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5G 서비스의 기반, 주파수에 대한 모든 것-1부

2017.11.24 FacebookTwitterNaver

▲ 5G 네트워크 구축을 위해 가장 중요한 주파수 확보를 위한 전쟁이 시작됩니다

5G는 현재 소비자가 대부분 사용하고 있는 4세대 LTE 네트워크를 뛰어넘는 차세대 네트워크입니다. 5G는 저지연성을 넘어선 무지연성 서비스를 보여줄 예정이며, 4G보다 20배 이상 빠른 데이터 속도를 자랑합니다. 또한, 더 많은 디바이스를 동시에 수용하는 네트워크입니다.

앞에서 언급한 5G의 3가지 특징은 앞으로 펼쳐질 서비스에 필요한 것들입니다. 이 때문에 이동통신 사업자들은 시장 선점을 위해서 5G 네트워크 구축에 열띤 경쟁을 펼치고 있습니다. 5G 네트워크는 이미 SK텔레콤(이하 SKT)에서 선보인 자율주행 자동차와 가상현실 서비스에 필수적이며, 인공지능 시대의 다양한 서비스를 위한 네트워크입니다. 또한, 모든 사물에 센서가 부착되어 수많은 센서가 동시에 통신하기 위해서도 필요합니다.

▲ SKT는 시속 170km로 달리는 커넥티드카에서 세계 최고 5G 속도를 구현했습니다

그렇다면 이러한 다양한 서비스의 기반이 되는 네트워크를 위해 무엇이 선행되어야 할까요? 기술에 대한 표준이 선행되어야 합니다. 이미 5G 기술에 대한 표준은 거의 확정된 상황이고 네트워크 장비와 단말, 그리고 칩 셋도 준비 중입니다. 전 세계 주요 통신사업자들은 그 다음 단계를 기다리고 있는데요. 바로 주파수입니다. ‘주파수가 왜 갑자기 언급될까?’라고 생각할 수도 있습니다.

5G 서비스를 위해 가장 중요한 핵심 중 하나가 주파수인 것은 누구도 부정할 수 없는 사실입니다. 이러한 주파수는 과연 어디서 할당할까요? 국내에서는 과학기술정보통신부가 담당하고 있습니다. 과학기술정보통신부 장관은 최근 ‘2017 전파방송산업 진흥주간 개막식’에서 “5G 이동통신 주도권 확보를 위한 노력이 2019년 상용화로 결실을 맺을 수 있도록 내년에 신규 주파수를 공급할 계획”이라고 밝혔습니다.

국내에서 5G 주파수 할당이 어떻게 펼쳐질지 기대가 고조되는 상황입니다. 전 세계 통신 규제기관들은 5G 주파수를 할당하기 위한 준비작업에 들어갔습니다. 지난 10월, 독일 베를린에서 열린 ‘BROADBAND WORLD FORUM’에서 미국 FCC 무선 부분을 총괄하고 있는 담당자는 5G 수요에 대응하기 위해 불필요한 규제를 없애고 더 많은 주파수를 편리하게 할당할 방안을 찾아야 한다고 주장했습니다. 새로운 초고속 고속도로의 구축, 그 기본이 5G 주파 할당입니다. 과연 주파수는 무엇이고, 새로운 네트워크를 위해서 꼭 필요한 것일까요?

주파수, 그것이 알고 싶다

▲ 우리는 눈에 보이지 않는 주파수에 둘러싸여 살고 있습니다

과연 주파수란 무엇일까요? 눈에 보이지 않는 주파수는 1초 동안 진동하는 정도를 나타내는 ‘Hz’와 밀접한 연관성이 있습니다. 1초에 100번 반복하면 100Hz라고 표시합니다. 주파수를 쉽게 설명하자면 어린 시절 피아노를 배울 때 썼던 메트로놈에 비유할 수 있습니다. 1분에 60회 진동하는 메트로놈으로 속도를 맞추던 그 시절을 생각하시면 됩니다. 또, 주파수는 도로에 비유할 수 있습니다. 아까 언급한 Hz마다 새로운 도로를 만들 수 있습니다.

일반적으로 통신용으로 사용된 800MHz 대역/900MHz 대역/1.8GHz 대역/2.1GHz 대역/2.6GHz 대역이 그 대표적인 도로입니다. 1초당 몇 번 진동하는가에 따라 다양한 도로가 만들어지는데 이 자원은 유한합니다. 각 대역 간 간섭이 존재하기에 함께 사용할 수 없죠. 물론 2.4GHz 대역이나 5GHz 대역처럼 산업, 과학, 의료 등을 위해 사용할 공용 주파수 대역인 ISM(Industrial Scientific Medical Band) 대역을 설정하기도 합니다. 우리가 흔히 사용하는 공공 와이파이는 이 주파수 대역을 활용하는 것인데요. 국제전기통신연합인 ITU-R에서 지정한 대역으로 흔히 알려준 대역 외에 다양한 대역이 존재합니다.

