전기전자/정보통신

NTT 기술저널_2023.12

특집
5G로 바뀌는 세계의 통신 업계
새로운 플레이어, 새로운 통신 네트워크의 모습 (후편)

전편에서는 5G(제5세대 이동통신 시스템)의 등장과 보급으로 통신 시장 플레이어의 구도가 변화하고 있다는 점에 대해 소개했다. 후편에서는 5G와 그 이후인 Beyond 5G/6G(제6세대 이동통신 시스템)가 목표로 하는 새로운 통신 네트워크의 모습에 대해 구체적인 이용 씬을 포함해 전망해본다.

5G는 사회 및 산업의 기반을 목표로 하고 있다  

5G는 사실 그 이전인 4G(제4세대 이동통신시스템)까지와 동일한 네트워크이지만, 목표로 하는 방향에는 차이가 있다. 4G까지는 사람이 커뮤니케이션을 하기 위한 통신 수단이었지만, 5G는 여기에 더해 사회 및 산업의 기반이기도 하다.

그렇다면 어떤 경위로 5G는 사회 및 산업의 기반이라는 방향으로 가게 되었을까? 세계 모바일 통신 업계의 트렌드가 만들어지는 대표적인 장소로 매년 스페인의 바르셀로나에서 개최되는 국제 회의∙전시회인 ‘MWC(Mobile World Congress) Barcelona’가 있다. 세계 통신 업계의 많은 기업들이 참가해 세계를 향해 정보를 발신. 참가자가 매년 10만 명 규모의 업계 최대 이벤트이다.

MWC 바르셀로나에서 ‘5G’가 처음 주요 테마 중 하나로 다뤄진 것은 2016년 2월에 개최 된 행사 때였다. 그 전년도인 2015년부터 주요 테마였던 ‘IoT(Internet of Thing)’에 적합한 모바일 통신 기술로서 대형 통신기기 벤더들이 ‘5G’에 대해 언급하기 시작했다.

5G를 사람이 스마트폰으로 통신하기 위해서만이 아닌, 사물을 연결하는 통신 기반으로 발전시켜 나가, 5G가 각종 산업 분야와 사회 기반으로 침투하는 미래상을 그렸다. 이러한 방향성은 2023년 현재까지 통신 업계의 테마로 계속 이어지고 있다.

예를 들어 세계 통신 관련 업계 단체인 GSMA는 MWS Barcelona 2022에 맞춰 5G 이노베이션 포털사이트 ‘5G Transformation Hub’를 개최해 혁신적인 5G 솔루션을 다수 소개했다. 에릭슨, 퀄컴 등 대형 통신 업체들도 공식 블로그나 자사의 웨비나(온라인 세미나) 등을 통해 5G를 산업 용도로 적용한 사례 등을 지속적으로 소개하고 있다.

5G의 보급이 경제 및 산업에 미친 영향과 현재 상황

5G의 보급은 일본의 경제 및 산업에 어느 정도의 경제적 영향을 미칠 것으로 예측되고 있을까?

5G 사업의 경제적 효과에 대해 총무성이 주체한 ‘디지털 변혁 시대의 전파 정책 간담회’ 내에 신설된 ‘5G 비즈니스 디자인 워킹 그룹’이 2023년 7월에 공표한 보고서에 따르면, ‘5G의 잠재층을 포함한 모든 산업에 5G의 활용 효과가 파급되고, 생산성 향상 및 투자 촉진이 경제 성장에 기여해 나가는 ‘성장 시나리오’에 있어서는 내각부의 ‘중장기 경제 재정에 관한 시산(試算)’을 베이스로 한 케이스의 시나리오와 비교해 실질적 GDP 성장률이 장기적으로 0.7% 정도 높아질 것으로 전망. ‘사회 경제로의 구현은 일본 경제에 있어 중요한 의의가 있다’라고 한다.

하지만 한편에선 5G 사업에 대한 과제도 지적되고 있다. 전술한 5G 비즈니스 디자인 워킹 그룹의 보고서에서는 ‘5G만의 독자적 유스 케이스가 확대되고 있지 않고 있다’, ‘5G 기기 및 단말기가 보급되지 않고 있으며, 코스트도 내리지 않고 있다’, ‘통신 사업자에 대해 5G 인프라 투자의 인센티브가 작용하기 어렵다’ 등의 지적이다.

