Nikkei Computer_2017.9.14. 특집 (p46~54)

'5G'에 대한 5가지 의문
차세대의 초고속 모바일 통신

도쿄올림픽∙패럴림픽이 개최되는 2020년, 차세대이동통신기술 '5G'가 일본에서 시작된다. 3년 후의 상용서비스를 위해 주목을 집중시키고 있지만, 그 특징이나 위력을 모르는 사람도 많을 것이다. 속도나 업계별 활용방법, 경제효과 등 5개의 의문을 통해 광속 5G에 대해 알아본다.

Question 1: 얼마나 빠른가?
LTE의 100배

제5세대 이동통신시스템(5G)의 이용자가 체감할 수 있는 실효속도에 대해, NTT도코모는 현행 4G(LTE)의 100배에 해당하는 초당 수백 메가에서 수 기가비트라고 상정한다. 통신조건이 좋은 피크시의 실효속도는, 서비스 개시 당초는 초당 수 기가비트지만, 그 후에는 초당 10기가비트 이상으로 단계적으로 빨라질 것 같다.

초당 10기가비트가 실현되면, 하나의 기지국에 접속한 수백 명의 유저가 동시에 4K 영상을 쾌적하게 시청할 수 있다. 기지국을 잘 배치하면, 올림픽경기장이나 콘서트장 등 이용자가 밀집하는 환경에서도 통신이 쉬워진다. 또한 국제전기통신연합(ITU)의 기술성능 요건에서는, 5G의 최고전송속도를 다운링크 초당 20기가비트, 업링크 초당 10기가비트로 하고 있다.

강점은 속도만이 아니다. IoT용으로 다수의 센서를 동시 접속하는 것도 쉬워진다. 동시 접속 단말 수는 4G의 100배가 되는 1㎢의 면적 당 최대 100만 대를 목표로 한다. 가로세로 각 1m 간격으로 센서나 단말을 빽빽하게 배치해도 5G의 표준적인 기지국에서 통신을 거의 커버할 수 있다는 계산이다.

「속도」와「다수동시접속」을 양립하기 위해서는, 기지국과 기간 회선을 연결하는 Backhaul 회선의 대용량화도 필요하다. 통신업계에서는 2020년대의 통신 트래픽은 2010년에 비해 1,000배 이상에 달할 것으로 예측하고 있다. 때문에 5G의 통신 용량은 4G의 1,000배를 목표로 한다.

지연 시간이 짧은 것도 5G의 특징이다. 자율주행이나 원격 수술 등에서의 활용을 상정. 지연 시간은 4G의 10분의 1에 해당하는 1밀리초를 목표로 한다.

성능을 높이기 위해 이용하는 주파수 대역을 대폭으로 넓힌다. 4G에서 사용하고 있는 700메가~3.5기가헤르츠의 주파수대와 함께, 4G보다 높은 주파수대를 새롭게 확보한다. 높은 주파수대는 감쇠하기 쉽기 때문에 주로 커버 범위가 좁은「스몰셀」에서 사용한다.

-- 복수의 기술을 조합한 사양 실현 --

Question 2: 언제 시작되는가?
수도권은 2020년부터

일본에서 5G의 상용서비스는 3년 후인 2020년에 시작된다. NTT도코모와 KDDI가 2020년 개시를 표명하고 있고, 소프트뱅크도「2020년 무렵 개시를 목표한다」고 밝혔다. 이동통신 3사나 총무성 등의 관계자는, 2020년 개최되는 도쿄올림픽∙패럴림픽을 5G의 실력과 활용 방법을 널리 어필할 수 있는 절호의 무대라고 생각하고 있다. 일반소비자나 유저 기업은 적어도 수도권에서 서비스를 이용할 수 있을 것 같다.

-- 저지연화 등 IoT 대응은 22년 이후 --
5G의 목표 성능을 2020년 시점에 모두 실현할 수 있는 것은 아니다. 규격을 단계적으로 발전시켜 나가기 때문이다.

