[첨단 헬로티]
국제전기통신연합(International Telecom Union, ITU)이 5G의 핵심 목표를 언급했을 때 3GPP는 스펙트럼의 한계라는 제약하에서 현재의 무선 네트워크 기능을 확장해야 한다는 까다로운 문제에 직면했다.
스펙트럼은 대역폭을 나타내는 말인데, 통신 업계가 데이터 속도를 높이고 4G 이상의 다양한 활용 사례를 처리하려면 더 많은 스펙트럼이 필요하다. 하지만 현재 남아 있는 6GHz 이하의 스펙트럼은 거의 없다. 따라서 3GPP는 표준화 작업 과정 초기에 모바일 액세스 수단으로 밀리미터파(mmWave) 주파수를 사용한다는 개념을 도입했다.
5G와 밀리미터파
5G와 밀리미터파는 처음부터 깊은 연관성을 가지고 있었 다. 밀리미터파 스펙트럼은 기존 네트워크에 비해 10배 이상의 5G 데이터 전송 속도를 실현한다. 그러나 많은 사람들이 예상한 대로 밀리미터파를 모바일 액세스에 사용 하기 위해서는 몇 가지 문제를 해결해야 한다.
이러한 문제들을 비용 효율적으로 해결할 수 있는 솔루션이 나와있는지에 대해서는 의견이 엇갈릴 수도 있다. 그러나 초기 5G 밀리미터파 배포는 실내 ‘핫스팟’과 고정 무선 액세스(FWA)의 두 가지 특정 활용 사례를 대상으로 하는 것으로, LTE 기준에서 보면 모바일 액세스라고 보기 어렵다.
밀리미터파에 많은 가능성이 있기는 하지만 해결해야 할부분도 적지 않다. 따라서 3GPP는 5G 사용을 위해 더 많은 스펙트럼을 활용하도록 다른 주파수 옵션을 계속해서 조사하고 있다.
3GPP는 밀리미터파 외에도 NR-U 연구 항목으로 비면 허대역(unlicensed spectrum)에 초점을 맞추고 있다.
3GPP는 LTE 또는 4G에서 비면허대역을 사용하여 와이 파이 및 LTE가 공존할 수 있는 경로를 정의했다.
이 경우, LTE 가입자는 비면허 2.4 GHz 대역 또는 5 GHz 대역을 사용하여 데이터 처리량을 보완하게 된다.
LAA, 즉 라이선스 지원 액세스(License Assisted Access)로 알려진 LTE와 와이파이는 공존할 수 있지만, 현재 얼마나 많은 사용자가 이 기술을 활용하는지는 확실 하지 않다. 3GPP의 5G NR-U(뉴 라디오 비면허대역) 계획안은 이전의 4G 작업을 훨씬 넘어서고 있으며 NR-U 가 많은 가능성을 보여주는 상황이다.
미국 연방통신위원회(FCC)는 5.925~7.125GHz에 해당 하는 6GHz 대역을 5G 지원 가능한 비면허대역으로 사용할 수 있는지 조사하기 위해 규칙 제정 제안 공고를 내놓 았다.
오늘날 이 스펙트럼은 케이블 사업자가 서비스, 레이더및 전용 마이크로파 통신 링크를 배포하는 데 사용된다.
이 스펙트럼을 비면허대역폭으로 지정함으로써, 5G 사업 자를 비롯한 여러 통신 업체가 이 스펙트럼을 활용하여 새로운 네트워크를 구축하거나 이미 배포된 네트워크를 확장할 수 있다. 2.4GHz와 5GHz에 이어, 이제 6GHz대역까지 조합하면 잠재적으로 1GHz가 넘는 스펙트럼을 5G 에 사용할 수 있는 가능성이 열린다.
선결 과제
비면허대역을 5G에 사용하기 위해서는 몇 가지 선결 과제가 있다. 우선, 비면허대역을 사용하는 5G 디바이스들이 다음 기술을 모두 수용해야 한다.
• 통신 가능 구역을 제한하여 신호 전파 및 대역 내 간섭을 제한하는 저전력 방출 요구 사항을 준수해야 한다.
• 기존 사용자와 스펙트럼을 공유하고 5G 단말기에 필요한 기술을 탑재하여 모든 디바이스가 공존할 수 있도록 해야 한다.
• 오늘날의 와이파이 기기들처럼, 동적 주파수 선택 (Dynamic Frequency Selection, DFS) 및 송신 전력 제어(Transmit Power Control, TPC) 기술을 활용하여 공존을 촉진해야 한다.
• 와이파이 기기들과의 공존을 위해 LBT(Listen Before Talk) 같은 LTE 또는 4G 공존 기술을 채택해야할 가능성도 높다.
이 스펙트럼을 다른 스펙트럼과 함께 사용할 경우, 5G NR-U를 전략적으로 배포하여 3GPP의 핵심 성능 목표 즉, 빠른 데이터 속도, 높은 신뢰성, 낮은 지연 시간을 처리하는 데 있어서 현재의 기술을 능가하는 이점을 제공하는 전용 5G NR 네트워크를 구축할 수 있다. 그 결과, 한정된 지역이기는 하지만 특정 활용 사례에 대해 5G 생태 계를 확장할 수도 있다.
처음에는 NR-U로 인해 복잡한 기술적인 문제가 발생할 가능성이 높으므로 3GPP에서는 이 방식의 장점, 소요 비용 및 잠재적 단점을 비교해야 할 것이다.
다른 한편으로, NR-U는 스펙트럼이 방대한데, 스펙트 럼은 5G가 지닌 잠재력을 실현하기 위한 열쇠이다. 만약 3GPP가 NR-U를 성공적으로 구현한다면, 밀리미터파 기술이 무르익었을 때 이 작업으로부터 이점을 얻을 수 있는 비면허밀리미터파 대역 또한 상당히 많아진다. NR-U 는 3GPP 릴리스 16 이후의 몇 가지 연구 항목 중 하나에 불과했지만, 5G 기술 구현에 상당히 중요한 역할을 할 수있는 가능성이 충분하다.
새로운 대역, 더 넓은 대역폭 및 새로운 빔 형성 기술을 갖춘 5G NR의 혁신에 박차를 가하기 위해서는 강력한 툴을 사용하여 중요한 설계 및 테스트 과제를 해결해야 한다.
내쇼날 인스트루먼트(NI)는 이러한 5G 과제를 보다 효과 적으로 해결할 수 있는 방법들을 제공하고 있다.
글 / 제임스 키머리(James Kimery) 내쇼날인스트루먼트 마케팅, RF 및 통신 부문 이사
