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통신

5G 네트워크란 - 기술, 속도, 차이점 및 비교

모바일 네트워크 기술은 수십 년 전에 처음 도입된 이후로 많은 변화를 겪었습니다. 새로운 세대가 등장할 때마다 이전 세대보다 기술이 크게 향상되었습니다. 이렇게 더욱 발전한 5G는 이전 세대보다 더 빠르고 강력하며 안정적인 데이터 전송을 약속합니다.

5G란?

5G는 5세대 모바일 네트워크를 가리키는 것으로. 기존 4G/LTE 네트워크를 확장하고 경우에 따라서는 완전히 대체하도록 설계되었습니다. 5G 정의 및 이전 세대와의 차이점을 설명하려면, 모바일 네트워크 기술의 역사를 간략하게 살펴보는 것이 좋습니다.

모바일 네트워크 기술의 간략한 역사

각 세대는 사용된 기술, 신호 송수신 사이의 시간(대기 시간), 네트워크와 모바일 장치 간의 데이터 전송 속도를 비롯한 여러 요소로 정의됩니다.

1세대 모바일 네트워크인 1G는 1970년대 후반 일본에서 등장하여, 몇 년 후에는 전 세계적으로 보급되었습니다. 1G는 아날로그 데이터 전송을 사용했기 때문에 AM/FM 라디오처럼 쉽게 액세스할 수 있지만 불안정하고 안전하지 않았습니다. 최대 속도는 2kbps(초당 킬로비트)를 약간 상회하여, 몇 줄의 텍스트만 처리할 수 있었습니다. 흥미로운 사실은 2018년 기준으로 마지막 1G 네트워크가 러시아에서 아직도 운영되고 있다는 것입니다.

2G는 1990년대 초반에 출시되어, SMS(단문 메시지 서비스) 및 MMS(멀티미디어 메시지 서비스) 텍스트 기능과 디지털 음성 전송 기능을 제공했습니다. 최대 200kbps의 속도를 제공하는 2G는 1G보다 훨씬 빨랐지만, 오늘날과 비교하면 여전히 느립니다. 데이터 보안은 조금 향상되었지만 네트워크 지원 범위가 넓지 않아 로밍 요금이 비쌌고 통화 끊김 현상이 발생했습니다.

3G는 2000년대 중반에 출시되었으며, 모바일 인터넷의 제공으로 스마트폰의 전 세계적 채택 속도를 가속화했습니다. 데이터 전송 속도가 2G의 200배를 넘는 약 40Mbps(초당 메가비트)까지 증가했습니다. GPRS(General Packet Radio Service)와 패킷 전환을 통한 속도 향상으로 모바일 인터넷 시대를 열었습니다.

2010년에 출시된 4G는 현재 가장 널리 사용되는 기술입니다. 4G는 스마트 장치가 우리 삶의 일상에 자리 잡게 하는 데 큰 역할을 했습니다. 평균 다운로드 속도가 최대 100Mbps인 4G를 통해 고화질 비디오 파일을 다운로드하고 3D 액션 게임을 플레이하며 음악, 증강 현실 및 기타 다양한 서비스를 스트리밍할 수 있습니다.

마침내 등장한 5G는 최대 1,000Mbps(즉, 1Gbps)의 데이터 전송 속도, 대기 시간 감소, 원격 지원 서비스 범위 확대 이외에도 상상할 수 없을 만큼 많은 이점을 제공합니다. 5G는 지원 인프라가 일부 지역으로 제한되어 있어 현재로서는 청사진에 가깝습니다. 한국은 이미 대부분의 지역에 5G를 구축했습니다. 일본은 2020년 도쿄 올림픽 개최 전까지 통합을 완료할 계획입니다. 미국, 중국, 유럽 및 기타 지역의 통신사는 2020년 말까지 5G 서비스 범위 확대를 완료하는 것이 목표입니다.

5G와 4G의 차이점

간단하게 대답한다면, 4G가 포화 상태이기 때문입니다. 수요 급증은 필연적으로 소비자, 기업, 정부 등 모두에게 문제가 됩니다. 대기 시간이 증가하고, 다운로드 속도가 느려지고, 전반적인 성능이 저하됩니다. 소비자 불편은 말할 것도 없습니다. 모바일 데이터를 사용하여 운영되는 서비스(금융, 긴급 서비스, 데이터 보안 등)에서 데이터 송수신 지연과 오류가 증가하기 때문입니다.

5G는 몇 가지 기술을 함께 활용해서 다운로드 속도를 4G의 10배까지 늘리고 대기 시간을 1ms(밀리초)까지 줄여 이러한 문제를 해결하려고 합니다. 간단히 말해, 5G는 현재 우리가 알고 있는 모바일 컴퓨팅의 모든 측면에서 변화를 약속합니다.

