전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2021.10 특집 (p18-66)

Road to 6G
5G를 뛰어넘는 다양한 가치, 디지털과 실제 세계를 연결   

일본에서 5G의 상용서비스가 시작된 지 약 1년 반이 지났다. 5G의 보급이 시작된 지 얼마 되지 않았음에도 불구하고, 벌써 국내외에서 5G의 차세대 통신시스템인 ‘6G’를 대비한 움직임이 활발해지고 있다. 5G를 뛰어넘는 다양한 가치를 제공하는 6G의 모습이 가시화되고 있다. 그런 6G로 가는 길을, 6개의 키워드로 해설한다.

[6G 키워드①]
사이버와 피지컬의 융합
세계관은 각 기업에서 일치

2020년 이후에 세계의 연구기관이나 대형 통신기기 벤더, 통신사업자 등이 잇달아 6G에 관한 백서를 공표하고 있다. 이동통신은 거의 10년마다 세대 교체를 한다. 2000년 전후의 3G, 10년 전후의 4G, 20년 전후의 5G로 교체되어 왔다. 그리고 6G는 30년 전후의 실용화를 목표하고 있고, 이러한 6G를 둘러싸고 세계에서는 벌써 주도권 싸움이 진행되고 있다.

각 기업의 백서를 읽어 보면, 6G로 실현하는 세계관은 ‘사이버 피지컬 융합(Cyber Physical System)’이라는 방향으로 거의 일치하고 있다.

사이버 피지컬 융합이란, 현실 공간의 데이터를 사이버 공간에서 재현하고, 데이터를 해석한 다음, 그 결과를 현실 공간으로 되돌리는 것을 말한다. 디지털 트윈과 같은 의미이다. 핀란드의 거대 통신기기 벤더 노키아 일본법인의 야나기바시(柳橋) CTO는 “물리적인 세계를 디지털로 재현한다. 그러기 위해서는 대량의 데이터를 순식간에 교환하는 인프라가 필요하다”라고 말한다.

사이버 피지컬 융합을 뒷받침하는 인프라가 될 6G의 요구 조건에 대해서도 각 사의 비전은 비슷하다. 100G비트/초의 고속∙대용량 통신이나 1㎢당 1,000만 디바이스의 다수 동시 접속 등 5G를 확장하는 방향성과 함께 ‘초고신뢰성’이나 ‘초커버리지’라는 새로운 기능의 축을 늘린다. 6G는 5G를 초월한 다양한 가치를 초래하는 통신인프라가 된다.

[6G 키워드②]
분산 네트워크
결여되어 있던 고신뢰성을 확보

6G는 지금까지의 이동전화 시스템의 기본인 셀룰러 방식의 기지국 구성을 일변시켜, 분산 네트워크의 아키텍처를 대담하게 도입할 가능성이 있다. 복수의 기지국을 제휴∙협조하여 통신을 확립하고 신뢰성을 높이기 위해서이다.

“5G까지는 최선 노력(best effort) 통신으로, 신뢰성은 둘째였다. 6G를 사회 기반으로 만들기 위해서는 신뢰성을 더 추구할 필요가 있다”. KDDI 종합연구소 첨단기술연구소의 고니시(小西) 소장은 이렇게 강조한다.

6G로 분산 네트워크를 도입하고, 단말 주위의 다수의 기지국을 연계함으로써 Cell Edge라는 개념이 없어진다. 모든 장소에서 신뢰성을 담보한 통신을 확립할 수 있다. 지금까지의 셀룰러 방식의 기지국 구성은, 구역을 효율적으로 넓히는데 적합했다. 반면에 Cell Edge에서는 아무래도 품질이 떨어졌다.

“업링크 통신은 주위의 여러 주변기기와 연계해 ‘가상화 단말’을 구성함으로써 스루풋(throughput)을 개선할 수 있다”(고니시 소장). 업링크 통신은 인체에 미치는 영향도 있어 단말의 전파 출력을 올리지 못하므로 다운링크 통신에 비해 스루풋이 떨어지는 경향이 있다. 예를 들면 커넥티드카처럼 주변 디바이스와 단말이 연계해 커넥티드카의 업링크 통신을 사용함으로써 가상적으로 단말의 출력을 올릴 수 있다. 스루풋을 개선할 수 있다.

6G에서는 100G비트/초라는 고속 대용량을 실현하기 위해서 테라헤르츠파를 활용하는 것도 고려한다. 테라헤르츠파는 밀리파 이상으로 직진성이 강해 가시거리 통신 외에는 활용이 어렵다는 지적이 많다. 그러나 분산 네트워크를 사용하여 적재적소에서 기지국을 연계시킴으로써 테라헤르츠파의 활용도 시야에 들어온다.

[6G 키워드③]
비(非) 지상계 네트워크(NTN)
HAPS와 LEO가 주역으로

6G에서는 ‘지구에서 권외 없애기’도 큰 목표가 될 것으로 보인다. 지구상의 30억~40억 명이 아직 인터넷에 접속하지 못하고 있다. 일본의 이동전화 인구 커버율은 99%이지만 사람이 살지 않는 산간지역 등을 포함한 면적 커버율은 최대 약 70%이다.

