전기전자/정보통신

Telecommunication_2019.12 특집 요약 (p6-21)

로컬 5G의 최전선
Local 5G와 Wi-fi6의 비교 등

드디어 로컬 5G의 면허 신청이 시작된다. 로컬 5G의 면허를 취득하기 위해서는 어떻게 하면 좋을까? 또한 4.5GHz대와 28GHz대의 남은 대역의 제도화를 위해 재개한 총무성의 ‘로컬 5G 검토작업반’에서의 논의의 행방은? 로컬 5G와 Wi-Fi6의 비교, 로컬 5G의 구체적인 실장 방법까지 로컬 5G의 ‘최전선’을 살펴보자.

Part 1. 총무성의 도입 가이드라인을 철저 해설
로컬 5G 면허를 취득하다

로컬 5G 사업자가 되기 위해서는 어떤 절차가 필요하고 어떤 점에 유의해야 하는가? 총무성의 ‘로컬 5G 도입에 관한 가이드라인’의 요점을 해설한다.

로컬 5G의 실용화가 드디어 눈 앞으로 다가왔다. 자기 건물이나 부지 내에서 5G를 자영 네트워크로서 구축∙운용하는 로컬 5G는 전국 이동통신사의 5G 전개가 늦어지는 지역에서 먼저 에어리어를 구축하거나 용도에 맞춰서 필요한 성능을 유연하게 설정할 수 있다는 이점이 있다. 스마트팩토리나 스마트농업, 건설현장에서 건설기계의 원격 제어, 하천 감시 등에서의 활용이 상정된다. 벤더나 CATV 사업자, 지방자치단체 등 많은 기업∙단체가 가입에 의욕을 보이고 있다.

로컬 5G에 할당된 주파수대는 4.5GHz대의 200MHz폭(4.6-4.8GHz)과 28GHz대의 900MHz폭(28.2-29.1GHz). 이 중 위성통신사업자 등과의 공용(共用) 검토가 종료된 28.2-28.3GHz에 대해서는 19년 12월까지 제도화를 완료, 면허 신청 접수를 시작할 예정이다.

총무성은 로컬 5G 제도의 개요나 필요한 절차를 규정한 ‘로컬 5G 도입에 관한 가이드라인’을 책정하고 있다. 로컬 5G의 도입에 필요한 무선국 개설의 절차 등을 명확화하고 전국 이동통신사 등과의 연계 방침을 제시함으로써 도입 장벽을 낮추는 것이 목적이다.

-- 의뢰를 받은 제3자도 면허인으로 --
-- 전국의 종합통신국에 신청 --
-- 운용자나 이용 형태에 따라 다른 IMSI --
-- NSA 구성의 실현 방법 --
-- 로컬 5G와 전국 이동통신사의 연계 --

Part 2. 로컬 5G 제도의 향후 전개
4.5GHz는 옥내 한정이 유력

총무성의 ‘로컬 5G 검토작업반’이 심의를 재개했다. 가장 주목되는 것은 남아 있는 4.5GHz대 200MHz폭과, 28GHz대 800MHz폭을 어떻게 제도화할 것인가다. 그러나 옥내 이용으로 한정될 가능성이 높다.

19년 10월 15일, 로컬 5G의 실현을 위한 과제를 검토하는 정보통신심의회 정보통신기술분과회 신세대모바일통신시스템위원회 ‘로컬 5G 검토작업반’이 7개월만에 심의를 개시했다.

개시 후의 가장 중요한 의제는 남은 4.5GHz대 200MHz폭, 28GHz대 800MHz폭을 이용하기 위한 검토다. 이들 모두는 지금도 별도의 용도로 사용되고 있는 대역으로 공용 조건을 정리할 필요가 있다.

4.6-4.8GHz는 공공업무용 무선국에 할당되어 있다. 이 대역은 당초에 전국 이동통신사에 대한 할당이 예정되어 있었고, 18년에 신세대모바일통신시스템위원회에서 공용 검토가 이루어졌다. 검토 결과, 동일 주파수 조건에서는 수 십 km 이상의 거리를 확보한 경우라도 광범위에 걸쳐 공공업무용 무선국이나 기지국의 허용간섭 전력을 웃도는 것이 분명해졌다.