5G의 특징과 사례

5G는 속도, 대기 시간, 대역폭과 관련하여 명백한 장점이 있습니다. 소비자의 경우 다운로드 속도 증가, 미디어를 스트리밍하고 그래픽이 많은 게임을 플레이할 때 버퍼링 지연 감소, 가상 현실 및 증강 현실 경험 향상 등의 장점이 있습니다. 예를 들어 2시간 분량의 영화를 4초 이내에 다운로드할 수 있습니다. 하지만 5G에서는 소비자 제품 이상의 상상할 수 없는 방식으로 애플리케이션을 구현할 것입니다. 이 기술을 통해 디지털 세계와 실제 세계, 그리고 클라우드 서비스 간에 거의 원활한 연결을 구성하고 방대한 양의 데이터를 즉시 전송할 수 있게 됩니다. 

교통

실시간 연결을 사용하는 5G는 접근하는 차량을 감지하여 교통 신호등의 교차로 관리 효율성을 높여줄 것입니다. 주변에 다른 차량이 없을 경우 ‘끝나지 않는’ 빨간색 신호등에서 대기하고 있지 않아도 됩니다. 자동차가 자율 주행뿐 아니라 다른 자동차를 감지 및 통신하여 교통 체증을 최소화하고 운전자보다 먼저 대응하여 위험을 방지할 수 있습니다. 

의료

5G 덕분에 도심 외각 지역 주민의 의료 서비스 이용이 더욱 편리해질 것입니다. 의사는 증강 현실을 사용하여 다른 곳에 있는 환자를 치료할 수 있습니다. AI(인공지능)를 활용해 방대한 양의 의료 데이터에 즉시 액세스할 수 있으면 의료진이 보다 빠르고 정확하게 진단하고 치료할 수 있게 됩니다.

농업

2050년이면 농민들은 현재 78억 명분의 식량을 공급하는 토지에서 98억 명분의 식량을 공급해야 합니다. 5G는 트랙터, 수확용 기계와 같은 자율 농사 장비를 안내하여 효율성을 높이고 드론을 운영하여 식물 건강, 토질 및 수분의 변화를 감지하고 살충제, 물 또는 비료를 필요한 양만 정확하게 사용할 수 있습니다.

공공 서비스

5G는 경찰, 구급차, 소방서 등의 서비스 조정을 간소화하여 미국의 911 시스템과 같은 긴급 서비스를 지원할 수 있습니다. 위치 정보가 한층 더 정확하므로 응급 요원이 도심 외곽 지역에서도 목적지를 파악할 수 있습니다. 재난 대응의 효율성이 향상되어, 위급한 지역을 더 빠르게 확인하고 보다 포괄적인 지원을 제공합니다.

5G 기술과 장단점

5G를 지원하는 기술은 복잡합니다. 현재 네트워크는 커다란 고성능 타워를 사용하여 저주파수(6GHz 미만) 신호를 장거리 전송합니다. 문제는 저주파수의 데이터 전송 속도로는 5G의 예상 속도를 수용할 수 없다는 것입니다. 또한 해당 주파수를 사용하는 장치 수가 증가하여 속도가 더욱 저하될 것입니다. 따라서 다른 기술을 사용해야 합니다. 각 기술에는 고유한 장점과 단점이 있습니다.

밀리파

주파수(20GHz~100GHz)가 매우 높은 파장으로, 놀라운 속도로 신호를 전송할 수 있습니다. 장거리, 모퉁이 우회 또는 장애물 통과가 필요한 전송에는 취약하다는 것이 단점입니다. 해결 방법은 LOS(가시선) 이내에 여러 개의 밀리파 노드를 설치하여 서비스 범위를 최대화하는 것입니다.

빔포밍

무선 통신 타워는 모든 방향으로 신호를 브로드캐스트하므로 간섭이 많이 발생할 수 있습니다. 빔포밍은 신호등처럼 신호를 조정하여 지정된 시간의 특정 사용자에 대한 단일 데이터 스트림에 집중합니다. 데이터 전송이 완료되면 신호가 다른 사용자의 요청을 수용합니다. 이와 같은 맞춤형 신호를 통해 간섭을 크게 줄이고 데이터를 더 빠르고 효율적으로 전송할 수 있습니다.

네트워크 슬라이싱

5G를 정의하는 기능으로도 간주되는 네트워크 슬라이싱을 통해 공급업체가 네트워크의 가상 '조각'을 특정 용도로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 엔터테인먼트, 통신 및 인터넷에 사용되는 데이터와 머신 간(사물 인터넷 또는 IoT) 데이터 전송에는 각각 별도의 네트워크 조각이 할당됩니다. 가장 중요한 점은 무인 차량, 긴급 서비스, 기타 필수 인프라용 데이터와 같은 중요 데이터가 다른 서비스에서 사용할 수 없는 전용 세그먼트를 갖게 된다는 것입니다.

5G의 미래

5G 지지자들은 현재 우리가 알고 있는 세상, 즉 일하고, 놀고, 만들고, 소통하고, 생활하는 방식을 바꿀 수 있는 기술이라고 평가합니다. 글로벌 경제의 관점에서 5G는 2035년까지 최대 $13.2조의 상품과 서비스를 생성하고 2,230만 개의 일자리를 창출할 것으로 예상합니다. 5G는 우리가 접하는 대부분의 모든 부분에 영향을 주어, 지금의 4차 산업 혁명을 이루는 데 일조할 것입니다.

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