4G와 5G의 차이점은 무엇인가

5세대 네트워킹이 곧 시작될 것이다. 초고속 속도와 정체 종식을 약속하는 이 기술은 모바일 네트워킹을 혁신하고 새로운 경제적 기회를 창출할 것으로 예상된다. 그러나 이 기술은 정확히 어떻게  수행할 것이며 4G와 무엇이 다른가?

 

매우 기대되는 5세대 이동통신 기술은 모바일 네트워킹의 단계적 변화가 될 것으로 기대되며, 실시간으로 기하급수적으로 빠른 다운로드 속도와 데이터 공유를 약속한다.

올해 말 몇몇 이동 통신사들이 5G Iterration에 대한 시험을 실시할 것이며 전 세계적으로 이미 많은 시범 구역이 가동되었다. 미국에 본사를 둔 버라이즌은 스위스에 있는 스위스컴과 에릭슨과 마찬가지로 미국에서 처음으로 상용 5G를 활성화했고, 다른 5G 지원 지역은 중국, 일본, 호주, 노르웨이 등이 있다.

에릭슨은 2024년까지 전 세계 인구 커버리지의 40%에 해당하는 15억 명의 사용자가 5G 네트워크에 접속할 것이라고 예측했다. 하지만 이 기술은 실제로 어떻게 작동하며 현실은 이러한 과대광고에 부응할 수 있을까?

5G는 어떻게 작동하는가?
5G는 공중에서 바이트-데이터 단위-을 변환하기 위한 새로운 디지털 시스템이다. 다른 신기술과 함께 훨씬 높은 무선 주파수(4G의 경우 700 mhz - 2500 mhz에 비해 28 ghz - 2500 mhz)를 사용하여 공기 중에 기하급수적으로 더 많은 데이터를 전송하는데 이는 속도 향상, 정체 감소, 지연 시간 단축, 즉 데이터 전송이 지침에 따라 시작되기까지의 지연을 말한다.

밀리미터 파장 스펙트럼을 사용하는 이 새로운 인터페이스는 동일한 지리적 영역 내에서 더 많은 장치를 사용할 수 있게 한다. 4G는 제곱 킬로미터당 약 4,000개의 장치를 지원할 수 있지만, 5G는 약 100만 개의 장치를 지원할 것이다. 이는 넷플릭스의 스트리밍, 음성통화, 유튜브가 제한된 공기 공간을 통해 중단 없이 더 많이 전송된다는 것을 의미한다.

5G는 다중 입력 다중 출력을 의미하는 매시브 MIMO라는 새로운 디지털 기술을 사용하기도 하는데, 이 기술은 여러 개의 표적 빔을 사용하여 셀 사이트를 스포트라이트하고 사용자들을 따라다니며 커버리지, 속도, 용량을 향상한다. 현재의 네트워크 기술은 지역을 밝히면서도 빛 신호가 많이 낭비되는 투광 조명처럼 작동한다. 5G 롤아웃에는 기존 4G 인프라 위에 있는 모든 이동통신 기지국에 매시브 미모(Massive MIMO)와 5G 뉴 라디오를 설치하는 내용이 포함돼 있다.

5G와 4G는 어떻게 다른가?
3세대 모바일 네트워킹에 비해 4G는 이전에는 불가능했던 고화질의 비디오 스트리밍과 통화를 가능하게 했으며, 이는 라이브 TV가 이제 매일 통근하는 동안 일상적으로 시청된다는 것을 의미한다. 그러나 더 많은 비디오 스트리밍이 네트워크 내 혼잡을 증가시켰다.

Chris Mills 산업 분석 책임자는 "4G가 주파수 블록 간에 얼마나 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있는지에 대한 기술적 한계에 도달하고 있다"라고 설명했다. "5G와 4G의 큰 차이점은 이 혼잡은 없어질 것이라는 것이다." 이것은 러시아워에 5개의 네트워킹 신호 막대가 아니라 웹 브라우저에 액세스 할 수 없다는 것을 의미한다.