휴대전화가 널리 보급되기 시작한 2000년대 이후부터는 그러한 광경은 거의 볼 수 없게 되었다. 그 배경에는 시장 확대의 예견성에 있어서의 차이 때문인 것으로 생각된다. 통신 업계에서는 4G까지 ‘사람을 연결하는’ 시장이 타깃으로, 사람이 연결되고 싶다는 주체적 욕구를 잠재 시장으로 예견할 수 있었다.

한편, 5G가 목표로 하는 ‘사물이 연결되는’ 시장에서는 사물을 연결하고 싶어하는 기업의 수요를 예견하는 것은 어렵다고 할 수 있다. 따라서 통신 업계는 수년에 걸쳐 그 수요 개척을 추진하고 있는 것이다.

5G, Beyond 5G는 사회를 뒷받침하는 존재로

일본에서는 내각부 주도의 과학기술정책으로 ‘Society 5.0’이 2016년부터 제창되어왔다. Society 5.0란 사이버 공간(가상공간)과 피지컬 공간(현실공간)을 고도로 융합시킨 시스템(CPS: Cyber Physical System)에 의해 경제 발전과 사회적 과제 해결을 양립하는 사람 중심의 사회를 가리킨다.

CPS는 현실 세계의 데이터를 클라우드에 송신해 AI(인공지능)를 활용한 분석 결과를 기반으로 현실 세계의 서비스로 피드백 해 사회 과제를 해결하는 시스템이다.

총무성은 차세대 5G인 ‘Beyond 5G’가 Society 5.0의 백본(Backbone)으로서 핵심적인 기능을 담당할 수 있을 것으로 기대하고 있다. CPS는 일견 5G가 아니어도 실현할 수 있을 것처럼 보이지만, 각 업계가 통신 네트워크에 요구하는 기술 수준은 높아서 기존의 5G 성능으로는 충족하지 못하는 케이스도 많다.

이러한 가운데 총무성은 ‘Beyond 5G 추진 전략 간담회’를 마련해 논의를 거듭. 연구개발 전략과 지적 재산 및 표준화 전략, 전개 전략에 대해 추진 방침을 정리해 2020년 6월에 ‘Beyond 5G 추진 전략’을 공표했다.

이것을 행동으로 옮기기 위해 2020년 12월에 산∙학∙관으로 구성된 ‘Beyond 5G 추진 컨소시엄’이 설립되었다. 이 컨소시엄에서는 Beyond 5G 추진 전략을 기반으로 실시되는 구체적 활동 공유와 움직임의 가속화, 국제적 연대 촉진을 목적으로 하는 국제 컨퍼런스 개최 등이 실시된다.

Beyond 5G의 유스 케이스 사례

Beyond 5G 추진 컨소시엄에서는 이용자의 일상생활, 또는 많은 산업에 있어서의 광범위한 이용 시나리오를 상정. 그것을 통해 다각적 관점에서 사회 기반으로서의 통신 시스템이 구비해야 할 요건에 대한 검토를 실시하고 있다. 그 성과를 ‘Beyond 5G 백서~2030년에 전하는 메시지’에서 공개했다.

구체적으로는 각 업계의 Beyond 5G에 대한 기대, Beyond 5G에 요구되는 성능, 기술 트렌드 등이 명기되어 있다. 업계 별로 유스 케이스를 정리해 각 업계의 과제에 맞는 대책 안과 솔루션 상정 이미지가 다양하게 게재되어 있다.

또한 백서에서는 업계 별 유스 케이스를 고려해 Beyond 5G의 조건에 대해서도 정리되어 있다. 통신 네트워크에 요구되는 성능은 5G의 요구 조건(고속 대용량, 저지연, 동시 다수 접속)보다도 어려운 케이스가 있으며, 또한 5G 요구 조건에는 없는 새로운 성능도 요구되고 있다고 한다.

