5G 표준의 개발과 이를 기반으로 한 셀룰러 무선 기술은 새로운 무선 시대의 도래로 크게 주목받았다.

5G의 약속은 자율 시스템, 스마트 기기 사용자 경험, 기업, 자동차, 여행 등의 모습을 빠르고 영원히 변화시킬 모바일 및 고정 무선 통신을 위한 혁신적인 새로운 기술과 기능 모음으로 선전됐다.

이 기고에서는 2019년 5G 기술이 도입된 이후 5G에서 무엇이 나타났는지를 살펴본다.

5G의 첫 5년을 살펴보면서 5G가 단순히 또 다른 과장된 기술인지, 아니면 5G가 제공할 수 있는 완벽하게 상호 연결된 미래로 나아가고 있는지 생각해 본다.

■ 그렇다면 5G란 무엇일까?

5G는 최신 세대의 셀룰러 무선 기술로, 이론적으로 2G, 3G, 4G의 능력을 훨씬 능가하도록 명시되어 있다.

5G 새로운 무선(NR)는 2017년 말 ‘5G 1단계’라고도 불리는 2GPP Release 15의 공개와 함께 시작됐다.

이 릴리스는 5G의 기본 아키텍처인 5G 비독립형(NSA)의 초기 사양을 제시했다.

NSA는 5G 무선 시스템이 작동하기 위해서는 기존 4G LTE 네트워크가 필요하다는 것을 의미하는 것이다.

따라서 이 릴리스는 LTE, 특히 향상된 패킷 코어(EPC)에 대한 개선 사항도 포함되어 향후 5G를 위한 발판을 마련했다.

2GPP Release 15는 5G를 위해 계획된 세 가지 주요 사용 사례를 다루었는데 그것은 향상된 모바일 광대역(eMBB), 초신뢰성 및 저지연 통신(URLLC) 그리고 대규모 머신 유형 통신(mMTC)이다.

15는 위성, 공중 기지국, 해상 애플리케이션(예: 선박 간, 선박-해안 간)을 포함하고 있는 비지상 무선 액세스(접근) 시스템을 조사하는 데 필요한 몇 가지 사항들도 포함했다.

또한 이 릴리스에는 GSM 무선에서 시작된 철도 중심 서비스를 강화하는 내용이 포함된 LTE용 전문 모바일 무선(PMR) 기능에 대한 작업의 진행도 포함됐다.

2018년 6월 Release 15의 두 번째 단계에서는 첫 번째 5G 표준 세트를 완료하고 5G 독립형(SA) 기능을 도입했다.

이를 통해 기존 LTE 코어 없이도 5G 시스템의 배치를 가능하게 했다.

2020년에 3GPP Release 16이 출시되면서 Release 15를 기반으로 용량, 지연 시간, 전력, 이동성, 배치 용이성, 신뢰성을 향상시키기 위한 노력이 포함된 몇 가지 개선 사항을 추가 제공했다.

주요 개선 사항으로는 LTE 기반 5G 지상 방송, LTE용 NavIC 항법 위성 시스템(NavIC), LTE용 다운링크(DL) 다중 입력 다중 출력(MIMO), 고속 시나리오의 LTE 속도 성능 등이 포함되었다.

2022년에는 3GPP Prival Release 17이 배포되어 여러 중요한 발전이 이루어졌다.

여기서 고려해야 할 몇 가지 중요한 분야는 5G의 위치 지정 및 타이밍 기능 개선을 위한 노력과 가까운 미래에 위성-사용자 장비(UE) 또는 공중 플랫폼-UE를 가능하게 할 비지상 네트워크(NTN) 기술의 등장이다.

다른 흥미로운 발전은 인지 무선 기능을 가능하게 할 수 있는 5G UE 및 기지국과 머신 러닝/인공 지능(ML/AI) 기술을 통합할 수 있는 잠재력이다.

이러한 기능을 통해 UE와 기지국은 환경 조건에 빠르게 적응하고 실시간 서비스를 최적화하기 위해 적절히 조정할 수 있다.

■ 오늘날 5G는 어디에 있을까?

GSMA Intellicence에 따르면 2023년 말까지 15억 개 이상의 5G 연결이 있었다.

이는 5G를 현재까지 가장 빠르게 성장하는 모바일 광대역 기술로 만들었다.

