2019년 진정한 '5G' 도입은 가능할까?

[테크월드=양대규 기자] 4G LTE의 다음 세대인 5G 통신의 도입이 눈앞으로 다가오고 있다. 지난 10월 15일 SK텔레콤은 삼성전자의 5G 장비를 이용해 ‘퍼스트콜(First Call)’에 성공했다고 밝혔다. SK텔레콤, KT, LG유플러스 등의 국내 이동통신 3사는 12월부터 네트워크 중계 장치를 통한 5G 상용화를 시작할 예정이며, 2019년 3월부터 본격적으로 스마트폰을 이용한 상용화에 돌입할 전망이다. 특히, 5G는 초고속, 초연결성, 초저지연이라는 세가지 특징을 바탕으로 단순한 통신과 영상의 전송 외에도 IoT, 자율주행 등 4차 산업혁명의 기반 기술로서 전 세계적으로 주목받고 있다.

5G의 도입은 LTE처럼 단순히 ‘빨라진다’라는 개념으로 설명하기에는 부족하다. 5G는 ‘빨라지면서’, ‘끊김이 없이’, ‘모든 것이 연결된’ 기술이다. 이는 각각 ‘초고속’, ‘초저지연’, ‘초연결성’으로 정의된다.

초고속은 기존의 이동통신에서 지속적으로 개발한 기술이다. 초고속은 AR·VR, 홀로그램들을 네트워크상에 실현한다. 8K 이상의 영상과 데이터 센터의 빅데이터도 초고속 통신을 통해 자유롭게 전송된다.

초저지연은 인간의 감각 이상의 반응속도가 네트워크상에 실현되는 것이다. 자율주행 도중 네트워크가 순간적으로 연결이 안 되면 큰 사고가 일어날 수도 있다. 자율주행차량은 끊임없이 주변의 도로와 차량, 사람 등과 데이터를 주고받아야 한 것이다. 이는 자율주행 외에도 원격진료에서도 필수적인 기술이다.

초연결성은 5G를 통해, 수많은 IoT 기기와 연결되는 것이다. 수많은 센서가 도시를 그물망처럼 감싸며, 모든 것이 연결된 스마트 시티가 만들어진다. 작은 정보 하나하나가 모여 빅데이터를 이뤄 하나의 도시를 유기체처럼 연결 시킨다.

하지만, 5G의 이런 특징들을 지금 당장 구현시키기에는 현실적인 제약이 가로막고 있다. 전문가들은 조만간 5G가 본격적으로 시작될 것이라는 이통사들의 예상과 달리, 실질적인 5G의 구현에는 많은 시간이 걸릴 것을 보고 있다. 이통사들이 말하는 5G는 단순한 ‘5G’ 방법의 도입인 것이지, 5G 인프라의 본격적인 구축에는 아직 많이 부족하다는 것이다.

◇ 5G 도입의 3대 선결 과제…’표준’·’통신망’·’장비’

5G가 원래의 목적을 실현하기 위해서는 이를 위한 인프라 구축이 필수다. 5G 구축을 위한 인프라로써 가장 중요한 것들로 통신업계 관계자들은 ▲표준 ▲통신망 ▲장비 등 3가지 영역의 중요성을 강조한다.

5G의 경우, 기존의 3G나 LTE와 달리 통신, 방송 외에도 자율주행, IoT, 스마트 팩토리, 원격 의료 등 다양한 B2B, B2C 애플리케이션에 활용된다. 특히 일부 영역은 기술 간의 호환성이 사람의 생명과 직접 연관되기 때문에 표준을 합의하는 것이 매우 중요하다.

현재 5G의 표준은 3GPP(3rd Generation Partnership Project)를 중심으로 합의되고 있다. 3GPP에는 삼성전자, 노키아, 퀄컴, NTT도코모, SK텔레콤 등 전 세계의 전자, 통신, 장비 관련 500여 업체가 참여하고 있다.

2018년 6월 3GPP는 1단계 표준화(Phase 1)를 완료해, 각국 통신사들이 기본적인 5G 상용 서비스를 시작할 수 있게 준비했다. 하지만, 1단계 표준화인 Release-15에서는 4차 산업혁명의 인프라로서의 5G 애플리케이션 활용에 대한 표준은 완전히 승인되지 못했다. 상세 애플리케이션별 표준은 2019년 말 Release-16에서 승인될 계획이다.