공공업무용 무선국은 평가를 실시한 장소 이외에서도 설치가 예정되어 있는데다 다양한 이용 형태가 상정되고 있다. 때문에 동일 주파수로 공용을 실시하기 위해서는 5G시스템을 옥내 한정으로 이용할 필요가 있다고 한다.

28.3-29.1GHz에 대해서는 위성통신사업자가 지구국에서 위성으로 보내는 통신에 사용하고 있다.

이것도 4.6-4.8GHz와 마찬가지로 신세대모바일통신시스템위원회에서 공용 검토가 이미 이루어졌다. 그에 따르면 5G 기지국에서 위성으로의 간섭에 대해서는 많은 기지국을 설치한 경우라도 설치 상황을 적절하게 관리하면 공존 가능하지 않을까라는 결과를 얻었다. 그러나 위성통신사업자의 지구국에서 5G 기지국으로의 간섭에 대해서는 지구국의 근방(6km 정도 이내)에서는 영향이 크고, 이 범위에 기지국을 설치하는 것은 어렵다고 한다.

당시는 전국 이동통신사의 시스템을 전제로 해서 4.5GHz대 및 28GHz대의 공용의 가능성에 대해 검토됐었다. 때문에 작업반에서 새로 로컬 5G를 전제로 하는 상세한 검토를 할 예정이다. 그러나 “전국 이동통신사와 로컬 5G 사이에서 큰 차이는 없기 때문에 작년 7월의 신세대모바일통신위원회의 결과와 크게 다를 가능성은 낮다. 4.5/28GHz대 모두 기본적으로는 옥내 이용이 될 가능성이 높지 않을까 생각한다”(총무성).

-- 비동기에 의한 간섭 영향도 정밀조사 --
-- 전국 이동통신사에 대한 개방 가능성도 --

Part 3. 로컬 5G는 Wi-Fi6와 어떻게 다른가?
면허 대역의 이점을 활용해라

기존에는 자영형 무선네트워크로서는 Wi-Fi가 널리 채용되어 왔다. 로컬 5G는 그 성능을 훨씬 능가하는 새로운 선택지가 될 수 있다. Wi-Fi와의 차이를 정리하면서 로컬 5G의 이점을 명확히 밝힌다.

“지금까지 Wi-Fi로 무선통신시스템을 사용해 왔는데 새로운 선택지가 추가된다”. 정보통신종합연구소(ICR)의 기시다(岸田) 연구원의 말처럼 기업에게 있어서 가장 알기 쉬운 로컬 5G의 가치는 자유도가 높은 프라이빗 네트워크를 구축하기 위한 선택지가 많아지는데 있다. 실제로 Wi-Fi의 대체로서 로컬 5G를 검토하는 유저나 SIer은 많다. 그러나 Wi-Fi도 지금 큰 변화의 타이밍을 맞고 있다.

셀룰러 기술의 OFDMA를 채용해 주파수 이용 효율과 단말 수용 능력을 현격히 높인 신규격 ‘Wi-Fi6’가 등장. 기업 네트워크에서는 지금부터 Wi-Fi5에서 Wi-Fi6로의 이행하려는 참이다.

-- 시큐리티와 신뢰성에 차이 --
로컬 5G는 앞으로 Wi-Fi를 대신하는 무선네트워크 구축의 선택지로서 도입이 검토될 것이다. 거기에서 중요한 것이 구분 사용이다. 로컬 5G와 Wi-Fi6의 특성을 정확하게 구분하는 것이 출발점이 된다.

통신 속도에 대해서는 모두 기가비트 급의 스루 풋을 기대할 수 있다. 복수의 디바이스를 접속하는 케이스에서도 수백 Mbps의 고속 통신이 가능하다. 고화질 영상의 전송에도 적합하다.

그 이외의 점에서는 양자 사이에 큰 차이가 있다. Wi-Fi와 비교한 로컬 5G의 우위점은 보안 강도가 높다는 점과 면허 주파수대를 이용하기 때문에 통신 품질이 안정적이라는 것이다. “Wi-Fi와 비교해 보안이 안전하고 로컬 5G 상호간의 간섭을 피할 수 있다면 통신의 안정성이 담보된다”(기시다 연구원).

