4차산업혁명 5세대 통신 기술

4차 산업혁명 5세대 통신 기술-빅데이터의 실시간 연결 시대

자동차가 교통의 흐름과 날씨, 신호 등을 스스로 판단하며 자율적으로 운행하고, 수많은 사물에 장착된 센서들이 서로 데이터를 주고받으며, 인공지능 기반의 챗봇(chatbot) 프로그램이 원하는 자료를 찾아내서 

사람에게 제공해주는 영화 같은 미래 제4차 산업혁명은 네트워크를 통해 실시간 데이터를 주고받는 

연결성이 핵심 기술이자 다른 기술들의 기반입니다.

최근 10년에서 15년 사이에 무선 통신이 감당해야 하는 네트워크 용량은 20배, 수요는 100배 이상 증가했습니다. 5세대 이동통신(5G, 5 Generation mobile network)은 엄청난 대용량의 빅데이터를 실시간에 처리하여 네트워크 지연 시간을 거의 사라지게 하는 기술입니다.

5G는 4세대 이동통신의 LTE(Long Term Evolution) 기술의 광대역 주파수를 활용하여 떨어져 있는 주파수를 모아주는 CA(Carrier Aggregation), 주파수 직교 진폭 변조 기술인 QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 여러 개의 안테나들을 활용하여 다중으로 입력과 출력을 하는 기술인 MIMO(Multiple Inpnt Multiple Qutput)를 결합하여 이루어낸 성과입니다.

 

 

 

 

 

 

0G에서 4G까지, 더 빠른 통신망을 찾아서

통신의 역사는  0세대 이동통신부터 시작됩니다. 0세대 이동통신은 음성 통화만 가능한 아날로그 통신 시대를 말하며, '0 Generation'의 줄임말로 0G라고도 합니다. 최초의 이동전화 서비스(MTS)는 1946년 벨 시스템(Bell System)에 의해 처음 사용되었습니다. 이때 전화를 사용하기 위해 필요한 장비의 무게가 무려 36kg이었다고 합니다. 1세대 이동통신 역시 아날로그 통신 방식이었지만, 기술적으로 1G보다 급이 초창기 기술이기에 0G라고 부릅니다.

 

부의 상징으로 거듭난 1G 이동통신

1세대 이동통신은 1980년대에 도입된 아날로그 통신의 표준이며 2G 디지털 통신으로 대체될 때까지 계속되었습니다. 최초의 상업화된 1G는 1979년 도쿄의 수도권 지역에서 처음으로 일본 전신전화(NTT)에 의해 시작되었습니다. 이를 시작으로 북유럽, 미국, 영국, 멕시코 등에서 이동전화 서비스가 확산되었습니다. 이 무렵에 우리나라에도 1G 이동통신이 들어왔습니다. 한국 이동통신서비스라는 회사에서 1984년 차량 전화 서비스를, 서울 올림픽이 열린 1988년도에 휴대전화 서비스를 시작합니다.

한국 이동통신은 1997년에 SK텔레콤으로 사명을 변경했으며 1999년에는 1G 아날로그 이동전화 서비스가 중단됩니다. 

 

 

 

 

문자와 사진 전송이 가능해진, 2G 이동통신

2세대 이동통신은 1990년대 초반에 등장한 디지털 방식의 이동통신 시스템(CDMA)을 말합니다. 우리나라에서는 SK텔레콤이 1996년 1월에 CDMA 방식의 2G 이동통신 서비스를 시작했습니다. 016, 018, 019 등의 번호로 시작하던 핸드폰들이 바로 2G 이동통신 서비스의 대표 주자들입니다.

2G 핸드폰은 1G 시대보다 저렴해서 많은 사람들의 인기를 끌었습니다. 핸드폰 단말기가 소형화되고 디자인 측면에서도 혁신적으로 발전해서 모토로라 스타택 같은 플립폰(Flip phone, 뚜껑이 위로 열리는 핸드폰). 영화 <매트릭스>에서 소품으로 쓰인 노키아의 슬라이드폰 8110, 얇은 두께를 실현한 모토로라 레이저 같은 전설적인 모텔들이 이때 등장합니다.

