전기전자/정보통신

Nikkei Computer_2020.9.3 특집 요약 (p44-51)

Local 5G 이륙
비약을 위한 3개의 과제

5G 기술을 이용해 기업이 대용량 무선망을 독자적으로 구축할 수 있는 ‘Local(로컬) 5G’. 19년 12월에 제도화되었지만 대부분은 아직 실증실험 단계에 있다. 현재는 도입 비용이나 단말 조달, 설계∙운용 등의 면에서 과제가 있기 때문이다. 전기가 될만한 것은 20년 내에 예정된 제도의 확장이다. 이에 맞춰서 많은 벤더가 새로운 기지국이나 단말 등의 신제품을 투입한다. 로컬 5G는 비약할 수 있을 것인가?

Part 1. 비약을 위한 3개의 과제

로컬 5G는 기업이나 지자체가 5G 기술을 사용해 기가비트급의 무선 네트워크를 독자적으로 구축할 수 있는 체계다. 19년 12월에 제도화되었다. DMG모리정기나 코니카미놀타, 히비키정기, 브리지스톤 등에서 착수하고 있다. 21년에는 본격적으로 시장이 형성될 것이라는 견해가 많다.

벤더에 따르면 로컬 5G 관련 문의나 상담은 19년부터 증가하고 있다. 누계 건수는 후지쓰에서 약 600건, NEC에서 수백 건에 달한다. “19년까지는 정보수집이 중심이었지만 20년부터는 기술적인 문의가 증가하기 시작했다”(Nokia Solutions & Networks의 시모코시(霜越) 씨).

-- 키워드는 리모트와 자동화 --
중에서도 로컬 5G에 기대를 거는 것은 제조업이다. “공장 내의 설비를 모두 무선화해, 배치를 유연하게 변경할 수 있는 ‘레이아웃 프리’로 하고 싶어한다”(NTT도코모 5G∙IoT비즈니스부 쓰보야(坪谷) 부장). “규모에 따라 다르지만 라인의 재구성에는 수백만 엔이 드는 경우도 있다. 무선화로 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다”(NTT커뮤니케이션즈 경영기획부 에구치(江口) 과장).

로컬 5G는 제조업에 국한되지 않고 교통이나 전력, 건설, 플랜트, 농업, 스마트 시티 등 폭넓은 분야에서 이용될 것으로 기대된다. “부동산에서는 고객용 통신 인프라 서비스로서 사업화를 검토하는 움직임도 있지만 자사에서 이용할 때의 키워드는 ‘리모트와 자동화’다”(NEC 신사업추진본부 후지무라(藤村) 부장).

리모트는 5G의 특징인 ‘고속 대용량’을 활용한 원격 영상 감시나 ‘저지연’을 활용한 원격 제어를 가리킨다. 단순한 원격 감시에 그치는 것이 아니라 고화질 영상을 조합함으로써 제조업에서는 설비 고장의 징후 감지, 농업에서는 수확 예측 등에 활용하는 움직임이 있다. 원격 제어는 건설기계나 로봇 등에 대한 적용이 검토되고 있다.

자동화의 대표적인 사례가 무인운반차(AGV)에 대한 적용이다. 원격 감시나 원격 제어 시스템과 조합해 자율주행 무인운반을 실현시킨다. 장기적으로는 공장이나 창고의 ‘완전 자동화’나 ‘완전 무인화’를 목표하는 기업은 많다.

-- 적용 주파수 폭은 이동통신사의 2배 --

Part 2. 과제1 도입 비용
최소 구성에 ‘수천만 엔’ / 수분의 1까지 내릴 수 있을까?

로컬 5G의 최대 걸림돌은 도입 비용이다. NEC나 후지쓰, 에릭슨 재팬, Nokia Solutions & Networks와 같은 벤더기업은 기지국이나 교환기(코어 장치) 가격을 공개하지 않는다. 인티그레이터에 따르면 “구축 비용을 포함해 최소 구성에 1억엔 정도다”(NTT커뮤니케이션), “안건에 따라 다르지만 수천만 엔부터 1엑엔 정도다”(NTT동일본).

