78, n257을 사용할 예정이며, 국내 서비스에서는 처음으로 TDD 방식을 사용하게 된다. 2018년 6월 있었던 주파수 할당 결과에서는, 3.5GHz 전후의 대역에서는 LG U+, KT, SKT 순으로 대역을 배정받고, 28GHz 대역에서는 KT, LG U+, SKT 순으로 대역을 배정받은 바 있다. 그리고 이 주파수 대역은 각 통신사별로 기존과는 다른 넓은 대역이 할당되었으며, 양 대역 모두 우측 대역을 배정받은 SKT의 경우에는 추후 있을 수도 있는 대역폭 확장의 가능성도 가지고 있다고 덧붙였다.
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| ▲5G 인프라 구성은 코어와 무선 단 양쪽에서 몇 가지 조합과 점진적 이동이 가능하다 |
5G 무선접속 기술은 LTE 진화기술과 NR(New Radio)로 구성되며, 이 중 LTE 진화기술은 기존의 LTE 계열 기술에 대한 하위호환을 보장해야 하고, NR 부분은 현재의 기술이 향후의 개선된 기술들에서도 작동이 보장되어야 한다. 그리고 5G 아키텍쳐 구성에서, NSA(Non-Standalone)은 제어에 LTE 기술을 사용하고, 데이터전송에 LTE와 일부 NR 기술을 사용하며, 5G EPC를 사용하는 형태다. 이 구성에서는 LTE 및 EPC의 상호 연동이 필수적이며, 기존의 LTE 인프라를 기반으로 빠른 시장 공급이 가능하다는 장점이 있다. 반면 SA(Standalone)은 새로운 5G 코어를 이용하고, 제어와 데이터전송에 NR 기술을 사용하는 독립 구성 형태로, 최대 성능 구현이 가능하며, Rel-16 정도에 해당된다.
5G 연결 옵션은 코어와 무선 구성에 따라 다양한 시나리오가 가능하다. 이들 옵션 중 NSA의 경우는 기존 LTE 기반 인프라에서 NR을 종속적으로 도입하는 방법으로, 옵션 3에 해당한다. 그리고 5G와 LTE의 공존에 있어, 5G 코어와 NR 인프라 기반에서 LTE를 종속적으로 배포하는 방법도 존재하며, 기존 옵션 3에서 5G 코어로 교체한 구성 또한 옵션 7이 된다. 이에, LTE에서 NR SA로 가는 여정에 있어 코어 네트워크를 중심으로 LTE망을 활용하는 방법들에 따라 다양한 중간 옵션이 존재할 수 있다고 설명했다.
5G RAN 또한 레이어별 기능 분리가 가능하며, 이는 기지국의 가상화와도 연관이 있는 부분으로 소개되었다. 이 때, 상위 레이어일 경우 무선환경에 연관이 적어서, 해당 레이어에 해당하는 기능을 가상화해 범용 서버로 운용할 수 있으며, 현재는 PDCP-CP/UP와 HIGH-RLC 사이를 나누는 옵션 2가 규격화되어 있다고 밝혔다. 한편 프론트 구간에서의 성능 등은 안테나나 대역 등에 의해 좌우되는데, 5G에서는 안테나도 복잡해지면서 부담이 커지고, 이를 위해 옵션 7의 분리 논의가 있었지만 지금은 사업자를 중심으로 한 오픈 인터페이스 논의가 있는 정도라고 덧붙였다.
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| ▲5G를 구성하는 기술의 상당수는 기존 LTE에서도 있던 기술의 발전형이다 |
5G의 차별점으로는 고주파 영역대의 사용으로 광대역폭 지원이 가능하다는 점이나, 간소화된 디자인의 도입으로 셀간 간섭이나 에너지 소비를 줄인 점 등이 꼽힌다. 하지만 5G에서 사용되는 많은 기능들이 기존의 LTE에서도 존재했지만, 5G에서 최적화되는 방향으로 움직이고 있는 점도 중요한 특징으로 소개되었다. 대표적으로 ‘매시브 빔포밍’ 기술이나 ‘멀티사이트 코디네이션’ 등이 꼽히는데, 특히 멀티사이트 코디네이션의 경우 이미 Rel-12에서도 도입된 기술이지만 5G에서는 NSA에서 LTE와 5G 연결을 동시에 유지하는 데 활용되고 있다고 덧붙였다.