5G의 규격은 2개 방식을 조합시키는 방침으로 추진하고 있다. 제1의 방식이 현행 4G(LTE)를 개량한 호환성 중시의「eLTE」(enterprise LTE)다. eLTE방식은 4G와 동일한 주파수대를 사용한다. 소프트웨어 경신 등으로 4G의 기지국을 활용할 수 있고, 대응 단말도 4G 기술의 연장으로 개발이 가능하다. 그러나 고속화는 4G의 수 배에 그칠 전망이며, 대폭적인 저지연화도 어렵다.

제2의 방식은 4G와 호환성이 없는「NR(New Radio)」이다. Massive MIMO 등 최신 기술을 도입하고, 4.5기가헤르츠대나 28기가헤르츠대 등 높은 주파수를 사용하는 것이 특징이다. 전파가 도달하는 범위가 좁은「스몰셀」의 기지국이 필요하지만, 넓은 대역 폭을 사용할 수 있기 때문에 고속화하기 쉽다. 일부에서는 4G와 같은 주파수대도 사용한다.

Question 3: 경제효과는?
전체 산업에서 약 50조 엔

각 이동통신회사는 5G를 둘러싸고 다양한 업종과 협력하면서, 새로운 업무 용도를 창출하기 위해 노력하고 있다. 이러한 노력들이 목표대로 순조롭게 진행되면, 개인의 스마트폰 이용이 주체였던 4G까지와는 차원이 다른 경제효과를 예상할 수 있다. 그 금액은 대략 50조 엔에 달할 가능성이 있다.

총무성은「전파정책2020간담회」의 참고자료에서 일본 국내의 5G의 경제효과를 계산하고 있다. 제조, 교통, 의료 등 10종류의 산업별로 산출하였다. 가장 큰 것이 교통 분야다. 정체나 교통사고의 저감, 자율주행 보급에 따른 운전시간의 유효 활용 등을 종합하여 21조 엔의 경제효과를 전망하고 있다.

제조업∙오피스 관련해서는, IoT나 빅데이터의 활용 촉진을 통해 공장업무의 효율화, 사무 기기의 보수 지원의 삭감 등으로 13조 4,000억 엔의 효과를 얻을 수 있다고 한다. 의료분야에서는 IoT를 활용하여 질병 위험의 가시화를 통해 발병을 예방하는 서비스가 생겨난다. 또한, 생활습관병의 감소로 의료비가 1조 엔 정도 절약된다고 보고 있으며, 총 5조 5,000억 엔 정도의 경제효과를 전망하고 있다.

이들을 포함하여 각 분야의 경제효과를 모두 합하면 46조 8,000억 엔이 된다. 여기에 포함되지 않은 엔터테인먼트 업계 등도 포함한다면, 50조 엔에 달할 가능성도 있다.

-- 전세계적으로는 12조 달러 --

Question 4: 세상은 어떻게 바뀌는가?
물류와 경비산업에 위력

● 자동차: 자율 대열주행으로「트럭수송혁명」
소프트뱅크의 요시노(吉野) 첨단기술개발실 담당부장은,「5G를 사용하여 기지국 경유의 차차간 통신 지연을 10밀리초로 억제할 수 있다면, 차간거리가 5m 정도의 짧은 거리에서도 안전하게 대열주행이 가능하다」라고 설명한다. 소프트뱅크는 총무성의 2017년도「5G총합실증실험」의 자율주행 분야에 참여. 2018년 1월~3월에 이바라키현 쓰쿠바시에서 트럭과 5G의 기지국을 사용한 대열주행을 실증 실험한다.

대열주행은 복수의 차량이 차간거리를 좁히면서 길게 줄을 지어 주행하는 것을 말한다. 자율주행에 의한 대열주행의 경우는 선두차량의 운전자만 운전을 하고, 후속차량은 자율주행으로 선두차량을 따라간다. 선두차량의 가속이나 감속, 핸들 조작 등의 제어 정보를 후속차량에 신속하게 전달한다. 데이터 전송에 5G를 활용하여, 무선 구간에서만 1밀리초, 전송 전후의 데이터 처리 시간을 포함해도 10밀리초 내의 전송을 목표로 한다. 공공도로를 달릴 때는, 선두차량의 운전자가 안전 확인을 할 수 있도록, 후속차량의 측면, 후방에 부착한 카메라 영상을 선두차량에 전송할 필요도 있다.

