[5G시대①] 통신만의 전유물이 아니다...'산업빅뱅' 온다
[5G시대①] 통신만의 전유물이 아니다...'산업빅뱅' 온다
  • 이광재 기자
  • 승인 2019.03.15 16:38
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오는 4월 상용화를 앞둔 5G는 차세대 실감형 미디어, 자율주행차, 스마트 제조, 디지털 헬스케어, 스마트홈·오피스에 이르기까지 우리 생활의 거의 모든 영역에 큰 변화를 불러일으킬 것으로 전망되고 있다.

하지만 현 시점에서는 아직 본격적인 유스케이스가 등장하지 않고 있어 5G의 거대한 영향력을 체감할 수 없다는 한계가 동시에 존재한다는 것도 사실이다

이러한 가운데 5G 기술의 특징과 산업에 미칠 파급력을 분석하고 5G로 창출될 새로운 비즈니스 분야와 기회 영역을 시리즈로 살펴본다.

5G는 차세대 실감형 미디어, 자율주행차, 스마트 제조, 디지털 헬스케어, 스마트홈·오피스에 이르기까지 우리 생활의 거의 모든 영역에 큰 변화를 불러일으킬 것으로 전망되고 있다. (사진=파이낸셜신문)
5G는 차세대 실감형 미디어, 자율주행차, 스마트 제조, 디지털 헬스케어, 스마트홈·오피스에 이르기까지 우리 생활의 거의 모든 영역에 큰 변화를 불러일으킬 것으로 전망되고 있다. (사진=파이낸셜신문)

올해 글로벌 화두 중 하나는 5G다. 국내에서는 4월부터 5G가 본격 상용화될 것으로 예상되고 있다.

5G 시대에 이르면 통신 영역에서 큰 변화가 있을 것으로 생각하고 있는 이들이 대부분이다. 하지만 5G는 산업 전 영역의 판도를 바꿀 거대 혁신의 중심에 서 있다는 것이 업계의 이야기다.

5G는 기존에는 볼 수 없던 새로운 모습의 제품과 서비스를 다방면의 산업에서 탄생시키게 된다. 글로벌 여러 기업인들과 정책입안자가 전망하듯이 5G를 기반으로 비즈니스 생태계의 지평을 가속도를 내며 넓히는 융합 서비스가 빠른 속도로 진화할 것이다.

글로벌 어젠다로 중시되는 5G의 파급력 (출처= 언론보도 종합, 삼정KPMG 경제연구원 재구성 )
글로벌 어젠다로 중시되는 5G의 파급력 (출처= 언론보도 종합, 삼정KPMG 경제연구원 재구성 )

5세대 이동통신기술인 5G의 표준화가 마무리 단계에 들어서면서 국내·외 이동통신사들의 상용화 또한 가시화되고 있다. 3GPP(이동통신표준화기술협력기구)에서 2016년부터 본격적으로 시작된 5G 표준 작업은 2018년 9월 1차 표준이 발표됐고 2차 표준 발표는 2020년 3월로 예정돼 있다.

국제전기통신연합(ITU)은 2020년 5G 표준을 최종 발표할 계획이다.

한편 국내에서는 2018년 6월 5G 주파수 경매가 완료됐고 미국에서는 2018년 11월 5G 서비스를 위한 주파수 경매가 시작됐다. 국내 이동통신사들은 2019년 3월 5G 상용화를 추진했는데 몇가지 문제가 발생하며 4월 중에 상용활 될 것으로 예상되고 있다.

미국의 AT&T, 버라이즌 등 통신사들은 2018년 말 상용화된 핫스팟 방식의 5G 고정형 무선 초고속인터넷 서비스(FWA, Fixed Wireless Access)를 시작으로 2019년 내 5G 이동통신 서비스를 개시한다는 계획이다.

5G의 최대 특징은 초고속(Enhanced Mobile Broadband), 초저지연(Ultra-Reliable and Low Latency Communication), 초연결(Massive Machine Type Communication)로 압축된다.

