DEVOCEAN

들어가기 전에

1부에 이어. 2부에서는 5G에 대해서 이야기해 보겠다. 언급했듯이 어떤 세대를 알려면, 이전 세대를 알아야 한다고 믿는 필자의 소신에 의해 포스팅이 진행되고 있다.

특히, 본 포스팅은 SK Telecom의 의견과 무관한 필자 개인의 의견이며, 재야의 비주류의 의견일 뿐 이라는 점 명확히 한다.

주파수

5G에 대해, 특히 6G에 대해 이야기하려면 주파수에 대한 이해가 먼저 있어야한다.

사실 이동통신의 기술은 고주파를 사용하기 위한 끊임 없는 노력이라고 보면 정확하다.

1부에 언급된 샤논용량을 다시 들여다 보자.

1부에서 기술의 발전을 이야기 하면서, Noise 를 관리하는 부분에 초점을 두었다. 물론 아주 중요한 항목이다.

하지만 Capacity에 가장 큰 영향을 주는 것은 B (Bandwidth)다.

즉 통로가 커야 많은 양의 정보를 보낼 수 있다는 것이다. 지극히 당연한 것 아닌가?

아래는 2G ~ 4G 의 Channel Bandwidth가, 그냥 쉽게 통로의 크기라고 보면된다.

• 2G CDMA : 1,23MHz

• 3G WCDMA: 5MHz

• 4G LTE: 20Mhz (LTE는 Flexibile Bandwidth를 지원해 1.4MHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz 다양하게 지원)

기술에 따라 조금 다르고, 필자가 알고 있는 것만 적었다. 뭐 숙제도 아니니 걍 보자.

이미 말했지 않은가? 느낌이 중요하다고. 노이즈를 제어 한다해도 이는 최적화의 느낌이다.

하지만 넓은 Channel Bandwidth 자원 그자체를 의미한다.

그냥 생각해 봐도 광대역(Wide Band)가 협대역(Narrow Band)보다 다루기 힘들 거라는 생각이 들거다.

만약 느낌이 안들면 그렇다고 외우자.

주파수는 지구의 자원이다. 그리고 한정된 자원이다. 누가 먼저 사용하면 끝 이라는 거다.

선생님이 인간의 주파수로 말씀하실때, 여러분이 친구랑 떠들면 혼나는 이유가 바로 이 자연의 이치 때문이다.

누가 사용하는 주파수를 누가 중복해서 동시에 사용되면 둘다 못 사용하는 것 이다. 서로에게 노이즈를 주기 때문이다.

즉 당신의 친구와 떠들어서 선생님의 강의를 방해 했기에 혼난 것이다.

결국 남이 안쓰는 넓은 Bandwidth를 찾아야 한다. 하지만 이미 즉 빈땅이 없다는게 문제다.

공장을 짓는다고 생각해 보자. 긴라인을 설치해야 한다. 그렇다는 건 긴땅이 필요하다. 서울 근교에는 그런 땅이 없다.

따라서 지방으로 내려가야 한다.

삼성전자의 반도체 공장이나 하이닉스의 반도체 공장이 왜 수원이나 이천에 있을 것 같은가? 넓은 평지가 어디에 있는지를 한번 생각해 보자.

마찬가지다, 넓은 Bandwidth가 있는 주파수 대역이 많지 않다.

좋은 땅엔 임자가 있듯이 쓰기 쉬운 주파수 대역에는 넓은 빈 공간이 없는건 인지상정이지 않으가?

따라서 아무도 안쓰는 주파수 대역을 찾아야 한다. 즉 사용하기 어려운 주파수 대역을 개척해야 한다는 것이다.

사용하기 어려운 주파수는 고주파이다.

주파수라 쓰고 영어로 프리퀀시라 하며, 프로퀀시라는 건은 진동이다. 프리퀀스가 높다는 것 즉 고주파라는 건 떨림이 잣다는 것이다.

