4G 와 5G란 도대체 무엇인가?



  • 캐나다 한국일보 (public@koreatimes.net) --
  • 03 May 2019

5G는 많은 용량의 데이터를 4G보다 10배 빠르게 전달 초고속으로 수요자에게 정확하고도 지체없이 4G가 영화 1편을 보낸 시간이라면 5G는 20편을 보내


최대 속도가 20Gbps에 달하는 이동통신 기술로, 4세대 이동통신인 LTE에 비해 속도가 20배가량 빠르고, 처리 용량은 100배 많다. 강점인 초저지연성과 초연결성을 통해 4차 산업혁명의 핵심 기술인 가상현실, 자율주행, 사물인터넷 기술 등을 구현할 수 있다. 이 말을 이해하십니까. 그러면 아래 글을 읽지 않아도 됩니다.

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둘 다 통신기술을 말한다. 인터넷 통신망이 계속 발전하는 이유는 인터넷 접속이 필요한 기기가 자꾸 늘어나고 사용처가 다양해지기 때문이다. 새롭게 만들어지는 기술들중 상당수는 지금의 4G로는 부족하다. 최근 5G의 국제 표준이 제정되고, 한국과 미국에선 5G 첫 개통자가 나왔다고 한다. 도대체 4G, 5G라는것은 무엇일까?

여기서 G는 제너레이션(generation)의 약자로 4G, 5G는 각 4세대 5세대 이동통신 기술을 말한다. 각 세대에는 그 세대를 대표하는 기술들이 존재 하고 이동통신 표준화 국제협력기구(3GPP)에서 만든 표준 규약을 전세계적으로 사용한다. 대표적으로 4세대 이동통신 기술의 LTE (Long Term Evolution) 가 대표적이다. 그 외에도 IEEE, 3GPP2 등 각 하부 기구에서 관련 표준등을 제정하고 있다. 

다시말하면 4세대 이동통신 기술에 LTE, LTE-A(advance), LET-U등의 기술들이 포함되고 특정 최저 스팩을 통과하면 4세대, 5세대 등으로 구분된다. 현재 5세대는 유일하게 3GPP의 NR (New Radio)기술만 표준화 되어있다.

5G의 대표적인 특징은 속도가 아니다, 현재 4G 기술로도 영화 한편을 내려받는데 그리 불편을 느끼지 못한다. 5G를 이야기 할 때 가장 중요한 부분은 저지연성(low latency)에 있다. 보통 저지연성의 예를 자율주행 자동차를 들어 설명한다. 4세대 방식으로 통신하여 브레이크를 밝는 결정을 할때는 0.03~0.05초인대 반해 5G에서는 0.001초에 불과하다. 원격 수술, 원격 폭탄제거 등 실시간으로 통신이 이루어져야 하는 순간 5G의 기술이 빛나게 된다. 현재로는 휴대폰 화상통화 만으로도 데이터가 오가는데 약 몇초 늦은 화면을 보게 되지만 5G가 보편화 되면 가상현실 세계에서 지연 없이 실시간으로 대상을 보고 판단 할 수 있게 된다.

 

그렇다면 4G와 5G의 기술적인 차이는 무엇일까, 대표적으로 주파수 대역 (Bandwidth, 밴드위즈) 을 들 수 있다. 주파수는 대역에 따라 높을수록 고주파수(단파), 낮을수록 저주파수(장파)로 구분 할 수 있는대 각 대역별로 특징이 달라 사용처가 구분되어 있다. 고주파수(단파)로 올라갈 수록 시간단 전송 가능한 정보가 많아 더 선명한 음질, 많은 데이터를 보낼수 있는 장점이 있으나 점차 성질이 빛 과 같아져 건물이나 장애물 뒤쪽에서는 극도로 감쇄하는 성질이 있다.

5G는 초고주파수 대역을 사용한다. 최초 5G 주파수 대역에 대한 논의는 20~40GHz (기가허츠)대역의 초고주파수에서 시작되었으나 (4G LTE 기술을 사용하는 주파수 대역이 2.6GHz 이하라는 점을 고려하면 10~20배 이상의 고주파 대역이다.) 현재 상용 중인 주파수 대역중 서비스 가능한 6GHz이하 대역등도 포함하여 사용하게 된다.

5G에서 초고주파를 사용하는 이유는 앞서 말한대로 동일 시간에 많은 정보를 빠르게 전달 할 수 있기 때문이다 또 방향 지향성이 높아 다른 기기 옆에서도 서로 잡음이나 방해 없이 잘 작동한다. 4G의 주파수 대역에서는 한번에 사용할수 있는 대역폭(Bandwidth, 밴드위즈)이 20MHz 정도로  제한적이였으나 5G의 주파수 대역은 한번에 100MHz이상 확장하여 통으로 넓게 하나의 단말이 사용할수 있다.

예를 들자면 100개의 짐을 10대의 자동차에 나누어 2차선 도로로 가는것과 10차선 도로로 가는 것의 차이다. 대역폭이 넓을수록 한번에 주고 받을수 있는 데이터가 많아지고 자연스럽게 속도도 빨라진다. 현재 4G가 사용하는 대역은 2.1~2.6GHz 대역으로 협소하고 통신사별, 기능별로 구분되어 사용하다 보니 한번에 사용 할 수 있는 대역폭이 제한적이지만, 5G의 경우 큰대역폭으로 사용해도 문제가 없다.

이러한 장점에도 불구하고 5세대 통신의 문제점도 있다. 초고주파의 경우 성질이 빛과 같아져 가까운거리 직선거리의 경우 장점을 극대화 할 수 있지만 장거리에서는 장애물, 날씨(습도)와 같은 외부적 요인으로 전파가 극도로 감쇄 된다. 이를 보완하기 위해 더 촘촘하고 많은 기지국이 필요하고 4G 때와는 다른 신호 전송 방식을 사용한다.

4G의 경우 전방향으로 전파를 송수신하여 데이터를 처리하는대 반해, 5G의 경우 빔포밍(Beamforming)기술을 사용하여 특정 지역 사용자에게 안테나를 비추는 기술이 필요하다 이경우 대규모로 사용자가 몰리는 지역에 더 많은 안테나를 비추어 순간적인 데이터 지연, 접속지연 등을 방지할수 있지만 더 많은 기지국과 안테나가 필요한 것은 틀림없다.

또 5G역시 보안문제에 자유로울수 없다. 5G망의 경우 IoT(사물인터넷), 자율주행차 등 생활에 밀접한 모든 기기에서 사용될 수 있기 때문에 해킹 문제 발생시 생명에 직결된 문제들이 발생 할 수있다. 현재 4G 네트워크에서 발견됐던 보안 취약점들이 5G에서도 여전히 나타날 수 있다는 주장도 있다.

하지만 5G가 완전히 사용화 되고 보안 문제에 자유로워 진다면 많은 영화와 공상의 주제가 되었던 완벽한 스마트 시티(모든 기기가 인터넷에 연결되어 조정되는), 자율주행차, 초소형 홀로그램 컴퓨터 등이 불가능한 일많은 아니다.

5G는 아직도 실험,개발 단계 이므로 전세계적으로 사용되고 있지 않다. 그러나 각 통신개발 회사나 국가마다 올해 또는 내년출시를 준비하고 있다 캐나다의 경우 Telus와Rogers가 2020년 5G를 밴쿠버 지역부터 제공될 것으로 예상된다.
 

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