[진정한 5G 밀리미터파]한국 상용화 주파수 대비 47% 빨라

[서울와이어 채명석 기자] 이동통신은 주파수 폭이 넓어져야 속도가 빨라지고 데이터 처리 용량도 늘어난다.

따라서 28GHz 이상의 주파수대역을 사용하면, Sub-6GHz 대역보다 훨씬 더 넓은 대역폭을 사용할 수 있다. 한국의 경우, 28GHz 대역에서 최대 800MHz 대역폭까지 사용이 가능하다.

통신업계는 진정한 의미의 5G 서비스는 ‘밀리미터파(mmWave)’를 통해 가능하다는 점을 강조하고 있으며, 향후 5G 투자도 밀리미터파를 중심으로 진행될 것이라고 예상했다.

그렇다면, Sub-6와 밀리미터파 스마트폰에서 실제 사용자 속도는 얼마나 차이가 나는 지 궁금하다. 이와 관련, 미국 퀄컴이 지난해 4월 셀룰러 성능 벤치마킹 분야 리서치 기관 중 하나인 시그널스리서치그룹(SRG)에 의뢰해 발표한 연구 결과를 살펴보면, 밀리미터파가 Sub-6 보다 약 47% 정도 빨랐다.

SRG의 연구 결과는 일부 도보 및 주행 시험 시의 성능도 포함하고 있다. 예를 들어, 런던 한복판에서 6GHz 이하 대역 망에 대한 도보 시험을 진행해 평균 220Mbps의 속도를 관찰했다. 미국 미니애폴리스 시내에서 버라이즌의 밀리미터파 망을 사용해 시험한 결과 관찰된 5G 속도는 383Mbps, 최고 속도는 1.6Gbps였다.

영국의 무선통신 시장조사기관인 오픈시그널(OPENSIGAL)은 올해 1월 31일부터 4월 30일까지 5G를 상용화한 전 세계 10개 통신 사업자를 대상으로 5G 속도 및 접속률 비교분석 보고서를 20일 홈페이지를 통해 공개했다. 보고서에 따르면, 10개 통신사업자는 4G에 비해 5G 사용자가 18.4배에서 1.7배 더 빠른 속도를 경험하는 것으로 나타났다.

평균 5G 다운로드 속도는 사업자별 큰 폭의 차이를 보였는데, 가장 빠른 속도를 기록한 통신사는 버라이즌으로 506.1Mbps를 기록했다. 이어 LG유플러스가 238.7Mbps, SK텔레콤이 220.6Mbps, KT는 215Mbps를 나타냈다. 미국의 다른 이통사인 스프린트는 114.2Mbps, AT&T는 62.7Mbps, T-모바일인 47Mbps 수준이다. 5G 최고속도에서 차이가 발생하는 이유는 5G를 상용화한 주파수 특성에 기인한다. 버라이즌은 밀리미터파를 활용하고 있다.

▷5G 다운로드 속도, 4G에 비해 최대 18.4배 향상

밀리미터파에서 가장 선두에 있는 나라는 미국이다. 2019년 5G 서비스를 개시한 미국 주요 통신사 네 곳 중 세 곳이 밀리미터파를 지원하며, 밀리미터파 스마트폰도 출시하고 있다.

이들 통신사들은 퀄컴의 기술을 활용했다. 퀄컴은 지난 2월 25일(현지시간) 미국 본사가 위치한 샌디에고에서 개최된 미디어 행사 ‘What’s Next in 5G?’에서 에릭슨과 함께 밀리미터파를 기반으로 최대 4.3Gbps의 다운링크 처리량(Downlink throughput)을 기록한 데모를 선보였다.

밀리미터파의 Sub-6GHz에 빠른 속도와 대용량이 장점이지만 6GHz 이하와 밀리미터파 대역을 함께 사용함으로써 더 강력한 5G 성능을 발휘할 수 있다. 퀄컴이 최근 발표한 스냅드래곤 X60의 경우, 밀리미터파와 6GHz 이하 대역의 캐리어 어그리게이션(Carrier Aggrigation, 서로 다른 여러 개의 주파수 대역을 묶어 하나의 주파수처럼 속도를 끌어올리는 기술)을 통해, 통신사는 최대 데이터 처리량을 5.5Gbps 이상으로 대폭 높일 수 있다.

5G의 잠재력을 최대한으로 발현해 광대역 모바일 서비스를 강화하려면 스마트폰에서 밀리미터파를 반드시 활용해야 한다. 밀리미터파는 이전의 광역 이동통신에서는 사용할 수 없었던 방대한 폭의 주파수 대역을 통해 더 많은 데이터를 전송할 수 있게 해준다. 즉, 여러 개의 4K 비디오 동시 스트리밍, 멀티플레이어 VR(가상현실) 게임, AR(증강현실) 쇼핑, 다국어 화상 채팅, 실시간 화상 협업 등등, 고용량 데이터를 빠른 속도로 전송해야만 가능해지는 다양한 5G 서비스들을 구현할 수 있기 때문이다.

밀리미터파 대역은 가시선(Line-of-Sight, 송신 인테나와 수신 안테나 간의 경로)을 이용한 고정 무선 통신용 백홀(Backhaul, 주요 정보통신망과 이용자를 잇는 체계)과 위성 통신에 오랫동안 사용되어 왔다. 이런 고주파 대역은 전파 손실, 손, 머리, 신체, 주변 물체, 건물 등과 같은 방해물에 대한 민감도, RFIC(무선통신용 초고주파)의 복잡성과 전력 효율성 문제 등으로 인해 이동통신에는 적합하지 않다고 여겨왔다.

