5G 이동통신 시스템은 100Gbps급의 전송속도로 3D 홀로그램 영상을 전송할 수도 있는 모바일 네트워크를 지향하고 있다. 아울러 다양한 융합기술과 접목하여 주변 다바이스와 소통 가능한 기술로 정의하고 2020년 상용 서비스를 목표로 하고 있다.

서언

다양한 스마트 미디어 기기와 사물인터넷 및 웨어러블 기기 등 다양한 종류의 단말들의 대중화로 인한 데이터 트래픽 폭증1)은 초고속/대용량/고품질 미디어에 대한 새로운 수요 니즈를 발생시키면서 보다 넓은 대역폭과 초고속 전송 속도를 실현할 수 있는 5G 이동통신 네트워크 기술의 필요성을 낳았다. 

아울러 모바일 생태계를 폐쇄적인 이동통신사업자 중심에서 개방형 생태계로의 전환이 요구되면서 모바일 빅뱅을 예고하고 있다. 

5G 이동통신 시스템은 3G 및 4G 시스템의 핵심 기능과 WLAN 및 WWCA 등과 융합 네트워킹을 통해 u-센싱 기술력 기반의 네트워크(USN)를 구축하여 정보 수집 매체(RFID, 센서 노드 등)에 대한 정보, 정보 수집 매체에 의해 감지되고 저장·가공·통합된 사물 및 환경 정보를 유비쿼터스 환경으로 구축하는 것을 목표로 하고 있다.

미래 모바일 서비스 동향은 폭증하는 스마트 미디어 기기와 M2M 단말의 보급 확대와 아울러 모바일 클라우드 및 실감 미디어의 대중화 등으로 인해 모바일 서비스 수요 니즈가 급격히 다변화 양상으로 변화하면서 저비용의 에너지 효율성이 향상된 이동통신 환경을 요구하고 있다. 

아울러 CPND(Content, Platform, Network, Device) 기반의 네트워킹, 유무선 융합 등 다양한 기술적 특성이 요구된다. 또한 5G 이동통신 시스템의 중추적인 서비스 관련 핵심기술로 접목될 수 있는 융합기술(빅데이터 분석 기술, 클라우드 컴퓨팅 기술 등)의 기술적 특성을 5G 시스템에 접목시킬 수 있는 방안을 개발해야 한다.

이 연구에서는 CES 2016과 5G 시스템의 중추 기술인 mmWave 기술 중심의 글로벌 기술개발 현황과 국내 이동통신 3사의 5G 이동통신 기술개발 전망, 이를 토대로 분석한 국내 5G 이동통신 산업 SWOT 분석 결과와 약점 요인 해결 전략, 빅데이터 분석 및 클라우드 컴퓨팅 기술 중심의 5G 융합기술 시장성 분석 결과에 대해 설명한다.

5G 이동통신 기술개발 전망

1. 글로벌 기술개발 전망

(1) CES 2016을 통해 본 기술개발 전망

CES 20162)에서 글로벌 IT 기업들은 5G 이동통신 시스템의 핵심 기술로 관심이 집중되고 있는 사물인터넷/산업용 사물인터넷(IoT/IIoT) 관련 제품 및 서비스를 대거 선보였다. 특히 CES 2015에 비해 IoT/IIoT 기기 간 연계가 강화된 실 제품들을 전시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 이를 간단히 요약하면 다음과 같다.

•‌ 삼성전자 : 스마트 홈411 허브(IoT80 플랫폼)을 2016년형 SUHDTV 전 모델에 탑재

•‌ LG전자 : 스마트홈411 게이트웨이(스마트싱큐 허브)를 통해 개인일정, 날씨정보 등을 화면과 음성으로 제공

• 인텔

- PC나 서버용 프로세서가 아닌 IoT 특화 칩 솔루션 공개

- ‌x86 아키텍처 기반 IoT용 SoC417(쿼크)를 탑재한 웨어러블 모듈(큐리) 공개

- SD 카드 크기의 초소형 컴퓨터 모듈(에디슨) 공개

• 퀄컴

- LTE48 모뎀칩 기술 기반 IoT 특화 칩 솔루션 공개

- ‌차량 인포테인먼트, 커넥티드 카, 드론용 솔루션 등 공개

• NXP

- ‌차량용 칩 솔루션 공개(첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)용 레이더 비전 솔루션)

•‌ 엔비디아 : VR에 특화된 GPU 기술 솔루션 공개(VR 레디 전략)

이처럼 5G 이동통신 시스템은 미래 모바일(무선) 통신의 결정판과도 같은 최첨단 기술력을 갖춘 아젠다를 지향하면서 전 세계 주요 통신 강대국들의 기술경쟁이 치열하게 전개되고 있다.