하지만 논란의 여지가 있는 것은 5G와 4G의 가장 큰 차별화 요소는 세계적 규모의 인터넷 문제가 될 것이다. 향후 5G 네트워킹의 반복은 데이터 기반 산업, 스마트 시티 및 인프라 관리에 있어 혁신적일 것으로 예상된다. 동일한 영역에서 더 많은 기기가 안정적이고 안전하고 중단 없이 작동할 수 있게 될 것이기 때문이다. 전체적으로 5G는 새로운 기술, 주파수, 주파수 등으로 인해 4G에 비해 속도 향상, 대기 시간 단축, 연결 장치 수 증가, 간섭 감소, 효율성 향상 등 여러 가지 장점이 있다.

대역폭, 지연 시간 및 스펙트럼 측면에서 5G는 어떻게 작동하는가?
각 사업자는 한 국가에서 소리, 데이터 및 비디오를 전송하는 데 사용되는 전자파 무선 주파수의 범위인 스펙트럼 블록을 소유한다. 이 주파수는 데이터 전송 속도를 결정하는 총 네트워크 용량을 생성하기 위해 함께 추가된다.

Mr Mills는 "오늘날 한 운영자가 모든 영국 고객을 위해 100 mhz의 전체 주파수를 사용할 수 있지만, 결국 5G를 사용하면 약 1,000 mhz까지 증가하게 될 것"이라고 설명했다.

이것은 또한 실시간으로 데이터가 전송된다는 것을 의미하는 시스템에서 훨씬 더 짧은 지연 시간을 만들어낼 것이다.

에릭슨 리서치의 5G 포 인더스트리즈 프로그램 매니저인 Matts Norin에 따르면 4G의 지연 시간은 약 20-30밀리 초이지만 5G의 경우 10밀리 초, 최상의 경우 약 1밀리 초 정도 지연될 것이라고 한다.

그는 "소비자들에게는 이것이 그렇게 중요하지는 않지만 산업계에서는 - 예를 들어 장거리, 원격 제어식 중장비 - 그것은 매우 중요할 것"이라고 말했다.

 

그렇다면 5G는 과연 얼마나 빠를 것인가?
보다폰에 따르면 5G는 4G보다 약 10배 빠른 속도를 약속하는데, 이는 상업용 디지털 시네마에 사용되는 표준인 고화질의 초고해상도 4K 영상통화가 스마트폰과 태블릿에 훨씬 더 빨리 전달될 것이라는 것을 의미한다.

그러나 밀스 씨는 5G의 속도에 대해 발표된 것 중 많은 부분이 특히 소비자들을 위한 과대광고라고 경고하고 있다.

 

그는 "기가바이트급 속도는 소수의 애플리케이션에 유용하지만 일반 사용자에게는 모바일 장치에서 그러한 종류의 속도를 필요로 할 필요가 별로 없다"면서 "라이브 스트리밍이나 HD 비디오 다운로드는 4G 네트워크를 통해 달성할 수 있다"라고 말했다.

"사람들은 가정 내 광대역 통신 비용을 지불하는 대신 5G 와이파이 라우터를 사용할 수 있다. 이것은 반드시 부동산에 묶인 계약을 원하지 않는 임대인에게 적합할 것이다."라고 그는 말한다. 버라이즌과 AT&T는 이미 미국에서 시범 투자에 나서고 있다.

5G는 기업과 산업계가 무엇을 할 수 있게 해 줄 것인가?
5G가 인간과 기계를 전례 없는 규모로 연결하는 촉매제가 될 것으로 예상되는데, 실제로 2035년에는 5G가 12조 3000억 달러의 세계 경제생산을 가능하게 할 것으로 추산하고 있다. 국제 데이터 공사(IDC) 연구는 전 세계에서 생성, 캡처 및 복제되는 데이터의 양이 2018년 33 제타바이트(ZB)에서 2025년 175ZB로 증가할 수 있다고 추정한다.

