5G의 미래, 얼마나 정확하게 예측할 수 있을까? 

현재 5G 개발에는 3대 축이 있는 것으로 파악되고 있다. 첫 번째는 완전히 새로운 수준의 데이터 연결을 가능케 할 것으로 기대되는 Enhanced Mobile Broadband (eMBB)이다. 두 번째는 로봇, 의료 기술 어플리케이션 등 고도의 안정성을 요구하는 어플리케이션은 물론, 지연에 민감한 통신과 같은 mission critical service이다. 세 번째는 초저속으로 통신하는 고밀도의 기기들이 연결되는 IoT를 중심으로 한 것이다. 이들 모두는 매우 다양한 유형의 어플리케이션이며 5G는 이들 모두를 포괄하는 기술이 될 것이다.

신기술의 복잡한 특성으로 인해, 5G 도입으로 기회를 잡을 수 있는 분야를 파악하는 것 만큼이나, 미래 전망과 소비자 행동 변화를 구체적이고 과학적인 방식으로 정확히 예측하는 것은 매우 어려운 일이다.

LTE 표준화 작업이 시작된 2004년의 상황을 떠올려보자. 이 때는 확실히 '스마트폰 시대'가 열리기 전이었으며, 그 때 예측할 수 있었던 것이라고는 보급율이 어느 정도가 될지, 비디오와 혁신적인 앱과 같은 동인이 어떻게 진화하여 모바일 데이터 소비량 증대를 유발할지 정도였다. 바로 그러한 이유때문에, 이제 차세대 기술의 원리를 정립할 때 창의성이 필요한 것이다.

상황은 오늘날에도 꽤 비슷해 보인다. 인류는 새로운 수준으로의 도약을 갈망하고 있으며, 자율주행차, 자율 운송, 의료 앱, 공공 안전 등과 같은 use case의 경우 상당히 까다로운 요구 사항이 요구되고 있다. 또한 massive connection을 요구하는 private IoT 네트워크의 부상도 익히 파악되고 있다. 이러한 이유로 3GPP가 목표로 하는 것은 처음부터 매우 효율적인 환경을 조성하고, 3G/4G 네트워크의 초기 단계와 유사하게 IMT-2020이 명시한 요구사항을 충족시키는 것이다.

또한 크로아티아 Dubrovnik에서 열린 총회에서 흥미로운 결과가 있었는데, 3GPP가 5G가 비면허 대역에서 동작하도록 고려하는 항목에도 동의한 것이다. 

비면허 대역에서 동작하는 New Radio는 새로운 변화를 가져올 것인가? 

5G NR의 요지는 새로운 지연 수준, 안정성 및 보안을 지원하는 상당히 낮은 비트 당 비용을 도입하는 것이다. 전체 아키텍처는 대규모 IoT 기기를 연결하고 통신 뿐 아니라 헬스, 자동차, 공공 안전 등과 같은 수직 분야에서도 혁신적인 서비스를 제공할 수 있도록 설계되고 있다.

지난번 3GPP 총회에서 이미 결정된 것들을 간단히 살펴보자. Release 14는 곧 출시될 예정이며 inter-band/4-band carrier aggregation, V2X (Vehicle to Everything) 서비스와 같은 향상된 기능에 초점을 맞추고 있다. 이런 기능이 정해지는 날짜는 6월 17일 경으로 예상된다. 또한 Release 15가 진행되고 있다. Release 15 작업항목 (work items)은 이미 NR 표준 작업과 함께 시작되었고 6월 18일까지 계속된다.

일부 초기 5G NR 요구사항은 다음과 같다.

가능한 빨리 5G를 도입하려는 벤더와 사업자의 바람이 있어, 3GPP는 올해 12월경 Non-Standalone (NSA) 관련 표준을 준비하기로 결정했다. NSA는 기존 EPC를 통해 이동성 관리를 하는 것으로 이를 위해 LTE를 'control plane anchor'로 사용한다. 그 다음에는 6 GHz 이상 및 이하의 주파수로 eMBB 및 URLCC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 같은 target use case를 5G만으로 실현할 수 있는 Standalone (SA) 표준이 뒤따른다.  

NR과 같이 등장할 비면허 스펙트럼 및 새로운 패러다임에 대한 관심이 증가하고 있다. 이는 현재 open study item으로, 최종 범위는 광범위하고 여전히 TBD이다. 비면허 스펙트럼을 액세스할 수 있으면 저주파부터 밀리미터파 대역까지 커버할 수 있어 특정 지역에서 서비스 제공 범위가 넓어지게 된다.  

그러나 비면허 대역에서의 문제는 전송 패킷들에 대한 중재 (arbitration)가 없어 활용률이 최적과는 거리가 멀다는 것이다. 특히 고부하 상황이 되면 사용자들이 동등하게 처리되므로 극도로 비효율적이 된다. 면허 스펙트럼 - 명백히 최선이고 또한 가장 비싸다 -은 완전히 규제되어 있어 사업자는 사용에 대한 독점적인 권한을 갖는다. 따라서, 비면허 스펙트럼과의 주요 차별점은 QoS가 보장된다는 것이다. 

이 두 극단 사이에 스펙트럼 공유 (spectrum sharing)가 있는데, 이게 역사적으로 새로운 것은 아니다. 예로 EU에서 2.3 GHz, 미국에서 3.5 GHz를 들 수 있다. 새로운 패러다임과 기능을 이용하면 QoS를 공유 스펙트럼에도 적용할 수 있는 방법이 있다. 퀄컴의 NR 웹 세미나에서 후안 몬토조 (Juan Montojo)는 '수직적 공유 (vertical sharing)'라는 흥미로운 사례를 설명했는데, 항상 높은 우선 순위의 사업자가 먼저 액세스할 수 있지만 동시에 나머지 자원은 opportunistic access가 허용된다. 또 다른 모델은 '수평적 공유 (horizontal sharing)'로, Wi-Fi에서처럼 모두가 동등하지만 공유 스펙트럼에서는 특정 유형의 기기를 대상으로한다. 따라서 일부 QoS 고려사항이 적용될 수 있다.

따라서 첫 인상은, 위에서 설명한 두 모델과 혁신적이고 창조적인 접근 방식을 결합해서 QoS 갭을 개선하게 되면 공유 스펙트럼이 실제로 새로운 무언가를 가져올 수 있을 것 같아 보인다. 

사용자와 전송시 주변 셀들이 서로 협력하는 CoMP (Coordinated Multi-Point) 같은 기술과 결합될 때, 잠재적 이득은 훨씬 더 매력적으로 보인다. 3GPP가 비면허 스펙트럼에서 NR을 고려하고 있다는 것은 흥미로운 일이며, 필자는 그것이 광범위한 기회를 가져올 것이라 믿는다.