전기전자/정보통신

Telecommunication_2016. 06. 특집 (p12~26)

사회를 변화시키는 차세대 모바일 기술
5G가 알고 싶다

인공지능, 로봇, 자동운전, 스마트 시티, Fin Tech 등, 지금 다양한 영역에서 이노베이션이 일어나고 있지만, 이들 이노베이션의 기반이 되고 있는 것이 네트워크이다. 모든 사람과 사물이 연결되기 시작한 것이, 많은 이노베이션의 근원이 되고 있다. 그리고 이제, dl 네트워크에도 이노베이션의 시기가 가까워지고 있다. 차세대 모바일 기술인「5G」이다. 5G에서는 대체 무엇이 진화하고, 무엇이 실현 가능하게 되는지---. 지금부터 5G의 특징을 이해해 두는 것은, 이제부터의 ICT비즈니스의 승자가 되기 위한 절대 조건이다. 


Part 1. 7개의 키워드로 배우는 5G
이것만큼은 알아두고 싶다

Keyword ① : 2020년
10년만의 대진화

역사를 뒤돌아 보면, 이동통신시스템은 거의 10년 단위로 커다란 진화를 보여 왔다. 전 회는 2010년으로, 일본에서는 그 해 12월, 당시는 3.9G, 현재는 4G라고 불리는 LTE 서비스가 시작되었다. 그리고 지금, 2010년의 딱 10년후가 되는 2020년에 상용화를 목표로, 급 피치로 표준화 활동 등이 진행되고 있는 것이 5G(제5세대 이동통신시스템)이다.  

동경올림픽이 개최되는 2020년은, 일본에 있어 특별한 의미를 가진 해다.「우리들은 이전부터 2020년을 목표로 해왔지만, 그 후에 올림픽의 동경개최가 결정된 것으로, 더욱이 2020년 상용화를 목표로 기분이 고조되었다」(NTT Docomo 나카무라 씨). 총무성도「세게에 앞서서 2020년애 5G를 실현」하는 방침을 내고 있고, 2020년의 5G 상용화는「국책」이라고도 말할 수 있다.

-- ITU에서의 호칭은「IMT-2020」 --    
2020년에 5G상용화를 목표로 하고 있는 곳은 일본만이 아니다.「미국과 한국도 5G에 적극적으로 2020년, 또는 이보다 이전에 5G의 서비스를 시작하려 하고 있다」(나카무라 씨)예를 들면 미 Verizon은 2017년에 5G 서비스를 개시한다고 발표하고 있다. 또 한국도 2018년의 평창 동계올림픽에서 실증실험을 행하고, 2020년에 상용화를 목표하고 있다.

2017년이라면, 5G의 표준화 작업의 완료 전이다. 엄밀한 의미로 5G라고 불릴 수 있을지 모르겠으나, 세계적으로 2020년 전후의 5G 상용화를 위한 움직임이 활발해진 것은 확실하다. 5G의 표준규격과 주파수는, 최종적으로 ITU-R(유엔의 전문기관인 국제전기통신연합 무선통신 부문)의 권고에 따르는 것으로 되지만, ITU-R에서는 5G를「IMT-2020」 으로 호칭하고 있다.

그러면, 5G라는 것은 어떠한 것인가? 「네트워크화 사회 – 즉, 다양한 사물이 연결되고, 다양한 애플리케이션과 서비스가 확대되어 가는 세계를 위한 네트워크다」라고 설명하는 이는 Ericsson Japan의 후지오까 씨이다. 2020년대의 사회에 필요한 것은, 휴대전화/스마트폰만을 위한 네트워크가 아니다. 5G는, 여러가지 사물이 연결되는 시대의 니즈에 맞는 네트워크를 목표로 하고 있다.

Keyword ② : 세 가지 사용 시나리오
고속화하는 것만이 아니다

「종래의 진화는, 얼마나 처리능력을 향상하는데 중점을 두었다. 한편 5G는 “빠르게 하는 것만이 아닌”것이 첫 번째 특징」(노키아 야노 씨). 2020년대에 도래하는 것은 도시와 의료, 농업 등의 다양한 영역의 네트워크화가 진전한 사회이다. 휴대전화/ 스마트폰을 중심으로 한 4G 시대와는 다른 니즈에 맞출 필요가 있어, 5G는 고속대용량 이;외의 점에서도 커다란 진화를 시킬 필요가 있다.
그럼, 5G는 구체적으로 어떻게 진화하는 걸까? ITU-R은, 5G의 사용시나리오를 세가지로 정리하여, 그 진화의 방향성을 제시하고 있다. 