대열주행의 차간거리를 좁히면, 후속차량의 공기 저항이 줄어 연비가 개선되는 효과가 있다. 신(新)에너지∙산업기술총합개발기구(NEDO)의 시뮬레이션에 따르면, 3대의 트럭이 시속 80km로 대열주행을 할 경우, 차간거리 4m에서 15%, 2m에서 25% 정도의 연비가 개선된다고 한다. 수송업계의 숙련된 운전자 부족과 수익성의 개선을 통해, 환경∙에너지 대책으로도 연결시킬 수 있다. 5G는「트럭수송혁명」을 일으킬 것으로 기대된다.

● 경비: 도시의 아주 작은 변화도 놓치지 않는다
2020년의 도쿄올림픽∙패럴림픽을 앞두고 테러대책 등 보안 확보의 필요성이 높아지고 있다. 5G는 경비 강화의 수단으로서도 주목을 받는다.「고정밀도 화상 활용」「다수의 디바이스 접속」의 2개의 효과를 기대할 수 있다.

「고정밀도 화상 활용」은, 선명한 화상을 주고받을 수 있게 되면서 인물이나 차량의 넘버를 특정하기 쉬워진다. 수상한 인물을 발견했을 때에 얼굴이나 복장의 특징 등, 보다 세세한 정보를 파악할 수 있다.

고정밀도 영상은 인공지능에도 활용할 수 있다. 종합경비보장(ALSOK)은 AI에 의한 이상 감지 경비 서비스를 개발 중이다. 화상에서 인물의 행동 특징을 추출하여, 이변이나 수상한 행동을 발견하여 범죄를 미연에 방지한다.「사건이 발생한 후에는 이미 늦다. 5G의 고정밀도 화상을 이용함으로써, AI에 의한 이상 감지의 정밀도가 향상되어, 범죄의 징후를 파악할 수 있다」라고 ALSOK의 경영기획부 집행이사인 구와하라(桑原) 씨는 설명한다.

또한 ALSOK는 2017년 말부터 스카이트리에 설치한 카메라로 폭주차량이나 광역재해 등을 발견하는 감시기술 검증도 실시한다.「다수의 디바이스 접속」은 거치형 감시 카메라, 경비원의 웨어러블 카메라, 순찰차량, 드론, 높은 곳에 설치한 카메라 등, 다양한 위치의 카메라로 얻은 영상을 5G를 통해 감시 센터로 집약시킨다.

● 엔터테인먼트: 게임이나 라이브에「극한의 현장감」
방송국이나 게임회사 등의 엔터테인먼트 산업도 5G에 주목하고 있다. 방송이나 인터넷통신의 제약을 제거하여, 디지털 콘텐츠의 새로운 제공 형태를 실현할 수 있기 때문이다.

후지텔레비전은 AR(증강현실)이나 VR(가상현실)의 제공 수단으로 5G에 주목한다. 2017년 8월에는 이벤트를 통해, 5G회선과 무선LAN을 조합하여 다수의 참가자에게 AR 콘텐츠를 발신하는 실증 실험을 NTT도코모와 실시하였다.

실험 당일에는 아이돌 콘서트를 즐기는 팬들이 무대를 향해 스마트폰을 들고 있는 광경을 볼 수 있었다. 스마트폰을 통해 보이는 것은, 셀카로 찍은 자신의 얼굴사진을 합성한 자신의 분신(아바타)이 아이돌과 함께 무대 위에서 춤추는 모습이다. 3차원의 아바타를 현실 영상에 합성할 수 있는 스마트폰 앱「JidorAR」를 개발하여, 입장객에게 발신하였다.

후지텔레비전에서 콘텐츠 개발을 담당하는 프로듀스사업실 VR사업부의 후지카와(冨士川) 기획담당 부장은「AR이나 VR은 라이브의 감상 체험을 확장할 수 있다는 점에서 큰 가능성이 있다」라고 말한다. 실험에서의 아바타의 데이터 크기는 약 300메가바이트로 크다. 수많은 입장자가 일제히 다운로드하는 것을 상정하면, 4G회선으로는 어렵다고 한다.

