5G 특화망 성패 핵심은 정부의 "Sub-6 주파수" 신속한 공급!

Private 5G Success and Sub 6GHz Spectrum

March 18, 2021 | By 손장우 (son@netmanias.com), HFR (my5G@hfrnet.com)

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손장우 (Harrison Jangwoo Son)

넷매니아즈 | (주)엔앰씨컨설팅그룹 대표이사

son@netmanias.com

1. 각국 정부는 기업에게 왜 Private 5G 주파수를 주나?
2. 5G 특화망에 왜 Sub-6 주파수가 필요한가?

Private 5G망 (사설 5G망)*이란, 일반 대중들이 전국 어디에서나 스마트폰 등을 통해 접속하여 인터넷과 같은 오픈 서비스를 받을 수 있는 공중 5G망과 달리, 특정 지역(건물, 부지)**에서 특정 기업에 속한 사람이나 디바이스의 접속/연결을 허용하고(폐쇄된 연결성, 보안), 이들에게 특화된 서비스를 제공해주는 사설망으로, 공중망 기술인 5G 기술을 이용해 구축된다.

* 국내에서는 5G 특화망이라고 명명되고 있음

** 예를 들어, 공장, 공항, 항구, 병원, 오피스, 대학, 물류센터, 지자체, 정부 기관, 공공 기관, 발전소, 농장, 건설현장, 행사장, 비행기, 선박, 기차 등

Private 5G는 제조업 선진국인 독일, 미국, 영국, 일본 등의 선진국에서 먼저 시작되었으며, Local 5G(일본), Industrial 5G (독일), 5G NPN (Non-Public Network, 3GPP), 5G Private Wireless/5G Private Cellular/5G CBRS/Enterprise 5G(미국 업계) 등으로도 불리운다. 국내에서도 2021년 1월 26일에 과기정통부에서 "5G 특화망"이라는 이름으로 정책 방안을 수립하였다.

이통사 공중망 기술인 5G를 LAN 기술인 와이파이처럼 기업 사설망에서 사용할 수 있게 된 것은 최근에 각국 정부가 기업 사설망용 5G주파수를 할당해주어 가능해졌다(표 2 참조). 이동통신기술인 5G는 기존 유선 LAN 대비, 망구축과 운용이 효율적이고(무선이니까), 와이파이 대비 넓은 커버리지, QoS, 보안의 측면에서 장점이 있어 산업현장이나 기업 입장에서는 매력적인 무선망 기술이다.

이로인해 기업은 자사의 Digital Transformation을 실현하기 위한 사내 무선망 인프라로 이통사가 서비스해주는 사설 5G망뿐만 아니라 자신이 직접 또는 제 3자의 도움으로 자신이 원하는 사설 5G망 구축을 할 수 있게 되었다. 사설 5G 주파수를 이용하여 사설 5G망을 구축하면 기업의 보안, 데이터 주권, 트래픽 요금, 각 기업의 비지니스 니즈에 특화된 맞춤형 사설망 구축 등의 측면에서 이통사의 사설 5G망 서비스 대비 확실한 장점이 있다.

이통사가 정부 경매를 통해 획득하는 공중망용 5G 주파수는 구매 비용이 수조원에 이르지만, Private 5G 주파수는 구매하는 개개의 기업 입장에서 보면 나라마다 다르지만 대개 월 몇 만원정도로 거의 무료에 가깝다. 따라서, 국내외 많은 기업들이 사설 5G 주파수를 이용한 사설 5G망의 도입을 적극적으로 검토하고 있다.

1. 각국 정부는 기업에게 왜 Private 5G 주파수를 주나?

표1. 각국 정부가 공중 5G 주파수와 별도로 사설 5G 주파수를 공급/할당하는 이유

목적

설명

자국 산업계의 글로발 경쟁력 강화

각국 정부가 5G의 산업계 (공장, 병원, 공항 등) 적용을 수월하게 하여, 기업들의 디지탈 혁신(Digital Transformation)을 촉진시켜, 자국의 산업계의 글로발 경쟁력을 키우기 위함.

수요기업의 요구 수용

수요기업들은 데이터 보안과 통신 요금 등의 이유로 독립적이며 맞춤형의 사설 5G망 구축 욕구가 큰데, 사설 5G 주파수가 없다 보니 5G 주파수를 독점하고 있는 이통사의 사설 5G망 서비스 (기성품)에 의존할 수 밖에 없다는 업계의 불만을 해소.