-- 모든 것이 연결되는 시대에 대응 --
첫 번째가, 지금까지의 연장선상에 있는「초고속 모바일 브로드밴드」이다. 4K·8K 영상과 VR 등, 거기에 풍부한 애플리케이션을 모바일로 이용 가능하게 한다. 두 번째와 세 번째는, 함께 IoT에 깊이 관련되어 있다.

우선 두 번째는「대량 머신통신」이다.「5G는 사회전반에 커다란 영향을 미치고 있지만, 키워드의 하나는, 모든 것이 네트워크에 연결되는 것이다」(KDDI의 마쯔나가 씨). 그리고,「향후 스마트폰만이 아닌, 여러 가지 단말이 통신기능을 가지게 되면, 대양의 단말과의 접속을 실현시키지 않으면 안 된다」(Docomo의 나카무라 씨).
 
세 번째는「Mission Critical 통신」이다. 5G시대에는 자동차의 자동운전과 원격수술 등의 실현화도 기대되고 있는데, 이러한 이용 장면을 상정한 경우, 높은 리얼타임 성을 실현하기 위해, 지연시간을 짧게 할 필요가 있다. 또 통신데이터가 도착하지 않으면, 최악의 경우는 생사와 관련되므로, 높은 신뢰성을 실현하는 것도 5G는 목표로 하고 있다.          

Keyword ③ : 10Gbps·20Gbps
언제 어디서든지 초 고속통신

5G의 구체적인 스펙은 어떻게 되는가? ITU-R은 작년,「비전 권고」의 형태로, 5G로 목표하는 스펙을 발표하고 있다. 이 중에 특히 중요한 통신속도와 지연시간의 두 가지에 대해서는 상세하게 보자. 우선은 통신속도이다.

-- 2020년 시점에서 최대 4Gbps --
「이동통신의 역사는, 기본적으로 고속대용량의 역사. 그것은 5G라도 아마 같을 것이다. 물론 최근이 트래픽의 증가가 많고, 고속대용량화의 필요성은, 더 높아지고 있다」(Docomo의 나까무라 씨). 전술한 것과 같이, 5G와 4G의 커다란 차이의 하나는, 고속대용량화만을 겨냥한 진화는 아닌 것이다. 그렇다고 해서, 고속대용량을 중요시하지 않는다는 것은 아니다.

ITU-R의 비전에서는 5G의 최대통신속도에 대해서는 10Gbps, 경우에 따라서는 20Gbps로 되어 있다. 1Gbps였던 4G(IMT-Advanced)와 비교하면 10~20배로 고속화된다. 그리고 단위면적당 용량도 100배가 목표로 되어 있고, 사용자 체감속도도 대폭 향상된다.

ITU-R은 100Mbps~1Gbps, 즉 여러 시간·장소에서 100Mbps 이상을 목표로 하고 있다. 신경 쓰이는 것은, 이러한 초고속이 언제부터 실현되느냐로, 나까무라 씨는
2020년 시점의 통신속도에 대해서는,「최대로 4Gbps, 평균적으로도 1Gbps 정도는 나오지 않을까」한다. 화웨이 재팬의 가지마 씨는,「대단히 고해상도의 영상이 전송 가능하게 되어, 정말로 그 자리에 있는 듯한 감각이 얻어지는 VR이 실현될 것이다」라고 한다.

Keyword ④ : 1ms 이하의 지연
원격조작도 리얼타임으로

자동차의 자동운전과 원격수술 등에서는, 순간적인 타이밍의 지연이 치명적으로 된다. 그래서 중요한 것이 지연시간이다. ITU-R의 비전에서는, 지연시간 1ms 이하(0.001초)가 목표로 되어 있다. 4G는 10배의 10ms였다. 그 1ms, 10ms라는 숫자는, 어디까지나 무선구간의 지연시간이다. 실제로는, 더욱이 Core Network를 통한 시간과 서버의 반응시간 등도 관련이 있기 때문에,「4G에서는 100ms이거나 그 이상 걸린다」(노키아 나카호 씨).