표준이 구성됐더라도 주파수별 통신망이 구축되지 않았다면 5G의 실행은 요원하기만 하다. 국내에서 5G는 기본적인 통신과 영상 등을 전송하는 3.5GHz대와 초고속, 초저지연, 초연결을 구성하는 28GHz대에서 제공된다. 기존의 LTE는 1GHZ 이하 또는 2GHz 대역 주파수를 사용한다. 5G는 LTE와 새로운 영역 대의 주파수를 사용하는 만큼 그에 맞는 기지국을 건설해야 한다. 현재 5G의 기지국은 통신사에서 주로 책임지고 있다. 국내 이통3사의 기지국 건설 계획에 따르면 2023년까지 약 18만 개의 5G 기지국이 건설될 전망이다. 이는 2016년 현재 구축된 LTE망 70만 개의 약 1/4에 불과하다.

특히, 28GHz 대역의 경우, 2023년까지 4만 5000대의 5G 기지국을 만들 것으로 전망돼, 4차 산업혁명의 기반 인프라로서 5G를 구축하기에는 턱없이 부족한 현실이다.

기지국 건설 계획은 ‘빨간불’을 가리키고 있지만, 통신 장비 업체들의 상황은 ‘파란불’로 승승장구할 것으로 전망된다. 전통적인 강자인 에릭슨과 노키아 등의 유럽 통신 업체들은 5G의 도입과 함께 지속적으로 성장할 것으로 분석된다. 특히, 한국의 삼성전자의 경우, 중국 기업들의 보안 이슈와 국내 5G 통신장비 시장의 선점으로 5G 시장에서 점유율을 넓힐 것으로 기대된다. 중국 기업인 화웨이나 ZTE는 지난 4월 불거진 보안 이슈로 미국, 일본, 호주 등에서 사용금지 처분을 받은 상황이다.

진정한 5G 구현 위해서는 애플리케이션별 표준 정립 필수

3GPP는 Release -15를 통해 5G의 통신에 관련한 1단계 표준을 지정했다. 한국정보통신기술협회(TTA)는 “승인된 5G 단독모드(Standalone, SA) 표준은 지난 2017년 12월에 승인된 5G 종속모드(Non Standalone, NSA)보다 진화된 표준으로 무선 접속망(5G NR)부터 핵심망(5G Core)까지 LTE와 다른 새로운 방식을 규격화한 것”이라며, “초고속 광대역 통신(eMBB)뿐만 아니라 초저지연 통신(URLLC)과 대규모 사물인터넷 연결(mMTC)까지 하나의 망으로 서비스 제공이 가능하도록 설계됐고, 연결성과 확장성이 더욱 좋아져 ▲밀리미터 대역까지 가용한 모든 스펙트럼 지원 ▲초저지연과 자원의 효율성 지원 ▲획기적인 데이터 전송률 ▲더욱 견고한 오류정정 성능을 제공한다”고 설명했다.

기존의 NSA는 5G 종속모드로 5G 무선망이 4G 핵심망의 제어를 받는 형태였으나, 이번에 승인된 SA는 5G 단독모드로 새로운 5G 무선망이 새로운 5G 핵심망의 제어를 받는 형태이다. 이번 Release-15에서 승인된 5G 단독모드를 통해 속도 외에도 초연결성이나 초저지연 등의 5G의 새로운 특징을 구현시킬 계기를 만들었으나, V2X나 스마트 공장, 스마트 시티, 원격 진료 등 개별 애플리케이션별 최적화된 표준은 아직 정립되지 않아 2019년 초에 5G가 도입된다고 하더라도 본격적인 5G의 시대는 아직 요원할 것으로 전망된다.

이에 대한 해결책으로 3GPP는 2019년 말 Release-16을 통해 해결할 계획이다. Release-16에서 5G 네트워크를 자율주행(V2X), 스마트 공장, 스마트 시티 등 특화된 애플리케이션에 최적화 과제를 추진하기로 합의했다. 일례로 3GPP는 99.999% 연결 성공률과 1ms(1/1000 초)이내의 낮은 데이터 전송 지연 시간을 제공하는 ‘초저지연 표준’을 2019년 말까지 Release-16을 통해 진행할 예정이다. 세부 애플리케이션별 표준화가 완성되면, 5G는 오토모티브, 전력, 제조·건설업 등 각 산업군에 최적화된 융합서비스를 제공할 수 있어 4차 산업혁명 기본 인프라로서의 5G 역할을 더욱 확장될 것으로 전망된다.

이밖에도 3GPP는 부족한 5G 통신망 문제를 해결하기 위해 오는 12월 새로운 NSA 네트워크 시나리오를 선보일 예정이다. 2017년 12월 승인받은 NSA는 LTE 핵심망에 LTE 기지국과 NR 기지국을 연결해, LTE 기지국에서 제어를 진행하는 형태였다. 새로운 NSA는 5G 핵심망에 LTE 기지국과 NR 기지국을 연결하는 형태로, LTE 기지국 제어와 NR 기지국 제어 두 가지 형태로 승인될 계획이다.