업계에 따라 유스 케이스는 달라지며, 그 유스 케이스가 요구하는 통신 네트워크의 성능도 다르다. 그 중에서 새로운 통신 네트워크의 형태를 복수 내걸고 있는 자동차 업계에 대해 살펴보자.

자동차 업계의 유스 케이스

백서에서는 자동차 업계의 현실과 과제가 다음 3가지로 정리되어 있다.
①지방에서의 교통 수단 제한: 일본은 인구 감소로 인한 운전기사 부족과 수익성 악화로 인해 지방의 대중교통기관 유지가 점점 어려워지고 있는 상황이다. 또한 지방은 자가용 차량의 이용률이 높다는 특징이 있는 한편, 면허를 보유하지 않는 주민의 이동 수단이 제한될 가능성이 있다.

②도시로의 인구 집중으로 인한 이동 시간 제약: 교통 체증이 심각한 지역이 많아 이동 및 통근 시간이 길어져 생활 시간이 제약 받고 있는 상황이다. 또한 앞으로 심화되는 고령화로 인해 자가용 차량으로 이동할 수 없는 주민이 증가해 고령자의 이동의 자유가 제약될 가능성이 있다.

한편, 대중교통기관의 이용률이 높은 지역에서는 자가용 차량과 물류 차량이 집중되면서 교통 체증이 발생하고 이로 인해 생활 시간의 제약이 발생하게 된다.

③에너지와 환경 문제: 자동차 산업에 있어서의 탄소중립을 위한 정책은 전기자동차로의 전환, 탈탄소 연료 이용, 그리고 그것을 뒷받침하는 인프라 정비 등이 주체이다. 한편, ‘자동차 사용법의 변혁’을 위한 차세대 교통 시스템의 기반이 되는 고정밀 디지털 지도, OTA(Over The Air) 기능, 협소지역의 통신 기능 등의 사회 구현 필요성도 있다.

이러한 과제들을 해결하기 위해 Beyond 5G 백서에서는 Beyond 5G로 실현될 것으로 기대되고 있는 활용 사례에 대해 ‘안전 운전 지원’과 ‘자율주행’이라는 2가지 관점에서 설명. 요구되는 통신 네트워크의 형태에 대해 언급하고 있다.

안전 운전 지원을 뒷받침하는 통신

백서에서는 우선, 안전 운전을 위한 통신 기술에 대해 설명하고 있다. 예를 들어, 화재로 인해 통상적인 교통 수단을 사용할 수 없게 되었을 경우 차량은 가까이에 있는 위험을 신속하게 알리고, 필요할 경우에는 충돌을 피하는 움직임이 요구된다.

이것을 지원하기 위해 통신을 활용. 위성이나 HAPS(High Altitude Platform Station: 고고도 플랫폼 무선국) 등, 상공에 있는 통신 설비와의 연결이나, 차량간의 정보 교환(차량 간 통신: V2V)과 같은 새로운 통신 형태가 상정되고 있다.

또한 ‘Beyond 5G’ 방식의 기지국에는 사물을 감지하는 센싱 기능이 탑재되어 있기 때문에 차량에 설치되어 있는 레이더에 의한 장애물 감지도 현재보다 범위가 넓으며, 빠르게 움직이는 것도 보다 정확하게 감지할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

자율주행을 지원하는 통신

5G 등의 통신 기술을 사용하면 최신 지도 데이터나 차량의 소프트웨어를 언제든지 업그레이드할 수 있게 된다. 또한 차량으로부터 정보를 수집해 데이터 베이스에 저장하고 그것을 기반으로 새로운 서비스를 제공하는 것도 가능하게 될 것이다.

하지만, 미래에 상정되고 있는 지도는 다이내믹맵(Dynamic Map)으로, 현재는 개발 단계에 있다. 이것은 고정밀도의 3차원 지도 정보에 차량이나 다양한 교통 정보 등, 동적인 정보를 탑재함으로써 시시각각 업데이트되는 데이터 베이스의 지도를 말한다.

