5G란 무엇이며 어떻게 세상을 변화시킬까요?

5세대 모바일 네트워크는 5G라고 합니다. 5G는 1G, 2G, 3G와 호환되는 완전히 새로운 포괄적인 무선 기술입니다. 4G 네트워크. 5G 네트워크는 현재의 4G 롱텀에볼루션(LTE)을 뛰어넘는 차세대 무선 셀룰러 네트워크를 대표할 것으로 기대되고 있습니다. 5G 네트워크는 4G 네트워크보다 1~10Gbps의 높은 데이터 속도, 4000Mbps의 높은 대역폭, 1ms의 낮은 지연 시간, 90%의 에너지 효율성, 99.9%의 안정성, 10Tb의 모바일 데이터 용량, 더 긴 배터리 수명을 제공할 것으로 예상됩니다. 고유한 데이터 광대역 서비스와 실시간 애플리케이션을 통해 5G는 수십억 개의 안정적인 연결과 대규모 사물 인터넷(IoT) 통신을 제공하는 사용자의 증가하는 수요를 충족할 것입니다. 5G는 이전 세대의 제한된 용량과 호환성으로 인해 지원할 수 없었던 수많은 최신 기술과 기법을 통합할 수 있게 될 것입니다.

5G를 발명하고 소유한 사람

5G 는 셀룰러 무선 네트워크의 진화 과정의 일부입니다. 특정 회사나 국가가 발명하거나 소유한 것이 아니라 다양한 연구자, 제조업체 및 서비스 제공업체가 노력한 결과물입니다. 3^rd 세대 파트너십 프로젝트(3GPP)는 5G를 포함한 각 셀룰러 기술의 사양을 정의하는 조직입니다. 무선 인터페이스 기술, 통신 표준, 스펙트럼, 서비스 레이어 등을 고려하여 5G 네트워크 설계에 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 하지만 각국의 통신 업계는 3GPP가 정의한 표준에 따라 5G 네트워크의 완전한 상용 구축을 가장 먼저 발표하기 위해 사활을 걸고 노력하고 있습니다.

5G는 어떻게 작동하나요?

초기 5G 네트워크는 기본 상용화를 위해 기존 4G 네트워크 위에 구축됩니다. 5G 네트워킹 표준의 이 부분을 비단독모드(NSA)라고 합니다. 컨트롤 플레인과 폭주하는 트래픽을 관리하기 위해 기존 4G LTE 인프라에 초고속 데이터 채널을 추가한 것과 같습니다. 5G 기술이 발전함에 따라 새로운 5G 코어 아키텍처를 도입하여 전체 네트워크를 단독으로 운영하는 5G SA(스탠드얼론) 네트워크로 발전할 것입니다.

5G의 기술 및 작동 원리는 4G LTE와 동일하지만 더 향상되었습니다. 4G와 마찬가지로 5G는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 기술을 사용하여 빠르고 리소스 효율적인 데이터 송수신을 지원합니다. 5G의 혁신적이고 향상된 네트워크 서비스는 보다 유연하고, 성능이 뛰어나며, 확장 가능한 무선 인터페이스인 NR(New Radio) 덕분입니다. 사용자 경험과 서비스 품질(QoS)을 획기적으로 개선하는 초고속 모바일 광대역 서비스를 제공합니다.

5G 네트워크 아키텍처

5G 네트워크 아키텍처는 크게 두 부분으로 구성됩니다:

1. 무선 액세스 네트워크(RAN): 

RAN은 데이터 사용자 데이터를 코어 네트워크로 전송하는 데 사용되는 스몰셀, 매크로 셀, 기지국(eNB), 셀 장비, 빌딩 및 홈 장비를 포함하는 네트워크의 액세스 부분을 포괄합니다. 5G는 매크로 셀 레이어 위에 다양한 스몰셀, 펨토셀, 피코셀, 마이크로셀을 배치하여 강력한 네트워크 커버리지를 제공하고 특히 셀 에지의 빈 공간을 채워 에지 사용자 연결을 향상시킬 것입니다. 이러한 스몰 셀은 밀리미터파(mmWave) 주파수 대역에서 작동하며, 이는 워크스테이션과 같이 신호 범위가 더 짧은 곳에서 유용한 새로운 5G 기능입니다.