즉 시간 주기가 짧다는 거고 그건 만들기 어렵다는 거다.

이건 자연의 이치인데 우리가 고음이 안 올라가는 것과 마찬가지다. 억지스러운가? 하지만 맞는 말일게다.

Devocean 답게 설명해 보자. CPU Clock이 높으면 비싸다. Clock이 빠르다는 건 하나의 CPU Instruction이 실행되는 속도가 빠르다는 것이다.

이렇게 만들려면 전자가 이동하는 동선을 줄여야 한다.

이 동선을 줄이는 정도를 몇 nano 공정이라고 부르는 것이다.

이 nano 공정이라는건 쉽게 말하며 쌀알에 더 작게 글자를 써 내려가듯 반도체 미세공정이 필요하다는 것이다.

즉 주기가 짧은걸 만드는건 어렵다는 것이다.

고주파 신호을 분선하려면 고주파신호를 만들거나 입력을 받아야한다.

만약 입력받는 HW의 처리속도가 고주파의 주기보다 느리다면 전체 신호를 못 받는 부분이 생긴다는 것이다.

처리속도가 빠른 HW는 비싸고 만들기 어럽다.

따라서 만들기 어려우니 만들기 쉬운 저주파부터 사용하게 된 것이다.

또한 저주파의 주파수 특성이 고주파보다 통신에 적합한 물리적 특성이 있다.

간단한 예를 들어 보자. 당신이 노래방에서 크게 노래를 부르면 밖에서도 소리가 들린다.

하지만 노래방에서 춤을 춘다고해서 밖에서 보이는 건 아니다.

목소리는 저주파다. 춤을 추는 모습은 빛이며 고주파다.

정리하면 저주파는 직진성을 낮으나 회절이 잘된다.(즉 벽 뒤에서도 들린다). 고주파는 직진성이 좋으나 회절이 안된다.

즉 고주파로 갈 수록 장애물이 있으면 전송이 어렵다는거다. 따라서 강한 파워로 쏴야한다.

사람들이 땅에 있다고 보면, 사람에게 강한 파워를 쏘려면 안테나를 낮게 달거나 강한 파워를 그냥 때리면 된다.

하지만 사람이 가지고 있는 단말은 강한 파워로 쏠 수 없다 (어느 정도 이상 세게 쏘면 사람에게 해로움..작 안전규격임.

물론 우리가 노력해서 강해지면 극복가능함). 따라서 방법은 안테나를 낮게 다는 것이다.

이는 결국 설치가 어렵다는 이야기며 더 많은 안테나를 설치해야 한다는 것 이다. 사유는 높이나가 낮으니 반경이 줄어들기 때문이다.

요약하자. 광대역의 자원은 현재 고주파수 대역만 비어 있다. 왜냐하면 저주파 대역이 쓰기 편해 저주파 대역부터 사용했기 때문이다.

하지만 우리는 넓은 대역이 필요하고 넓은 대역은 쓰기 힘든 고주파 대역에만 비워져 있다.

주파수 2편

이동통신은 사람이 이동하면서 쓰는 거다. 요즘 사람들은 세계를 돌아 다닌다. 따라서 이동통신 기술이 사용하는 주파수는 전세계에서 사용가능해야 한다.

5G를 위해서는 전세계가 사용할 수 있는 넓은 빈 땅을 찾아야 한다. 이거 더 어려워 졌다.

주파수 3편 : 이가 아니면 잇몸으로

아무리 기술발전이 찬란하다 해도, 안되는건 안되는 거다. 사랑의 묘약이 없는 이유면 대머리 약이 없는 것과 같은 맥락이다.

이미 4G를 개발하면서도 이제 쓸만한 주파수가 없다는 것을 알았다.

하지만 포기 할 수는 없기에 Flexible Bandwidth란 개념을 만들었다. 즉 재건축을 허용한 것 이다.

예를 들어 WCDMA 서비스를 중단하면, 남는 5Mhz에 LTE를 설치할 수 있게 한 것 이다.