지도 자체는 정적인 정보이지만, 교통 규칙이나 사고 정보, 주위 차량 및 보행자, 신호 정보 등 동적인 정보가 탑재됨으로써 자율주행 등으로의 활용이 기대되고 있는 디지털 인프라이다. 정보량이 크고, 업그레이드도 빈번하게 실시되어야 하기 때문에 Beyond 5G와 같은 대용량 통신 기술이 요구되고 있다.

또한 차량이 도로의 카메라나 신호기, 센서 등과 통신하고(V2I), 주변 상황을 보다 세밀하게 확인할 수 있게 됨으로써 자율주행 레벨3와 그 이하(레벨 2, 1) 간의 운전 전환(핸드오버)도 원활하게 될 것이다.

자율주행 레벨3에서는 운전자가 딴짓을 해도 되지만, 레벨2에서는 운전자가 운전대에서 손을 놓는 것은 가능해도 진행 방향 등을 계속 주시해야 할 필요가 있다. 즉, 레벨3에서 레벨2로 전환할 경우, 운전자는 스스로 차량을 제어할 필요가 있게 된다.

그렇다면 새로운 통신 네트워크의 형태인 ‘NTN(Non-terrestrial Network)’와 ‘V2X(Vehicle to X)’를 소개한다.

새로운 통신의 형태 ① NTN: 차량이 상공의 통신 설비와 직접 연결

전술한 ‘HAPS’란 통신 네트워크의 일부 설비를 상공에 올려 보내 지상의 다양한 기기와 통신하는 기술이다. 일반 제트여객기는 대략 고도 10km 정도를 비행하는 경우가 많지만, HAPS의 고도는 그 2배인 고도 20km 정도의 성층권 영역이기 때문에 성층권 플랫폼이라고 불린다.

이 밖에도 상공으로부터의 통신으로는 위성 통신이 있다. 통신용 위성에서는 정지위성(GEO: 고도 3만 6,000km)에 의한 상용 통신 서비스가 40년 이상 전부터 제공되고 있지만, 최근에는 저궤도 주행 위성(LEO: 고도 수백 km~2,000km)이 주목 받고 있다.

다수의 LEO로 지상을 면적(面的)으로 영역 커버하는 시스템을 위성 컨스텔레이션이라고 부른다. 미국의 스페이스X(서비스명: 스타링크)는 위성 컨스텔레이션을 제공하는 대표적인 기업이다. 또한 아마존도 ‘카이퍼(Kuiper)’라는 이름의 프로젝트를 통해 LEO를 이용한 통신 서비스 제공을 준비 중이다. 2023년 10월에는 시험 위성을 쏘아 올렸다.

HAPS와 위성 통신 등을 총칭한 네트워크는 ‘NTN’으로 불린다. NTN이 추진된다면 지금까지 고속 데이터 통신이 연결되지 못했던 영역에서도 고속 통신이 가능하게 된다. 기존의 위성 통신에서는 동영상을 보는 등의 고속 데이터 통신을 위해서는 대형 지상 안테나가 필요했다.

또한, 손바닥 크기의 위성 통신용 단말기는 SMS(Short Message Service) 교류 정도밖에는 할 수 없었지만, 지금은 차량은 물론 스마트폰으로도 보다 고속의 데이터 통신이 가능한 기술개발이 추진되고 있다.

차량이 모든 장소에서 고속 데이터 통신을 할 수 있게 된다면, 어디에서나 인터넷, 클라우드와 연결되어 안전 운전 지원뿐만 아니라, 자율주행에서도 유용한 정보 수집과 원격 감시 및 제어 등이 가능해진다.

NTN에 대해서는 일본에서도 대형 통신 업체들이 적극적으로 움직이고 있다. NTT는 우주 종합 컴퓨팅 네트워크 구축을 목표로 하고 있다. KDDI는 스페이스X와 공동으로 위성과 스마트폰의 직접 통신 서비스를 2024년에 제공할 예정이라고 발표했다.

소프트뱅크는 출자하고 있는 HAPS모바일과 원웹(OneWeb)을 활용한 구상을 내걸고 있으며, 라쿠텐모바일은 출자처인 미국의 AST스페이스모바일과 공동으로 위성과 스마트폰의 직접 통신 시험에 성공했다.

