전기전자/정보통신

Telecommunication_2019.7 특집 요약 (p4-18)

5G의 진짜 실력
모든 산업을 변혁시킬 정도의 실력자?

드디어 5G 상용서비스가 해외에서 시작되었다. 일본에서도 5G 실증실험이 다수 실시되면서 5G의 실제 퍼포먼스가 분명해지기 시작했다. 5G에는 모든 산업을 변혁시킬 정도의 실력이 진짜 있을까? Part1과 Part2에서는 세계에서 가장 먼저 상용서비스를 개시한 미국과 한국의 최신 동향과 전략, Part3에서는 국내외의 실증실험 등을 통해 가시화된 5G의 ‘진짜 모습’, Part4에서는 인더스트리얼 IoT용으로 진화하는 ‘5G의 근미래’를 철저하게 해설하였다.

Part 1. 광대한 국토는 ‘자영 5G망’에서 보관
5G 새로운 어플도 미국발? 

세계 처음으로 5G 실력을 선보인 미국 최대 이동통신사 버라이즌. 다른 3사도 연내에 개시 예정이다. 4G 시대에는 미국에서 많은 새로운 사업이 등장했다. 5G에서도 ‘미국발’이 중심이 될 것인가? 미국의 통신 사정에 밝은 전문가의 의견을 들어보았다.

4월 3일, 미국 최대 이동통신사 버라이즌이 스마트폰용 5G 서비스(이하, 모바일 5G 서비스)를 시카고와 미네아폴리스의 일부 지역에서 개시하였다.

버라이즌은 작년 10월부터 ‘세계 첫 5G 상용서비스’로서 가정용 브로드밴드(FWA) 서비스 ‘Verizon 5G Home’을 새크라멘트와 로스앤젤레스 등 4개의 주에서 제공하고 있다. 이번에는 ‘모바일용으로서 세계 첫 5G 서비스’라고 규정한다.

버라이즌의 당초 계획은 4월 11일에 개시하는 것이었지만 한국에서 SK텔레콤, KT, LG U+가 일제히 3일부터 서비스를 시작한다고 했기 때문에 급하게 계획을 앞당겼다. 노무라총합연구소(NRI)의 가메이(亀井) 씨는 “버라이즌은 ‘세계 첫 5G 서비스’에 대한 의지가 강하다”라고 말한다.

모바일 5G 서비스 개시 시점에 대응 스마트폰은 모토로라의 ‘Moto Z3’ 1기종뿐이다(5월부터 삼성전자 ‘갤럭시 S10 5G’ 판매 개시). Moto Z3 자체는 LTE 단말이지만 뒷면에 5G 대응 모듈 ‘5G moto mod’를 ‘합체’시킴으로써 5G 스마트폰으로서 이용할 수 있다.

SNS 등에는 버라이즌의 모바일 5G 서비스를 실제로 체험한 유저의 반응이 다수 올라오고 있다. 그것을 종합하면 장소에 따라 연결되지 않는 곳도 있지만 다운로드는 평균 600~700Mbps의 속도가 나온다. 에어리어 전개가 어려운 28GHz대를 사용하고 있는 것을 감안하면 이 속도의 서비스는 빠르다고 할 수 있다.

-- 3GPP 표준으로 ‘세계 첫’ AT&T --
버라이즌과 경쟁한 한국 이동통신사뿐 아니라 미국 제2위 이동통신사 AT&T도 ‘우리가 세계 첫’이라고 주장한다.

AT&T는 작년 12월에, 12개 도시에서 모바일 5G 서비스를 개시하였다. 버라이즌이 독자 방식 ‘5GTF’를 기반으로 하지만 AT&T는 3GPP에 기반한 서비스라는 것이 ‘세계 첫’이라고 주장하는 근거가 되고 있다.

그러나 AT&T가 제공하고 있는 것은 핫스팟에서 모바일 Wi-Fi 라우터를 사용한 서비스로 일부 기업이나 개인만을 대상으로 한다. 때문에 모바일 5G 서비스로서는 버라이즌이 ‘세계 첫’이라고 보는 것이 좋을 것이다.