보안이 안전하다는 점에 대해서는 주로 2개의 요소가 있다. 하나는 인증방식이다. Wi-Fi는 SSID와 패스워드, 로컬 5G는 APN(Access Point Name)과 패스워드로 인증하는 점은 같지만 로컬 5G에서는 SIM카드 인증도 하기 때문에 안전성이 보다 강고해진다.

다른 하나는 주파수의 특성에 의한 차이다. Wi-Fi에서 이용하는 2.4/5GHz대의 전파는 장해물을 돌아 들어가기 때문에 전파가 부지∙건물 밖으로 누출되기 쉽다. 단말과 접속하기 쉬운 반면에 부정 침입이나 정보 누설의 위험도 높아진다.

-- 지연과 모빌리티성에서도 유리 --
-- 과제는 비용과 운용 노하우 --

Part 4. 코어 설비를 공용하는 하이브리드 구성도
로컬 5G의 도입 형태

로컬 5G의 시스템 구성에는 모든 설비를 온프레미스형으로 설치∙운용하는 형태와 코어 설비를 클라우드형으로 사용하는 하이브리드형의 2종류가 있다. 후자는 초기 비용이나 운용 부하를 억제할 수 있다.

5G 네트워크의 구성 요소는 기지국 등의 액세스 설비(RAN: Radio Access Network)와 코어네트워크 설비로 크게 나눌 수 있다.

코어네트워크는 NSA(Non Stand Alone)의 경우는 LTE의 코어망인 EPC를, SA(Stand Alone)의 경우는 5G Core(5GC)를 사용한다. 이들 모두 인증∙보안관리, 세션 관리, 폴리시 제어, 패킷 전송 등의 기능의 집합체로, 로컬 5G용으로는 범용 서버 상에서 가동하는 소프트웨어 혹은 어플라이언스 서버에서 제공된다.

로컬 5G를 도입할 경우, 시설 내에 RAN 설비를 설치해 EPC/5GC와 오퍼레이션 서포트 시스템을 서버나 프라이빗 클라우드에서 운용하는 형태가 기본이 된다.

-- 코어 기능은 서비스 형태로 --
여기서 문제가 되는 것이 설비 일식을 온프레미스형으로 도입하기 위한 초기 비용과 운용 부하다. 거액의 초기 투자가 필요한데다 일반적인 기업이나 SIer 입장에서는 지금까지 취급했던 적이 없는 셀룰러 네트워크의 운용 관리도 큰 부담이 된다.

때문에 실제로는 모든 설비를 온프레미스형으로 도입∙운용하는 케이스는 한정적이 될 것이라는 견해도 있다. 에릭슨 본사에서 프라이빗 네트워크 사업을 총괄하는 마누엘 루이즈 씨는 “온프레미스형은 통신 품질에 대한 요구 조건이 상당히 높은 경우나 기능을 축소한 심플한 유스케이스로 한정될 것이다”라고 말한다. 에릭슨이 전개하는 프라이빗 LTE/로컬 5G의 도입 사례의 대부분이 ‘하이브리드형’이라고 한다.

하이브리드형이라는 것은 코어 네트워크의 전부 또는 일부를 모바일 네트워크 사업자(MNO) 등의 설비와 공용하는 모델이다. MNO 등이 코어 기능을 호스팅 서비스와 같은 형태로 유저용으로 제공, 이를 온프레미스의 RAN과 연계시켜 이용한다. 또한 로컬 5G용의 코어 기능은 공중망 LTE/5G 설비와는 ‘VNF(가상 네트워크 기능)를 나눠서’ 제공된다.

-- 코어의 운용은 ‘일임’ --
-- 다채로운 공용 패턴을 전개 --
-- ‘최대 이점’이 사라질 위험성도

Part 5. 4.5GHz인지 28GHz인지, NSA인지 SA인지
무선 액세스의 선택 방법

로컬 5G의 ‘핵심’이라는 4.5GHz대/SA가 준비되는 것을 기다리지 않고 28GHz대/NSA에서 먼저 도입하려는 기업이 예상보다도 증가할 것 같다. 주파수대의 특성과 구분 사용, NSA 구성의 유의점 등을 정리한다.

