한국 이동통신 3사의 평균 LTE 가입율은 82.9% (2016. Q3)로 LTE 성장이 정체됨에 따라 3사 모두 신규 서비스 개발과 5G로의 전환을 강력하게 추진하고 있다. 

 

그림 1-1. Number of mobile connections in Korea (Q3 2016) 

 

KT는 2018년 평창 동계올림픽 주관 통신사로 평창 올림픽에 맞춰 5G 시범 서비스를 선보이며, 이를 기반으로 2019년 5G를 상용화할 계획이다. 2017년 5G FWA 망을 상용화할 계획인 미국 버라이즌과 5G RAT 공동규격을 작성하였고, 5G 표준화를 위한 다양한 글로벌 협력을 주진하고 있다. KT의 강력한 경쟁사인 SK 텔레콤은 작년 11월 5G 브랜드 'Quantum'을 선보이고 첫 Quantum solution 으로 'Connected Car' 시연을 선보이는 등 5G 기술 개발을 선도하고 있다. 올 하반기 5G 시범 서비스를 추진하고 2020년 5G 서비스를 상용화할 계획이다. LG U+ 역시 2020년 5G 서비스를 상용화할 계획이다. 

 

 

1-1. KT

 

■ 추진전략 

KT는 2018년 평창올림픽에서 5G 시범 서비스를 선보인다. 이를 기반으로 5G 표준화를 주도하여 2019년 세계 최초로 mobile 5G를 상용화할 계획이다. 2018년 5G 시범 서비스는 5G 글로벌 표준이 완성되기에 앞서 pre-5G 규격을 기반으로 선보이게 된다. Pre-5G 규격을 기반으로 5G 시스템을 개발하므로, KT는 이 규격이 향후 5G 표준에 반영될 수 있도록 글로벌 top 제조업체/사업자와의 협력을 긴밀히 하고 있다.  

즉,  KT의 5G 추진전략은 평창 5G 기술이 글로벌 5G 상용기술이 되도록 하는 것으로

• [2016] 글로벌 벤더가 참여하는 5G 공통규격 (KT 5G-SIG 규격)을 만들고 
• [2018] KT 5G-SIG 규격으로 2018년 평창 올림픽에서 상용수준의 5G 시범 서비스를 선보이고, 
• [2017-2019] KT 5G-SIG 규격을 3GPP 5G 표준화에 적극 반영하고 
• [2019] 3GPP 5G NR 표준을 반영하여 5G 시범망을 상용망으로 upgrade해서  
• [2019] 세계 최초로 5G를 상용화하는 것이다.   

 

■ 추진상황 

그림 1-2의 구분 항목에 맞추어 KT 5G 개발 추진상황을 설명한다. 

 

그림 1-2. KT 5G progress 

 

KT 5G 규격

5G 공통규격을 만들기 위해 2015년 11월 글로벌 벤더들 (삼성전자, 에릭슨, 노키아, 인텔, 퀄컴)과 함께 5G 규격 협의체 (5G-SIG)를 결성하고 2016년 6월 KT 5G-SIG 규격을 확정하였다 (그림 1-3). 5G.201, 5G.211 - 5G.214는 RF/물리 계층 규격을, 5G.300, 5G.321 - 5G.323, 5G.331은 무선 상위 계층 프로토콜 규격을 정의하고 있다. 

KT는 Verizon과 mmWave 5G RAT 규격을 공동 규격화하기로 합의하였다. Verizon과는 이 외에도 SDN/NFV와 GiGA Wire 기술을 협력한다. mmWave 5G는 fixed wireless access에 GiGA Wire는 기존 동축케이블에 활용되어 광대역 인터넷 구축에 활용될 전망이다. 

 

그림 1-3. KT 5G-SIG members and KT 5G-SIG specifications 

 

KT 5G 규격 (or 평창 5G 규격)은 LTE 규격과 EPC를 기반으로 하면서 3GPP forward-compatible하도록 개발되었다. <표 1-1>과 <표 1-2>는 KT 5G-SIG 규격 주요 항목을 보여준다. 