이런 지역에 철탑을 세워 구역을 만드는 것은 경제 합리성에 맞지 않는다. 그래서 인공위성이나 HAPS(High Altitude Platform Station)를 사용해 상공에서 단번에 구역화한다. 이러한 기술에 대해 이동전화 표준화 단체인 '3GPP'에서는 비(非) 지상계 네트워크(Non-Terrestrial Network, NTN)라는 명칭으로 논의를 시작했다. 6G를 기다리지 않고 활발하게 움직이고 있다.

소프트뱅크는 자회사인 HAPS 모바일(도쿄)을 통해 HAPS의 개발에 적극적으로 착수한다. 고도 20km의 성층권에 이동전화 기지국을 실은 무인항공기를 띄워, 하늘에서 단번에 구역화한다(참고로 1기의 HAPS로 커버할 수 있는 것은 직경 200km 정도다.

일본 전체를 커버하기 위해서는 약 40기가 필요하다고 한다). 일반적인 스마트폰으로 통신이 가능하다. 소프트뱅크는 20년에 5회 정도 무인항공기 시험을 실시하여, 성층권에서 5시간 30분 비행에 성공했다. 23~25년에 구역 등을 한정한 베타판으로 테스트를 실시하고, 사전 상용(pre-commercial)을 26년에 시작할 계획이라고 한다.

세계로 눈을 돌리면, 테슬라의 일론 머스크 CEO가 이끄는 Space X의 위성 브로드밴드 서비스 ‘스타링크(Starlink)’가 선두를 달리고 있다. 약 1만 2,000기의 인공위성을 발사해 세계 전체를 커버하는 통신망을 구축할 계획이다. 이미 약 1,500기의 인공위성을 발사한 상태다. 21년 2월에 한정된 지역과 유저를 대상으로 한 퍼블릭 베타 시험을 시작했다.

스타링크가 채용하는 인공위성은, 지표에서 160k~2,000km의 저궤도를 주회하는 저궤도(Low Earth Orbit: LEO) 위성이다. 예전부터 실용화가 진행된, 지표에서 3만 6,000km라는 매우 높은 위치에 있는 정지궤도(Geostationary Orbit: GEO) 위성과 달리 지연을 억제할 수 있고 고속통신을 실현할 수 있다.

LEO를 활용한 통신서비스는, 스타링크 이외에도 소프트뱅크가 제휴하고 있는 영국 OneWeb이나, 라쿠텐 그룹이 제휴하고 있는 미국 AST & Science 등도 준비를 추진하고 있다. LEO는 점점 6G를 위한 주역이 되고 있다.

[6G 키워드④]
통신과 센싱의 융합
테라헤르츠파는 수 mm를 감지

6G에서는 통신과 센싱의 융합도 진행될 것으로 보인다. NTT도코모 6G-IOWN 추진부의 나카무라(中村) 부장은 “6G로 사이버 피지컬 융합을 진행시키는 가운데 현실 공간의 데이터를 얼마나 센싱할 것인가가 포인트가 된다. IoT 디바이스뿐 아니라 무선 주파수를 사용해 통신하면서 동시에 센싱하는 방법도 있다”라고 강조한다.

통신과 동시에 센싱하는 방법은 이미 여러 개 존재한다. 전파의 수신 상태에 따라, 방안의 문이 여닫혔는지 여부를 인공지능(AI)을 사용해 센싱하는 것이 가능하다.

이 밖에 통신 채널의 상태를 나타내는 참조 신호(CSI: Channel State Information)를 센싱 용도로 활용하는 방법도 있다고 한다. 나카무라 부장은 “통신과 센싱의 융합은 카메라 영상 등에 비해 프라이버시에 대한 배려 면에서 적합한 면이 있다”라고 말한다.

6G에서의 활용 타깃이 되고 있는 테라헤르츠파는 통신 용도에서는 다루기 어려운 반면에 센싱 용도에는 적합한 측면이 있다. 주파수대는 높아지면 높아질수록 파장이 짧아진다. 테라헤르츠파로서 활용할 수 있는 100G~300GHz대의 파장은 수 mm다(테라헤르츠파는 일반적으로 1THz 이상의 주파수대를 가리키지만 6G에서는 100G~300GHz대도 테라헤르츠파에 포함하는 경우가 많다).

통신 용도에서는 벽의 요철에 반응해 반사파가 산란한다는 결점이 있지만, 센싱 용도에서는 수 mm의 모양까지 알 수 있다는 이점이 된다.

[6G 키워드⑤]
네트워크가 스마트폰화
AI를 확장하는 인프라로

소프트뱅크 첨단기술개발본부의 와키카와(湧川) 본부장은 “6G는 AI를 확장하는 강력한 인프라가 된다”라고 강조한다.