해외의 대형 통신 업체들도 NTN을 추진. 지상망과 NTN을 일체적으로 운용하는 통신 네트워크의 형태를 구현하는 움직임이 가속화될 것으로 전망되고 있다.

새로운 통신의 형태 ②: 셀룰러(Cellular) V2X: 차량이 주위와 연결된다

통신을 이용해 차량이나 도로를 고도화하는 연구개발의 역사는 길다. DSRC(Dedicated Short-Range Communications)라는 자동차 업계의 독자적인 통신 규격으로 실증실험이 이어지고 있지만, 상용 도입은 한정적이다. 일본에서는 ETC 2.0(기존의 통행요금의 자동결산 시스템과 전국 고속도로에 설치된 ITS 스팟을 통해 정보를 수집 및 제공하는 서비스)이 이 기술을 사용하고 있다.

한편, 차량이 그 주변 환경인 도로와의 통신(V2I), 차량(V2V), 보행자(V2P), 더 나아가 네트워크 및 클라우드와의 통신(V2N: Vehicle to Network)을 통해 차량 운행을 고도화하는 시도가 통신 업계에서 제안되어왔다. ‘V2I’, ‘V2V’, ‘V2P’ 등을 총칭해 ‘V2X’라고 부르며, 여기에 모바일 통신 방식을 채택한 것을 ‘셀룰러 V2X(C-V2X)’라고 부른다.

해외에서는 미국이 셀룰러 V2X 추진으로 방침을 변경. DSRC를 추진해온 유럽도 셀룰러 V2X와의 병용으로 움직이고 있다. 총무성의 ‘자율주행 시대의 ‘차세대 ITS 통신 연구회’에서는 차세대 ITS 통신 활용을 상정하는 유스 케이스가 제시되었다.

자율주행 기술의 상용 도입과 숙성이 진행되고 있는 가운데 다양한 기업들이 이 시장의 성장을 기대하며 준비하고 있다. 새로운 사회 인프라로 기대되고 있는 영역 중 하나이다.

이처럼 Beyond 5G 시대를 향해 구체적인 이용 씬 별로 요구되는 통신을 실현하기 위해 많은 연구개발이 추진되고 있다. 통신 네트워크를 이용하는 것은 사람만이 아닌 기계나 사회 인프라도 통신 네트워크를 활용하는 미래가 그려지고 있다.

2025년의 오사카 간사이 엑스포에서는 기본 방침으로 차세대 5G의 무선 통신 시스템인 Beyond 5G의 도입을 목표로 대규모 ‘Beyond 5G ready 쇼케이스’를 개최. 전 세계 사람들이 일본의 최첨단 기술을 체험할 수 있는 기회를 제공할 방침이다. 사회 인프라를 뒷받침하는 존재로서 일본이 세계를 향해 Beyond 5G를 어필하는 모습을 기대해본다.

맺음말

Beyond 5G로 시작된 차세대 통신 네트워크 실현을 향한 움직임도 시간이 지나 지금은 Beyond 5G/6G로 표기되는 경우가 늘고 있다. 그것은 해외에서 6G라는 말로 미래상을 제시하는 기업들이 늘고 있기 때문일 것이다. 그렇지만 아직까지 세계적으로 6G에 대한 컨셉트 만들기는 지금부터이고, 기술개발도 많은 기업들이 다양한 것들을 제안하고 있는 단계이다.

5G의 도입 시부터 업계가 주장해온 사회 산업 기반으로서의 통신 네트워크의 존재 가치는 6G를 통해 보다 명확하게 보이는 형태가 될 수 있을 것이다. 각 업계가 상정하는 수요와 유스 케이스가 시간이 경과됨에 따라 보다 확대될 것이다.

이러한 변화에 대해 얼마나 유연하게 대응할 수 있을지는 현재 이미 통신 네트워크에 요구되고 있다. 통신 네트워크의 미래상과 요구 수준도 각 업계의 사업 및 유스케이스에 맞게 고도화되고 있다. 독자들도 사회 산업 기반으로 고도화되는 통신 네트워크를 주목해주길 바란다.

 -- 끝 --