업계 전문가들은 LTE 도입 초기에도 3G와 망을 공유했다며, 초기 5G 도입에서 5G 기지국과 핵심망 인프라가 부족할 수밖에 없는 상황에 LTE보다는 빠른 속도를 구현하기 위한 과도기적 단계라고 설명했다.

'5G 도입' 위해 천문학적 통신망 투자 필요해

국제전기통신연합(ITU)이 2015년 발표한 5G의 최고 전송속도는 다운로드 20Gbps, 업로드 10Gbps다. 현재 LTE는 1Gbps의 다운로드 속도를 지원해, 5G는 LTE보다 20배 빠를 것으로 기대된다. 하지만, 해당 속도를 내기 위해서는 현재의 통신망으로는 턱없이 부족하다는 것이 업계 관계자들의 중론이다.

과학기술정보통신부 자료와 송희경 의원실의 ‘이통3사 연도별 5G 기지국 구축계획’에 따르면, 2023년까지 구축되는 5G 기지국 수는 3.5GHz 13만 5269개, 28GHz는 4만 5215개로 집계됐다.

송 의원 측은 2019년~2023년 5G 기지국 구축 투자액은 총 7조 4812억 원이라며, “8년간 20조 원을 투자한 LTE에 비해 작은 규모다. 5G가 LTE에 비해 2~3배 기지국을 갖춰야 하는 점을 고려하면 소극적으로 투자 규모를 책정한 것으로 분석된다”고 설명했다.

앞서 지난 3월 KT 네트워크부문 오성목 사장은 5G 기지국 구축에 대해, “현재보다 3배 정도 기지국을 더 구축해야 한다는 것이 산출 결과”라며, “여러 기술을 통해 기지국 수를 줄일 수 있기 때문에, LTE보다는 높겠지만, 3~5배 수준보다는 낮아질 것으로 보인다”고 설명했다.

2016년 미래창조과학부(현재 과기부)에서 박홍근 의원에게 전달한 ‘2016년 현재 이통3사 3밴드 주파수 기지국 현황’에 따르면, ▲SK텔레콤 26만 7650개 ▲KT 19만 3723개 ▲LG유플러스 22만 3527개로 총 69만 4900개로 집계됐다.

산술적으로 5G에 필요한 기지국 개수는 LTE 기지국의 3배인 약 210만 개가 필요하다는 것이다. 하지만, 2023년까지 이통3사의 5G 구축 계획을 보면 약 18만 개로 현재 구축된 LTE망의 1/4 수준이며, 필요한 5G 기지국 수의 약 1/12 수준에 불과하다. 즉, 현재의 구축계획으로는 2023년까지도 5G망의 국내 도입은 요원하다는 것이다.

특히 기본 데이터 통신망인 3.5GHz대는 5년간 13만 5269개가 구축될 것으로 집계됐으나, 초고속-초저지연-초연결성을 충족시켜주는 고속 통신망인 28GHz대는 5년간 4만 5215대에 불과한 것으로 나타났다. 28GHz대는 주파수 대역폭이 커서 대량의 데이터를 빠르게, 끊임없이 전송한다는 장점이 있지만, 짧은 전송 거리와 낮은 투과성으로 3.5GHz 대역보다 더 많은 기지국 수를 요구한다. 또한, 2017년 12월 국립전파연구원이 발표한 ‘5G 도입에 대비한 기술기준 및 전파이용 기반 조성’에 따르면, “5G 기술에 있어 우리나라, 미국 등을 중심으로 28GHz대 초고주파 5G 기술이 우위인 반면에 중국, 일본 등은 6GHz 이하 5G 기술을 선호하고 있다”고 설명한 바 있다.

업계 전문가들은 전 세계적으로 28GHz 대역에서 기술적 우위를 점하고 있으며, V2X나 URLCC, mMTC 등에서 28GHz 대역의 중요성이 큰 만큼 해당 대역의 기지국을 설치에 많은 투자가 필요하다고 지적한다. 일부 전문가들은 3.5GHz 대역은 통신업계의 특성상 설치 대비 효율이 높고 데이터 이용 등으로 직접적인 수익을 창출하는 영역이라며, 28GHz 대역은 스마트 시티를 조성하는 국가나 지자체, 자율주행을 준비하는 완성차 업체 등의 다양한 영역의 투자가 필요한 영역이라고 이에 대한 책임을 모두 통신사에 부과하는 것은 부담이 될 수밖에 없다고 설명했다.