 

RF/Physical layer: 주파수 대역은 28 GHz (27.5 - 28.35 GHz) 대역이고, component carrier (CC) 대역폭은 100 MHz로 8개 CC를 결합하여 800 MHz 대역폭이 가능하다. Radio frame은 10 ms로, subframe 주기 (or TTI)는 0.2 ms이고 14 OFDM-symbol로 구성된다. 하나의 subframe 안에서 DL 제어+데이터 채널이 앞쪽 symbol에 위치하고 UL 제어 채널이 뒤쪽 symbol에 위치하여 self-contained 구조를 지원하며, radio frame 안에서 subframe들을 DL/UL 전송을 위해 동적으로 할당할 수 있다. Beamforming 구조는 analog와 digital beamforming을 모두 사용하는 hybrid 구조이며 셀 당 8개 MIMO stream, UE 당 2 MIMO stream이 지원된다. 

 

<표 1-1> KT 5G-SIG specifications: RF/Physical layer

(source: KT, 한국통신학회 이동통신기술워크샾 발표자료, 2017년 2월)

 

Network/Protocol: KT 5G 네트워크는 EPC를 기반으로 core 망 변경을 최소화하면서 5G 네트워크로의 진화를 지원한다. 향후 3GPP 5G 표준 완료시 5G 표준에 맞춰 SW upgrade 가능하다. 네트워크 구조는 3GPP에서 논의되고 있는 것처럼 NSA (Non-Standalone) 모드와 SA (Standalone) 모드 모두를 지원한다 (참고로, Verizon 구조는 SA 모드만 지원). KT 5G 네트워크는 EPC와 평창 시범 기지국 (P5G RAN)으로 구성되고, P5G RAN은 LTE 기지국 (eNB)와 5G 기지국으로 구성되며, LTE와 5G 간 seamless interworking이 지원된다.   

 

<표 1-2> KT 5G-SIG specifications: Network/Protocol

(source: KT, 한국통신학회 이동통신기술워크샾 발표자료, 2017년 2월)

 

개발/테스트

2015년 5G Network Testbed를 구축하고 mmWave 채널 모델링 및 field 테스트를 마친 KT는, 2016년 하반기에는 KT 5G 규격을 기반으로 5G 시스템 (삼성, 에릭슨, 노키아)과 전용단말 (인텔)을 개발하였다. 2016년 10월에는 5G e2e First Call 시험에 성공, 11월에는 기지국과 단말간 연동시험에 착수하였다. 2016년 10월부터는 서울 도심과 평창에 KT 5G 규격 기반의 '5G 테스트 망'을 구성하여 field 테스트를 진행하고 있다. 서울 도심에서 인빌딩, 핸드오버, 멀티벤더 간 상호호환성 등을 시험하였고, 인빌딩 테스트는 2.3Gbps 다운로드 속도를 보였다. 

 

- 2016년 10월: 삼성전자와 'KT 5G-SIG' 규격으로 5G e2e First Call 시험에 성공

- 2016년 10월: 삼성전자, 노키아와 함께 5G virtualized Core 검증 시작

- 2016년 11월: 에릭슨, 노키아 KT 5G-SIG 기지국 개발

- 2016년 11월: 5G 기지국과 인텔 전용단말 간 연동시험 시작  

- 2016년 12월: 도심지역 (서울 광화문) field test - 5G indoor 2.3 Gbps (DL) 실현, 핸드오버 시험

- 2017년 02월 - 4월: 평창 동계올림픽 경기장 field test - 5G 기술/서비스 시험 중

 

(a) 5G e2e First Call Test (KT - Samsung)

(b) Ericsson 5G UE and BBU (left) and Nokia RFU (right)

그림 1-4. KT 5G-SIG based 5G system 

 

그림 1-5. KT 5G-SIG based 5G system 

 

