설명: 5G의 다섯 가지 지원 기둥

인터넷의 다음 큰 변화는 인터넷 자체에 관한 것입니다, 음, 어느 정도는요. 5G 또는 5세대는 무선 통신의 다음 세대로, 4세대(4G) 또는 LTE의 후계자입니다. 사실, 통신 산업에서 이러한 진화를 사람들이 인식하는 것은 이번이 처음이 아닙니다. 분명히, 이는 1세대(1G) – 음성 전송을 위한 아날로그 시스템을 탄생시킨 이후 거의 매 10년마다 발생해왔습니다. 2세대(2G) – 음성과 데이터를 함께 전송할 수 있는 기능을 추가했습니다. 3세대(3G) – 메가비트 인터넷 속도와 영상 통화를 도입했습니다. 4세대(4G) – HD 콘텐츠 스트리밍을 통한 진정한 모바일 브로드밴드 경험을 제공했습니다.

5세대(5G)는 2020년경에 도래할 것으로 예상되며, 데이터 속도를 크게 향상시키고, 연결 밀도를 증가시키며, 지연 시간을 줄이고, 기가비트 인터넷 속도를 제공할 것으로 믿어집니다. 아직 개발 중이며 가까운 시일 내에 사용 가능하지 않지만, 노키아, 퀄컴, 에릭슨, 삼성, 인텔과 같은 기업들이 5G 연구 및 개발에 막대한 자금을 투자하고 있습니다. 현재로서는, 어느 정도 수준에서 이러한 연구 및 개발이 결실을 맺고 있으며, 노키아는 엔드 투 엔드 5G 서비스를 제공하기 위한 플랫폼 “5G first”를 출시할 계획이며, 인텔은 2019년에 5G 지원 노트북을 제공할 것이라고 주장하고, 퀄컴은 2019년에 5G 지원 스냅드래곤 X50 장치를 제공할 계획입니다.

이러한 잠재력 덕분에 5G는 AR(증강 현실), VR(가상 현실), IoT(사물인터넷)에 대한 기회를 크게 열 것으로 예상됩니다. 이러한 서비스가 5G를 최대한 활용할 수 있는 이유는 5G 연결이 매우 높은 인터넷 속도와 매우 낮은 지연 시간(메시지가 전송되고 수신되는 사이의 지연)을 제공할 것으로 예상되기 때문입니다. 이는 AR, VR 및 IoT와 같은 서비스가 적절하게 수행되는 데 필요한 모든 것입니다.

분명히, 고속 인터넷을 제공하고 지연 시간을 줄이려면 신호가 장거리로 전송되고 전송되는 방식을 변경해야 합니다. 이러한 이유로 연구자들은 5G를 개선하기 위해 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 기술 중 5G 네트워크의 다섯 가지 기둥으로 간주되는 가장 중요한 기술은 다음과 같습니다-

1. 밀리미터파

우리 집의 대부분의 전자 기기는 6GHz 이하의 라디오 주파수(RF) 파동에서 작동합니다. 매일 더 많은 장치가 인터넷에 연결됨에 따라 이 주파수 대역은 과밀해지기 시작하여 느린 인터넷 속도, 높은 지연 시간 및 더 많은 연결 끊김과 같은 문제를 초래하고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 일반적으로 30-300GHz 범위에 해당하는 짧은 밀리미터 RF 파동을 사용하는 실험을 하고 있습니다. 이 RF 스펙트럼 범위를 사용하는 이유는 이전에 사용된 적이 없기 때문에 인터넷에 있는 수많은 장치에 대해 매우 큰 대역폭을 제공할 수 있기 때문입니다.

2. 소형 셀

밀리미터파의 사용이 저대역폭 또는 기타 관련 문제를 해결할 수 있지만, 연구자들이 해결해야 할 자체 문제 세트가 있습니다. 소형 셀의 작동 방식을 이해하기 위해, 고주파 RF 파동을 사용할 때의 기존 문제를 고려해 보겠습니다. 많은 사람들이 인터넷에 연결하기 위해 사용하는 Wi-Fi가 2.4GHz와 5GHz의 두 주파수 대역을 사용한다는 것을 알고 있을 것입니다. 대부분의 경우, 우리는 연결에서 2.4GHz 주파수 대역을 사용합니다(기본적으로 활성화됨), 낮은 주파수의 파동이 높은 주파수의 파동보다 더 넓은 범위를 가지기 때문입니다. 밀리미터파의 문제는 이 문제와 유사합니다. 왜냐하면 우리는 약한(짧은 범위의) 고주파 RF 파동을 사용하고 있으며, 감쇠 없이 장거리로 이동할 수 있는 충분한 잠재력을 가지고 있지 않기 때문입니다.

그러나 연구자들은 전통적인 무선 기지국에 비해 서로 가까이 설치된 수천 개의 저전력 미니 기지국을 설치하는 방법을 찾아냈습니다. 이를 통해 신호를 장거리로 전달하기 위해 중계 네트워크를 생성하고 신호를 점프하여 전송합니다. 밀리미터파가 장거리로 이동할 수 없는 것처럼, 건물, 나무, 구름 등과 같은 물체를 관통하지 못하여 신호가 이러한 물체에 반사되어 손실되는 문제도 발생합니다. 이 문제를 해결하기 위해, 가까운 위치에 있는 소형 셀 안테나가 실제로 유용할 수 있습니다. 이들은 사용자가 장애물에 부딪힐 때 사용자의 기지국을 전환하여 원활하고 중단 없는 경험을 제공합니다.