도입 비용의 참고가 되는 것이 총무성의 ‘지역과제 해결형 로컬 5G 등의 실현을 위한 개발 실증’이다. 로컬 5G 등을 활용한 지역과제 해결에 약 37억 4,000만엔의 예산을 확보해 20년에 20건 정도의 실증을 예정한다. 이 중에 스마트 농업 3건은 입찰 공고를 마쳤고, 각각의 계약 금액은 1억 9800만엔, 2억 4750만엔, 2억 2880만엔이다. 이 금액에는 시스템 구축 등의 비용도 포함되지만 기준으로 참고할 수 있다. 대기업이 아니라면 도저히 감당하기 어려운 수준이다.

-- 교환기는 클라우드의 활용으로 싸게 --
도입 비용이 비싼 데는 이유가 있다. 우선 로컬 5G의 구성이다. 5G의 구성은 4G(LTE)를 병용하는 NSA(비단독모드)와 5G만으로 동작하는 SA(단독모드)의 2종류가 있다. 로컬 5G에 할당된 28기가헤르츠대의 주파수는 현재 NSA 구성 하나뿐이어서 4G와 5G의 쌍방의 네트워크를 구축하지 않으면 안 된다. 단순히 기지국 수가 증가한다. 또한 기지국이나 교환기의 대부분은 이동통신사용이다. 전용 하드웨어로 처리 성능이나 신뢰성 등을 높인 ‘Carrier Grade’ 제품이다. 비싸질 수밖에 없다.

그러나 총무성이 20년 내에 예정하고 있는 로컬 5G의 확충으로 이 상황은 크게 변할 것으로 보인다. 새로 할당을 예정하는 4.5기가헤르츠대는 4G의 구축이 불필요한 SA 구성으로 운용할 수 있다. 전파의 직진성이 높은 28기가헤르츠대와 비교해 설계가 쉬워 많은 벤더나 인티그레이터가 핵심으로 삼고 있다. 이 타이밍에서 저가의 기지국이나 교환기가 등장할 전망이다.

후지쓰는 “(현재의 도입 비용이) 수천만 엔 이상이면 상당히 낮춰진 가격을 제시할 수 있다고 생각한다. 반대로 가격이 내리지 않으면 보급되지 않기 때문에 몇 분의 1 수준을 목표로 하고 있다”라고 말한다. 구체적으로는 기지국이나 교환기를 범용 PC서버와 소프트웨어로 실현함으로써 가격을 억제한다. 이동통신사용 제품은 최소 구성으로도 1,000 유저 단위가 되지만 “10 유저와 같은 스몰 스타트에서 저가에 도입할 수 있도록 한다”(5G Vertical Service실 간다(神田) 씨).

또한 저가격화를 지원하는 것이 클라우드의 활용이다. 교환기를 클라우드 상에 두고 타사와 공유하면 싸게 할 수 있다. 5G의 특징인 저지연의 이점이 퇴색되는 것처럼 보이지만 교환기의 일부 기능을 거점 측에 둠으로써 데이터 통신을 로컬에서 완결시키는 것도 가능하다. NEC도 “클라우드형이 주축이 될 것으로 본다. 20년 12월을 목표로 메뉴를 만들고 있다”라고 말한다.

20년부터 새로 창설된 ‘5G 도입촉진세제’도 순풍으로 작용한다. 적용 기한은 22년 3월 31일까지로 일정 조건을 충족할 필요가 있지만 로컬 5G의 설비 투자(송수신 장치나 안테나, 코어설비, 통신모듈, 광파이버)에 대해 15%의 세액 공제 또는 30%의 특별상각을 적용할 수 있다. 이렇게 로컬 5G의 도입 기업이 확대되면 앞으로는 양산 효과로 더 싸질 것이라는 기대가 크다.

-- ‘전파 이용료’ 지불도 필요 --
로컬 5G의 도입에는 면허 신청이 필요하다. 도입 후에는 전파 이용료를 지불해야 한다. 전파 이용료는 기지국 1국당 연 2,600엔부터, 단말(육상 이동국, 포괄면허)은 1대당 연 370엔. IoT(사물인터넷) 용도로 가령 1만대의 장치에 통신모듈을 탑재하면 전파 이용료만 연 370만엔이라는 계산이 나온다. 무시할 수 없는 비용 부담이 된다.