(2) mmWave 기술의 이동통신 적용 기술 전망

3GPP에서는 NTT DoCoMo/후지쓰/삼성전자 등과 공동으로 Release 12 규격을 발표하면서 밀리미터파 기술을 5G 이동통신 시스템에 활용할 수 있는 방안들을 제시한 바 있다. mmWave 기술의 이동통신 적용 기술 전망을 요약하면 다음과 같다[1][2].

- NTT DoCoMo에서는 11GHz의 중심 주파수를 사용하여 10Gbps의 고속 패킷 송수신 기술을 시연한 바 있다.

- 1998년에 설립되어 2012년 현재 150여 개의 회원사가 참여하고 있는 무선통신 관련 전문가 단체인 IWPC(The International Wireless Industry Consortium)에서는 세계 유수의 기관들이 참여하여 밀리미터파/THz 관련 선도적 연구 결과를 교류하면서 5G 이동통신 시스템 기반 기술개발에 주력하고 있다. 삼성전자/인터디지털/BridgeWave/NSN 등은 공동으로 밀리미터파를 활용한 이동통신 비전을 발표한 바 있다.

- Polytechnic Institute of NYU에서는 밀리미터파 기술을 이용하여 구축된 무선통신 채널의 여러 파라미터들에 대한 측정 결과를 토대로 5G 셀룰라 네트워크에 적용 가능성을 연구하고 있다.

- 유럽 내 9개국의 단말기 제조사 및 벤더, 이동통신 사업자, 연구기관, 학술기관 등 총 24개 기관이 참여하는 METIS(Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)에서는 핵심 회원사인 에릭슨(스웨덴)의 주도의 5G 무선 연구 프로젝트를 추진하고 있다. 아울러 유럽에서의 5G-NOW(5G-Non-Orthogonal Waveform) 활용 방안을 집중 연구하고 있다.

2. 국내 기술개발 전망

(1) 국내 5G 시스템 서비스 전망

미래창조과학부는 2020년까지 5G 이동통신 분야에 민관 공동으로 1조6,000억 원의 예산을 투입하여 통신 칩 등 관련 기술개발과 국제표준화 대응을 위한 기반을 조성에 나갈 계획이다3). 

한국이 전망(지향)하고 있는 5G 이동통신 서비스를 요약하면 다음과 같이 정리할 수 있다[3][4].

- 사람·사물·정보가 언제 어디서나 상호 연결될 수 있도록 사용자당 1Gbps급 기지국당 100Gbps급의 초고속 전송 속도 구현4)

- 1ms의 빠른 접속 속도 등을 통해 수많은 주변 다바이스와 소통기술 구현

- 4G-LTE 시스템 대비 1000배 빠른 전송 속도 구현 및 1000배 많은 다종다양한 디지털 디바이스 수용 기술 구현

- 1000배 감소된 서비스 지연 시간 단축 기술 및 1000배의 에너지 효율성 향상 구현

- 사람과 사람, 사람과 사물, 사물과 사물이 연결되어 다양한 생활 정보를 편리하게 활용할 수 있는 기술 구현

- 모바일 기기를 통해 초다시점, 홀로그램 등 리얼 3D 입체 영상 서비스를 체험할 수 있는 기술 구현 등

이러한 첨단 기술들을 구현하기 위해 미래창조과학부는 미래 SNS(Social Network Services), 모바일 입체 영상, 지능형 서비스, 초고속 서비스, 초고화질(UHD)·홀로그램 등 핵심 서비스를 창출하기 위해 단계별 연구개발을 추진하고 있다. 

아울러 이러한 첨단 기술을 2018년 평창 동계올림픽에서 시연을 통해 전 세계에 홍보할 계획이다. 미래창조과학부를 중심으로 추진하고 있는 5G 이동통신 시대의 서비스 및 생태계의 개념을 <그림 1>에 나타낸다.