동 씨에 의하면, 100ms이상의 지연시간이 있는 상태로, 무선 콘트롤러 조작 등, 빠른 반응이 필요한 원격작업을 행하는 경우는 대단히 곤란하다고 한다. 그러나 End to End에서는 15ms정도의 지연시간이 되면,「거의 위화감 없이 조작가으,ㅇ하게 된다」고 한다. 5G에서는 Core Network 측의 지연시간도 단축되므로, End to End로 수ms의 실현을 목표로 한다.

Keyword ⑤ : Phase 1과 Phase 2
5G는 2단계로 진화한다

5G의 표준화 작업은, 두 개의 단체가 중심이 되어 하고 있다. ITU-R과 이동통신시스템에 관한 표준화 단체 3GPP이다. ITU-R이 5G(IMT-2020)의 요구조건을 정해, 이것에 따라 3GPP가 5G의 사양을 책정, 그것이 ITU-R의 심사를 통과하면, 5G로서 승인(권고)되는 것이, 개략적인 표준화의 흐름이다. 현재는 3GPP에서의 표준화 작업이 막 시작된 단게로, ITU-R의 요구조건이 확정되는 것도 내년이다. 2020년에 5G 서비스를 개시하기 위해서는,「2018년에는 상세한 사양을 결정할 필요가 있고, 스케줄은 상당히 타이트한 상태이다」(Docomo 나까무라 씨)

그곳에서 사용되는 것이「Phased Approach」이다. 3GPP에서의 표준화 작업을 「Phase 1」(초기사양)과「Phase 2」(확장사양)의 두 단계로 나누어, 2020년 서비스개시에 맞추기 위한 전략이다. 3GPP에서는, 1년~1년반 정도의 스팬으로 새로운 사양을 표준규격서에 정리하고, 그 최신판이 금년 봄에 확정된 Release 13이고, 5G의 phase1의 사양은 Release 15로서 2018년까지, Phase 2는 2019년의 Release 16으로 결정될 예정으로 되어 있다. Docomo는 이전부터 2020년에「5G」서비스를 개시하고, 그 수년 후의 202X년에는「5G+」로 고속화한다고 발표하고 있으나,「5G」가 phase 1,「5G+」가 Phase 2에 해당되는 것이다.

-- 일·미·한과 구주와의 차이 --
이러한 5G의 표준화는 2단게로 되기 때문에, 초기의 5G의 모습은, 어느 사양이 우선적으로 Phase 1에 포함되느냐에 따라 크게 영향을 받을 것이다. Phase 1에 무엇을 우선시킬 것인지에 대해 이론이 있다. 5G의 조기상용화에 적극적인 일·미·한의 통신사업자나 대형벤더는 초고속 모바일  브로드밴드를 우선해야 한다고 주장하고 있다. 이에 대한 구주의 통신사업자는 IoT관련의 사양을 우선해야 한다는 의견이라고 한다. 4G의 지역정비도 아직 충분히 진행되지 않은 것에 더해서,「모바일 브로드밴드로는 더는 돈을 벌 수 없다고 생각하는 구주 세가 많다」(나까무라 씨)는 것이 이유이다.

-- 대량기계와의 통신은 한발 앞으로 --
또한, 초고속 모바일 브로드밴드를 우선하고 싶다는 플레이어가, IoT를 경시하고 있지는 않다. IoT관련의 사용 시나리오에는, 대량기계통신과 Mission Critical통신의 두 가지가 있었는데, 전자에 대해서는,「LTE 베이스의 NB-IoT로 대응 가능」(화웨이 ·재팬의 카지마 씨)한 것이 그 배경에는 있다.

NB-IoT는, IoT용의 4G 규격. 머지않아 표준화가 완료되고, 내년에는 상용서비스가 시작될 예상이다. IoT에 있어서는, 대량 접속에 더해서, 성 전력과 저렴한 모듈가격 등이 추구되고 있는데, 이러한 요건은 NB-IoT로 충분히 만족시킬 수 있다는 것이 업계관계자들의 의견이다. 뒤집어 말하면,「대량기계통신에 관해서는, 5G로 크게 진화하는 것이 별로 없다」(에릭슨의 후지오까 씨). 결국 대량기계통신에 대해서는 5G를 기다리지 않고, 한 발 앞서서 실현될 것으로 보인다.          
 