3. 대규모 MIMO (대규모 입력 대규모 출력)

현재 4G 네트워크는 안테나용 포트가 12개인 기지국을 사용하며, 그 중 8개는 전송용, 4개는 수신용입니다. 반면, 새로운 5G 표준은 단일 배열에 더 많은 안테나를 장착할 수 있도록 약 100개의 포트를 지원하여 네트워크 용량을 증가시켜 더 많은 사용자와 신호를 송수신할 수 있게 합니다.

간단히 말해, MIMO 또는 다중 입력 다중 출력은 데이터를 송수신하기 위해 두 개 이상의 송신기 또는 수신기를 사용하는 무선 네트워크와 관련이 있습니다. 주변에 많은 기지국이 있고 기지국 간에 많은 트래픽이 오가는 경우 신호 간섭의 가능성이 커지며, 이는 많은 감쇠 및 왜곡을 초래할 수 있습니다.

4. 빔포밍

MIMO 기반 기지국에서 수백 개의 포트를 사용하여 전방향 신호 방송으로 인해 발생하는 신호 감쇠 및 왜곡 문제를 해결하기 위해 연구자들은 빔포밍이라는 또 다른 기술을 개발했습니다. 사람들 간의 충돌을 방지하기 위해 교통 신호가 사람들에게 교차할 때 차례를 지키도록 허용하는 것과 유사하게, 빔포밍은 네트워크 신호와 패킷에 대해 동일한 작업을 수행합니다. 신호 빔을 사용자에게 직접 집중시키는 대신 모든 방향으로 방송하는 대신, 동시에 더 많은 사용자에게 신호를 제공할 수 있도록 신호 전송 패턴을 생성합니다. 이를 위해, 주변 물체에 반사하여 최상의 신호 경로를 제공하고 MIMO 기술을 사용하여 많은 사용자를 감쇠 및 왜곡 없이 서비스하기 위해 기지국에서 알고리즘을 활용합니다.

5. 풀 듀플렉스

현재 4G 네트워크에서 사용되는 기지국은 반이중 통신이 가능하며, 이는 연결된 당사자들이 서로 통신하기 위해 차례를 지켜야 하는 통신 유형입니다. 이러한 통신 유형의 문제는 연결된 당사자 간의 동시 통신을 지원하지 않는다는 것입니다(풀 듀플렉스 통신). 이로 인해 기지국은 간섭을 피하기 위해 특정 시간에 신호를 전송하거나 수신해야 합니다. 지금까지 이 문제를 해결하기 위한 두 가지 솔루션이 있었습니다: ‘다른 주파수 사용’과 ‘차례로 작동하기’.

그러나 밀리미터파를 활용하는 새로운 5G 네트워크에서는 연구자들이 들어오는 신호와 나가는 신호가 서로 충돌하지 않도록 라우팅하는 방법을 찾아야 합니다. 이를 위해 연구자들은 충돌과 간섭을 방지하기 위해 신호를 순간적으로 재라우팅하는 스위치를 개발했습니다(트랜지스터로 구성됨). 그리고 다른 기술들이 일부 단점을 가지고 있는 것처럼, 풀 듀플렉스도 예외는 아니며 자체적인 단점이 있습니다. 동일한 안테나를 사용하여 신호를 송수신하면 성가신 에코가 발생할 수 있으며, 이 문제를 극복하기 위해 성가신 에코 없는 네트워크를 만드는 방법이 필요합니다.

5G 연결을 통해 AR, VR 및 IoT와 같은 기술이 발전하고 더 주류화되며 사용하기 쉬워질 것으로 예상됩니다. 그렇지 않으면 불가능할 것입니다. 이러한 기술의 발전에서 5G의 사용 사례를 이해하기 위해, 의사가 세계 반대편에 있는 환자에게 수술을 수행해야 하는 시나리오를 고려해 보겠습니다. 이를 위해 그는 환자 근처에 있는 VR 장치와 로봇 보조기를 사용합니다. 이 수술을 성공적으로 수행하기 위해서는 의사가 명령이나 작업을 전송하는 시간과 로봇이 이를 가로채고 환자에게 수술을 수행하는 시간 사이에 지연이 없어야 합니다.

AR, VR 및 IoT의 발전 외에도 5G 네트워크에서 기존 네트워크 연결에 대해 즉시 기대할 수 있는 다른 주요 이점은 다음과 같습니다-

1. 고속 인터넷
2. 저지연 인터페이스
3. 개선된 기계 통신

현재 5G는 2020년 출시를 위해 개발 및 테스트되고 있으며, 호환 가능한 장치가 같은 해 말에 출시될 것으로 예상되며, 2025년까지 전 세계적으로 널리 사용될 수 있을 것입니다.