2G 핸드폰 시장이 활성화 도면서 초기 모델과는 달리 수많은 부가 기능들이 추가됩니다. 음성 통화와 문자 전송, 고정된 벨소리만 사용하면 시절에서 벗어난 것입니다. 사람들은 핸드폰으로 사진을 찍을 수 있고, MP3 음원 파일을 재생할 수 있고, 소설 읽고, 게임도 할 수 있게 되었습니다. 이런 사용자들의 수요를 만족시켜줄 모바일 마켓이 형성되었고, 사람들은 핸드폰으로 콘텐츠를 구입하여 사용하기 시작했습니다. 이러한 생활의 변화는 점점 통신망이 소화해내야 할 데이터가 늘어난다는 것을 의미해서, 더 빠른 통신망의 필요성이 이때부터 대두되었습니다.

 

영상 통화가 가능해진 영화 같은 세상, 3G 이동통신

3세대 이동통신은 이동통신 기술의 3세대를 의미합니다. 3G는 전송 속도가 최대 2 Mbps까지 지원되면서 동영상과 같은 멀티미디어 통신이 가능해졌습니다. 여기서 bps(Bits per Seconds)란 1초 동안 전송할 수 있는 비트의 수를 말합니다. 사용자 입장에서 2G와 구별되는 3G의 가장 큰 특징은 영상통화를 할 수 있다는 점입니다.

이와 같은 기술적 환경 속에서 2008년 애플 아이폰 3G가 출시되었으며, 국내에서도 삼성 갤럭시 S가 3G 스마트폰으로 출시되었습니다. 스마트폰이 가져다준 문화적, 기술적 충격은 너무나 컸습니다. 애플 앱스토어, 구글 플레이라는 플랫폼이 열리고 사람들은 수많은 앱들을 유·무료로 다운로드하여 설치하고 사용하기 시작했습니다. 이에 통신량은 점점 더 늘어날 수밖에 없었고, 통신 속도에 대한 갈증은 더욱 커졌습니다.

 

엄정 난 속도를 자랑하는, 4G 이동통신

그 결 4세대 이동통신이 등장합니다. 국내의 4G는 2011년 7월부터 LG유플러스와 SK텔레콤의 4G LTE로 시작되는데, 다운로드 시 최대 75 Mbps, 업로드 시 최대 37.5 Mbps라는 엄청난 속도를 제공합니다. 물론 4G LTE는 본래 4G 수준인 정지 시 1 Gbps, 이동 시 100 Mbps에는 미치지 못하여 진정한 4G가 아니라는 평도 있었습니다. 그러나 3G에 비해 속도가 5~7배로 빨라져서 사용자들에게 새로운 체험을 제공하였습니다.
지금까지 이동통신 기술의 발전을 차례로 살펴보았습니다. 이해되었으리라고 생각합니다.

 

 

 

 

5G 이동통신, 속도에 대한 열망은 가속된다.

지난 2017년 1월 개최된 '국제 소비자 가전박람회 2017년(CES 2017)'에서 네트워크 분야 화제는 5세대 이동통신(5G)이었습니다. 이 행사에서 인텔은 5G 모뎀을 세계 최초로 발표하였으며, 기가비트(Gigabit, GB)급 속도를 바탕으로 자율주행 차량과 사물인터넷, 무선 광대역 등 다양한 분야에서 혁신이 일어날 것이라고 예고하였습니다.

지난 10~15년에 걸쳐 전 세계 무선통신 사업자는 네트워크 용량을 20배로 늘려왔지만, 같은 기간 동안 사용자들의 수요는 100배 이상 증가했습니다. 머지않아 네트워크 용량에 한계가 올지도 모른다는 우려 때문에 현재 통신망 사업자들은 5G를 준비하고 있습니다.