매크로 셀은 4G LTE와 동일한 방식으로 작동하지만, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 기술입니다. 이름에서 알 수 있듯이 MIMO는 다수의 안테나로 구성되어 여러 개의 송수신이 동시에 가능합니다. 대규모 안테나 설계는 사용자와 서비스 제공업체에 더 많은 사용자 연결, 네트워크의 리소스 활용도 향상, 빠른 액세스, 데이터 트래픽 관리 개선, 지연 시간 단축 등 다양한 이점을 제공합니다.

2. 핵심 네트워크:

5G의 핵심 네트워크는 다음과 같습니다. 사용자들이 서로 가상으로 연결되고 인터넷을 통해 모든 데이터와 운영을 더 빠른 응답과 적은 데이터 손실률로 관리할 수 있도록 여러 혁신적인 클라우드 기반 기술을 통합할 수 있도록 설계되었습니다. 또한 5G 코어 네트워크에는 분산 서버가 포함되어 있어 지연 시간이 짧고 즉각적인 서비스를 제공합니다. 또한 코어 네트워크는 네트워크 기능 가상화(NFV), 소프트웨어 정의 네트워크(SDN), 네트워크 슬라이싱 등 5G의 기본 기능을 관리하는 역할도 담당합니다.

전 세계 5G 주파수 대역은 무엇인가요?

다음을 소개합니다. 5G 주파수 대역이란? 앞서 자세히 설명했지만, 현재 4G LTE의 작동 주파수 대역은 최대 6 GHz입니다. 하지만 5G 기술은 30 GHz에서 300 GHz 사이의 주파수 대역에서 작동할 수 있습니다. 이것이 바로 초고속 네트워크 속도와 지속적인 연결성의 이유입니다. 그러나 5G의 초기 주파수 대역은 6 GHz 미만, 특히 3.3 GHz에서 3.8 GHz 사이입니다. 5G의 mmWave 기술은 6 GHz 이상, 즉 26 GHz에서 28 GHz 사이에서 작동하며, 기존 셀룰러 네트워크보다 더 나은 성능으로 최대 사용자를 수용할 수 있도록 더 짧은 커버리지 범위와 더 큰 용량을 제공할 것입니다. 또한 일부 연구에 따르면 5G는 차세대 애플리케이션과 서비스를 지원하지 못해 기존 네트워크의 사용량이 감소함에 따라 향후 기존 저주파 대역을 재사용하게 될 것이라고 합니다.

5G의 주요 기능

5G는 사람, 기기, 사물, 기계 등 모든 사람과 모든 사물이 서로 연결되는 연결의 시대가 될 것입니다. 이 다가오는 기술은 높은 수준의 성능과 효율성을 뒷받침하는 핵심 동인인 다양한 기능으로 구성되어 있습니다. 이러한 기능에 대해 자세히 알아보겠습니다:

1. 매시브 MIMO

다수의 안테나를 통해 다수의 데이터 송수신을 동시에 지원할 수 있는 것이 5G 네트워크의 중요한 특징 중 하나입니다. 거대한 MIMO 안테나 는 기존 3G 또는 4G 안테나 하지만 그 기능은 다음과 같습니다. 에 비해 훨씬 높습니다. 더 높은 Sub-6 GHz 주파수 범위(예: 3.5 GHz)를 커버하며 더 큰 용량과 안정적인 연결을 달성하기 위해 큰 멀티플렉싱 이득을 갖추고 있습니다.

2. Sub-6 GHz

Sub-6 GHz 주파수에는 Wi-Fi와 같은 중간 대역 주파수(3~6 GHz)가 포함됩니다. 5G 네트워크 안테나 는 주로 이 중거리 스펙트럼을 사용하게 되는데, 이는 스몰셀이 실내 서비스를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 강력한 진화형 노드B(eNB)가 실외 커버리지 요건을 충족할 수 있기 때문입니다. 더 먼 거리를 커버하는 5G 기술은 800 MHz 이하의 저주파수 대역에서 작동합니다.