Keyword ⑥ : Flexibility
Needs에 따른 변환 자유자재

5G를 이해하는데, Flexibility(유연성)eh 커다란 키워드의 하나이다. ITU-R에서는, 세 개의 시나리오 별로 필요한 성능을 그림과 같이 정리하고 있다. 5G는 4G와 ㅣㅂ교해서 대폭의 성능향상을 보이지만,「각 시나리오가 목표하는 성능은 다르고, 모든 것이 동시에 실현되는 것이 아니다」(화웨이 카지마 씨)

5G라고는 하지만, 모든 성능을 동시에 높이는 것은 곤란하고,「고속 대용량이 무엇보다 중요」한 경우도 있는가 하면,「지연시간은 중요한데, 고속대용량이 아니어도 좋다」는 경우도 잇는 등, 사용자에 따라서도, 모든 성능이 동시에 높아질 필요는 없기 때문이다. 따라서 5G에서는, 요건에 맞게 유연하고 최적의 성능을 제공하기 위한 시스템이, 무선방식이나 Core Network에 포함되어질 예정이다. 높은 유연성을 가짐으로, 하나의 시스템으로 다양한 Needs에 답할 수 있게 하고 있다.

Keyword ⑦ : 4G 와의 관계
5G는 LTE와의 긴밀한 연대가 전제

「초기의 5G는, LTE의 넓은 Area내에서, Hot Spot적으로 전개하는 형태가 될 것이다」(에릭슨 후지오까 씨). 5G의 서비스는, 트래픽 수요가 높은 도시 부에서부터 시작될 것이지만, 실은 적어도 당면해서 5G는 4G를 교체하는 성질의 것으로는 안 될 것이다. 왜냐하면, 5G는 4G의 광범위한 지역을 커버하는 시스템이기 때문이다. 처음부터 5G는, 4G의 지역 내에서만 제공하는 것이었다. 이동통신 시스템은, 제어신호의 콘트롤 플레인과 사용자 데이터의 사용자 플레인으로 나누어 데이터처리를 하고 있는데, 5Gdptjsms 콘트롤 플레인을 4G를 활용하는 것으로 상정했기 때문이다. 

또한 데이터 플레인에서도 5Grk 담당하는 것은 내려가는 것만으로 올라오는 것은 4Grk 담당하는 방향으로 협의가 진행되고 있다. 결국,「4G의 Area위에, 추가되어 가는 것이 5G」라는 NEC의 다우에 씨. 노키아의 노찌 씨도「5G는 단체로 존재하는 것이 아니고, 기존의 네트워크와 긴밀히 연대해 가면서, 지금까지 안 되었던 것들을  가능하게 한다」고 한다. 이를 위해 업계관계자의 대부분은 4G를 포함한 시스템의 총체를「5G」로 파악하고 있다.  


Part 2. 5G 기술혁신의 핵심
초고속, 초 저 지연, 유연성을 어떻게 실현하나?

고속 대용량화 ① : 4대역폭의 확대
6GHz 이상의 주파수를 적극 활용

고속 대용량화 ② : 무선기술의 진화
30GHz 이하는 4G의 확장기술로

고속 대용량화 ③ : Massive MINO
대용량화의 강력한 수단

초 저 지연 ① : Sub Frame을 단축
전송시간 간격을 보다 짧게

초 저 지연 ② : Mobile Edge Computing
기지국 측에 서버를 설치

Flexibility : OFDMA의 고속화와 NFV/SDN
하나의 시스템으로 다양한 Needs에


Part 3. SF의 세계가 드디어 실현에
5G가 실현하는 미래

5G에 의한 초고속·대용량·초저 지연의 통신인프라가 실현되었을 때, 우리들의 생활은 어떻게 변화할 것인가? 5G의 특성을 살린 미래의 애플리케이션과 서비스를 대담하게 예상해 보았다.

-- 선수의 시점에서 스포츠 관전 --
예를 들면, KDDI가 연구 중인「3D 자유시점」으로, 경기장에 설치된 복수 대의 카메라 연상을 합성하여 시청자가 원하는 시점의 영상을 제공.

-- 5G는「사람의 지각」에 근접 --
이러한 영상기술과 초 저 지연으로, AR(확장현실)과 VR(가상현실)이 개화될 것이다. 인간의 오감 중의 시각에 대해서 육안으로 보는 것과 손색이 없는 고해상도의 영상이 네트워크를 통해 떨어진 곳에서도 볼 수 있다.

-- 관전이 아닌 참전도 --

-- 공작기계와 자동차가 무선 콘트롤러로 --

-- 의료 헬기 내에서 원격 수술도 --
  

      -- 끝 --