로컬 5G를 NSA 구성으로 도입할 경우는 4G 네트워크도 구축할 필요가 있다. 이에는 ‘자영 등 BWA(광대역이동무선액세스)’라는 제도로 2.5기가헤르츠대의 주파수를 활용할 수 있지만 전파 이용료를 별도로 지불해야 한다. 자영 등 BWA의 전파 이용료는 기지국 1국당 연 1만 9000엔(공중선 전력이 0.01W를 넘을 경우), 단말(포괄면허)이 1대당 연 370엔. 총무성에 따르면 대상은 기본적으로 기지국이며, 단말에 대해서는 복수의 주파수를 사용하고 있어도 전파 이용료가 2배, 3배가 되는 일은 없다고 한다.

Part 3. 과제2 단말 조달
NSA 대응의 단말은 극히 일부 / SA에 맞춰 충실화

현재로서는 단말도 거의 선택지가 없다. 5G에 대응한 단말이 아직 적은 데다 일본의 로컬 5G의 NSA 구성에서 이용하는 28기가헤르츠대와 2.5기가헤르츠대의 조합이 세계에서도 희귀하기 때문이다.

많은 실증실험에서는 대만의 Compal Electronics의 평가보고서를 많이 본다. 대만이나 중국의 일부 업체가 중계 장치나 모듈 등을 제공하지만 “단말의 종류가 적은 것이 큰 과제다”(NTT동일본 비즈니스개발부 노마(野間) 과장).

단말 문제는 서서히 해소해 나갈 것으로 전망한다. 4.5기가헤르츠대의 SA 구성이 20년 내에 이용 가능하게 되는 것과 맞춰, 많은 업체가 대응 단말의 투입을 예정하고 있다. 20년 8월 17일에는 샤프가 로컬 5G 대응의 라우터 시작기를 개발했다고 발표, 9월 이후에 제공을 시작할 예정이라고 했다. 업계관계자들 사이에서는 NEC나 파나소닉 등의 이름도 나오고 있다.

그러나 28기가헤르츠대의 SA 구성에 대해서는 “대응할 칩세트가 아직 없고, 향후 1~2년 내의 로드맵에서도 확인할 수 없다. 시간이 더 걸릴 것으로 보인다”(복수의 벤더업체).

Part 4. 과제3 설계∙운용
밀리파는 의외로 사용 가능 / 그래도 SA 구성이 핵심

로컬 5G는 무선 LAN과 달리 모바일 네트워크 특유의 설계나 운용 상의 어려움이 있다. 특히 밀리파라고 부르는 28기가헤르츠대는 전파의 직진성이 높고 장해물에 약하다. 기지국의 안테나와 단말과의 사이를 사람이 통과하는 것만으로도 신호가 약해지기 때문에 설계에 노하우가 요구된다.

지금까지의 검증에 따르면 “의외로 잘 된다”는 목소리도 있다. NTT동일본이 도쿄대학과 공동으로 설립한 ‘로컬 5G 오픈 랩’에서 측정한 결과에서는 기지국의 안테나에서 복수의 벽을 사이에 두면 스루풋이 떨어지지만 세로 폭 약 20m, 가로 폭 약 36m의 건물 내에서 일정한 통신 속도가 나오는 것을 확인할 수 있었다. 사용한 기지국과 단말의 조합에서 최고 통신 속도는 다운로드 초당 500메가비트일 때, 스루풋이 초당 100메가비트를 밑돈 지점은 극히 일부뿐이었다. 반사판의 효과도 높고, 스루풋이 2배가 된 지점도 있었다고 한다.

NTT커뮤니케이션도 “사람이 가로막기만 해도 끊어진다고 하지만 그렇지도 않다. 빔 포밍 기술로 복수의 빔을 사용하면, 한 빔이 사람에 의해 차단당해도 다른 빔으로 반사파를 잡을 수 있다. 신호의 쇠약 정도를 보는 한으로는 상당히 가능성 있다”라고 말한다.