경쟁을 통한 사설 5G 확산

촉진

그 동안 주파수를 독점해온 이통사들이외에 기업, 유선통신사 등도 사설 5G 주파수를 이용해 사설 5G망을 구축할 수 있게 해줌으로써, 기업은 이통사의 사설 5G망 서비스를 받을 수도 있고, 자사의 비지니스 니즈에 특화된 5G망을 직접 구축할 수도 있게 된다.
이들간에 치열한 경쟁을 통해 사설 5G의 전개가 촉진되고 차별화된 많은 아이디어들이 더 빠르게 현실화되어 기업의 디지탈 혁신을 빠르게 실현.

사설 5G망 에코 확장을 통한 구축 비용 절감

이통사에게 5G 장비를 공급해온 기존 RAN 벤더이외에도 다양한 중소벤더들이 이통사와 별개로 사설 5G 시장에 진입할 수 있게 해주어 자국 중소 벤더를 육성.
벤더간 경쟁을 통해 사설 5G망 품질 향상, 수요기업의 도입비용을 절감.

표2. 주요국의 사설 5G 주파수 할당 현황 (Sub-6 and mmWave)

국가

정부기관

주파수 범위

대역폭

주파수 상용화 시점

독일

BNetzA

3.7 - 3.8 GHz

100MHz

2019.11.21 면허신청개시

24.25 - 27.5 GHz

3.25GHz

2021.01.01 면허신청개시

영국

Ofcom

3.8 - 4.2 GHz

400MHz

2019.12.09 면허신청개시

24.25 - 26.5 GHz

2.25GHz

2019.12.09 면허신청개시

일본

MIC (총무성)

4.6 - 4.9 GHz

300MHz

2020.12.18 면허신청개시

28.2 - 28.3 GHz

100MHz

2019.12.24 면허신청개시

28.3 - 29.1 GHz

800MHz

2020.12.18 면허신청개시

미국

FCC

3.55 - 3.7 GHz (CBRS)

150 MHz

2020.08.25 PAL 경매 완료

한국

과기정통부

Sub 6

미정

28.9 - 29.5 GHz

600MHz

미정

그림 1. 해외 주요국의 5G 주파수 현황: 일본, 독일, 영국, 미국, 한국

(넷매니아즈 One-Shot, 해외 주요국의 Public 및 Private 5G 주파수 현황, 2021.03.24)

표 2와 그림 1에 선진국의 사설 5G 주파수 할당 현황이 나타나 있다. 여기서 하나 눈 여겨 볼 부분이 선진국들은 사설 5G망 주파수로서 mmWave 주파수(24GHz 이상의 주파수)뿐만 아니라 Sub-6 주파수(6GHz 이하의 주파수)를 함께 또는 우선적으로 공급하고 있다는 점이다. 왜 그럴까?

2. 5G 특화망에 왜 Sub-6 주파수가 필요한가?

표 3. mmWave와 Sub-6 주파수의 상대적 특성 차이

Sub 6 (< 6GHz)

mmWave (> 24GHz)

Capacity (통신 용량)

LTE보다 조금 빠른 정도

대용량 통신 (큰 대역폭) ☺

전파 회절성 (장애물 회피능력)

강함 ☺

약함 (직진성이 강함)

Coverage (전파도달거리)

넓음 ☺

짧음 (촘촘히 구축해야)

기지국 단가

저가 ☺

고가

단말 Eco

활성화되어 있음 ☺

활성화되어 있지 않음

구축/운용 비용

작음 ☺

큼

1. Coverage (전파도달거리)

mmWave (24GHz - 28GHz ~ )는 넓은 대역폭(수백 MHz - 수 GHz)으로 인해 단말당 수 Gbps의 대용량 통신을 제공해주는 장점이 있지만(Ultra-Fast), 전파의 도달거리가 매우 짧아 단말이 기지국 근처에서 한 블럭 정도이내에 있어야 한다(Ultra-Short Range). 실제 실측에 의하면 mmWave는 LoS (Line-of-Sight) 상태에서도 단말이 기지국/스몰셀과 100여m만 떨어져도 통신이 안된다. 실제 상용망 구축 환경에서는 커버리지가 이 보다도 더 작아진다. 거의 와이파이 수준이다. 따라서, 기업내 많은 수의 5G 기지국이 구축되어야 하며 대규모 공장이나 스마트 농장 등 면적이 넓은 환경에서 사설망 구축 비용이 증가한다.

2. 전파의 회절성 (장애물 회피능력)

mmWave는 직진성이 강하고 회절성이 약해 벽, 문 등의 장애물이 있으면 침투하기 어려워 통신이 끊어지거나 통신품질이 확 떨어진다. 따라서, 대형 오피스 빌딩내, 병원 등과 같이 건물내 벽과 문 등의 장애물이 많은 환경에서는 여러 군데에 기지국을 구축하여 단말과 기지국간 시야를 확보하게 해주어야 안정하고 초고속의 통신이 가능해지며, 이는 사설 5G망 구축 비용 증가로 이어진다.