그러나 이러한 5G 연결의 대부분은 5G의 잠재력을 보여주는 유형의 연결이 아닐 가능성이 높다.

이러한 연결의 대부분은 이전에 sub-6GHz라고 불렸던 중간 대역/FR1(1GHz 이상 7.125GHz 미만)이다.

이는 4G LTE에서 약간 발전한 것과 같으며, 어떤 경우에는 실제로 기존 4G LTE 배포보다 훨씬 저조한 성능을 보였다.

5G는 중간 대역과 고대역/FR2(24.25GHz 이상∼71GHz)를 모두 사용하는 FWA(Fixed Wires Access-유선 대체 무선 네트워크 경유 고속 데이터 전송기술) 배포에서 상당한 성공을 거두었다.

미국, 독일, 호주 등 많은 주요 시장과 오스트리아, UAE, 사우디아라비아, 쿠웨이트 등 다른 시장에서도 FWA 서비스 도입율이 5%에 도달한 것으로 보고되었다.

5G 도입 성공 중 일부는 많은 지역과 2G 및 3G 서비스가 중단된 일부 지역에 기인할 수 있으며, 이는 일부 사용자에게 인위적으로 5G로의 전환을 강요했을 수 있다.

5G 서비스 요금제의 다른 관찰된 이점으로는 4G LTE보다 gigabyte(기가바이트)당 더 저렴한 데이터 요금제가 포함됐으며, 최신 5G 시스템이 배포된 특정 지역의 사용자는 4G LTE 속도를 훨씬 뛰어 넘는 다운로드 속도를 경험했다.

대부분의 새로운 5G 배포는 한 국가 안에서도 고소득 및 도시 지역에서 발생하여 새로운 디지털 격차에 대한 우려를 불러일으켰다.

이러한 우려 중 일부는 기존 지상 5G 배포 아키텍처가 실행 가능하지 않을 수 있는 농촌 및 인구 밀도가 낮은 지역에 5G 서비스를 보다 쉽게 제공할 수 있는 NTN 기술로 완화될 수 있다.

5G는 아직 15∼20년 동안 계속될 배포 초기 단계에 있다는 점을 기억하는 것이 중요하다.

mMTC, URLLC, NTN, V2X(Vehicle-to-Everything-차량과 주변 모든 환경간 통신) 통신과 같은 5G의 많은 발전은 이전의 모바일 광대역 사용 사례와는 너무 새롭고 다르기 때문에 이러한 기술이 개발되고 주목받기까지는 자연스럽게 시간이 좀 걸리게 된다.

5G는 또한 이전 모바일 광대역 배포의 극히 일부에 불과했던 사설 네트워크 애플리케이션에 더 많은 관심을 끌기 시작했다.

5G 서비스도 스마트폰, 태블릿, 스마트워치 이 외의 사용자를 지원하기 시작했으며, V2X와 IOT 배포 및 기술이 더 많이 사용 가능해짐에 따라 더 많은 연결이 등장할 가능성은 높다.

※ 기고자
장-자크 들릴(Jean-Jacques DeLisle)은 로체스터 공과대학(RIT)에서 전기공학 학사학위 및 석사학위를 취득했다. RIT 재학 시에 RF/마이크로파 연구에 매진했으며, 대학 잡지에 글을 쓰고, 즉흥 코미디 동아리 창단 멤버로 활동했다. 학위를 마치기 전에 Synaptics에 IC 레이아웃 및 자동화 테스트 설계 엔지니어로 채용되었다. 동축 안테나 및 무선 센서 기술 개발 및 분석으로 6년의 연구 활동 후에 RIT를 졸업하면서 다수의 기술 논문을 제출하고 미국 특허를 출원했다. 커리어를 쌓기 위해서 아내와 함께 뉴욕시로 옮겨서 Microwaves & RF 잡지의 테크니컬 엔지니어링 에디터로 근무했다. 이 잡지사에서 근무하면서 RF 엔지니어링과 테크니컬 라이팅에 대한 자신의 역량과 열의를 어떻게 융합할지 배웠다. 이 경험을 바탕으로 기술적으로 유능한 테크니컬 라이터와 객관적인 산업 전문가의 필요성을 절감하고 RFEMX라고 하는 자신의 회사를 차렸다. 이러한 목표에 따라서 진보를 거듭하면서 회사 규모와 비전을 확대하고 Information Exchange Services(IXS)를 시작했다.