기지국 안테나 설치나 전파 간섭 조정 등은 이동통신사의 전문 영역이다. “24시간 체제의 감시를 비롯해 전문 지식을 가진 무선기술자가 보수를 담당한다. 무선 노하우를 활용할 수 있다”라며 지원사업에 착수하는 움직임도 있다고 한다.

-- 자영 등 BWA는 ‘리스크가 높다’ --
28기가헤르츠대의 NSA 구성에서는 자영 등 BWA를 사용해 2.5기가헤르츠대의 4G 네트워크도 구축하지 않으면 안 된다. 이 제도에는 우려의 목소리도 있다.

자영 등 BWA의 주파수는 원래 지역공공서비스의 향상 등을 목적으로 한 ‘지역 BWA’에 할당되었던 것이다. 때문에 지역 BWA에서 이용하지 않는, 또는 향후 일용할 가능성이 낮은 장소라는 것이 면허 조건으로 돼 있다. “지역 BWA의 사업자와 사전에 조정이 필요하며, 일방적으로 거절을 당하는 케이스도 있다. 자영 등 BWA의 구축 후에 지역 BWA가 참여해 온 경우도 지역 BWA가 우선되기 때문에 위험이 높다”(업계관계자).

20년 내에는 제도의 확장으로 인해 자영 등 BWA 대신에 1.9기가헤르츠대의 프라이빗 LTE를 조합한 로컬 5G의 구축도 가능해질 전망이다. 그러나 “1.9기가헤르츠대는 (구내 PHS나 DECT와의 간섭을 방지하는) Carrier Sense 기능의 실장이 의무화된다. (제어 신호를 교환하는) Anchor Band로서의 이용에는 논의의 여지가 있다. 프라이빗 LTE의 주파수 확장에서 Carrier Sense가 불필요해지면 희망적이다”라는 지적이 나오고 있다.

이러한 상황을 감안하면, 역시 핵심은 4.5기가헤르츠대의 SA구성이다. 고속 대용량을 무슨 일이 있어도 추구하고 싶은 경우는 28기가헤르츠대의 NSA 구성도 후보가 된다. 그러나 서두를 필요가 없다면 4.5기가헤르츠대부터 도입을 시작해 28기가헤르츠대도 SA 구성에서 이용할 수 있게 되는 것을 기다린다는 선택지가 있다.

-- 마지막은 이동통신사에게 쫓겨난다? --
아무튼 4.5기가헤르츠대의 SA 구성에 대응한 솔루션의 본격적인 등장은 지금부터다. 이동통신사의 상용 5G 서비스와 로컬 5G의 로밍처럼 실현 시기가 불분명한 과제도 존재한다. 기업은 예리한 눈으로 도입 시기를 전망해야 할 것이다.

로컬 5G의 도입 비용이 싸지지 않고 많은 과제가 남아 있는 상황이 계속된다면 ‘이동통신사의 상용 5G 서비스로 충분하다’는 전개도 생각할 수 있을 것이다. 이들 서비스는 제공 지역이 아직 한정적이기는 하지만 각 사는 빠른 속도로 확대한다는 방침을 제시하고 있다. NTT도코모는 21년 3월까지 5G의 제공 지역을 500개 도시로 확대하고, 소프트뱅크는 5G의 인구 커버율을 22년 3월까지 90% 이상으로 확대한다고 선언했다.

이동통신사는 21년에라도 SA의 도입을 시작, 23~24년에는 품질 등의 요건에 따라서 인프라를 가상적으로 분할할 수 있는 ‘Network Slicing’도 실현할 전망. “이동통신사가 실제로 제공할지 여부는 별개지만 사양 상은 1단말에 1슬라이스, 1단말에 복수 슬라이스, 1사에 1슬라이스와 같은 할당도 가능하게 된다”(에릭슨 재팬의 후지오카(藤岡) CTO).

이 기능을 활용하면 속도나 지연, 신뢰성 등의 면에서 기업의 세세한 요구에도 대응하기 쉬워지기 때문에 상대적으로 로컬 5G의 이점이 점점 약해질 가능성이 있다. “로컬 5G의 수요는 확실하게 전망할 수 있지만 최종적으로는 이동통신사의 5G 서비스에 쫓겨나는 시나리오도 충분히 생각할 수 있다”라는 경계의 목소리도 있다.

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