▲ 그림 1. 5G 이동통신 시대의 서비스 및 생태계의 개념

(2) 국내 5G 시스템 기술개발 전망

(가) 관련 기업 및 출연연의 기술개발 전망

5G 이동통신 시스템 관련 국제 표준 및 기술 시장 선점을 위한 글로벌 경쟁은 이미 시작되었다. 5G 이동통신 시스템 주변 기술 중 핵심 기술인 사물인터넷 기술력을 확산시키고 기술사업화를 위해 정부출연연구원과 관련 기업이 공동으로 사업을 추진하고 있어 사물인터넷 관련 업계의 관심과 아울러 파급 효과를 기대하고 있다. 

국내 5G 이동통신 시스템 관련 기술개발 동향을 간단히 요약하면 다음과 같다[5][6][7].

- 이동통신 3사(SK텔레콤, LGU+, KT)는 ‘MWC 2014’에서 전 세계 ICT 기술 시장을 주도하고 있는 글로벌 기업들과 함께 5G 이동통신 시스템 관련 다양한 기술 시연과 아울러 기술개발 목표를 제시한 바 있다.

- 삼성전자는 2013년 5월, 5G 이동통신 시스템의 핵심 기술인 무선 데이터 전송 기술을 시연한 바 있다. 이를 통해 2GHz의 초고주파 대역에서 1Gbps 이상 전송 속도와 최대 2km에 이르는 전송 거리를 달성했다.

- 한국전자통신연구원은 KTX 등 고속 이동체(350Km/h) 내에서 고속 데이터 서비스를 제공할 수 있는 MHN(Mobile Hot-Spot Network) 기술을 개발하고 있다.

- 전자부품연구원(KETI)은 엔텔스와 공동으로 사물인터넷 기술 사업화에 주력하고 있다5). 두 기관은 양해각서 통해 다음과 같은 분야에서 상호 협력하기로 했다.

• 국내 사물인터넷 산업 활성화를 위한 상호 기술 교류

• 사물인터넷 서비스 생태계 구축 및 활성화

• 사물인터넷 기술을 접목한 스마트 컨버전스 서비스 확대 방안 연구

• 사물인터넷 단말, 플랫폼, 서비스 분야의 기술 교류 및 사업화 방안 연구 등

- SK텔레콤은 2018년 평창 동계올림픽에서 5G 시스템에 대한 시범 서비스를 선보일 계획으로 준비하고 있다.

- 5G포럼(2013년 5월 30일 설립)에서는 한국전자통신연구원, 삼성전자 등 산학연 전문가들이 참여하여 국내 5G 이동통신 산업의 비전 수립 및 기술개발 방향을 제시하고 있다.

- 삼성전자에서는 2013년 5월, 28GHz 주파수 대역을 갖는 밀리미터파 기술을 이용하여 송수신 장비의 프로토 타입을 개발하고 통신 서비스를 시연한 바 있다.

- 한국전자통신연구원에서는 5G 이동통신 시스템의 핵심 요소 기술인 밀리미터파 기술을 이용한 무선 액세스 기술, 밀리미터파 무선 백홀 기술, 밀리미터파 전파 채널 연구를 진행하고 있다.

(나) 국제공동연구 추진

스웨덴의 통신장비 제조사인 ERICSSON6)은 2014년 7월 SK텔레콤과 NTT도코모7) 경영진이 참석한 가운데 스웨덴의 에릭슨연구소에서 국제 표준화 이전의 5G 네트워크 기술을 시연한 바 있다. 주요 내용을 간단히 요약하면 다음과 같다[8]. 

- 혁신적인 새로운 무선 인터페이스 콘셉트와 진화된 다중 안테나 기술(MIMO) 기술을 이용하여 15GHz 대역 400MHz 폭에서 최대 5Gbps의 전송 속도를 구현했다.

- SK텔레콤, NTT도코모와 긴밀하게 협력하여 밀접한 관계가 있는 모바일 네트워크의 코어와 액세스 부분의 공동 연구를 추진한다는 것이다.

- 이 결과를 기반으로 급속도로 증가하는 모바일 데이터 수요를 충족시키고 차세대 사물지능통신(M2M : Machine to Machine) 시장 활성화에 주력할 것이다.

5G 이동통신 시스템을 효과적으로 상용화하기 위해 거쳐야 할 중요한 첫 단계는 현재보다 획기적으로 개선된 무선 기술을 개발하는 것이 가장 중요한 이슈이다.