5G 네트워크 구축

2016년 11월부터 2017년 4월까지 평창에서는 올림픽을 앞두고 'Hello PyeongChang' 테스트 이벤트가 진행 중이다. 2016년 말부터 2017년 3월까지 서울 도심과 평창에 5G 시험 망을 구축하여 filed test를 지원한다. 2016년 12월 서울 도심에서 indoor 성능, 핸드오버 등을 시험하였고, 2017년 3월에는 평창에서 실제 경기에 실감형 미디어 서비스를 적용하는 시험이 진행된다. 이 후 평창 올림픽 5G 시범 서비스를 위한 5G 시범망이 강원도 평창, 정선, 강릉과 서울 일부 지역에 2017년 9월까지 구축된다. 평창 올림픽 이후에는 3GPP 규격을 반영하여 5G 시범망을 upgrade하고 확대하여 5G 상용망을 구축할 예정이다.

 

- 2017년 3월: 평창에 KT 5G 시험망 구축 

- 2017년 9월: KT 5G 시범망 구축 완료 

 

5G 서비스 시연  

5G 시범 서비스를 위해서 KT는 2016년 2월에 1차 test event를 진행하였고, 2017년 3월에는 2차 test event를 진행한다. 2016년 12월에는 field test를 통해 1차 test event에서 upgrade된 서비스 시연을 선보였다. 

• 1차 test event (2016년 2월): 싱크뷰 (Sync view), 360° VR, 홀로그램 라이브 (Hologram live), 5G Safety, Interactive multi-view (time slice) 서비스가 시연되었다.

- Sync view - 선수시점의 영상 전송

- 360° VR - 경기장 영상을 멀티채널 live로 실시간 전송

- Hologram live

- 5G safety - 드론과 지능형 시스템을 연계한 안면인식 솔루션을 적용한 보안 서비스

- Interactive multi-view - 활용 예: 비디오 판독 등

 

그림 1-6. 1차 테스트 이벤트 서비스 시연

• 5G field test 시연 (2016년 12월): 2016년 12월 field test 결과를 발표하면서 개선된 1차 test event 서비스들이 시연되었다. 

- Sync view - 평균 시속 120-150 Km 봅슬레이 선수 시점에서 '싱크뷰' 영상 전송

- Hologram - 세계 최초 다자간 홀로그램  

- 360° VR - 경기장 뿐 아니라 선수 대기석, 인터뷰석까지 감상할 수 있도록 업그레이드되었다.  

- Interactive multi-view - 선수 별 focusing이 가능해지고, 아이스하키처럼 여러 선수가 나오는 경기에서 선수 개별 움직임을 보다 선명하게 볼 수 있도록 향상되었다. 

 

그림 1-7. 5G Field test 시연 (1차 테스트 이벤트 서비스 기능 향상)

• 2차 test event (2017년 3월 예정): Broadcasting 서비스, Experiential 서비스, IoT 서비스가 시연될 예정이다. 대부분의 올림픽 시청자들이 TV를 통해 올림픽 경기를 시청함에 따라, 2차 이벤트에서는 TV 시청자들이 5G 실감 서비스를 경험할 수 있는 방송형 서비스가 시연된다.  

그림 1-8. 2차 테스트 이벤트 서비스 시연 (예상)

 