그렇다면 5G는 얼마나 빠른 것일까? 국제 전기통신연합(ITU)이 내린 정의에 따르면 5G는 최대 다운로드 ㅅ속도가 20 Gbps, 최저 다운로드 속도는 100 Mbps인 이동통신 기술입니다. 5G 다운로드 속도는 일반 LTE에 비해선 280배 빠른 수준으로, 1GB의 영화 한 편을 10초 안에 내려받을 수 있는 속도입니다. 또한 1km2 반경 안의 100만 개 기기에 사물인터넷 서비스를 제공할 수 있고, 시속 500km 고속열차에서도 자유로운 통신이 가능합니다.

즉 모든 사물과 사물이 연결되고, 모든 서비스가 네트워크를 통해 유기적으로 연결될 수 있는 속도입니다. 이로써 데이터의 교환과 클라우드 기반의 빅데이터를 활용하여, 언제 어디서나 맞춤형 서비스가 가능할 것입니다. 예를 들어 구글, 애플, 마이크로소프트 같은 플랫폼 기업과 현대, 기아, 벤츠, 폭스바겐 같은 글로벌 자동차 기업들이 뛰어들고 있는 자율 주행 자동차는 지나는 사람을 파악하고 멈춰서는 거리가 4G 환경에서는 0.81m에서 1.35m입니다. 하지만 5G 환경에서는 2.7cm 정도 수준으로 줄어듭니다. 통신속도가 빠른 정도를 넘어 거의 실시간인 셈입니다.

 

 

 

 

 

이는 지연 시간이  없이 사물들 간의 데이터 교환이 실시간으로 연동되는 수준입니다. 그러므로 자율 주행 자동차처럼 4차 산업혁명을 선도하는 기술은 5G 환경에서 안전하게 또 완전하게 구현될 수 있습니다.

새로운 커뮤니케이션과 콘텐츠 전달 방식으로 등장한 가상현실, 증강현실도 마찬가지입니다. 컨설팅 기업인 스트라베이스(Strabase)에 따르면 가상현실 사용자는 정지 화면을 기준으로 가로 3만 개, 세로 2만 400개의 픽셀을 볼 수 있으므로 총 7억 2,000만 개의 픽셀 정보를 본다고 합니다. 머리를 돌려 양 옆과 위아래를 보는 행동까지 고려하면 25억 개의 픽셀을 볼 수 있습니다. 가상현실의 구현은 이처럼 엄청난 픽셀량을 감당해야 할 뿐만 아니라 초당 60개에 거 120개 프레임을 처리해야 영상이 뭉개지는 모션 블러(Motion blur) 현상을 막을 수 있습니다. 이 수준의 데이터를 모두 처리하려면 현재의 4G로는 한계가 있습니다.

가상현실과 증강현실의 데이터를 제대로 처리하려면 5G가 필요한 것입니다. 

이처럼 이동하면서 음성 통화를 하기 위해 만들어진 이동통신 기술은 채 100년도 되지 않은 이 시점에서 5G를 논하기에 이르렀습니다. 이동통신 서비스의 눈부신 발전이 인간의 삶을 바꾸고 확장하며, 어느덧 현실을 넘어선 가상현실과 증강현실을 제시하고 있습니다. 이 모든 것이 데이터 통신으로 이루어져 있기에 이동통신 속도에 대한 열망은 앞으로도 가속될 수밖에 없습니다.

 

 

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4세대 이동통신(4G)

2G와 3G의 뒤를 잇는 무선 이동통신의 네 번째 표준입니다. 3G의 LTE 초기 버전을 4G에서 상용화하여서 2011년까지 무선 이동통신 시장은 새로운 이동통신 규격인 LTE에 집중되었습니다.

정지 상태에서는 초당 1 Gbit를, 이동 중에는 100 Mbps 정도의 정보를 처리할 수 있습니다. 

최근 스마트폰과 태블릿 PC 등 모바일 디바이스의 확산으로 폭발적으로 늘어난 데이터 양을 4G 방식으로는 감당할 수 없습니다.

스마트폰 통화 끊김 현상이나 무선 인터넷 접속이 잘 안되거나 데이터가 폭증하는 문제도 이 때문이었습니다.