국내 5G 이동통신 산업 SWOT 분석

1. 분석 목적

5G 이동통신 산업에 대한 정성적, 정량적 분석을 통해 경쟁력 결정 요인을 종합적으로 진단·분석하여 국제 경쟁력을 향상시킬 수 있는 전략을 도출할 필요가 있다. 이는 새로운 정책 수립 및 전략적 추진 과제 도출을 위한 논리적·실질적 연결고리로 활용할 수 있을 것이다. 국내 5G 이동통신 산업의 경쟁력을 진단하여 취약점을 극복할 수 있는 정책과 전략 과제를 도출할 필요가 있다. 

아울러 5G 이동통신 시스템의 CPND(Contents, Platform, Network, Device) 기반 글로벌 기술시장을 선점할 수 있는 전후방 기술개발 동향 및 산업 환경 등에 대한 SWOT 분석을 통해 미래 전략을 도출할 필요가 있다.

2. 분석 내용 요약

5G 이동통신 기술 시장은 기회와 위협, 강점과 약점 요인을 모두 가지고 있다. 기회 및 강점 요인으로는 세계 최고 수준의 ICT 인프라와 기술력을 보유하고 있어 국제 경쟁력이 높고 국가적으로 전략적 기술개발에 적극적이며, 2020년 상용 서비스 예정인 5G 이동통신 산업에 대비한 투자 확대 등을 들 수 있다. 

반면 5G 이동통신 산업은 차세대 스마트폰 산업과 직결되어 있어 수요 니즈나 시장 상황에 따라서는 예상치 못한 약점 및 위기 요인도 존재한다.

5G 이동통신 시스템은 차세대 모바일 기술의 수요 시장으로서 CPND 기술력 중심의 산업 활성화를 좌우할 수 있는 매우 중요한 의미가 있다. 분석해보면 강점 및 기회 요인들이 많지만 약점 및 위협 요인들도 있는 만큼 이를 극복할 수 있는 해결책이 필요하다. 

국내 5G 이동통신 산업에 대한 SWOT 분석 결과를 <표 1>에 나타낸다.

▲ 표 1. 국내 5G 이동통신 산업 SWOT 분석

3. SWOT 분석에 따른 전략

(1) 강점 및 기회요인 극대화 방안

5G 이동통신 산업을 통해 삶의 질을 보다 향상시키고, 스마트 시대에 부합하는 기술 혁신을 견인하기 위해서는 다음과 같이 강점 및 기회 요인을 극대화시킬 수 있는 방안이 필요하다.

- 사회 전반에 ICT 기술력을 활용하여 타 산업과의 융합과 아울러 ICT 산업 발전을 위한 총체적(holistic) 접근이 요구된다.

- 단기적이고 금전적인 성과보다는 비금전적(nonfinancial)이며, 사회적 파급 효과를 지향하는 성과를 창출할 수 있는 전략이 요구된다.

- 물리적 공간/아날로그적 형식에서 가상(Virtual) 공간/디지털 형식으로, 폐쇄적 플랫폼에서 개방형 플랫폼으로, 음성/데이터 중심에서 지능화된 디바이스로, 대인통신에서 사물통신으로 진화하는 메가트렌드를 반영할 수 있는 전략이 요구된다.

(2) 약점 및 위협 요인 해결 방안

5G 이동통신 서비스의 핵심은 5G 시스템이 지향하고 있는 스펙8)을 갖춘 차세대 스마트폰에 달려있다. 그러나 5G 전용 단말의 구체적인 플랫폼이 미비하여 시장상황 변화에 대한 불확실성이 존재하고 있다. 이를 해결할 수 있는 다음과 같은 방안이 필요하다.

- 5G 핵심 인프라기술을 수용할 수 있는 플랫폼(NFV, SDN, 개방형 인터페이스 기술, 가상화 네트워킹 등)의 구체적인 스팩 및 표준을 조속히 마련할 필요가 있다.

- 곡면형 및 플렉시블 타입 등 글로벌 트렌드를 수용할 수 있는 디스플레이를 갖춘 5G 전용 스마트폰의 스펙 및 표준을 조속히 마련할 필요가 있다.

박세환 _ 한국과학기술정보연구원 전문연구위원