물론 Bandwidth가 작으니 용량은 줄어든다. 하지만 여기서 멈추지 않고 CA(Carrier Aggregation)이라는 기술을 개발한다.

이는 여러 대역의 Bandwidth를 이어서 쓸 수 있게 만든 거다. 물론 이어쓰는 거니 약간 후지다.

5G 원천기술 : 28GHz 그리고 Hybrid Beamforming

이미 4G에서 이가 아닌 잇몸으로 까지 시전했기에, 5G는 결국 황무지를 개쳑해야 했다. 이게 28GHz 대역이다.

(물론 28GHz만 있는게 아니다 35Ghz 뭐 이런것도 있다)

점점 말이 길어지고 있다. 짧게 말하겠다. 28GHz는 원래 위성통신용 주파수 이다.

이 주파수는 고주파다. 따라서 광활한 하늘에 쏘는 것 이었다.

그리고 회절이 안되니 어뚱하게 다른 위성에 전달될 일도 없으니 위성 통신에는 적합했다.

장애물이 많은 지상에 위성에 쓰던 주파수를 사용하려고 하다보니, 빔포밍을 사용하기로 했다. 아래는 빔포밍 그림이다.

삼각형의 면적이 에너지다. 왼쪽처럼 안테나에서 넓게 전파를 쏘면 범위내 단말이 그 신호를 받을 수 있다.

하지만 오른쪽 처럼 데이타를 받을 수 있는 단말에만 딱 맞춰서 스포트라이트(빔)를 쏘면 더 적은 에너지로 데이터를 전송 할 수 있다.

문제는..

더 적은 에너지란 더 높이 안테나를 달 수 있다는 것을 의미한다. 하지만 단말이 이동하기 때문에 동적으로 빔의 모양을 바꿔야 한다.

Beam을 만드는 가장 물리적인 방식은 접시 안테나를 쓰는 것 이다.

[이것이 접시 안테나 다]

이 안테나를 사용해서 이동하는 단말에 빔을 쏘려면 안테나가 무지하게 빠르게 뱅글뱅글 돌아야 한다. 물론 위아래로 움직여야 한다.

이는 말도 안되는 소리다. 따라서 극복방법이 있어야 하는데, 이것이 하이브리드 빔포밍이다.

아래는 필자가 간단히 설명하기 위해 그린 그림이다. 원리는 이중슬릿 실험과 같다고 보면 된다.

안테나를 물리적으로 돌리지 못 하니, 여러개의 안테나에 같은 신호를 잘 변조해서 집어 넣으면, 서로 다른 안테나간 간섭 신호가 발생하는데,

이 산호게 파워로 보면 같은 신호 임으로 상쇄되는 부분과 합해 지는 부분이 생겨서 빔의 방향을 바꿀 수 있다.

잘 모르겠으면, 가상 5.1 Channel 사운드 바 보면 작은 스피커가 많이 있는데 그거랑 같은 거라 느끼면 된다.

이 논문을 근거로 실증을 통해 28GHz를 사용하여 적당한 에너지로 적당한 거리만큼 떨어진 장치로 데이터를 전송할 수 있음이 증명되었다.

하지만!! OFDM과 Turbo code는 필자의 기억에도 2000년에 본적이 있다. 아마 발명은 더 오래 되었을 듯 하다.

5G 조금전의 기술 생태계

네트워크관련된 이야기를 좀 하겠다. 3G 시대에는 3GPP2와 3GPP가 IMT-2000 비전을 위해 달려갔으나 3GPP의 승리 후,

4G는 3GPP의 LTE 단독 기술의 시대가 되었다. 이동통신 시장의 경우 시장이 통일되면 무한경쟁이 벌어졌고 많은 개발사들이 없어 졌다.

IP Network은 정말 하나의 회사의 승자독식이 되었다. 유선 전송망은 거꾸로 지역별로 조금씩 다른 요구사항으로 거기서 거기인 회사들이 많아 졌다.