5G는 데이터 전송량이 큰 고주파 대역을 사용함으로써 더 많은 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있다. 4G(LTE)와 비교해 이론상 최고속도(20Gbps)는 20배, 체감속도(100Mbps)는 10배 더 빠른 기술 스펙을 목표로 하고 있다.

또 1ms(1/1000초)의 초저지연 수준을 구현하는데 이는 평균 100ms를 상회했던 3G보다는 100배 더 낮은 수치이며 네트워크 상태에 따라 차이가 있지만 10~50ms 수준인 4G보다는 10배 이상 개선된 성능이다.

이와 함께 4G 대비 10배 증가한 ㎢당 100만대 이상 대규모 단말의 동시접속이 가능하며 에너지 효율도 100배 개선함으로써 자율주행차량과 거의 모든 전자기기, 수많은 센서들이 인터넷에 접속될 만물인터넷(Internet of Everything) 시대에 대응할 수 있는 초연결의 특장점을 보유하고 있다.

5G의 3대 특징과 기대 효과 (출처=ITU, 삼정KPMG 경제연구원 재구성) *IMT-2020은 국제전기통신연합(ITU)에서 채택할 5G의 유력한 표준 기술 명칭임
5G의 3대 특징과 기대 효과 (출처=ITU, 삼정KPMG 경제연구원 재구성)
*IMT-2020은 국제전기통신연합(ITU)서 채택할 5G의 유력한 표준 기술 명칭임

5G 구현에 요구되는 기술 요소

5G 구현에 필요한 기술들은 크게 주파수, 기지국, 매시브(Massive) MIMO(Multiple Input Multiple Output), 네트워크 슬라이싱이라 할 수 있다.

4G 네트워크가 2.6Ghz 이하의 저주파 대역을 사용한 데 반해 5G는 3.5Ghz 저주파와 이보다 훨씬 높은 대역의 28Ghz를 이용한다. 고주파 대역은 데이터 전송 용량이 커지는 대신, 파장이 짧아져 전파의 도달 거리가 줄어들며 회절성이 약해 장애물을 피해가기 쉽지 않다는 단점을 갖고 있다.

반면에 4G에서 사용되는 저주파는 성능이 낮지만 커버리지가 높다. 이에 따라 5G는 4G보다 더욱 촘촘한 기지국 배치가 요구된다. 수km의 광대역 커버리지를 지원하는 매크로셀(대형 기지국)과 함께 1km 이내를 커버하는 마이크로셀, 수십미터를 커버하는 초소형 기지국인 피코셀을 지역에 적절하게 배치해 전파가 도달하지 않는 음역지역을 최소화하는 설계가 필요하다.

매시브 MIMO는 안테나 수를 늘려 수십 개의 안테나를 2차원으로 배치, 수직과 수평 방향에서 다중 사용자를 연결해 전송 용량과 전송 속도를 높이는 기술이다.

4G에서는 4x4(송신 안테나 4개, 수신 안테나 4개)나 8x8의 MIMO 안테나가 주로 사용되지만 5G에서는 64x64까지 안테나 수가 증가한다.

이와 함께 많은 수의 안테나에서 발사되는 신호를 정밀하게 제어해 단말기에 정확하게 연결되도록 하는 빔포밍(Beamforming) 기술이 사용되어 에너지 손실을 줄이고 전송 거리를 확장한다.

네트워크 슬라이싱(Network Slicing)은 여러 개의 가상 네트워크로 데이터 서비스의 품질을 차별화하는 기술이다.

예를 들어 동영상 스트리밍에 필요한 네트워크에는 높은 속도와 고지연 시간을 부여하고 자율주행차용 네트워크에는 낮은 속도와 초저지연성을 설정한다.

반면에 다수의 IoT 단말들을 사용하는 경우에는 초고속, 초저지연성보다 대규모 연결에 많은 자원을 할당할 수 있다.

네트워크 슬라이싱 기술을 활용할 경우 한정된 네트워크 자원을 서비스 목적에 맞춰 커스터마이징해 사용함으로 효율성과 성능을 극대화할 수 있게 된다.

5G 기술이 창출할 새로운 시장과 사업 영역

5G의 차별점인 초고속, 초저지연, 초연결에 따라 다양한 유망산업과 분야가 부상할 것으로 전망된다.