■ 주요 radio access 기술

KT 5G-SIG 규격을 기반으로 한 radio access 주요 기술을 정리하면,  

• 초광대역 밀리미터파 - 800 MHz 대역폭 (100 MHz, 8CA)을 갖는 28 GHz mmWave 대역을 이용한다. mmWave 대역은 셀 커버리지가 작아지는 대신 파장이 줄어들어 동일면적에 많은 안테나 실장이 가능해지므로 다중 안테나 기술을 활용할 수 있다.    
• 하이브리드 빔포밍 - Analog와 digital beamforming을 모두 사용하는 하이브리드 구조를 갖는다.  
• Lean Design - LTE에 비해 제어 신호를 최소화하여 무선자원 활용을 높여 데이터 전송 속도를 향상시킨다. LTE에서 "always on" transmission되는 reference signal과 system information 정보를 최소화한다.  
• Self-contained 구조 - 무선 프레임은 5G 요구사항인 1ms 이하의 응답속도를 위해, 하향 제어 신호와 상향 응답이 1ms 안에 처리되는 프레임 구조를 지원한다. 자율주행, 홀로그램과 같은 초저지연 서비스를 위해 필요하다. 
• Dynamic TDD - 트래픽량이나 서비스 특성에 따라 실시간으로 상/하향 링크 비율을 조정하여 무선자원을 효율적으로 사용한다.  
• 4G-5G interworking - KT 5G-SIG 규격은 단말이 LTE와 5G connection을 동시에 갖는 dual connectivity를 mandatory로 제공하고, LTE와 5G의 핸드오버를 통해 끊김 없는 서비스를 지원한다. 제어신호는 전송은 LTE를 기반으로 하고 데이터 전송은 5G를 이용한다. 

그림 1-9. 주요 radio access 기술

 

■ 주요 infrastructure 기술

주요 infra 기술로는 망 가상화, 망 분산, SW 기반 제어 기술을 들 수 있다.

• 망 가상화 (Network Virtualization) - KT 5G에서는 무선망/서비스 기능이 범용서버 위에 SW로 올라간다.  재난망, IoT 망, 자동차 망과 같은 전용망들이 공통 HW 장비에 SW로 망이 가상화된다. 기존 망 위에서 SW적으로 망 구성을 바꿈으로써 새로운 망을 만들 수 있는 것이다. 사업자 니즈에 따라 신속하게 전용망을 구성하고 응용 서비스를 유연하게 도입할 수 있다. 
• 망 분산 및 소프트웨어 기반 제어 구조 - 셀당 용량이 20 Gbps인 5G에서는 트래픽이 분산되어 처리된다. SW 가상화를 통해 서버들이 (즉 cloud가) 전국에 분산되고 core 망 기능이 SW로 탑재되어 트래픽이 분산처리 된다. Edge cloud 상의 가상화된 망 기능을 위한 자원 할당은 orchestrator에 의해 SW 기반으로 제어된다.  

 

■ 5G global collaboration activity

KT 5G 규격의 표준화를 위해 ITU, 3GPP 등 5G 표준화 기관과 5G 선도 사업자들과 협력하고 있고, 5G 시스템 개발 및 소프트웨어 기반 네트워크 구축을 위해 5G-SIG, 5G DF, NFV Open Lab, SDI Open Eco Alliance 등을 통해 글로벌 벤더들과 협력을 강화하고 있다.

  

<표 1-3> 5G global collaboration activity 예

 

■ 기타 5G service

KT 5G 서비스는 5G 시범 서비스에 집중되고 있지만, 이 외에도 인공지능 서비스와 자율주행 서비스 기술을 개발하고 있다.

• 인공지능 서비스: 2017년 1월 음성/영상 기반 AI set-top box 'GiGA Genie'를 출시하며 IPTV 기반 인공지능 서비스를 출시하였다.    
• 자율주행 서비스를 위한 인프라는 도로상황과 실시간으로 연계하기 위해 높은 데이터 처리량이 요구된다. 'GiGATopia' 비젼 아래 전국 유/무선 기가망 구축에 앞장서고 있는 KT는 강력한 유선 인프라를 기반으로 자율주행차 서비스를 위한 인프라 환경 면에서 경쟁우위를 점하고 있다. ITS/차량 관제, 고정밀 위치 측정 기술에 기반한 차세대 telematics 및 에코 드라이브/전기차, 5G 초광대역 네트워크에 기반한 차량 엔터테인먼트 등의 서비스를 연구/개발하고 있다.     

 

■ 5G roadmap 

 

그림 1-10. KT 5G roadmap