3. 빔포밍

다른 많은 효과적인 5G 기술 중에서도 빔포밍은 네트워크가 최대한의 성능을 발휘할 수 있도록 하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 빔포밍을 통해 지향성 5G 안테나 를 사용하여 특정 사용자의 디바이스로 향하는 가장 효율적인 데이터 전송 채널을 선택한 후 좁은 방향의 빔을 전송합니다. 빔포밍은 또한 집중된 빔으로 인해 주변 사용자와의 간섭을 줄여 고품질 서비스와 전반적인 네트워크 커버리지를 제공합니다. 빔포밍은 필요한 방향으로 빔을 집중시키는 위상 안테나 어레이를 사용합니다.

4. mmWave

앞서 설명한 바와 같이, mmWave는 17 GHz에서 110 GHz 사이의 매우 높은 대역폭과 주파수를 제공합니다. 단거리 기술이기 때문에 빠른 속도와 용량으로 최대 사용자를 지원하고 간섭을 완화하기 위해 인구 밀집 지역에 주로 배치될 것입니다.

5. 네트워크 슬라이싱

5G가 서로 다른 서비스에 동시에 접속하는 수많은 사용자를 지원할 수 있는 것은 네트워크 슬라이싱 덕분입니다.. 네트워크 슬라이싱은 공유된 물리적 아키텍처 위에 여러 개의 가상 네트워크를 생성합니다. 이러한 가상 네트워크는 요구 사항에 따라 특정 사용자, 서비스, 애플리케이션 또는 운영자를 위한 전용 네트워크가 됩니다.

6. 네트워크 기능 가상화(NFV)

상용 기성 하드웨어의 가상화된 소프트웨어가 로드 밸런서, 라우터, 방화벽과 같은 전용 디바이스의 네트워크 기능을 대체할 수 있습니다. NFV는 네트워크 기능을 간소화하고 네트워크 설계 및 서비스 제공을 향상시킵니다. 이를 통해 서비스 제공업체는 더 높은 수익을 창출하고 생산성을 높이는 서비스를 구축할 수 있습니다.

7. 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)

이를 통해 5G는 네트워크를 효율적으로 설계, 관리, 제어할 수 있습니다. SDN은 네트워크의 컨트롤 플레인과 포워딩 플레인을 분리하여 네트워크 제어를 직접 프로그래밍할 수 있습니다. 간단히 말해, 제어 플레인은 더 이상 네트워크 하드웨어와 연결되지 않으며 네트워크 디바이스와 애플리케이션 사이에 위치한 컨트롤러라는 소프트웨어 개체를 통해 외부에서 데이터 흐름을 제어할 수 있습니다.

5G는 어디에서 사용되고 있나요?

5G의 세 가지 주요 서비스 영역은 다음과 같습니다: 향상된 대규모 IoT모바일 광대역 및 미션 크리티컬 통신. 5G는 다양한 애플리케이션을 제공하고 업무 성능을 향상시키기 위해 여러 분야에서 테스트 및 배포되고 있습니다. 5G의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:

1. 고속 모바일 네트워크

5G는 실시간 오디오 및 비디오 전송을 통해 탁월한 고속 경험을 제공할 것입니다. 자율주행 및 미션 크리티컬 애플리케이션에 매우 중요한 지연 시간을 최대 1ms까지 크게 최소화할 수 있습니다. 제조업에서 해운업에 이르기까지 모든 분야가 5G 모바일 네트워킹을 통해 효율적으로 작동하게 될 것입니다.

2. 사물 인터넷(IoT)

수백, 수천 개의 디바이스가 서로 통신하고 항상 연결 상태를 유지할 수 있도록 초고속 속도와 용량을 제공하는 5G의 도움으로 IoT가 발전할 것입니다. 5G IoT는 사람들이 개인과 업무를 나란히 관리하는 방식을 개선할 것입니다. 고속 산업용 네트워킹, 비디오 스트리밍, 모바일 컴퓨팅이 가능해질 것입니다. 5G IoT의 혜택을 받을 수 있는 산업으로는 자동차, 운송, 스마트 시티, 스마트 공장, 스마트 농업, 스마트 유틸리티, 스마트 그리드, 농업, 소매, 보안, 감시, 헬스케어 등이 있습니다.

