NOMA‧초광대역 기술 등 연구 활발
꿈의 이동통신으로 불리는 5G 통신이 가시화 되고 있다.
우리나라의 5G포럼 등 주요 단체와 에릭슨, 화웨이, 삼성전자 등 주요 글로벌 이동통신 사업자 및 제조사들이 5G를 달성하기 위한 주요 기술에 대한 논의를 활발히 하고 있다.
5G는 4G 대비 1000배에 달하는 트래픽을 수용하는 것을 목표로 하고 있다.
사용자당 평균 데이터 전송속도는 1Gbps를 실현하고 1ms에 달하는 초저지연(Low-Latency) 환경을 구현한다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 ‘5G 무선기술(고영조 외 1명 저)’ 보고서를 통해 5G 네트워크를 구성하고 있는 각종 요소 기술들을 조명했다. 보고서에 따르면, 5G 통신은 기본적으로 네트워크의 용량 증대와 저지연을 실현하는 데 초점을 맞추고 있다.
네트워크 고밀도화 기술은 일정 영역 내 셀의 개수를 증가시켜 셀 분할에 따른 용량 증대를 꾀한다.
이를 위해 고밀도 소형셀의 온‧오프와 디스커버리, 매크로셀과 소형셀에 대한 단말의 이중연결 등이 논의 중이다.
특히, 단말의 이중연결성 기술이 주목할 만하다. 이 기술은 매크로셀과 소형셀 모두에 연결되면서 매크로셀 기지국은 커버리지 보장과 이동성 관리를 수행하고, 소형셀 기지국은 주로 높은 데이터율을 제공하는 역할을 하도록 한다.
대규모 안테나 시스템(Massive MIMO)은 기지국에 수십 혹은 수백 개의 안테나를 장착해 동일자원으로 수십 명의 사용자를 동시에 지원하는 기술이다.
MIMO 기술은 송신안테나와 사용자의 수를 증가시킴에 따라 전송효율을 크게 증가시킬 수 있으나 이에 따른 MIMO 송수신 필터의 복잡도도 지수적으로 증가하는 문제가 있어 현실적인 애로사항이 있어왔다.
5G에 도입될 대규모 MIMO 기술은 시분할다중화(TDD) 시스템에서 상하향 링크의 채널 상관관계를 이용해 단순한 송수신 필터의 사용으로도 여러 사용자를 동시에 서비스할 수 있다는 점을 제시해 시스템 설계를 단순화 했다.
현재 대규모 MIMO 기술은 MIMO의 개념을 3차원 공간으로 확장한 3차원 빔포밍(Beam-foaming) 기반의 채널 모델에 대한 연구가 진행되고 있다.
송신 무선자원과 수신 무선자원을 공유해 무선자원의 양을 높이는 전이중(In-band Ful Duplex) 전송방식에 대한 연구도 활발하다.
송신 신호와 수신 신호가 섞이는 전이중 송수신기는 송신 안테나와 수신 안테나를 물리적으로 구분해 사용한다.
전이중 송수신기를 이동통신 시스템의 기지국에 적용하는 경우, 반향 신호의 수신 전력이 셀 경계 단말의 수신 전력에 비해 수십 dB 이상 크기 때문에 이를 최소화하는 방법에 관한 연구가 진행 중이다.
비직교 다중접속(NOMA: Non-Orthogonal Multiple Access) 기술은 셀의 용량 증대를 위한 후보기술로 동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 2대 이상의 단말에 대해 데이터를 동시에 전송해 주파수 효율을 향상시킨다.
OFDMA 방식이 갖고 있던 주파수 자원 할당 관점의 직교성을 깨고, 같은 주파수 자원 상에 2대 이상의 단말을 동시에 중첩 할당해 자원 효율을 높이는 방식이다.
초광대역(Super wideband) 기술은 지금의 셀룰러 대역보다 훨씬 넓은 대역폭을 요구하는 5G에 발맞춘 ㎓급 전송을 지원한다.
초광대역 전송 지원을 위한 요소 기술로는 넓어진 대역폭의 채널 특성에 적합한 광대역 초기접속 기술, 각 단말에 대용량 데이터를 효율적으로 전송하기 위한 HARQ 전송 및 피드백 지원 기술, 기존 셀룰러 대역과의 협력 기술 등이 고려되고 있다.
저지연 고신뢰 무선전송 기술은 5G 통신의 상용 서비스로 기대가 높은 실시간 게임, 실감형 통신, 원격의료 등을 원활히 지원한다.
현재 LTE 시스템의 단대단(End-to-end) 지연은 20ms 정도인데 이러한 서비스를 상용화 하기에는 한계가 따른다.
무선접속 구간의 스케줄링 요청 및 자원할당과 무선전송 구간의 데이터 전송 및 데이터 복조 등에 소요되는 지연을 줄이기 연구가 진행되고 있다.
단말 네트워킹은 기존 공공안전 서비스용에 국한돼 있던 데에서 사물인터넷(IoT)을 포함한 상용 서비스 제공으로 범위가 확대된다.
아울러 단방향 브로드캐스트만이 아닌, 유니캐스트와 그룹캐스트도 규격화될 예정이다. 커버리지 확대를 위해 멀티홉에 의한 단말간 통신도 제공된다.