또한 아이폰 출시 후 많은 기술기업들이 나타났다. (Facebook 같은것). 이들은 편하게 표준화를 논하지 않는다.

바로 좋은것을 만들어서 공격적으로 시장을 공략했다. 네트워크의 근본은 Protocol(약속)이다.

약속을 위한 여려가지를 절차를 무시한체 IT 업체를 따라하는 경향도 늘었다.

결국 같이 살아가는 Eco system이 무너지면서, 통신의 경우 4G LTE를 주도하던 단체외의 대 부분의 세계규모의 표준화 단체는 현실적으로 없어졌다.

LTE를 제외한 다른 네트워크 관련 기술 (IoT, 유선망)들의 정체가 찾아왔다.

5G 조금전의 정치 상황

주의: 필자의 개똥 철학과 검증되지 않은 가설에 근거한 이야기임. 재미로 봐주시길 바란다.

필자의 기억으로는 2019년 한국은 5G를 런칭했다. (그것이 진정한 5G 인가에 대한 논란은 일단 접어두자. 이는 정말정말 긴 이야기다).

따라서 2015년 언저리를 생각해 보자.

필자의 기억에 그 언저리의 영화 및 드라마다.

존비물의 존비는 어찌 보면, 수탈당하고 있는 민초들을 대변한다고 어디서 본 듯 하다.

다른 두영화는 모두 시민들이 속 검은 지도층에 저항하는 이야기다.

리먼브라더 사태이후, 세상이 얼마나 불공정한지에 대해서 사람들이 인식하기 시작했다.

결국 민심이 술렁이던 시기였다. 불공평해도 내 삶이 어제 보다 발전하면 사람들은 분노하지 않는다.

하지만 현실은 그렇지 않았다.

Google, Facebook 같은 거대 Tech 기업이 세상을 지배하기 시작했다. 다 미국기업이다.

유럽은 그당시 한 일이 없었다. 토발즈도 유럽사람이고,에릭슨 같은 장비 회사도 유럽회사 인데, 유럽은 통신과 SW 모두 자랑할 만한게 없다.

게다가 유럽은 다른것을 더 잘한 것도 아니다. 유럽의 지도층이 갑자기 5G를 전략적으로 해야 한다고 EU에서 뭔가를 추진했다.

4G도 안깔아 놓구선, 오늘 할 일을 안하고 비전을 제시하고 있었다. 중국은 패권국으로 가기 위해 5G에 전략적 투자를 한다.

위 Dish 안테나를 빙글빙글 돌린다고 한 이야기 생각나는가? 레이다와 얼마나 기술이 다를 것 이라 생각하는가?

엽합군이 2차 대전에 독일의 통신을 감청 후 암호를 풀어 어떤 이득을 얻었는지 상기해 보자.

일본은 사실 독자 규격으로 2G에서도 이미 3G의 사용자 경험을 주었다.

하지만 갈라파고스화 되었다. 우리나라도 기억하는지 모르겠지만, 4차 산업혁명과 5G가 대선 주사사이의 아젠다였다.

기술인들은 할일을 차분히 하고 있었는데, 뭔가 하나 말해주니, 정치인들은 빨리하라고 재촉하는 형국이었다.

다음 이야기

"5G 자체의 완성도가 떨어질 수 밖에 없는 이유는 다 정치 때문이다" 라고 말하고 싶다.

과학을 들먹이면 합리적여보일거라는 얄팍한 술수라 생각한다. 하지만 5G Vision은 수궁할 만한 것이 많다.

따라서 기술과 구현을 노하기 전에 비전을 먼저 공유하겠다. 단순이 20Gbps 속도에 1msec latency 같은게 아니다.

이 비전이 SW의 중요성을 부각하게 될 것 이다.

다음 회에는 5G가 얻고자 했던 비전과 이를 통해 필자의 6G 비전을 이야기 보겠다.