5G의 진화에 따라 이용자에게 가까운 네트워크의 엣지 부분에 컴퓨팅 기능이 들어가고 있다. 이것이 바로 MEC(Multi-access Edge Computing)다. 와키카와 본부장은 “엣지 부분에서 자율주행이나 이미지 처리, 게임 등을 위해 AI 처리를 한다. 인터넷의 끝이 아니라 네트워크 바로 옆의 AI를 사용함으로써 폭넓은 산업의 성장으로 이어질 수 있다”라고 말한다.

기지국 등 무선접속네트워크(RAN: Radio Access Network)의 개방화(Open RAN)나, 가상화(vRAN)의 움직임이 진행되고 있다는 점도 통신과 컴퓨팅의 융합을 뒷받침한다. 기지국을 범용 서버로 구성하고, AI 처리 기능과 겸용하는 새로운 네트워크의 모습이 (6G를 기다리지 않고) 22년부터 23년에 걸쳐 진행될 것으로 보인다.

또한 5G의 기능 확장으로, 6G 시대에 네트워크 전체가 스마트폰화되는 미래도 가시화되기 시작했다. 5G의 코어네트워크 기능인 5G Core(5GC)의 도입으로, 통신사업자는 외부 애플리케이션에서 네트워크 기능을 제어할 수 있는 ‘NEF(Network Exposure Function)’를 활용하기 시작할 가능성이 있기 때문이다.

6G 시대의 통신은 단순한 네트워크 인프라가 아니라 AI를 내포한 거대한 플랫폼으로 변해가는 미래상이 가시화되고 있다.

[6G 키워드⑥]
5G보다 3년 빠른 속도
2024년까지가 승부

6G의 도입에는 표준화가 필요하다. 현시점에서 아직 3GPP에서 6G의 표준화는 시작되지 않고 있다. 벤더나 통신사업자, 연구기관이 6G의 비전이나 방향성을 공유하고 있는 단계다.

6G의 주도권을 잡기 위해서는 표준화가 시작될 때까지가 승부다. NTT도코모의 나카무라 부장은 “과거 세대의 사례를 통해 보면 6G에 대한 논의는 2~3년 빠르게 진행되고 있는 인상이다”라고 지적한다.

2020년의 도입을 목표하고 있던 5G의 예를 되돌아 보면, 그 10년 전인 2010년은 아직 콘셉트를 만들기 시작할 단계였다. 그런데 2030년의 도입을 목표하는 6G는, 10년 전에 해당되는 2020년 단계에서, 각처에서 백서가 잇달아 등장하고 있다. 이미 기운이 고조된 상황이다. 유럽이나 미국 등 각국에서 6G 추진을 위한 단체가 계속해서 만들어지고 있다.

유럽에서는 핀란드 오울루대학을 중심으로 한 6G 연구개발 프로젝트 ‘6G Flagship’, 노키아나 에릭슨이 주도하는 유럽연합의 6G 프로젝트 ‘Hexa-X’가 가동되고 있다. 미국에서는 GAFA가 참여하는 6G 추진 단체 'Next G Alliance'가 2020년에 발족했다. 벌써부터 국제적인 경쟁이 격렬해지고 있다.

5G에서는 다른 여러 나라에 비해 뒤쳐졌다는 평가를 받는 일본도 6G에서의 반격을 꾀하고 있다. 2020년 12월에 이미 산관학에서 6G 추진 단체 ‘Beyond 5G 추진 컨소시엄’을 설립했다. 5G의 산관학 추진 단체 ‘제5세대 모바일 추진 포럼(5GMF)’이 설립된 것이 14년이므로, 6G 추진 단체도 3년 빨리 진행되고 있는 것이다.

2030년의 6G 상용화를 역산하면, 표준화 작업은 24년부터 25년 단계에서 시작해야 한다고 많은 관계자가 지적한다. 6G에서 주도권을 잡을 수 있을지는 24년까지가 승부다.

6G의 다양한 방향성은 결코 한 회사나 한 나라만으로는 커버할 수 없다. 빠른 단계에서 국제적인 파트너 만들기에 착수해야 한다. Beyond 5G 추진 컨소시엄은 21년 6월, 6G 연구를 선도하는 핀란드 오울루대학을 중심으로 한 연구개발 프로젝트 '6G Flagship'과 MOU를 체결하였다.

그러나 6G의 국제적 연계에 미중 대립의 영향이 그림자를 드리우고 있다. 노키아가, 기지국의 오픈화에 착수하는 업계 단체 ‘O-RAN ALLIANCE’에서 미중 대립의 리스크로 인해 작업을 중단했다는 사실이 밝혀졌다. 앞으로 이러한 움직임이 다른 표준화 단체로도 확산된다면, 6G를 둘러싸고 미국 업체와 중국 업체 간에 통신 사양이 분단될 것이라는 우려도 나오고 있다.

 -- 끝 --

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참고자료: NTT 기술 저널_2021/9_5G evolution & 6G를 위한 NTT도코모의 대응
(https://hjtic.snu.ac.kr/node/12466)