28GHz대에서 먼저 시작해야 할 것인가, 아니면 4.5GHz대의 ‘해금’까지 기다릴 것인가? LTE 설비도 도입해야 하는 NSA와 5G 단독으로 사용할 수 있는 SA 중 어느 것을 선택해야 하고, NSA의 경우는 LTE에 어느 방식을 사용할 것인가?

로컬 5G의 도입을 검토하는데 있어서 이러한 점들을 정리할 필요가 있다. 무선 액세스(RAN: Radio Access Network)와 시스템 구성의 선택 방식, 사용 방식을 정리한다.

첫 번째 포인트는 주파수대의 선택이다. 28GHz대와 4.5GHz대는 그 전파 특성으로 인해 적용할 수 있는 이용 장면이 다르다.

시스템 구성으로서 5G 설비만으로 사용할 수 있는 SA와, 제어 신호를 송수신하는 앵커로서 LTE 시설도 필요한 NSA 중 어느 쪽을 선택해야 하는지도 고민스러운 부분이다. LTE와 5G를 다른 용도로 병용할 경우를 제외하고 5G의 성능만이 필요한 경우라면 “SA로 하고 싶다”는 것이 유저의 본심일 것이다.

NSA의 경우는 앵커에 이용하는 LTE 설비에도 복수의 선택지가 있다. 앵커도 자영망으로 한다면 자영 BWA가 첫 선택지가 되지만 비면허 대역인 1.9GHz대를 이용하는 자영용 LTE 규격 sXGP도 후보가 될 수 있다. sXGP를 사용한 프라이빗 LTE솔루션을 전개하는 BB Backbone의 하리구치(播口) 씨는 “정식 결정은 아직이지만 1.9GHz도 앵커 밴드에서 사용할 수 있도록 하는 방향으로 심의 중이다”라고 말한다.

-- ‘28GHz대에서 선행’ 노리는 기업도 --
먼저 제도화되는 28GHz대보다도 4.5GHz대가 면 커버가 쉽고 다루기 쉽기 때문에 로컬 5G를 검토하는 유저의 움직임은 크게 2개로 나뉜다. 28GHz대에서 ‘어쨌든 빨리 검증해서 PoC를 시작하고 싶다’는 그룹과 ‘4.5GHz대의 이용 개시를 기다린다’는 그룹이다.

NEC 신사업추진본부 다나카(田中) 부장은 “고객의 대부분은 서브6(4.5GHz)를 검토하고 있는 상황이지만 28GHz대에서 조기 도입을 노리는 기업도 증가하기 시작했다. 우리들의 검증 결과 등을 보고 ‘이거라면 28GHz에서도 가능하다’며 조기에 PoC를 검토하는 케이스도 나오기 시작했다”라고 말한다.

이에는 모바일 이동통신사가 실시하고 있는 5G 실증실험의 성과가 크게 영향을 미치고 있다고 한다. NEC도 작년 말에 오바야시구미, KDDI와 공동으로 건설기계의 원격 작업 실험에 성공. 연결이 어렵다는 28GHz대에서 2대의 건설기기가 연계 작업을 실시했다.

NEC 신사업추진본부 구마가이(熊谷) 부장은 “28GHz대를 잘 사용하기 위해서는 단말 측에 전파를 잡기 위한 장치가 필요하다”라고 말한다. 그러나 그 노하우를 활용함으로써 건설 현장만이 아니라 장해물이 많은 공장 안에서도 충분히 사용할 수 있다는 전망이 나왔다고 한다. 복수의 유저 사이에서 조기에 로컬 5G의 PoC를 시작하는 계획이 진행되고 있다.

-- 28GHz대는 ‘선형으로 에어리어화’ --
-- 사용법의 열쇠는 상하 밸런스 --
-- 자영 LTE에서 5G로의 단계 이행도 --
-- 자영 LTE 관련 제도 개정 --
-- 테스트∙무선설계의 유의점 --
-- 외부에서 오는 전파를 가시화 --
-- 스마트폰 앱으로 측정도 가능 --

 -- 끝 --