5G의 도입이 각 산업에 미치는 영향은 단계적으로 나타날 것으로 예상된다. 도입 초기에는 네트워크 장비, 인프라 구축 업체의 활발한 활동이 기대되며 핫스팟 라우터를 이용한 무선 인터넷 서비스인 FWA가 등장하고 이동통신사의 5G 서비스 상용화에 발맞춰 5G 지원 스마트폰 단말이 발매될 것으로 보인다.

이후 초고화질 동영상과 실감형 콘텐츠 등 엔터테인먼트 영역이 부상하고 자율주행차 서비스가 개시되며 장기적으로는 제조 스마트화, 원격의료, 원격머신, 스마트시티 등의 사업화가 이어지며 B2B 영역과 융합형 서비스에서 새로운 비즈니스 모델을 찾기 위한 시도가 지속될 것으로 예상된다.

5G의 기술 도입에 따른 장단기 영향 (출처=삼정KPMG 경제연구원)
5G의 기술 도입에 따른 장단기 영향 (출처=삼정KPMG 경제연구원)

통신사, 5G 서비스 준비로 신규 시장 기회 포착

국내 통신 3사는 2018년 6월 과학기술정보통신부가 주관한 5G 주파수 3.5Ghz, 28Ghz 대역에 대한 경매 낙찰(총 낙찰가액 3조6183억 원)을 모두 완료했다. 이에 따라 최근 5G 구축을 위한 국내 통신 3사의 움직임이 활발해지고 있다.

SK텔레콤은 삼성전자와 5G 전용 교환기 개발을 진행중이며 LG유플러스는 다산네트웍스와 유비쿼스 등 국내 업체와 함께 5G 네트워크 구축에 사용되는 스위치 장비를 개발하는 등 장비 분야에서의 제휴와 협력도 가속화되고 있다.

한편 통신 3사는 최근 완료한 5G 네트워크 장비 업체 선정에서 삼성전자, 에릭슨, 노키아를 멀티 공급 벤더로 지정했다.

통신 3사는 2018년 하반기부터 본격적으로 5G 테스트를 개시했으며 현재는 상용 서비스를 위한 막바지 작업을 진행하고 있다.

미국의 AT&T와 버라이즌은 화웨이를 배제하고 삼성전자, 노키아, 에릭슨을 5G 통신장비 공급업체로 선정했다. 이와 함께 버라이즌이 2018년 10월, AT&T가 같은 해 12월 가정에서 핫스팟 장비를 통해 이용하는 고정형 방식의 5G 서비스를 개시했다.

5G 스마트폰이 2019년 상반기 중 출시될 것으로 전망되면서 AT&T와 버라이즌의 모바일 5G는 2019년 중으로 상용화가 계획돼 있다.

일본 NTT도코모는 2020년 도쿄올림픽 개최에 발맞춰 5G 서비스 개시를 목표로 하고 있다. 일본의 KDDI와 소프트뱅크 등 여타의 이동통신사도 2019년 제한적 서비스를 시작으로 본격적인 상용화는 2020년으로 계획하고 있다.

중국 차이나모바일은 베이징, 톈진, 난징을 비롯한 중국 전역의 12개 도시에서 5G 우선서비스를 개시하며 2019년 테스트를 거쳐 2020년 전국 상용 서비스를 추진할 예정이다.

이처럼 전세계 통신사들이 5G 서비스 상용화를 발빠르게 움직이고 있는 가운데 5G 서비스를 위한 장비 및 솔루션 업체들도 이 시장에서의 입지를 궅히기 위해 치열한 전쟁을 벌이고 있는 상황이다.

네트워크 인프라 및 장비업체의 기회

네트워크 인프라 영역을 살펴보면 5G 구축 및 구현에 필요한 요소로는 광섬유 통신망, 스몰셀, 모바일 엣지컴퓨팅(MEC)이 대두되고 있다. 유선이든 무선이든 브로드밴드 네트워크에서 대부분의 데이터는 유선 통신망을 통해 이동하며 무선통신은 최종 전송단(라스트마일)에서만 활용된다.

