5G 무선 이동 통신

지난 4월 초, 전 세계 이동 통신 업계가 주목한 사건이 있었습니다. 4월 3일 밤 한국에서 첫 5G 이동 통신 서비스를 시작한 것입니다.
현재 대부분의 이동 통신 단말기는 LTE라고 이름 붙은 4G 무선 통신 방식을 사용합니다. 4G 보다 진보된 통신 방식을 공식적으로 운영하기 시작한 것입니다.
이미 수년 전, 전 세계 이동 통신 업계는 5G 서비스가 2020년 초에 시작될 거라고 예상하고 준비해 왔습니다.
치열한 경쟁의 결과로 서비스 시기가 조금 앞당겨졌습니다. 한국이나 미국이 4월에 첫 5G 서비스를 시작할 거라는 이야기가 올해 초에 정설로 받아들여졌습니다.
미국에서는 버라이즌이 4월 11일에 5G 서비스를 시작할 것으로 예상되었고 한국의 이동 통신 3사는 그보다 며칠 앞을 목표로 하여 세계 최초 5G 서비스를 노리고 있었습니다.
그런데 4월 초에 버라이즌이 계획을 바꿔 4일에 시작할지도 모른다는 정보가 전해지면서 한국의 통신 사업자와 정부가 기존 계획을 급히 앞당겨 3일 밤에 첫 가입자를 발표하고 서비스를 시작하면서 세계 첫 5G 통신 서비스를 시작한 나라라는 타이틀을 거머쥐게 되었습니다. 실제로 버라이즌은 한국보다 약 55분 늦게 5G 서비스를 시작했습니다.
개통된 5G 통신이 기대했던 속도나 안정성에 못 미친다는 이야기가 나오면서 다소 빛이 바래기는 했지만 통신 강국으로서의 한국의 위상이 한 번 더 굳건해지는 계기가 되었습니다.
무선 전화 통화만 가능하던 1G를 시작으로, 문자(text)를 보낼 수 있게 된 2G 통신, 인터넷을 사용할 수 있는 3G를 거쳐, 지금은 동영상까지 볼 정도로 많은 데이터를 주고받을 수 있는 4G 통신에 이르렀습니다.
새로운 표준의 무선 이동 통신을 만들 때 마다 우선 결정해야 하는 것은 사용 전파의 주파수입니다.
1G 부터 4G까지 만들면서 무선 통신에 적합한 주파수는 거의 다 사용하였습니다. 이제 사용하지 않고 있는 고주파 영역을 사용할 수밖에 없습니다. 그래서 5G 통신에는 4G보다 10배 정도 높은 주파수의 전파를 사용합니다.
이와 더불어 4G 때와 비슷한 주파수 영역도 혼용하여 통신의 안정성을 확보한다고 합니다. 기술적으로 더 어려워지고 복잡해지고 있지요.
통신 주파수가 올라가면 한 가지 문제가 발생합니다.
전파는 파동의 성질이 있어서 회절이라는 물리적 현상을 동반합니다. 집 밖에서 나는 소리가 아주 조금 열린 창문 틈을 통해서도 잘 들리는 것은 소리가 회절하기 때문입니다.
주파수가 낮으면 파동의 크기(파장)가 커지고 좁은 틈으로도 잘 퍼져나갑니다. 반대로 높은 주파수를 쓰면 파장이 짧아지고 회절이 잘 일어나지 않고 직진하는 성질이 커집니다.
통신용 전파는 사방으로 잘 퍼지고 회절도 잘 일어나서 건물이나 지형 등에 구애받지 않는 것이 좋습니다.
고주파 전파는 그와 반대이기 때문에 5G 통신을 포함하여 앞으로 나올 무선 통신은 높은 주파수를 쓸 때마다 이 문제를 해결해야 합니다.
실제로 5G를 상용화하기 위해서 소형의 기지국이나 중계기를 더 촘촘하게 설치하여 이 문제를 해결하고 있습니다.
5G 통신 표준을 만들 때 전 세계 관련 기관과 업계가 컨소시엄을 구성하여 이 새로운 통신 표준이 4G보다 여러 가지 점에서 향상된 기능을 가질 것을 결정하였습니다. 데이터 전송 속도가 빨라야 한다는 것이 당연히 포함되었고 이론적으로 대략 20배 빠른 속도로 정해졌습니다.
통신 주파수가 올라간다고 통신의 속도가 정비례해서 올라가는 것은 아닙니다.
전파는 주파수와 관계없이 빛의 속도로 움직입니다.
통신의 속도는 사용전파의 ‘대역폭’과 밀접한 관계가 있습니다. 대역폭은 사용 주파수의 넓이인데 무선통신에는 특정 주파수 딱하나를 쓰는 것이 아니라 그 주변 주파수를 같이 써서 정보를 보내고 받습니다. 이 주파수의 넓이가 대역폭입니다.
이는 고속도로에 비유해서 이해할 수 있습니다. 제한 속도가 같은 두 고속도로가 있는데 하나는 왕복 8차선이고 다른 하나는 왕복 2차선이라면 8차선 도로가 더 많은 교통량을 감당할 수 있죠.
비슷한 원리로 대역폭을 넓혀서 시간당 데이터 전송량을 늘릴 수 있습니다.
사물인터넷(IoT)이라는 기술이 발전하면서 여러 가지 전자기기가 새롭게 무선 인터넷에 연결되어 작동될 전망입니다. 무인 자동차가 그중 하나입니다. 자동차의 특성상 높은 수준의 안전도가 필요하기 때문에 인터넷이 끊어지거나 지연되는 일이 없어야 합니다. 이를 위해 5G 통신은 더 짧은 지연 속도와 높은 연결 안정성을 갖추고 있습니다.
5G 다음에 올 새로운 무선 통신은 어떤 특성을 가지게 될까요? 아직 기준이 정해지지는 않았지만 6G 무선 이동 통신의 요구 조건 중 하나로 거론되는 것이 물속에서의 무선 통신입니다.
바다나 강 속에서 무선 통신이 가능해지면 바다와 강을 개발하거나 탐사하는 영역이 비약적으로 발전할 수 있을 것입니다.

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