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세계 최초 5G 상용화, 한국의 통신 시스템을 바꾸다
방유경·김지선 기자  |  smppyk99@sm.ac.kr
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승인 2020.09.28  
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지난해 4월, 5세대 이동통신(5th Generation Mobile Communications, 이하 5G)이 한국에서 세계 최초로 상용화됐다. 5G는 이전 세대의 이동통신보다 정보 처리 속도와 용량에서 진보한 통신 기술이다. 4차 산업혁명의 바탕이 될 5G에 세계가 주목하고 있다. 5G에 이르기까지 이동통신 기술은 어떻게 발전해왔고, 5G는 4차 산업혁명 시대에 어떤 세상을 열어줄까?

이동통신의 발전을 돌아보며
이동통신 기술은 1세대에서부터 현재 5세대까지 발전해왔다. 각 세대의 이동통신 기술은 해당하는 숫자와 세대를 뜻하는 영어 단어 ‘Generation’을 묶어 1G, 2G 등으로 일컫는다. 1세대 이동통신(1st Generation Mobile Communications, 이하 1G)에선 아날로그 통신이 사용됐다. 유선 통신에 이용되는 아날로그 통신은 주파수, 진폭 등 실시간으로 변하는 신호를 주고받는 통신 방식이다. 즉 통신 기기는 무선 형태더라도 통신망은 유선의 것을 사용했기에 1G에선 음성 통화만 가능했다.

아날로그 통신에선 신호가 전달될 수 있는 주파수 대역이 정해져 있다. 한국은 아날로그 통신의 여러 방식 중 앰프스(Advanced Mobile Phone System의 줄임, 이하 AMPS)를 사용했다. AMPS에선 입력된 음성 신호를 나눠 그 쪼갠 소리의 크기에 따라 주파수를 변화시키기 때문에 잡음이 쉽게 생긴다. 1G는 양방향 음성 통신의 시작이라는 점에서 의의는 있지만 음질이 좋지 않았으며, ‘벽돌폰’으로 불릴 만큼 크고 무거웠다.

2세대 이동통신(2nd Generation Mobile Communications, 이하 2G)부턴 디지털 통신 방식이 등장했다. 한국은 2G에 사용할 디지털 통신 방식으로 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access, 이하 CDMA)을 채택했다. CDMA에선 음성을 디지털 부호로 전환한 다음 임의의 수를 부여한다. 그리고 디지털 부호와 임의의 수까지를 하나의 단위로 만들어 사용자를 식별한다. 따라서 CDMA에선 한 주파수에 여러 사람이 동시 접속해도 각각 구분할 수 있다. 많은 사람이 이동통신을 동시에 사용할 수 있다는 점에서 CDMA는 한 주파수로 한 통화만 가능한 AMPS 방식을 앞질렀다. 또한 CDMA는 사용자를 주파수로 구분하지 않으므로 AMPS에서처럼 주파수 대역을 번거롭게 맞출 필요도 없었다. CDMA는 미국의 무선통신 기업 퀄컴(Qualcomm)과 한국이 공동으로 개발해 한국에서 세계 최초로 상용화됐다는 의미도 있다.

   
▲AMPS와 CDMA의 차이를 나타낸 표다. 아날로그 통신방식과 디지털 통신방식의 차이를 알 수 있다.

3세대 이동통신(3rd Generation Mobile Communications, 이하 3G)은 2G보다 이동속도에서 발전을 이뤘다. CDMA 같은 디지털 통신 방식에선 음성과 비음성 정보 모두를 디지털 부호로 변환한다. 즉, 2G에서부터 휴대전화로 전화와 문자를 할 수 있었으며 사진 전송도 가능했다. 디지털 부호는 현실의 정보를 컴퓨터가 처리할 수 있는 0과 1로 표현한 형태다. 이때 0과 1을 컴퓨터가 사용하는 가장 작은 정보 값인 비트(Bit)라고 부른다. 정보를 비트로 전송하는 디지털 통신 방식이 보편화되면서 1초간 주고받을 수 있는 비트 수가 통신 속도를 재는 단위로 사용됐다. 이 단위를 비피에스(bit per second의 줄임, 이하 bps)라고 한다. bps는 키로 비피에스(Kbps), 메가 비피에스(Mbps), 기가 비피에스(Gbps) 순으로 1000배씩 커진다. 2G 초기 휴대전화의 전송 속도는 Kbps 단위지만 3G에 이르러 Mbps 단위로 확대된다. 3G부터는 전달할 수 있는 정보량이 늘어나 통화, 문자, 사진뿐 아니라 동영상도 전송할 수 있게 됐다.