하지만 4G에 비해 5G는 초고속, 저지연성이 매우 중요하기 때문에 유선 전송 인프라에서 더욱 강화된 성능 확보가 필요하다. 이를 위해서는 광섬유(Fiber-optic) 케이블을 이용한 인프라 구축이 이루어져야 한다.

광섬유는 구리선에 비해 값이 비싸지만 테라비트급(1,000Gbps) 이상의 대역폭 확보가 가능하고 자기장과 전파의 간섭을 받지 않아 우수한 데이터 전송 품질 확보가 가능하다는 장점이 있다.

AT&T, 버라이즌은 코닝과 계약해 5G 네트워크 구축에 필요한 광섬유를 생산해 활용한다는 계획이다.

무선전송을 담당하는 기지국은 커버리지 범위에 따라 매크로셀과 스몰셀로 구분된다. 반경 20km까지 커버 가능한 매크로셀은 강력한 전파를 발생시키는 송신탑이 필요하기 때문에 구축에 필요한 공간 확보와 함께 전자파 유해성 감소를 위해 사람 거주지역에서 멀리 떨어져 있어야 한다는 문제가 있으며 전력 소모 또한 크다.

반면에 1km 이내 거리를 커버하는 스몰셀은 저렴하고 전력소모 또한 적고(매크로셀 대비 1/10) 공간의 제약 없이 어느 곳에나 간편하게 설치 가능하다. 전파 도달 범위가 짧은 5G에서는 다수의 스몰셀로 촘촘하게 커버할 필요가 있다.

스몰셀은 교외 지역에서 커버리지 확장에 사용되며 인구밀집지역에서는 성능 향상에 사용되어 그 역할과 중요성이 크게 확대될 것으로 예상된다.

5G 시대를 맞아 국내 스몰셀 장비 업체들은 새로운 시장이 창출되고 확대될 가능성에 대비해 5G용 스몰셀 개발 및 생산을 가속화할 것으로 보인다.

MEC는 스트리밍, 원격조작, 제어 서버를 최종사용자와 가까운 곳으로 옮겨 5G의 초고속, 초저지연을 구현하는데 기여할 기반 기술이다.

현재의 4G 네트워크는 데이터가 백홀망을 거쳐 멀리 떨어진 서버까지 왕복해야 하며 이 과정에서 지연시간과 속도 손실이 발생한다.

MEC는 서비스 서버를 사용자 근처로 이동해 왕복 거리를 크게 단축해 초저지연, 초고속 성능과 함께 백홀망 트래픽의 부하를 절감하는 효과를 거둘 수 있다.

마이크로소프트, 아마존 등 클라우드 사업을 영위 중인 기업들과 GE, IBM 등 비즈니스 솔루션 제공 업체들은 트래픽 양이 폭발적으로 증가할 5G 시대를 대비하기 위해 MEC 관련 기술 및 솔루션 개발에 주력하고 있다.

5G는 당분간 4G와 병행해 사용돼야 하기에 5G 네트워크 장비는 4G와의 원활한 연동성이 필요하다.

국내 통신 3사는 삼성전자, 노키아, 에릭슨, 화웨이 등 장비 업체들과 계약을 맺고 2018년 말부터 장비 구축에 돌입했다.

삼정KPMG 경제연구원의 조사에 따르면 4G 코어 네트워크 국내 장비시장은 삼성전자가 45%로 가장 많은 점유율을 차지하고 있으며 노키아, 에릭슨, 화웨이 순으로 시장을 점유하고 있다.

5G 망 신규 구축에 따라 글로벌 대기업이 과점하고 있는 코어 네트워크 장비 시장 이외에도 다양한 장비 관련 시장 생태계가 활성화될 것으로 예상된다. 네트워크 장비 시장에서 주목되는 분야는 안테나, 스몰셀, 인빌딩 중계기, 트랜지스터, 스위치 등이 손꼽힌다.

매시브 MIMO 기술 도입으로 안테나 수가 크게 늘어나 안테나, 필터 시장에서 새로운 수요가 발생할 것으로 보이며 5G 전파의 낮은 커버리지와 도달률 때문에 스몰셀 기지국 장비, 인빌딩 중계기를 활용해 촘촘한 전파 커버리지를 구축할 필요성이 있다.

