전세계적으로는 여전히 2G 가입이 가장 많으나, 대부분의 나라에서 (2017년 1월 기준 186개국, source: GSA) 4세대 (4G) LTE 서비스를 제공하고 있다. 2016 Q3 기준, 전세계 LTE 가입율은 22.4%로 (source: OVUM) 계속 증가하고 있으며, LTE 선도 사업자들의 LTE 보급율은 70 ~80%를 넘어선 상태이다. 한국 이동통신 3사와 미국 버라이즌처럼 LTE 시장이 성숙한 사업자들은 수익 정체를 겪고 있으며 5G로 전환을 적극적으로 추진하고 있다. 

 

 

이동통신 기술은 흔히 세대로 구분되어 왔는데, 다음 세대로 진화할 때마다 새로운 주파수와 radio access 기술 (RAT)과 네트워크 (RAN/Core)가 정의되어 더 빠른 속도를 제공하고 새로운 서비스가 등장하여 왔다. 4G (LTE)부터는 Core 망이 통합되어 서로 다른 RAN들 (2G/3G/4G/non-3GPP)이 Core 망을 같이 사용할 수 있게 되었다.

5G에서는, 한발 더 나아가, 가상화 기술을 적용하여 서로 다른 RAT, RAN, Core가 같은 범용장비 위에서 SW로 구현될 수 있게 된다. 가상화를 기반으로 open source SW/HW를 활용하는 IT 기술이 도입되어 통신인프라가 IT화 되고, 이에 따라 5G 생태계는 통신 외에 IT, IoT 등 ICT 전반으로 확장된다. 통신사업자들이 플랫폼 사업자, 미디어 사업자, 솔루션 사업자 등으로의 변혁을 시도하는 이유이다.

 

5G 국제 표준은 ITU와 3GPP에 의해 주도적으로 개발되고 있다. 3GPP는 Release 14에서 5G 연구 항목에 대한 기술보고서 (technical reports, TR)를 작성하고, Release 15와 Release 16에서 본격적으로 5G 기술 규격 (technical specifications, TS)을 개발한다. 올해 6월, Release 14가 완료되고 Release 15가 시작된다. 이에 따라, 이제 본격적으로 5G 표준화, 시스템 개발, 상용화를 놓고 글로벌 경쟁이 시작되고 있다.  

 

5G 상용화는 LTE 성숙기에 진입했거나 무선망 용량 증대가 시급한 사업자를 중심으로 적극적으로 추진되고 있다. 또한, 각각 2018년, 2020년, 2022년에 올림픽을 치르는 동북아 3국 (한국, 일본, 중국)도 올림픽을 계기로 5G 서비스를 선보이고자 5G 개발에 앞장서고 있다.

 

High-mobility 지원을 포함하는 3GPP 5G 표준 규격 완성은 2020년으로 예정되어 있으나, Verizon과 AT&T 같은 사업자는 이에 앞서 2017년에 pre-5G 규격으로 mmWave에 기반한 fixed wireless access (FWA) 기술을 이용하여 기존 협대역 인터넷을 대체하는 광대역 인터넷을 제공할 계획이다. 5G 표준 규격이 pre-5G 규격과 다를 경우 초래되는 초기투자 실패 위험에도 불구하고, 초고속 인터넷 제공 확산이 시급한데다 상용 pre-5G 기술로 5G 표준 규격을 주도해가려는 목적으로 말이다. 

 

대표적인 5G 추진 사업자로는 한국 이동통신 3사 (KT, SK Telecom, LG U+), 북미 사업자 (버라이즌, AT&T), 일본 NTT Docomo, 중국 China Mobile 등을 들 수 있다. 먼저 5G 표준 현황을 살펴보고 한국 (KT, SK Telecom, LG U+), 미국 (Verizon), 일본 (NTT DoCoMo)을 중심으로 5G 전략과 개발 현황을 차례로 분석한다. 

 

 

목차 I. 5G 표준화 현황 II. 각 국 5G 개발 현황 1. 한국 (Korea) 1-1. KT 1-2. SK Telecom 1-3. LG U+   2. 미국 (U.S.) 2-1. Verizon 2-1. AT&T   3. 일본 (Japan) 3-1. NTT DoCoMo   4. 중국 (China) 4-1. China Mobile

 

 

I. 5G 표준화 현황 

 

대표적인 글로벌 5G 표준 기관으로는 ITU와 3GPP가 있다. 

 

그림 1-1. Timeline for 5G in ITU-R (WP5D) and 3GPP

 

1. ITU 

 

ITU에서 5G 표준화를 주도하는 곳은 ITU-R에서는 SG5 Working Party 5D (WP5D), ITU-T에서는 SG13 Focus Group IMT-2020 (FG IMT-2020)이다. ITU-R WP5D은 2015년 5G 이동통신을 'IMT-2020'으로 정의하고, 5G usage scenario로 

• eMBB (enhanced Mobile Broadband), 
• mMTC (massive Machine Type Communications), 
• URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications)

을 정의하였다. 5G 성능 요구사항, 평가기준과 방법을 2017년 6월 (27차 회의) 마무리하고, 2017년 10월 (28차 회의)부터 5G proposal을 받아, 2020년 10월 (36차 회의) 5G 규격을 완성할 계획이다. 2019년 WRC-19 (2019 World Radiocommunication Conferences)에서는 5G 주파수 대역이 할당된다. 