5G 통신장비 시장 '삼성전자' 반사이익 기대

통신망 구축은 난항이 예상되지만, 통신장비 시장은 5G의 도입과 함께 성장할 것으로 전망된다. 2G에서 3G로, 3G에서 4G로 새로운 통신망이 구축될 때마다, 통신장비 업체들의 매출은 지속적으로 성장했다. 5G는 3.5GHz 대역과 28GHz 두 가지 대역이 사용되면서 ▲각 대역폭에 맞는 장비가 각자 필요하고 ▲두 대역폭을 연결하는 기술 ▲ 다른 대역폭과의 간섭을 억제하는 기술 등이 필요해지면서 장비의 부가가치와 영역이 커지고 있다. 특히, LTE와 비교해 3배 이상의 기지국이 요구되면서, 단기적인 투자가 크지 않더라도 IoT망과 V2X 기술의 성장과 함께 지속적인 성장이 예측되는 시장이다.

시장조사업체 IHS 마킷(IHS Markit)에 따르면, 2017년 372억 달러(42조 원) 규모의 기지국 시장 규모가 5G 상용화를 통해 5년 뒤에는 50조 원을 넘을 것으로 전망했다. 3G 시대에는 유럽 기업들이 전체 통신장비 시장의 70%를 점유했으나, 4G LTE 시대로 넘어오면서 중국 기업들의 약진으로 시장점유율에서 큰 변화가 일어났다.

2017년 통신장비 시장점유율을 보면 화웨이(Huawei)가 28%로 1위를 차지했으며, 뒤를 이어 에릭슨(Ericsson)이 27%로 2위를 기록했다. 이어 노키아(Nokia)가 23%로 3위를 ZTE가 13%로 4위를 각각 차지했다. 국내 통신장비업체인 삼성전자는 불과 3%의 점유율을 기록했을 뿐이다.

하지만, 업계 전문가들은 5G 시대에 새로운 판도의 변화가 일어날 것으로 예상한다. 미국 연방통신위원회는 지난 4월 미국의 통신회사가 안보상 우려가 있는 기업으로부터 통신기기를 조달하는 것을 금지하기로 결정했다. 이는 중국의 화웨이와 ZTE를 겨냥한 것으로 이를 통해 두 중국 업체는 미국에 통신장비 수출이 금지됐으며, ZTE는 북한·이란 제재 위반 혐의로 7년간 미국 기업과 거래 금지 처분을 받았다. 현재 두 중국업체의 통신장비에 대해 미국 외에도 일본, 호주, 인도 등이 사용을 금지했다.

현재 주요 글로벌 5G 통신 시장에서 중국 기업의 통신장비를 사용하기로 한 곳으로 국내의 LG유플러스가 눈에 띄고 있다. 2018년 10월 23일 현재, LG유플러스는 화웨이의 5G 통신장비를 도입할 것으로 예상됨에 따라, 국내외에서 논란의 중심에 올라섰다. 지난 2013년 화웨이 통신장비로 LTE 전국망을 구축한 LG유플러스는 비용적인 측면과 호환성 등의 문제로 5G 구축에 화웨이 장비를 포함할 가능성이 높은 것으로 보인다. 업계에서는 LG유플러스가 내부적으로 5G망 구축에 삼성전자, 노키아, 에릭슨 등과 함께 화웨이 장비를 도입하기로 결론이 난 것으로 알려졌다.

한편, 국내 통신장비 업체 관계자들은 삼성전자가 중국 업체들의 보안 이슈와 관련해 반사이익을 얻을 것으로 분석하고 있다. 국내 통신업체들이 전 세계 최초로 5G 도입을 시도하고 있으며, 삼성전자는 국내 이통 3사와 모두 5G 장비 계약을 체결할 것으로 알려졌다. 이를 통해 삼성전자는 5G 시장에서 유리한 고지를 선점한다. 또한, 중국 업체들의 빈자리에 삼성전자가 새롭게 도전하고 있는 것으로 나타나고 있다. 삼성전자는 국내 이통3사 외에도 미국 최대 통신업체인 버라이즌과 AT&T, 스프린트와 5G 장비공급계약을 체결했다.

ETRI 5G 사업전략실은 ‘5G 시대가 온다’라는 자료를 통해 “5G는 이미 시작됐다”며, “5G 핵심 기술들은 이미 개발됐고 표준에 반영하기 위한 치열한 경쟁이 개시됐다. 관건은 5G를 핵심 인프라로 활용해 기존 산업의 경계를 무너뜨리고, 지식 기반의 고부가가치를 창출할 수 있는 융·복합 산업 생태계를 조성하고 활성화하는 것”이라고 강조했다. 실제로 5G가 구현되지 않았더라도, 산학연의 영역에서 5G는 이미 치열한 경쟁 중에 있다는 것이다. 이런 경쟁을 통해 진정한 5G가 구현될 것으로 전망된다.