4세대 이동통신(4th Generation Mobile Communications, 이하 4G)은 LTE(Long Term Evolution)로 대표된다. LTE는 CDMA보다 많은 정보를 더 빠르게 처리할 수 있다. 그 결과 3G까지는 Mbps였던 전송속도 단위가 4G부터 Gbps로 확대됐다. 정보 전송속도가 빠르다는 것은 통신 과정이 지연될 확률이 낮다는 뜻이다. LTE 고속, 저지연성을 특징으로 한다. 4G에 이르러 휴대전화 하나로 전화부터 영상까지 다양한 서비스를 이용할 수 있는 융합 매체 시대의 문이 열렸다. 휴대전화는 단순 통신 기구 이상의 기능과 의미를 얻게 됐다. 이러한 경향은 5세대 이동통신(5th Generation Mobile Communications, 이하 5G)에서도 이어지고 있다.

일상을 편리하게 만드는 5G
5G는 초고속성, 초저지연성, 초연결성의 세 가지 특징을 지닌 이동통신 기술이다. 5G는 이전까지의 이동통신 기술들보다 압도적으로 빠르다. 최대 전송속도를 비교하면 5G는 20Gbps, 4G는 1Gbps로 5G가 20배 앞선다. 5G는 전송속도가 매우 빠른 특성인 초고속성을 가진다. 또한, 5G에선 정보 처리에 걸리는 속도도 전례 없을 정도로 단축됐다. 이러한 특성을 정보를 불러올 때 지연되는 시간이 매우 짧다는 뜻에서 초저지연성이라고 한다. 어떤 정보든 지연 없이 빠르게 불러오는 5G로 세계는 어느 때보다 서로 가까워졌다. 이를 5G의 초연결성이라고 한다.

5G는 실감형 콘텐츠 구축에 활용될 수 있다. 실감형 콘텐츠는 가상현실(Virtual Reality, 이하 VR) 혹은 증강현실(Augmented Reality, 이하 AR)처럼 실제와 유사한 경험을 제공하는 기술이다. 기업에선 용량이 큰 정보도 쉽게 전송하는 5G를 활용해 실감형 콘텐츠를 개발하고 있다. 예시로 SKT의 ‘점프AR·VR’, KT의 ‘기가라이브TV’, LG U+의 ‘5G 갤러리’가 있다. 코로나바이러스 감염 사태 이후 교육 목적의 실감형 콘텐츠에서 5G의 잠재 가치가 높이 평가받고 있다. 본교 문형남 경영전문대학원 교수는 “5G를 활용해 대면 수업과 유사한 AR, VR 교육 콘텐츠를 만든다면 비대면 수업의 한계를 보완할 수 있다”며 “실험, 실습, 실기 수업 과목에도 적용할 수 있다”고 말했다.

5G는 자율주행 서비스 발전에도 크게 기여한다. 자율주행 서비스는 돌발 상황에서 기계가 사람과 동일하게 판단을 같은 속도로 이행할지를 확신할 수 없다고 꾸준히 지적받았다. 5G는 빠른 정보처리 속도로 자율주행 서비스의 난점을 해결하는 데에 도움이 될 수 있다. 5G는 실제로 기차 자율주행에서 두각을 나타내고 있다. 지난 24일(목) 한국철도기술연구원은 당사 홈페이지를 통해 5G에 기반한 열차자율주행시스템 시험이 성공을 거뒀다고 알렸다. 열차자율주행시스템에선 열차들이 각 열차의 주행 정보와 상태를 5G 연결망을 통해 공유한다. 열차들은 공유한 정보를 바탕으로 스스로 경로를 설정해 주행할 수 있다.

5G는 국가 방위에도 이용된다. 국방부는 ‘국방개혁 2.0’ 홈페이지를 통해 군의 기술 기반에 4차 산업혁명의 과학 기술을 적극적으로 도입하겠다고 밝혔다. 국방부는 VR·AR에 기반한 실감형 전투모의훈련체계, 각 군의 임무 특성을 반영한 통합훈련체계를 구축해 국방 운영을 혁신할 계획이다. 또한 육군사관학교는 ‘5G 스마트 캠퍼스(Smart Campus)’로 거듭날 전망이다. 지난 5월 보안뉴스 보도에 따르면 동월 8일(금) 육군사관학교와 KT는 ‘5G 스마트캠퍼스’ 구축과 군 정보화를 위해 업무 협약을 맺었다.