일반적인 이동통신용 주파수 대역은 2010년 이후 주파수 경매로 할당됐습니다. WCDMA 주파수는 대가할당 방식으로 주파수 대가를 정해서 할당했으며 이후 LTE 주파수 대역은 입찰을 붙여서 할당한 것입니다. 주파수는 공기나 바람처럼 공공재라 소유할 수 없습니다. 과학기술정보통신부는 공공재인 주파수를 효율적으로 활용할 수 있도록 경매를 통해 통신사들에게 사용권리를 부여하고 있습니다. 그래서, 주파수를 확보한 통신사들은 주파수를 사용할 수는 있지만 소유할 수는 없습니다.

새로운 네트워크 건설을 위한 초석, 주파수

2세대 네트워크 시절, 즉 옛날 옛적 CDMA 시절에 SKT는 800MHz의 주파수를 사용하고 있었습니다. 그 당시 황금 주파수가 존재했었는데요. 바로 800MHz 대역이 황금 주파수였습니다. 모든 이동통신사는 주파수 회절성이 뛰어나서 더 적은 기지국으로 더 많은 지역을 커버하는 800MHz 대역을 보유한 SKT를 부러워했습니다.

주파수도 시간이 지남에 따라 가치가 변경되면서 다른 대역이 주목받기도 합니다. WCDMA 시대가 오면서 전 세계적으로 공통 대역이었던 2.1GHz 대역이 황금 주파수로 주목받았습니다. 자신이 보유한 단말을 가지고 전 세계 어디서나 바로 로밍이 가능한 주파수가 바로 2.1GHz 대역이었던 것이죠. 이 시절 바로 스마트폰이 활성화되기 시작합니다.

스마트폰의 등장은 새로운 통신환경을 만들어 냈습니다. 소비자가 스마트폰으로 더 많은 데이터를 사용하면서 주파수는 이동통신사에게 더욱 필수불가결한 요소로 자리 잡습니다. 이동통신사들은 과학기술정보통신부에 추가 주파수 할당을 지속해서 요청합니다. 이러한 흐름과 맞물려 3세대 이동통신은 LTE로 전환됐습니다. 지금까지는 특정 대역이 황금 주파수 대역이었지만 스마트폰이 활성화되면서 특정 대역보다는 주파수를 많이 확보하는 것이 더욱 중요해졌습니다.

▲ LTE 네트워크를 위해 1차선을 2개 묶어서(LTE-A) 더 빠른 속도를 제공했습니다

2013년 SKT는 주파수 경매를 통해 기존의 LTE 주파수 대역폭이었던 단방향 10MHz보다 2배 넓은 20MHz 대역을 확보했습니다. 일명 광대역 주파수로 불렸는데요. 이는 고속도로에 흔히 비유되곤 했습니다. 1개 차선을 따로따로 사용해 75Mbps가 최고 속력이었던 것이 광대역 주파수, 즉 2개 차선을 함께 사용함으로써 150Mbps 속도를 만들어냈습니다. 이와 더불어 여러 개의 주파수를 묶는 CA(Carrier Aggregation) 기술을 활용해 더 빠른 속도를 제공할 기반을 마련했습니다.

SKT는 2013년 6월 세계 최초로 LTE-A를 상용화해 더 빠른 속도를 제공했습니다. 그 당시로써는 혁신적인 속도였죠. 이후 150Mbps 고속도로와 75Mbps 고속도로 2개를 CA 기술로 묶어서 225Mbps를 만들어 냈습니다. 이동통신사 간 LTE 속도 경쟁이 시작된 것이었죠. 또한, 5밴드 CA 기술, 데이터 전송량을 늘려주는 256QAM 기술, 데이터 송수신 안테나를 기존 2개에서 4배로 늘린 ‘4X4 다중안테나(MIMO)’ 기술 등을 통해 이론상 1Gbps 이상의 속도까지 경쟁하게 됐습니다.

5G로 펼쳐질 진정한 ‘실시간’

▲ SKT가 5배 빠른 3밴드 LTE-A 서비스 상용화를 준비하는 모습

SKT는 5G 네트워크를 통해 향후 폭증할 무선 트래픽을 신속하고 안정적으로 처리할 예정이며, 5G 네트워크를 통해 다양한 서비스가 가능하다는 것을 보여줄 예정입니다. 5G를 통해 초저지연성을 보여주어 진정한 ‘실시간’을 구현하게 하고 20Gbps의 속도로 충분히 고화질을 구연하면 지연 없는 가상 세상에 총천연색이 펼칠 것입니다. 이어질 다음 편에서는 전 세계 5G 주파수 할당 동향과 이러한 5G 주파수에 대하여 더욱 세부적으로 알아보겠습니다.

글. 모바일의 오월동주(커넥팅랩)

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