5월 31일에는 미국 제4위 이동통신사 스프린트도 모바일 5G 서비스를 시작하였다. 제3위 T-모바일은 2019년 중에 개시할 예정이다. 스프린트과 T-모바일의 5G 서비스는 앞으로 양사의 합병 문제의 행방에 좌우될 것으로 보인다.

작년 9월에 미국 로스앤젤레스에서 개최된 ‘MWC Americas 2018’에서 스프린트의 마르셀로 클로레 CEO는 “합병이 실현되면 저가의 5G 서비스를 전국 전개한다”라고 말했다.

-- 모바일 5G의 유료화에 뒤처짐 --
-- 미국발 5G 서비스에 기대 --
-- 지방의 자영망 활용에 수요 --

Part 2. 스타트업, 세계 ICT의 선두를 노리다
한국 ‘5G+전략’의 실상

한국이 5G의 ‘세계 첫’ 타이틀에 집착하는 진의는 어디에 있을까? 5G를 ‘제3의 마일스톤’이라고 규정한 문재인 정권. ‘5G+전략’에 민관에서 30조원 이상을 투자하는 한국의 전략과 최신 상황을 해설한다.

한국에서는 5G의 조기 개시와 활성화를 목표로 국가 차원의 준비를 추진해 왔다. 때문에 다른 나라보다 먼저 다양한 분야에서 시험 환경이 아니라 실장 수준의 유스케이스가 전개되고 있는 것이 큰 특징이다.

우선 18년 12월부터 모바일 라우터 베이스로 한정적인 법인용 상용서비스가 개시되었다. 컨슈머용 5G 서비스는 미국을 제치고 SK텔레콤, KT, LG U+ 3사가 4월 3일 심야에 일제히 세계 첫 서비스 개시를 선언하였다. ‘세계 첫’이라는 타이틀 획득을 둘러싼 이동통신사 3사 간의 소모전을 피하기 위해 정부가 개입, 반년 이상 전에 3사가 함께 상용서비스를 개시하기로 결정하였다. 이처럼 한국이 ‘세계 첫’ 5G 개시에 집착해온 배경에 대해 우선 생각해 보자.

한국이 단기간에 ICT 최선진국이 된 큰 요인은 1990년대 중반 세계에서 가장 먼저 국책으로 브로드밴드망을 정비하고 CDMA방식 이동통신서비스 도입을 추진했기 때문이다.

한국은 세계 ICT 분야에서 앞으로도 주도권을 잡기 위해서는 브로드밴드와 CDMA에 이어 세계 첫 5G 개시가 ‘제3의 중요한 마일스톤’이라고 판단하고 있다. 현재의 문재인 정권이 성장 전략으로 추진하고 있는 제4차 산업혁명은 모든 ICT 활용 서비스를 5G와 함께 제공한다는 계획이다. 기본 인프라로서 5G의 전국 정비를 서두르고 있다.
 

통신업계에서도 5G 본격화를 서두르는 사정이 있다. 한국에서는 통신 사업은 이미 정점을 찍었다. 이동통신사는 일찍부터 통신 사업 이외의 새로운 사업 개척에 주력해 왔다. 5G는 기존 이상의 광범위한 업종과의 연계를 기대할 수 있기 때문에 이동통신사 3사는 5G의 조기 본격화에 전력을 쏟고 있다.

-- 공공분야부터 5G 도입 --
한국 정부의 5G 전략의 개요를 소개한다. 5G 상용화 시점까지는 네트워크를 원활하게 구축하기 위한 제도 도입이나 규제 완화가 추진되었다. 5G 네트워크 설비 공용∙공동 구축 촉진을 위한 제도 개정, 5G 기지국 장치 구입비 공제를 위한 세제 개정, 5G 활용 새로운 서비스 개발을 전망한 규제 샌드박스 도입 등의 제도 정비가 18년까지 잇달아 실시되었다.

올해 4월의 5G 본격 상용화를 계기로 정부 전략도 5G 사회 실장형으로 전환하였다. 관련 산업의 집중 육성과 5G 활용 서비스의 실장을 추진하는 정부의 횡단적 ‘5G+전략’이 19년 4월에 발표되었다. 5G 네트워크의 전국 정비는 22년까지 완료할 계획이다.