3. 엔터테인먼트 및 멀티미디어

5G는 모바일 디바이스를 통해 전 세계 어디서나 초고화질 동영상 경험을 제공합니다. 5G는 버퍼링 없이 초당 120프레임과 HDR(하이 다이내믹 레인지) 동영상 품질을 제공할 수 있으므로 4K 동영상은 다운로드하는 데 시간이 걸리지 않으며 라이브 이벤트는 실시간으로 스트리밍됩니다.

이전 셀룰러 세대와 5G의 차이점은 무엇인가요?

1G 셀룰러 네트워크는 1984년 2.4Kbps 데이터 속도로 도입되었습니다. 기본적인 음성 서비스만 제공하는 아날로그 기반 기술이었습니다. 2G는 1990년에 데이터 속도 64Kbps로 출시되었습니다. 디지털 표준을 도입하고 음성용으로 설계되었습니다. 그 후 1998년 2Mbps 데이터 속도의 3G 네트워크가 등장했습니다. 사용자에게 음성은 물론 모바일 광대역 서비스를 제공했지만 서비스 품질이 떨어졌습니다. 5G는 이전 세대에 비해 훨씬 더 빠른 데이터 속도와 용량을 제공합니다. 4G 네트워크는 2011년에 100Mbps 데이터 속도로 등장했습니다. IP 기반 프로토콜과 고품질 광대역 서비스를 도입했습니다. 다가오는 5G 시대는 10~100Gbps의 초고속 데이터 속도, 매우 낮은 지연 시간, 높은 대역폭으로 이전 세대를 모두 능가할 것으로 예상됩니다.

5G는 얼마나 빠른가요?

사용자 측에서 수신되는 5G의 속도는 사용자 위치, 사용자 디바이스, 네트워크에 동시에 연결된 사용자 수 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 하지만 한 가지 확실한 것은 5G의 데이터 속도가 4G/4G LTE보다 훨씬 빠르다는 것입니다. 4G는 150Mbps의 최고 데이터 속도와 10Mbps의 평균 데이터 속도를 지원합니다. 4G LTE는 최고 데이터 속도 300Mbps~1Gbps, 평균 데이터 속도 15Mbps~50Mbps를 지원합니다. 반면 5G는 최대 20Gbps의 피크 데이터 속도와 100Mbps 이상의 평균 데이터 속도를 지원할 것으로 예상됩니다. 이는 5G가 4G LTE 기술보다 최소 100배 이상 빠르다는 것을 의미합니다. 하지만 이는 5G 네트워크의 이론적인 데이터 속도입니다. 실제 데이터 속도는 5G 네트워크의 성장과 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 2022년 2분기에 수집된 Ookla의 분석 보고서에 따르면 미국 내 5G 다운로드 속도는 T-Mobile이 187.33Mbps로 1위를 차지했습니다. 버라이즌 와이어리스가 다운로드 속도 113.52Mbps로 2위, AT&T가 71.54Mbps로 3위를 차지했습니다. 따라서 5G는 현재 초기 배포 단계에 있기 때문에 최고 속도에 도달하는 데는 다소 시간이 걸릴 것으로 예상됩니다.

지금 5G를 사용할 수 있나요?

한국, 중국, 일본, 유럽, 미국 등 많은 선진국에서 5G의 초기 구축이 이미 시작되었지만, 완전한 상용화는 2025년까지 36억 개의 5G 연결이 이루어질 것으로 예상됩니다. 중국과 미국은 다른 국가에 비해 훨씬 빠른 속도로 5G 구축을 진행하고 있습니다.

결론

5G는 이전에는 경험할 수 없었던 초고속 연결성과 혁신적인 기술로 통신 세계에 혁신을 가져올 것입니다. 5G는 사람들을 훨씬 더 가깝게 연결하고 모든 분야의 업무 방식을 변화시켜 효율성과 생산성을 높일 것입니다.