최대 데이터 전송 속도 측면에서는, LTE Cat-16에서 5개 대역 100MHz의 캐리어 애그리게이션이나 4x4 MIMO 2개 대역과 2x2 MIMO 1개 대역의 캐리어 애그리게이션으로 기가비트 성능을 구현할 수 있었다. 하지만 5G NR에서는 3.5GHz 대역에서 다운:업 4:1의 설정과 100MHz, 4x4 MIMO, 256QAM 적용시 1500Mbps 정도의 성능을 기대할 수 있으며, 28GHz NR 대역에서는 800MHz 대역폭과 2x2 MIMO, 256QAM 등을 적용해 6000Mbps 성능을 낼 수 있을 것으로 예상했다. 물론 이 때 5G는 TDD 방식이라 상하향 링크 비율 설정이나 데이터 채널의 오버헤드 등을 고려할 필요가 있다고 덧붙였다.
5G에서 다중 안테나 기술은 주파수 대역폭 확대와 주파수 효율 증대의 방향으로 활용되고 있다. 이 중 주파수 대역폭 확대 측면에서 활용되는 빔포밍 기술은, 고주파 대역으로의 주파수 대역폭 확대에서 열악한 전파 환경을 극복하고 커버리지를 확대하기 위한 방법으로 사용된다. 또한 주파수 효율 증대 측면에서 활용되는 ‘매시브 MU-MIMO’는 안테나 수 증가에 따라 MIMO 증가로 주파수 효율 증대의 효과를 기대할 수 있다. 결과적으로, 5G에서 다중 안테나 기술은 커버리지 확대와 용량 측면 양쪽 모두에서 효과가 있다고 밝혔다.
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| ▲국내에서 TDD 망은 5G를 통해 처음 사용하게 되며, 이에 따른 과제도 있다 |
한편, 5G에서 사용되는 TDD 형식의 네트워크는 국내에서는 처음 사용되는 것으로, 최적화 이슈 등이 과제로 꼽혔다. 먼저, TDD 망에서는 상하향 링크 간섭 제거를 위해 인접 네트워크간에 상하향 링크는 동일한 설정이 필요한데, 현실적으로 국내에서는 3사 모두 인접망 배치인 만큼 3사 모두 4:1 포맷의 링크 동기화가 예정되어 있는 것으로 소개되었다. 또한 커버리지 문제에서는 업링크 커버리지가 다운링크보다 좁은 특성이 있는데, 이는 실제 환경에서는 좁은 셀 간격 때문에 문제가 나타나지 않을 수도 있지만, 기존의 FDD와는 다른 특성이라는 점을 감안해야 된다고 강조했다. 이와 함께, 기존 4G FDD보다 줄어드는 커버리지는 빔포밍, 저주파 대역과의 공존 등을 통해 기존 수준의 커버리지 확보가 가능할 것이라 덧붙였다.
5G에서도 저대역 주파수의 활용은 커버리지 확보 등에서 중요한 부분이다. 특히 같은 대역에서도 NR의 주파수 효율은 LTE 대비 높고, Rel-15 이후의 새로운 NR 기술을 적용할 수 있는 등, 주파수 효율이나 커버리지 등에서 장점이 있을 것이라고 밝혔다. 그리고 저대역 및 CA를 통한 커버리지 확장에서, ‘이중접속(DC: Dual Connectivity)’는 데이터 수준에서, CA는 컨트롤 수준까지 커버리지 확장이 가능할 것이라고 소개했다. 또한 기존 사용자 보호 측면에서 LTE/NR 스펙트럼 공유는 기존 LTE 대역에서 트래픽 상황에 따라 NR 트래픽을 실을 수 있게 해, 동일한 장비에서 LTE와 NR 서비스를 가능하게 하고, 점진적인 LTE에서 NR로의 전환을 가능하게 한다고 설명했다.
5G 무선망 최적화를 위한 고려사항으로는, 지금까지는 셀 간 간격 배치로 용량 설계를 했다면 이제는 설계 목표에서 커버리지 등을 고려해 다양한 형태의 설계가 가능할 것이라고 밝혔다. 또한 사용자 트래픽 분포의 고려에서는 MIMO 구성 방법의 선택이 가능할 것이며, 저대역 지원 또한 TDD에 의한 UL/DL 디커플링, DC와 CA, 스펙트럼 공유 등 다양한 기술을 고려할 수 있을 것이라고 소개했다. 또한 기존 네트워크의 진화 계획까지 고려할 필요가 있으며, 빠른 상용화는 이러한 다양한 최적화를 위한 시간을 벌 수 있게도 한다고 덧붙였다. |
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