이준성 노키아 상무
"단말 크기 Massive MIMO 필요"
최수한 단국대 교수
5G 부반송파 간격 조정 통해
통신품질 제고 가능해져"
원활한 5G 상용화를 위해 단말기 크기의 대용량(Massive) 다중 입출력(MIMO) 장비 등 기지국 장비의 초집적화가 관건인 것으로 나타났다.
한국정보통신기술협회(TTA)는 17일 성남시 분당구에 위치한 본관 회의실에서 '5G 상용화를 위한 기술 규격 세미나'를 개최했다.
이 날 이준성 노키아 상무는 '대용량(Massive) 다중 입출력(MIMO) 고려사항'에 대해 발표했다.
Massive MIMO는 기지국에 수백개 이상의 안테나를 장착해 수많은 안테나들이 동시에 전파를 송수신하는 빔(Beam)을 형성(빔포밍), 특정 사용자에게 전파를 집중시켜 초고속 서비스를 제공하는 기술이다.
다수의 송신안테나에 동일시간에 동일 주파수로 다른 신호를 송신 안테나수만큼 전송할 수 있기 때문에, 이론상 안테나수에 비례해 전송용량과 속도가 높아져야 한다.
이준성 상무는 "그러나 실제로는 16×16 MIMO보다 32×32 MIMO의 안테나가 2배 늘어나지만 성능 개선은 1.4~1.6배 정도 "이라고 설명했다.
또한 현재 3.5기가 대역을 위해 16개 송신 안테나와 16개 수신 안테나가 적용된 16×16 MIMO나 32×32 MIMO가 상용화되고 있는 것으로 나타났다. 이 상무는 "10Gbps 구현이 필요한 28기가 대역을 위해서는 안테나 개수가 최소 512개에서 1024개까지 늘어나겠지만, 주파수가 충분히 높기 때문에 안테나 사이즈가 크지 않아 512개 안테나를 A4용지 사이즈 내에서 구현할 수 있을 것"이라고 설명했다.
이 상무는 "LTE 등 기존 기지국 장비를 보면 기저대역 유닛(BBU)와 원격무선장비(RRH), 즉 안테나와 무선(RF) 모듈이 분리돼 있지만, 5G에 이르러서는 안테나와 RF가 일체형으로 만들어진다"며 "장비가 안테나를 수용하기 때문에 기존의 대형 제조사들이 더 많은 수익을 창출하게 되는 문제가 발생한다"고 설명했다.
32개, 64개로 안테나가 늘어나면 앰프도 32개, 64개가 필요한 5G MIMO의 특성상 구조도 기존보다 상당히 복잡해지는 것으로 나타났다.
이 상무는 "이렇게 되면 사이즈가 커질 수밖에 없기 때문에 집적기술이 중요해진다. 국내 설치 환경 같은 경우에도 2~4G 이동통신을 거치면서 설치 공간이 포화에 이른 만큼 시스템 사이즈가 중요하다"고 말했다.
따라서 기지국을 만드는 패러다임 자체가 기존의 기술을 적용할 수 없는 상황이다. 이 상무는 "소위 단말기 만들 듯이 기지국을 만들어야 한다. 그렇게 하지 않으면 Massive MIMO 상용화는 어렵다"고 말하며, "이런 면에서 또다른 관점에서의 산업이 태동할 수도 있을 것"이라고 덧붙였다.
한편, 이날 최수한 단국대 교수는 '3GPP 5G 물리계층 개요'라는 주제로 LTE와 5G 시스템의 주요 차이점에 대해 발표했다.
최 교수는 "LTE 어드밴스드(LTE-A)는 채널 대역폭을 최소 1.4㎒에서 최대 20㎒까지 6개로 정해놨지만, 5G에서는 채널대역폭을 정해놓지 않고 5㎒에서 최대 400㎒ 사이로만 한정했다"며 "LTE의 경우는 어떤 채널 대역폭을 사용하는 단말이나 서비스가 연결될지 모르기 때문에 네트워크 시스템에서 6개 채널 대역을 다 지원해야 했다. 하지만 5G는 연결되는 어플리케이션이나 서비스에 맞게 채널 대역폭 조정이 가능한 것이 큰 차이 중 하나"라고 설명했다.
또한 최 교수는 "5G 시스템에서 직교주파수분할다중화(OFDM)를 구성하는 부반송파 간격(Subcarrier Spacing), 즉 데이터 전송 전파 사이의 간격이 5G에서 매우 중요한 파라미터가 된다"며 "LTE에서는 부반송파 간격이 15㎑로 일원화돼 있지만, 5G에서는 15㎑에서 2배씩 늘어나 240㎑까지 5가지가 정의됐다. 주파수 대역이나 채널 특성, 서비스 특성에 따라서 적합성이 다 달라, 다양하게 지원돼야 하기 때문"이라고 설명했다.
또한 최 교수는 변조, 코딩, 전송, 검출이 가능한 최소 단위인 디지털 심볼(Symbol) 1개의 전송 시간을 심볼 주기(Symbol Duration)라고 하는데, 부반송파 간격은 OFDM의 심볼 주기와 정확히 반비례하기 때문에 부반송파 간격을 넓게 설정하면 전송속도가 빨라질 수 있다고 말했다.
그는 "전파 분산(delat spread)이 적은 고주파수 특성상 밀리미터웨이브 등의 고대역 주파수의 경우나 빠른 시간에 데이터를 전송해야 하는 초고신뢰 저지연 통신(URLLC)의 경우 부반송파 간격을 넓게 설정하는 것이 적합하다"고 말했다. 고대역에서만 문제가 되는 위상잡음(phase noise)의 경우 간격을 넓게 설정해야 처리가 쉽다"고 덧붙였다.
반면에 부반송파 간격을 좁게 잡으면 전송속도는 느려지기 때문에, 채널 상태가 안 좋을 경우는 에너지 절약을 위해 전송속도를 부반송파 간격을 좁게 해서 전송속도를 낮출 수 있다고 최 교수는 설명했다.