-- 보조금 경쟁이 격화되는 5G 스마트폰 --
-- 5G 활용으로 스마트 팩토리 --
-- 화웨이 제재로 인해 LG에 영향도 --

Part 3. 실증실험에서 가시화된 5G 실력
어디에서나 실효 100메가

일본도 5G 상용서비스 개시까지 1년을 앞두고 있다. 그 실력은 어느 정도일까? 국내외에서 실시되고 있는 실증실험 성과를 통해 구체적인 성능이 가시화되었다. 유망한 유스케이스를 바탕으로 5G의 실력을 측정해 보자.

‘최대 속도 20Gbps’ ‘지연 1ms’ 등 성능이 가시화되고 있는 5G. 그러나 이것은 이른바 카탈로그 스펙이다. 누구도 이 성능을 항상 사용할 수 있는 것은 아니다.

또한 5G의 특징인 초고속∙대용량통신(eMBB)과 초저지연‧고신뢰통신(URLLC), 대량단말접속(mMTC)의 3개는 모두 동시에 실현할 수 있는 것도 아니다. 어플리케이션 측의 요구에 따라서 어느 특성을 우선할 것인가를 조정해 사용하게 된다. 게다가 사양이 고정된 것은 eMBB뿐이다. URLLC는 20년 3월 완료 예정인 릴리스16(이하, R16)에서 사양이 결정될 예정이다.

그럼 내년에 시작되는 5G는 어느 정도의 성능을 갖추고 우리들 앞에 등장할 것인가?

-- 진가는 업로드의 대용량화 --
5G 상용서비스의 개시 당초는 eMBB가 메인이다. LTE에서도 이론 상은 다운로드 최대 1Gbps이상, 업로드 최대 100Mbps이상이 실현되었다. 그러나 5G와 LTE의 가장 큰 차이는 다음의 2개다.

하나는 8K 영상 전송도 가능한 실효 100Mbps의 무선통신이 어디서나 누구나 이용할 수 있다는 점이다. 그것이 5G가 우선 목표하는 세계다. KDDI총합연구소의 기시(岸) 운영책임자는 “4G에서도 가능한 스펙이지만 한정된 고객만이 리치한 서비스를 사용할 수 있는 것에 불과하다. 보편적으로 리치한 서비스를 받을 수 있도록 5G를 도입해 나간다”라고 말한다. 이를 가능하게 하는 캐파시티야말로 5G의 본질이다.

특히 큰 차이는 업로드 통신의 대용량화다. NTT도코모의 나카무라(中村) 운영책임자는 5월 말에 도쿄 빅사이트에서 개최된 ‘Wireless Technology Park(WTP) 2019’ 강연에서 “다양한 산업계와 많은 유스케이스를 추진해 왔다. 업로드 링크 수요가 상당히 높아졌다”라고 말했다. 업로드에서도 ‘어디서나 100Mbps’가 실현된다면 무선통신의 활용 범위는 현격히 확산된다.

-- 업로드 방향에 대역 할당 --
이에 대해 노키아 솔루션&네트워크기술총괄부의 야나기바시(柳橋) 부장은 “초기의 5G 주파수는 거의 TDD(시분할방식)에서 사용되는 고역(高域) 주파수뿐이기 때문에, 업로드다운로드의 주파수 할당 비율이 정적으로 유지되는 FDD(주파수분할방식)와 비교해 할당 비를 유연하게 조정할 수 있다”라고 말한다. 결과적으로 “업로드 방향의 통신에 큰 대역을 할당하는 것도 가능해진다”라고 말한다.

복수의 카메라로 촬영한 고화질 영상을 무선으로 서버나 클라우드에 전송, 360도 영상이나 자유시점 영상, VR콘텐츠로 가공해 전송하거나 AI로 해석하는 등 새로운 체험∙서비스가 가능해진다. KDDI총연의 기시 운영책임자는 “8K 영상을 전송할 수 있어도 새로운 유저 체험을 창출하는 것은 어렵다. 복수 시점의 영상을 전송할 수 있는 5G의 능력과, 그것을 합성∙가공하는 영상 기술이 조합되면서 새로운 체험을 실현할 수 있다”라고 말한다.