3. mmWave 단말의 생태계 미성숙

Sub-6 단말은 스마트폰, 5G CPE, 5G 모듈 등이 생태계가 구축되어 가는 있는 상황이나, mmWave 단말의 생태계는 매우 초기 단계로 사설 5G망의 다양한 Use Case를 구현하는 데 한계가 있다.

업계에 따르면, 가장 심각한 문제는 mmWave가 탑재된 단말이라고 하더라도, mmWave 주파수만 있을 경우에는 단말이 동작을 하지 않는다는 것이다. Global 단말 칩셋 벤더들은 mmWave 단독으로는 시장이 형성되지 않을 것이라고 판단하고, mmWave 단독으로 동작하는 모뎀을 개발하지 않고 있고, 향후 계획에도 mmWave 단독 동작 단말 칩셋을 개발할 계획은 현재로서는 없다. 5G 단말이 mmWave를 동작하기 위해서는 Sub-6를 Anchor로 잡아서 기본 설정 과정을 마친 다음에야, mmWave를 동작시키는 형태이다. 그러므로, mmWave를 동작시키기 위해서라도 Sub-6 주파수는 반드시 필요하며, mmWave 주파수만 있어서는 단말이 먹통이 된다는 것이다.

4. mmWave 기지국의 가격

mmWave의 경우 동일 환경에서 1, 2에서 설명한 이유로 Sub-6보다 많은 수의 기지국이 사이트에 설치해야 하며, 이로인해 구축 비용이 커진다는 점을 언급했다. 더 큰 문제는, mmWave 기지국 자체의 가격이 Sub-6기지국보다 30~40% 정도 고가라는 점이다. 그 이유는,

Sub-6 기지국은 RU만 있지만 mmWave 기지국은 프론트홀 이슈로 RU+DU가 모두 있어야 하고 따라서 고가이다.
Sub-6 기지국과 mmWave 기지국간의 구조적인 차이 (예, 안테나 등 Components의 수량이 mmWave 기지국에 더 많이 들어감)로 mmWave 기지국이 고가임.
우리나라를 비롯한 세계 각국에서 B2C 서비스를 주로 Sub-6 주파수로 하고 있기 때문에, 많은 량의 기지국이 이미 시장에 깔려 있고 mmWave 기지국은 수량이 적기 때문에 벤더들이 Sub-6 기지국이 mmWave 기지국보다 저렴하게 공급할 수 있는 여유가 있음.

이러한 이유로 독일은 2019년 사설 5G를 Sub-6부터 시작(2019년, 면허 신청 개시)했고, 영국은 Sub-6와 mmWave를 한날 한시에 같이 공급(2019년, 면허 신청 개시)을 시작했다. 일본은 28GHz를 먼저 했으나 업계는 Sub-6를 신속한 공급을 원했고 작년말 Sub-6 사설 주파수 면허 신청을 개시했다. 미국도 Sub-6 사설 주파수 (CBRS) 경매를 작년 8월에 완료했다.

Private 5G 도입의 가장 큰 걸림돌은 기존의 사설망을 구축했던 와이파이보다 매우 비싸다는 점이며, 많은 벤더, SI, 이통사는 이 문제를 풀기 위해 다양한 고민들을 하고 있는 상황이다. 하물며, mmWave 주파수만 가용하면 Private 5G 도입 비용이 훨씬 더 비싸져 기업들의 예산내에 수용되기가 어렵다. 또한 아직 똘똘한 mmWave 단말 (폰, CPE, 모듈 등)이 시장에서 찾기 어려운 상황에서 28.9-29.5GHz의 mmWave 주파수만 가용해진다고 해서 될 일이 아니다.

결국 Sub-6 주파수를 공급하지 않으면, 기업 입장에서는 구축 비용, 단말의 문제로 5G 특화망 도입을 주저할 것이다.

정부는 5G 특화망의 활성화를 위해 사설망용 5G 주파수로 해외 선진국처럼 Sub-6 주파수를 시장에 신속히 공급해주어야 한다.

정부는 기업의 디지탈 전환을 촉진시키고 혁신적인 5G 응용서비스들이 출현할 수 있도록, mmWave뿐만 아니라 실질적으로 시장에 파괴력이 있는 양질의 Sub-6 주파수를 신속히 공급하여, 보다 많은 수요기업들이 5G 특화망을 도입할 수 있도록 물꼬를 터주어야 한다.

수요기업의 비지니스 니즈와 전파환경에 따라 Sub-6와 mmWave를 선택적으로 채택할 수 있게 해주면, 5G 특화망 도입은 촉진될 것이며 국내 산업계의 경쟁력을 높아지고 이 과정에 참여한 국내 5G 특화망 관련 중소기업들의 국제 경쟁력 확보에도 큰 도움이 될 것이다.