 

그림 1-2. ITU-R: Detailed timeline of IMT-2020 (5G)

 

<표 1-1> 5G 성능지표 (2016년 10월 WP5D 25차 회의 기준) 

 

2. 3GPP

 

3GPP는 Release 14에서 5G 규격을 위한 선행 연구를 시작하여, Release 15와 Release 16에서 본격적으로 5G 규격 작업을 진행한다. Release 15에서는 5G 기본 feature들을 정의하여 5G Phase 1 규격을, Release 16에서는 추가적인 feature들을 정의하여 5G Phase 2 규격을 2020년 3월에 release할 계획이다. 5G 규격은 공식적으로는 Phase 1 규격이 2018년 9월에 Phase 2 규격이 2020년 3월에 완료 예정이지만, Stage-3 작업은 각각 2018년 6월과 2019년 12월에 완료된다.    

 

 

그림 2-1. 3GPP: Detailed Timeline of 5G (as of Dec. 2016)

 

■ Release 14

Release 14는 5G 기술 규격 개발에 앞서 선행 연구하는 단계로 5G 기술 보고서 (TR)를 작성한다. 대표적인 5G 연구 항목은 TSG (Technical Specification Group) RAN에서 진행하는 '5G 무선접속기술에 대한 요구사항'과 TSG SA (Service & System Aspects)에서 진행하는 '5G 시스템에 대한 구조'로 각각 TR 38.913과 TR 23.799에 정의되어 있다. 

 

<표 2-1> Release 14에서 진행된 5G 기술 연구

 

Release 14에서 진행된 5G TR 주요 내용을 살펴보면,

TR 38.913: 먼저 TR 38.913은 5G new radio에 대한 주요 성능지표를 정의하고 있다.  

 

<표 2-2> Key performance indicators for 5G new radio (TR 38.913 [V14.0.0]) 

 

22.891: 3GPP SA1은 Release 14에서 5G study item (SI)으로 SMARTER (New Services and Markets Technology Enablers)를 연구하여 2016년 3월 TR 22.891을 완료하였다. 

TR 22.891은 70개 이상의 use cases를 정의하고, 이들을 5개 카테고리로 분류하고 있다. (<표 2-3>). SA1은 이 5개 카테고리에 대해 별도의 SI 작업을 진행하고 있다. 이 중    Enhanced Mobile Broadband,  Critical Communications,   Massive MTC,   Network Operation

sp

에 대한 연구는 Release 14에서 진행되어 각각 기술보고서 TR 22.861, TR 22.862, TR 22.863, TR 22.864로 완료되었다.  Enhancement of V2X에 대한 기술보고서는 Release 15에서 완료된다.  

 

<표 2-3> Use case categories (TR 22.891 [V14.0.0])

 

TR 23.799: 3GPP SA2는 Release 14에서 5G 네트워크 구조를 위한 'NextGen' 연구를 수행하였고 2016년 12월 TR 23.799를 완료하였다. TR 23.799는 5G 네트워크 구조를 위한 주요 이슈들을 정의하고 있다. <표 2-4>는 이 이슈들을 기술규격이 진행될 5G Phase 별로 구분하여 보여준다. 

eMBB형 서비스는 초고속 (20Gbps), Mission-critical IoT형 서비스는 latency (<5ms)와 reliability (99.999%), massive IoT형 서비스는 massive connections (10⁶/Km²) 능력이 요구된다. 이처럼 5G 네트워크는 서비스 요구사항이 다른 다양한 5G 서비스마다 최적의 솔루션을 제공하는 맞춤형 네트워크를 제공할 수 있어야 한다. 하나의 네트워크로 여러개의 논리적 네트워크를 구성할 수 있는 network slicing은 가장 기본적이고 핵심적인 5G 네트워크 기술 중 하나로, Release 15에서 기술 규격이 추진된다.  

 

<표 2-4> Key issues for 5G system architecture (TR 23.799 [V14.0.0]) and phase of 5G system architecture work

 

■ Release 15

Release 15 표준에서 진행될 NR 규격의 범위는 NSA (non-standalone)와 SA (standalone)를 모두 포함한다. NSA는 5G NR과 LTE가 같이 동작할 수 있는 것으로 5G NR이 LTE를 control plane anchor로 사용할 수 있도록 지원하고, SA는 5G NR이 단독으로 동작할 수 있는 것으로 5G NR에 대해 full control plane capability를 지원한다. 또한, ITU에서 정의된 5G usage scenarios (eMBB, mMTC, URLLC) 중 eMBB 지원에 초점을 맞추고 일부 URLLC도 지원한다.