-- 일반 공공도로에서 자동차 원격 운전 --
-- 기준은 ‘영상처리 포함 100ms’ --
-- 기지국 없이 E2E 지연 50ms --
-- 실효 속도 기가 이상도 사정거리에 --
-- mMTC의 실증실험도 --

Part 4. ‘진정한 URLLC’로, 더욱 진화하는 5G
산업용 이더넷을 대체할 수 있다?

‘5G로 생산라인을 무선화하고 싶다’. 산업용 이더넷이 담당해 온 제어 통신을 무선화하기 위한 허들은 굉장히 높다. 그러나 제조업의 요구에 부응하기 위해 진정한 URLLC 실현을 위한 시도는 착착 진행되고 있다.

모든 산업계 중에서도 최대 IoT 관련 지출이 예상되는 제조업. 미국 시장조사 회사인 IDC에 따르면 세계의 IoT 시장 규모 7,450억 달러(2019년 전망) 중, 조립 제조가 1,190억 달러, 프로세스 제조가 780억 달러를 차지한다고 한다. 제조업은 2위의 운수(710억 달러)를 크게 따돌리고 있다.

5G의 최대 타깃 중 하나도 이 제조 IoT다. 공장용으로 1,000만 사이트 이상의 기지국이 건설되면서 세계의 기지국 사이트 수를 3배로 끌어 올릴 것이라는 미국 Habor Research의 예측도 있다.

실제로 국내 제조업의 기대도 높다. 에릭슨 재팬의 후지오카(藤岡) CTO는 “유선이나 Wi-Fi를 사용하고 있는 공장에서 5G를 사용하고 싶다는 요구는 많다”라고 말한다. 통신 케이블을 폐쇄하고 라인 변경을 쉽게 하거나 AGV(무인운반차) 등을 IoT화하는 것이 목적이다.

공장에서는 Wi-Fi가 사용되는 경우도 많지만 다양한 시스템이 가동되는 공장에서는 전파의 상호 간섭이 발생하기 쉽고, 혼잡 시의 지연 변동도 피할 수 없다. “LTE나 5G NR(New Radio)는 간섭이 없고, NR은 저지연이다”(후지오카 CTO)

-- 99.9999%의 벽 --
그러나 제조 IoT의 유스케이스는 다양하다. 무선통신에 요구되는 요건도 각각 다르다. 플릿 관리라면 광역의 접속성이 중시된다. 영상에 의한 공정 감시나 AR(증강현실)에 의한 작업 지원이라면 고속∙대용량 통신이 필요하다. 고온이나 진동 등의 데이터를 수집하기 위한 센서 네트워크를 만든다면 현재로서는 NB-IoT나 LTE-M이 적합할 것이다.

이들은 LTE에서도 충분히 대응 가능하다. 5G에 기대되는 것은 역시 URLLC다. 공작기계/로봇의 제어 통신이 그 대표 사례지만 요건이 굉장히 엄격하다.

기계제어∙오토메이션에 관련한 제조 IoT용 어플리케이션에서 요구되는 통신지연 시간은 대략 1~10ms다. 또한 제조업에 대한 5G 적용을 목표로 독일 전기전자공업연맹(ZVEI)이 18년 4월에 설립한 단체 ‘5G Alliance for Connected Industries and Automation(5G-ACIA)’는 제조 IoT에서 5G의 유스케이스 검토와 요구 조건을 찾아내고 있다. 가장 요건이 엄격한 모션컨트롤은 ’99.9999% 이상의 가용성’ ‘사이클타임 0.5ms 이하’가 요구되고 있다.

모션컨트롤은 모터에 의한 위치제어 등 공작기계/로봇제어의 중핵을 담당하는 기술이다. 사이클타임은 한 공정에 드는 시간을 가리키며, 공작기계와 그 컨트롤 간의 통신의 지연 시간에는, 0.5ms 이하보다 더 엄격한 성능이 요구될 가능성도 있다.

-- 무선통신에 이더넷 TSN --
-- URLLC+MEC로 협조 제어 --
-- R16은 3개월 연장, 그리고 R17로 --

 -- 끝 --