하지만 퀄컴은 적응형 빔 포밍(Adaptive Beamforming, 이동중에도 단말기 안테나에서 원하는 때 원하는 특정 방향으로 만 방사·수신하는 지향성을 갖도록 전파 빔을 만들어내는 기술), 빔 트래킹(5G 기지국에서 송신되는 모든 빔을 구분), 빔 스티어링(기지국에서 오는 빔 방향과 일치하도록 업링크 빔의 물리적 방향을 변경) 등의 기술을 통해 모바일에서도 밀리미터파 활용이 가능하도록 했다.

▷일반 노트북으로 멀티미디어 실시간 작업 가능

전례없는 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태는 우리 일상생활과 주변의 여러 상황들을 바꾸어 가고 있다. 또한 통신 기술, 연결성(connectivity)의 중요성은 이러한 시기에 더욱 없어서는 안 될 필수 요소다. 연결성을 통해 우리는 재택근무를 하고, 온라인 학습을 하고, 온라인 구매를 하며, 사회적 거리두기를 조금이나마 덜 외로운 방법으로 해 나가고 있다.

퀄컴은 3만 명 이상의 직원들이 코로나19 사태로 재택근무를 시작한 첫 24시간 안에 4만 번의 가상 회의를 가졌으며, 250만 번의 채팅을 했다고 한다. 이 모든 것이 연결성이 확보된 업무 환경 덕분에 가능했다.

24GHz 이상의 고주파 대역의 넓은 대역폭을 통해, 현재 한국에서 사용 중인 Sub-6GHz 저주파 대역보다 훨씬 더 빠른 5G 환경을 가능케 하는 5G 밀리미터파는 온라인 환경을 발전시키는데 꼭 필요한 원동력이 될 전망이다. 특히, 미래의 업무 방식으로 대표되는 원활한 원격근무와 장소에 구애받지 않는 생산성의 발전을 위해 5G 밀리미터파는 핵심 인프라로 활용될 것으로 보인다.

지난 2월 퀄컴은 ‘5G의 다음 단계는?’이라는 주제로 미디어 행사를 개최했다. 이 자리에서 퀄컴은 5G 밀리미터파를 지원하는 갤럭시 S20 울트라(Ultra) 기기로 멀티뷰 카메라 앱을 통해 뮤지션 스티브 아오키(Steve Aoki)의 콘서트 고화질 영상을 실황 중계했다. 콘서트 동영상은 4K 영상으로 속도 저하 없이 실시간으로 스트리밍 됐으며, 역시 실시간으로 원하는 각도의 화면을 줌인하거나 줌 아웃할 수 있다. 다양한 각도에서 본 네 개의 4K 영상이 각각 50Mbps 속도로 스트리밍 됐는데 이는 1명의 사용자가 200Mbps의 속도를 누리고 있다는 의미다.

또한 퀄컴은 레노버 요가 5G PC를 활용해 RED 카메라로 촬영한 90초 길이의 24fps 6K 영상 원본을 편집하는 모습을 시연했다. 윈도 가상 데스크탑에서 어도비 프리미어 프로 프로그램으로 작업하는 것인데, 원본 영상이 200GB(기가바이트) 이상 고용량인 경우 대량의 전력을 필요로 한다. 이러한 영상 편집은 대개 전문 편집실에서 빠른 속도의 대용량 저장장치가 탑재된 고사양 컴퓨터를 연결하여 진행한다.

하지만 영상에 등장하는 PC는 일반인이 쓰는 보통의 노트북이다. 차이점은 퀄컴의 스냅드래곤 8cx 5G 컴퓨트 플랫폼으로 5G 밀리미터파를 지원한다는 것인데, 제한된 사양에도 불구하고 빠른 속도로 클라우드를 통해 고화질의 원본 영상 편집을 수행했다. 얇고 가벼운 노트북만으로도 집에서 일을 하거나 외부 일정 중에도 생산성을 유지할 수 있다는 뜻이다.

영상에 등장하는 전문 편집자 스티븐은 어도비 프리미어에서 룩업테이블을 이용해 영상의 색감(색조, 채도, 조도)을 변경하고, 최종 영상에 사용된 소스 영상의 세그먼트를 변경해 수정 사항이 반영된 영상을 바로 확인했다. 나아가 5G 밀리미터파가 제공하는 빠른 속도와 저지연성, 네트워크 용량 덕분에 필요한 경우 추가 콘텐츠를 바로 업로드 할 수도 있었다. 영상 편집이 완료되자 이를 빠르게 다운로드 받은 뒤, 실시간 4K 영상으로 스트리밍까지 진행했다.

▷‘연결성’의 재정의, 삶의 질을 높인다

많은 사람들이 외부 근무중 갑자기 고용량 파일을 작업해서 전송해야 할 경우 PC에서 작업한 뒤 와이파이(WiFi) 연결이 가능한 카페를 찾거나 스마트폰 테더링을 통해 한참을 걸려 이를 전송한 경험을 한 번쯤은 갖고 있을 것이다. 하지만 5G 밀리미터파가 지원되는 얇고 가벼운 노트북 하나로 고용량 파일을 빠르게 다운로드 받아 이를 수정하고, 필요할 경우 인코딩까지 하여 바로 전달할 수 있다. 그 사이에 상대방에게 화상 채팅을 통해 파일이 전송되는 중이라고 알려줄 수도 있다. 이 모든 과정은 실시간 지연 없이 처리할 수 있다.

퀄컴측은 “5G 밀리미터파가 한국을 포함한 보다 많은 국가에서 상용화되고 5G PC가 보편화된다면 노트북 상에서의 이 새로운 연결성은 우리 삶에 큰 변화를 불러올 것”이라면서, “5G 밀리미터파가 재정의할 진정한 모바일 컴퓨팅 기술이 사람들의 삶의 질을 향상시키는 데 큰 기여를 할 것”이라고 말했다.

<자료: 퀄컴코리아 제공>