또 5G는 기존에 사용되던 저주파 대역(3.5Ghz) 이외에도 28Ghz 대역의 고주파를 이용하기 때문에 고주파 송출을 위한 핵심부품인 트랜지스터, 전력증폭기 시장이 확대될 것으로 예상된다.

5G 트래픽 증가는 백본으로 연결되는 모바일 백홀에 대한 확장과 교체를 필요로 하며 이에 따라 큰 대역폭과 초저지연 성능을 갖춘 5G 스위치 장비에 대한 수요도 늘어날 것으로 보인다.

5G 네트워크 장비 구축 개념도 (출처: 삼정KPMG 경제연구원)
5G 네트워크 장비 구축 개념도 (출처: 삼정KPMG 경제연구원)

스마트폰 단말·칩셋 벤더에도 5G는 새로운 기회

5G 서비스를 일반 소비자가 본격적으로 사용하기 위해서는 5G 네트워크를 지원하는 스마트폰 단말이 발매돼야 한다. 하지만 아직 상용화된 스마트폰 단말과 함께 5G를 지원하는 통신 칩셋 또한 시장에 선보이지 않고 있었다.

이러한 가운데 통신칩 벤더인 퀄컴은 2018년 12월6일 5G를 지원하는 스마트폰 AP(Application Processor) ‘스냅드래곤855’를 발표했다. 이 AP의 최대 특징은 5G 네트워크를 지원하는 X50 모뎀을 탑재해 기가비트의 속도를 구현한다는 것이다.

X50 모뎀은 4G와 5G를 동시에 지원하며 초고주파 대역을 이용가능하다. 또 와이파이6 규격을 적용해 기존 스마트폰의 평균 와이파이 속도(1Gbps)보다 10배 빠른 10Gbps의 속도를 구현했다.

이와 함께 AI 연산 프로세서, 일반연산 프로세서, 그래픽을 처리하는 GPU의 세 가지 프로세서가 포함돼 있다. ‘스냅드래곤855’는 대만의 반도체 제조업체인 TSMC에서 7나노 공정으로 생산돼 조만간 1분기 중 발매되는 스마트폰에 탑재될 예정이다.

삼성전자는 버라이즌과 AT&T를 통해 2019년 상반기 중 ‘갤럭시 S10 5G’ 모델을 출시한다는 계획이며 국내에서도 통신3사의 5G 네트워크가 상용화되는 3월 해당 모델을 발매할 예정이다.

LG전자는 2019년 상반기 중 북미지역과 국내에 5G 스마트폰 ‘V50 씽큐 5G’를 공급한다는 계획이다. 화웨이는 2019년 중순 밖으로 접히는 아웃폴딩 방식의 폴더블 스크린을 탑재한 5G 스마트폰인 ‘메이트X’를 출시할 예정이다.

모토롤라가 2018년 8월 발매한 ‘모토 Z3’는 뒤쪽에 케이스 형태의 5G 업그레이드 모듈을 부착하면 기존 휴대전화에서 5G 네트워크를 사용할 수 있는 방식으로 설계됐다.

한편 애플에 통신칩을 공급하는 인텔은 5G용 통신모뎀인 ‘XMM 8160’을 개발 중으로 2019년 하반기 출시 예정이며 ‘XMM 8160’을 탑재한 스마트폰은 2020년에 출시될 것이라고 밝혔다. 이에 따라 업계에서도 5G를 지원하는 아이폰이 2020년이 돼야 발매될 것으로 추정하고 있다.

출시 초기 5G 지원 스마트폰은 신형기술 탑재에 따른 높은 가격, 빠른 배터리 소모, 높은 발열, 5G 네트워크 미비로 인한 커버리지 부족 등의 문제가 예상되고 있다.

이들은 4G LTE 도입 초기에도 나타났던 문제들로 향후 몇 년 동안 새로운 기술이 도입되고 안정화되면서 해결될 것으로 전망되고 있다. [파이낸셜신문=이광재 기자 ] 



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