사용 사례에는 촉각이나 경험을 실시간으로 공유할 수 있는 진정한 촉각 응용 프로그램의 개발이 포함되어 있어 원격의 로봇 운영자가 수천 마일 떨어진 곳에도 불구하고 기계를 통해 '감촉'하고 '터치'할 수 있다. 이것은 공장, 광산 또는 심지어 원격 수술에 사용될 수 있다.

밀스 씨는 "중요한 애플리케이션, 원격 조정의 경우"라고 말한다.

실시간의 빠르고 신뢰할 수 있는 네트워크는 산업체가 무선으로 네트워크 연결을 위한 케이블 연결로부터 자유롭게 하여 생산성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 보다 유연하고 자율적인 운영을 가능하게 한다. 예를 들어 스웨덴의 볼리덴 아이 티크 광산에서는 시추와 폭발에 사용되는 5G 지원 자동화로 인해 비용이 1% 절감되어 연간 250만 유로가 절감되었다.

Worcestershire 5G Consortium의 연구에 따르면 제조업체는 5G를 사용하는 무선 공장을 통해 보다 유연하고 관리를 잘하는 생산 라인에서 1-3%의 생산성 향상을 달성하여 수백만 파운드의 절감 효과를 얻을 수 있다고 한다.

5G도 자율주행차 지원망으로 조성될 전망이다.


5G는 얼마나 안전한가?
이러한 사용 사례의 대부분은 속도, 용량, 커버리지, 암호화 및 보안을 맞춤화하기 위해 네트워크를 분할하는 네트워크 슬라이싱의 이점을 얻을 수 있으며, 이는 5G로 훨씬 쉽게 달성할 수 있다.

Digital Catapult의 5G 기술 책임자인 Dritan Kaleshi는 "Slicing은 제조업체와 다른 제조업체들이 신뢰할 수 있는 통신을 위해 IoT 설루션을 완전히 제어하고 지원할 수 있는 전용 네트워크를 제공하며 서비스 품질을 보장한다"라고 말했다.

이것은 와이파이가 제공하지 않는 추가적인 보안 요소를 제공할 수 있다. 와이파이는 주파수의 다른 사람들과 공유되고 따라서 더 쉽게 간섭을 받고, 4G로 덜 쉽게 달성된다.

Mr. Mills는 "만약 회사가 규정 요건에 따라 특별히 민감한 데이터를 가지고 있다면 그것은 근본적으로 다른 네트워크 덩어리로 전송되어 프라이버시를 보호할 수 있고, 슬라이싱은 5G를 매우 원활하게 할 수 있다"라고 말한다.

 
그러나 페티 씨는 테스트가 전 세계에 걸쳐 실시되었지만 영국 전역에 걸쳐 5G 커버리지가 매우 넓기 위해서는 2020년에야 사용할 수 있는 저 대역 주파수(700~900 ghz 범위)가 필요하다고 말한다. 보다폰은 올해 언젠가 영국 전역의 19개 도시에서 5G를 출시할 것이라고 발표했다.

그는 "5G 조기 출시는 주로 밀집된 도시지역이나 산업용 4.0이나 자동차용 5G 애플리케이션을 새로 만들고 테스트하려는 곳에 집중될 것"이라고 설명했다.

영국 정부에 따르면, 말하자면 5G 네트워크가 '전환'되는 '빅뱅' 순간은 없을 것 같다고 한다.  대신에 그것은 '진화 과정'이 될 것이다라고 한다.

그러나 2020년부터 소비자들은 쉽게 핸드셋을 조달하고 5G 커버리지 영역을 도시에서 찾을 수 있을 것이라고 William Webb 교수는 말한다.

그는 "대규모 시장 채택은 한국, 중국, 일본, 미국 등 2022년 전후로 예상되지만 대부분의 선진국은 거의 뒤처질 것"이라고 말했다.