4G에서 완전한 5G로
5G 이용자가 증가하면서 5G 기지국 수도 늘어나고 있다. 지난 9월 과학기술정보통신부가 발표한 ‘무선통신서비스 가입자 통계’에 따르면 5G 회선이 지난해 6월 133만6865개였던 것에 비해 지난 7월 785만7205개로 약 5.8배 증가했다. 지난 3월 과학기술정보통신부가 개최한 ‘5G 서비스 점검 민관합동 TF 회의’에 따르면 지난해 4월 3일(수)  상용화 시점엔 3만5851개였던 5G 기지국이 약 1년이 경과한 지난 2월 10만8897개로 약 3배 이상 늘어났다.

   
▲지난해 6월부터 지난 7월까지 5G 회선 현황을 나타낸 도표다. 지난해 6월 133만6865개였던 것에 비해 지난 7월 785만7205개로 약 5.8배 증가했다.
   
▲지난해 4월 3일(수)부터 지난 2월 28일(금)까지 5G 기지국 수 변화를 나타낸 도표이다.

그러나 5G 서비스에 만족하지 못한 사람들이 많았다. 지난 6월 한국 소비자원이 발표한 ‘5G 소비자문제 실태조사’에 따르면 5G 서비스가 상용화된 지난해 4월부터 지난 3월까지 약 1년 동안 ‘1372 소비자상담센터’에 5G 관련 불만이 총 2184건 접수됐다. 불만 요소를 묻는 설문조사에서 800명 응답자 중 가장 많은 423명(52.9%)이 5G 체감 속도가 만족스럽지 않다고 답했다. 문 교수는 “5G 연결망과 5G 기반이 제대로 구축되지 않아 현재의 5G엔 개선해야 할 점이 많다”며 “현재 소비자가 5G와 4G를 비교했을 때 특별한 차이를 못 느낄 수밖에 없다”고 말했다.

5G 서비스 개선을 위해 5G 단독방식(이하 단독방식)으로 전환이 요구된다. 단독방식은 5G 기지국에서 4G에서 5G로 전환하는 방식을 말한다. 현재 사용하는 5G 비단독방식(이하 비단독방식)은 5G 기지국과 4G 기지국을 연계해 4G를 5G로 전환한다. 문제는 연계 과정에서 지연이 발생한다는 점이다. 단독방식으로 전환 시 5G 장비와 기지국만으로 4G에서 5G 전환이 가능해 통신지연 시간이 크게 단축된다. 그렇지만 단독방식으로 전환하려면 5G 기지국이 전국 범위로 많이 설치돼야 한다.

5G 기반 시설 확보를 위해선 정부와 기업의 지속적인 지원이 필요하다. 정부는 지난해 4월 세계 최고의 5G 환경 마련을 목표로 ‘5G 플러스 전략’을 발표했다. 문 교수는 “5G 플러스 전략은 매우 잘 만든 정책이다”며 “이를 정부가 꾸준히 지원하고 관심을 가져야 한다”고 말했다. 정부의 지원과 더불어 기업의 관심 및 협업이 필요하다. 문 교수는 “장기적인 차원에서 5G는 매우 가치 있는 산업이다”며 “5G 콘텐츠 개발을 위해 기업들끼리 협업하는 과정에서 좋은 콘텐츠뿐 아니라 일자리도 창출할 수 있다”고 덧붙였다.

우리는 5G 시대에 살고 있다. 자율주행, 실감형 콘텐츠, 국가 안보 대비까지 5G는 신산업을 이끌며 주목받고 있다. 대한민국의 5G가 세계 시장에서 경쟁력을 가지며 4차 산업혁명을 주도하기 위해선 정부와 이동통신사의 끊임없는 지원이 필요하다. 또한 민간기업과 개인도 5G에 대한 지속적인 관심을 가지고 각자의 관심 분야와 5G를 접목해 구상한다면 각 분야에서 차별화된 경쟁력을 가질 수 있다. 5G는 더는 우리와 동떨어진 신기술이 아니다. 머지않아 5G가 우리의 삶에 더 큰 변화를 가져올 것이다.

참고자료
한국철도기술연구원 홍보협력팀. (2020). 철도연, 세계 최초 5G기반 열차자율주행시스템 기술 시험 성공. https://www.krri.re.kr/_prog/_board/code=sub06_0603&mode=V&no=58372&upr_ntt_no=58372&site_dvs_cd=kr&menu_dvs_cd=060201
박미영. (2020.05.12). KT-육군사관학교, 첨단 군 정보화 사업 맞손. 보안뉴스, Retrieved from https://www.boannews.com/media/view.asp?idx=88104&kind=

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