후지카와 씨는 미래 구상으로서, 사람의 피부 결도 표현할 수 있는 고정밀도 VR콘텐츠 개발을 검토하고 있다. 용량은 수 기가바이트에 달할 것으로 예상되며, 다수의 사람에게 발신하기 위해서는 5G회선이 필수라고 판단하고 있다.

● 건설기계∙제조: 원격조작으로 일손 부족 해소
제조업에서는 건설기계∙중장비업체가 5G의 저지연이라는 특성을 살려, 건설기계나 중장비 기계의 원격 조작을 검증하고 있다.

원격조작 실현된다면 벽지에 위치한 광산에 운전자를 상주시킬 필요가 없고, 이는 노동환경 개선이나 업무 효율화로 이어진다.「호주나 북유럽 등에서는 광산이 주거지역에서 수백km 떨어진 무인 지역에 있는 경우도 있다. 원격조작에 대한 기대는 크다」. 고마쓰는 NTT도코모와, 오바야시구미는 KDDI나 NEC 등과 실증 실험을 실시한다. 5G가 원격 조작에 적합한가를 검증할 계획이다.

제조업 분야에서도 원격조작의 실증 실험이 진행되고 있다. 신닛테쓰스미킨 솔루션즈는 공장 내 설비의 원격조작에 5G회선을 사용할 수 있는가에 대해 검증한다. 5G를 통해 의수(義手) 로봇을 제어하는 사용방법을 상정하고 있다.

Question 5: 5G의 과제는?
가시화된 4개의 난제

제1의 과제는 개인 수요를 개척할 수 있는가 이다.
현재로서는 개인 유저가 초당 10기가비트나 되는 초고속 통신을 활용할 수 있는 용도가 없다. 이동통신사는 용도 개척이야말로 중요한 과제라고 생각하고, 많은 유저 기업에게 협력을 요청하여, 5G의 사용 용도를 개척하는 실증 실험에 주력하고 있다.

자동차나 경비, 엔터테인먼트 산업, 제조업 등이 그 일례다. NTT도코모의 나카무라(中村) 실장은「다양한 업종의 기업으로부터 제안이나 아이디어를 받고 있으며, 기업의 관심은 높다」라고 말한다. 업무 활용은 큰 잠재력을 갖고 있다.

제2의 과제는, 28기가헤르츠대 등 새로운 주파수를 사용하는데 따르는 것이다. NR(New Radio)의 기지국은 도시에 집중 설치될 전망이지만, 전파가 도달하기 어렵다는 특성은 불리하게 작용한다.

고주파를 증폭하는 반도체는 일반적인 실리콘이 아니라 갈륨비소를 재료로 하는 등, 통신단말에 탑재하는 안테나나 반도체에 요구되는 기술은 기존과 크게 다르다. 이를 소형화∙저가격화하는 연구개발은 활발히 추진되고 있지만, 아직은 발전 도상에 있다.

제3의 과제는, 투자에 맞는 경제효과를 얻을 수 있는가다. 5G로 NR대응 기지국을 정비하면, 설치 장소는 대폭으로 증가할 전망이다. 그 대책으로서 통신기기업체는 NR기지국을 저비용으로 정비할 수 있는 기술 개발을 추진하고 있다.

NTT도코모는「휴대전화의 설비 투자는 기술혁신 등으로 완만하게 줄어들고 있다. 5G에서도 투자를 급증시키지 않고 정비할 수 있다」라고 판단한다. 단, 5G에 대한 투자를 계속하기 위해서는 착실한 보급이 필요하다고 할 수 있다.

제4의 과제는, 전세계적으로 동일한 주파수를 사용할 수 있는가다. 5G의 주파수는 나라마다 다를 가능성이 있으며, 국제 로밍 장벽이 될 우려가 있다. 5G에서 당초에 사용될 주파수는 2019년의 국제 회의에서 확정될 예정이다.

  -- 끝 --