정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 106. 5G 이동통신

106.  5G 이동통신

 

가. 5G 이동통신의 개요
5G 이동통신은 IMT-Advanced 고도화와 더불어 이후단계인 Beyond IMT- Advanced
이동통신시스템을 위한 단말, 접속망 사이의 무선인터페이스와 이동통신 접속망에 관
련된 기술을 일컫는다. 5G 이동통신 기술의 표준은 중기적으로 2012년 1월 ITU-R에
서 승인된 IMT-Advanced 서비스 및 시스템을 위한 3GPP의 LTE-Advanced와 IEEE
802의 WMAN-Advanced 기술에 대비하여 폭증하는 트래픽을 수용하고 성능 및 용량
을 개선하기 위한 기술을 표준으로 고려하고 있다. 또 장기적으로 2020년까지 3GPP
및 IEEE 802에서 무선전송표준이 완성되어 ITU-R에 Future IMT for 2020 and beyond
기술로 예상되는 다양한 차세대 이동통신 기술을 대상으로 하고 있다.
5G 이동통신은 2GHz 이하의 주파수를 사용하는 4G와는 다르게 28GHz의 초고대
역 주파수를 사용하여, 4G보다 20배 빠른 최대 20Gbps의 속도와 체감속도 1Gbps 이
상의 빠른 속도를 보장하는 서비스로 정식 명칭은 IMT-2020이다. 5G 이동통신의 표
준화 대상은 아래와 같은 기술이다.
• RF 모듈과 기저대역 기지국 모듈간의 분리와 개방을 전제로 하는 개방형 클라우
드 기지국을 통해 기지국 장비의 저전력화와 CAPEX/OPEX 절감 실현
• Advanced MIMO 기술과 Higher 주파수 대역 무선 전송 기술을 통해 무선전송 용
량과 무선망 용량을 획기적으로 증대
• 다계층셀 및 소형셀 협력 무선전송 기술을 통해 효율적인 무선자원 사용
• 다중무선망 협력통신 및 이동성 제어 기술을 통해 언제 어디서나 사용자에게 끊
김없는 연결과 향상된 체감품질 보장

• 무선백홀과 릴레이 기술을 통해 이동통신 무선접속망의 연결성 및 효율성 증대
• 소형셀과 이동셀을 통해 서비스 커버리지와 무선전송 용량의 증대
• 단말간 직접통신을 통해 무선자원의 효율성을 높이고 서비스의 응용성 확대
• 그룹통신 기술을 통해 모바일 안전사회 실현을 위한 공공안전 서비스 제공
• 사물통신 기술을 통해 사람과 사물, 사물과 사물간의 실시간 연결 제공

 

나. 5G 이동통신의 추진배경
최근 폭발적으로 증가하고 있는 트래픽의 대부분은 모바일로 집중되는 모습을
보이고 있으며, 앞으로의 통신 영역은 사물까지 확대되는 초연결(IoE, Internet of
Everything), 웨어러블, 증강현실, 초고정밀 위치정보, 오감인식 등 신규 서비스가
모바일 단말을 통해 빠르게 확산되고 진화될 것으로 보인다. 멀티미디어 및 소셜 네
트워크 서비스에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, 사물인터넷(IoT)를 넘어
초연결(IoE) 시대로 진입하여 트래픽의 양과 인터넷에 연결되는 모바일 디바이스의
수 또한 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
클라우드 컴퓨팅 시스템에 대한 사용자 수요의 증가에 따라 모바일 클라우드 컴퓨
팅 시장을 겨냥한 다양한 솔루션이 개발되면서 PC 시대에서 모바일 클라우드 컴퓨팅
시대로의 전이가 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 또한 증강현실이나 가상현실, 초
고정밀 위치기반 서비스, 홀로그램 서비스, 스마트 헬스케어 서비스 등 다양한 분야
에서의 모바일 융합서비스들이 등장하고 있어 이에 대한 안정적이고 끊김없는 서비스
지원을 위한 요구가 높아지고 있다.

다. 5G 이동통신의 요구사항
이동통신기술 표준의 요구사항 및 승인 등을 담당하고 있는 ITU-R은 2020년경 상
용화가 예상되는 5G 이동통신의 비전권고를 2015년 6월 완료를 목표로 사용자 및 서
비스 동향, 핵심성능 등을 논의하고 있다. 5G 이동통신의 사용례로 무제한의 멀티미
디어 서비스를 위한 모바일 광대역 서비스, 신뢰성 높고 저지연 통신 및 대규모 기계
형태의 통신 3가지를 제시하고 있으며, 5G 이동통신의 핵심성능으로 [표 7-11]과 같
은 8가지를 제시하고 있다. 즉, 기존 4G보다 20배 빠른 20Gbps의 전송 속도를 지원

하고 사물인터넷(IoT) 장비의 증가로 1km2당 100만개의 디바이스 연결 지원, 저전력
장치를 위한 에너지 효율 등 [그림 7-39]와 같이 4G 이동통신과 비교하여 획기적인
성능향상을 목표로 하고 있다.

