4차 산업혁명을 위한 네트워크 인프라, 5G(IMT-2020)

바야흐로, 이제 4G LTE-A(Long Term Evolution Advanced) 시대가 지나가고, 5G 시대를 눈앞에 두고 있다. 3G때와 다르게 4G LTE를 쓰면서, 거의 불편함을 겪지 못했을 것이다. 휴대폰으로 대용량의 데이터를 빨리 받을 필요도 없고, 유튜브같은 경우 고화질의 영상을 재생하는데 끊김없이 잘만 보고 있는 입장에서 5G가 필요할 지 많은 분들이 의문점을 가질지 모르겠다.

5G는 단순히 속도가 빠른 것을 넘어선다. 우리가 4차 산업혁명으로 가는 이 상황에서 5G는 인프라의 시작점이라 할 수 있다. IoT(Internet of Things)의 열풍을 기억하는가? IoT 시대가 오면 우리가 하는 모든 것들이 기록이 되며, 기계들간의 통신이 되고 그걸로 인해서 인간의 삶은 풍요로워질 수 있다는 것이다.

그러나, 현재 우리에게 체감되는 IoT라는 것은 집에서 가스밸브 자동으로 잠가주는 정도밖에 인식을 못하고 있다. 사실 아직 IoT는 시작조차 안된 폭발 직전의 상황이기 때문이다. 요즘 사망사고로 안 좋은 인식이 많은 자율주행자동차를 한 예로 들어보자, 인간은 언젠가는 자율주행자동차를 정복할 것이다. 그리고, 그 정복을 위해서 가장 기본이 되는건 기계들간의 통신이 시작점이 된다.

source, https://5g.co.uk

기계들간의 통신이 원활히 처리되기 위해선 충분히 빠른 네트워크 인프라가 필요하다. 그리고 네트워크가 점점 빨라지고 더 많은 기계들을 처리하게 되면 기계들은 기존에 통신하지 못했던 데이터까지 던질수가 있게 된다. 

예를 들어, 예전에는 GPS 좌표만 던졌다면 더 많은 데이터의 처리가 되는 순간 좌표 + 상태까지 던지게 될 것이다. 이렇게 데이터가 추가적으로 쌓이게 되면 우리는 분석하지 못했던 것까지 분석하게 되고 새로운 서비스를 창출하게 되며, 궁극적으로 인공지능이 완성하게 된다.

5G는 IMT-2020이라는 정식명칭을 할당(?) 받았고, 5G = IMT-2020으로 인식하면 된다. 국제전기통신연합(ITU)에서 투표를 통해 IMT-2020과 IMT-2020 커넥트가 경합을 벌였으나, IMT-2020이 다수 국가와 기업이 선호하였다. 참고로 4G 명칭은 IMT-어드밴스트이다.

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1. 4차 산업혁명을 위한 네트워크 인프라, 5G의 개요

가. 5G/IMT-2020의 개념

- 무선망 사용자의 증가 추세를 위해, 4G-LTE 대비 몇십배 이상 전송속도 및 디바이스 수용이 가능한 차세대 이동통신 기술 

나. 5G/IMT-2020의 필요성

1) 트래픽 양 증가

- SNS 및 멀티미디어 수요의 폭발적 증가

2) 디바이스 수 증가 

- 사물 인터넷 및 모바일 수요의 지속적인 증가

2021년까지 예상되는 IoT 디바이스 수

3) 융합서비스 니즈

- AR/VR, 스마트 헬스케어 등 다양한 융합서비스의 등장

2. 5G의 기술요소

가. 5G의 후보기술

1) 용량증대

• 네트워크 고밀도화(Network Densification) : 단위 면적당 네트워크 용량을 증가시켜 향후 폭발적 트래픽 수용
• 대규모 안테나(Massive MIMO) : 수십 혹은 수백개의 안테나를 기지국에 장착하여 수십명의 사용자 동시 지원
• 전이중 방식(In-band full Duplex) : 샤논의 한계에 따른 무선 링크 전송량 증가를 목표로 연구 진행
• 비직교 다중접속 (NOMA) : 셀의 용량 증대를 위하여, 동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 두대 이상의 단말에 대한 데이터 동시 전송

2) 저지연

• 저지연/고신뢰 무선전송 : LTE 시스템 대비 1/10 줄어든 0.1ms의 TTI를 고려
• 단말 네트워크 : 공공안전은 물론 상용 서비스 제공으로 무게 중심 옮겨갈 것으로 예측

나. 5G 영역 별 서비스 상세

영역	서비스	내용
몰입형 통신	실감형 서비스	- 상대방이 자신 바로 옆에 있는 것 같은 몰입형 통신 경험 제공하는 8K-UHD등 초고용량 영상 콘텐츠, 3D 영상, 홀로그램 서비스 확대 - 실감형 미디어 형태의 오감을 지원하는 양방향 맞춤형 콘텐츠 발전
초 실시간	실시간 원격 제어 서비스	- 원격 조종 로봇의 외부 환경 변화에 즉각적인 반응, 원격 의료 서비스 등실시간 원격 제어 서비스
	기기간   통신서비스	- 자동 주행 차량 등 기기간 통신 서비스 부각
증강현실	모바일인식 및 증강서비스	- 다양한 센서, 상황 인지, 지능화된 네트워크 정보 자원들과 융합
사물인터넷	커넥티드  차량서비스	- 차량의 자율주행, 정비 시스템, 교통 제어
	공장 건물 설비  관리 시스템	- 에너지 절감, 탄소배출 규제, 위험물 누출 등을 자동화
	스마트 홈 서비스	- 원격으로 가전기기 제어 및 기기간 통신으로 가사를 자동화
빅데이터	상황 맞춤형 서비스	- 사용자의 성향, SNS 및 웹 등을 종합 분석하여 상황에 맞는 맞춤 서비스를 제공하는 방식으로 진화
	인공 지능 서비스	- 빅데이터 기반 분석으로 미래를 예측하여, 예방 조치 및 최적의 서비스를 제공

3. 5G의 표준화 일정 및 핵심 성능 비전

가. 5G의 표준화 일정

- 2020년까지 차세대 무선 전송 기술의 조기 확보와 표준화를 주도적으로 추진함으로써 미래의 기가(Giga)자율 및 실감 이동통신서비스를 위한 시대에 대비

- 현재(2018.04.02) 주파수를 분배하는 일정 돌입

나. 5G 핵심 성능 비전

ITU-R에서 정의한 8개의 5G 성능 KPI

4. 4G 대비 5G 핵심 성능 비교

자료/ 미래창조과학부