IMT-2020(5G)의 8대 핵심 성능지표

핵심 성능지표	IMT-2020 (5G)	IMT-Advanced (4G)
체감 전송률	100Mbps~1Gbps	10Mbps
최대 전송률	20Gbps	1Gbps
이동성	500Km/h	350Km/h
전송지연	1ms(무선구간)	10ms
최대 연결 수	106/km2	105/km2
에너지 효율	4G 대비 100배	-
주파수 효율	4G 대비 3배	-
면적당 용량	10Mbps/m2	0.1Mbps/m2

 

라. 5G 이동통신의 기술동향
5G의 기술적 목표 및 요구사항은 크게 용량증대, 저지연(low latency), 에너지 효
율, 연결 디바이스 수 등 크게 4가지 기술 분야로 나누어 볼 수 있다. 5G의 요구사항
을 실현하기 위한 대표적인 무선전송 후보 기술에는 전송 안테나 수를 크게 늘려 데이
터의 전송용량을 개선하는 대규모 안테나 시스템(Massive MIMO) 기술, 주파수 대역
과 같은 시간대에 송수신을 동시에 수행해 주파수 효율과 속도를 높이는 동일대역 전
이중통신(In-band Full-duplex) 기술, 동일한 시간/주파수/공간에서 여러 단말에 데
이터를 동시에 전송하는 비직교 다중접속(NOMA, Non-Orthogonal Multiple Access)
기술 등이 논의되고 있다.

Massive MIMO 기술은 다수의 단말에게 별도의 용량을 갖는 신
호를 안테나에서 방사되는 빔 스트림으로 분리하여 전송하며, LTE의 MIMO 기술 대
비 용량 증대 및 간섭 개선이 가능하다. Massive MIMO 기술로 기지국에 고유 용량
을 갖는 신호를 여러 안테나의 빔 스트림으로 방사하더라도 실제로 수신 받는 단말은
단말 크기의 제약으로 내부에 다수 안테나 구현의 어려움이 있기에 소수의 스트림만
수신이 가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기지국에서 단말로 방사하는 안테
나 빔 스트림을 개별적으로 분리해서 최적의 수신이 가능하도록 빔 패턴을 조정하고
각 빔간 간섭이 발생하지 않도록 신호를 조정하는 빔포밍(Beam-forming) 기술이 추
가 적용된다.

현재까지의 모바일 네트워크는 기지국-단말기 간 다운로드(DL) 및 업로드(UL) 신
호의 상호 간섭을 없애고자 별도의 주파수를 할당하여 주파수 자원의 낭비를 초래하였
다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 [그림 7-41]과 같이 동일대역 전이중(In-band Full
Duplex) 통신기술이 연구되고 있으며, 이는 기지국이나 단말기가 동일 주파수로 다
운로드 또는 업로드 신호를 내보낼 경우에도 해당 간섭신호를 파악하고 제거할 수 있
어 양방향 통신이 가능해진다. 특히 전이중통신 기술을 활용하면 네트워크 전송 용량
을 최대 2배로 증대시킬 수 있어 주파수 자원의 효율적 사용과 용량 증대가 가능하다.

비직교 다중접속(NOMA) 기술은 5G 기술 목표 중 셀의 용량 증대 달성을 위한 후
보기술로 동일한 시간/주파수/공간 상에서 여러 단말에 데이터를 동시에 전송하여 주
파수 효율을 향상시키는 기술이다. NOMA에서는 [그림 7-42]와 같이 기존의 직교 주
파수분할 다중접속(OFDMA) 방식에서의 직교성을 깨고, 같은 주파수 자원 상에 두대
이상의 단말을 동시에 중첩 할당하여 자원 효율을 높이는 기술이다.
또한 네트워킹 관련 후보 기술에는 데이터의 전달과 제어를 분리하여 OpenAPI
를 통해서 SW로 제어하는 SDN(Software Defined Networking) 기술, 네트워킹 기능

을 추상화하여 소프트웨어적으로 제어가 가능하도록 하는 NFV(Network Function
Virtualization) 기술, 응용 서버를 통해 제공되던 콘텐츠 서비스를 이동통신 네트워크
장비를 통해 제공하는 모바일 CDN(Content Delivery Networks) 기술, 기지국의 베
이스밴드 처리를 가상화/집중화를 통해 비용절감으로 이끄는 C-RAN(Cloud-Radio
Access Network) 기술 등을 꼽을 수 있다.

마. 5G 이동통신 서비스
기존 4G에서 5G 이동통신으로의 진화로 인해 다가올 미래에는 [그림 7-43]와 같은
서비스가 가능할 것으로 예상된다. 첫째, 5G 이동통신으로 대폭 증대된 전송속도로
인해 HD 해상도의 4배에 해당하는 4K-UHD(약40Mbps), 16배에 해당하는 8K-UHD
(약160Mbps) 등의 초고용량 영상 콘텐츠가 보편화될 것으로 예상되며 장기적으로는
3D 영상 또는 홀로그램 서비스로 확대될 전망이다. 둘째, 5G에서는 네트워크의 지
연 시간이 수 ms로 줄어들게 되면서 사용자가 생각하는 순간 반응하는 양방향 초실시
간 서비스가 실현될 것으로 예상된다. 예를 들어, 의사가 직접 찾아가기 힘든 지역에
서 환자 발생시 로봇을 통해 치료하는 원격 의료 서비스, 공장에서의 초정밀 자동화
시스템 및 센서, 동력전달장치, 조향장치, 브레이크장치 간의 연동이 필요한 자율 주
행 차량 등 기기간 통신 서비스 활용도 가능할 것으로 예상된다. 셋째, 대폭 증대된
전송속도와 및 초실시간 처리가 모두 가능하여 현실에 가까운 실감환경을 제공하는
AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality) 서비스가 가능하게 된다. 넷째, 5G 초연
결(Hyper-Connectivity) 기술을 기반으로 사물인터넷(IoT), Connected Car, 각종 센
서 및 다양한 사물인터넷 디바이스에 대한 실시간 통신 및 제어 서비스가 가능하며,
다양한 정보를 종합 분석하여 상황에 맞게 최적의 서비스를 제공할 수 있는 빅데이터
를 이용한 여러 가지 서비스 구성이 가능하다.