[정보통신신문=서유덕기자]

차세대 차량 통신 기술 연구·개발이 탄력을 받으면서 스마트 모빌리티가 실현될 것이라는 기대감이 높아지고 있다. 5세대 이동통신(5G)이 이미 2019년 상용화되고 6세대 이동통신(6G)의 예상 상용화 시기도 점점 당겨지고 있어 스마트 모빌리티에 필수인 차량-사물 간 통신(V2X)의 구현이 기대되는 덕분이다. 특히 6G가 일으킬 V2X 혁신은 자율주행 스마트 모빌리티를 더 고성능·다기능화할 것이다.

5G, 커넥티드 카 개념 구현

5G는 차량 간 통신(V2V)과 차량-인프라 간 통신(V2I), 차량-네트워크 간 통신(V2N), 차량-보행자 간 통신(V2P) 등 V2X를 구현할 수 있는 통신 성능을 보장해 인터넷에 연결할 수 있는 자동차, 즉 ‘커넥티드 카’를 대중에 각인시켰다. 5G의 등장 이전, 커넥티드 카는 꿈 같은 개념이었다.

이동통신 표준화를 위한 국제기술협력기구인 3GPP에서는 5G 기반 V2X가 제공할 수 있는 커넥티드 카의 활용사례 25가지를 제시하고 있다. 이 25가지 사례는 크게 △군집 주행 △센서 확장 △주행 고도화 △원격주행으로 나뉜다.

5G 기반 V2X는 차량이 군집을 형성해 운행할 수 있게 해준다. 군집 내 차량은 선두 차량으로부터 제어 정보를 얻는다. 이로써 선행 차량과 좁은 간격을 유지하면서도 고속으로 주행할 수 있다. 결과적으로 도로 효율이 향상된다.

주변 환경에 대한 인식 능력도 개선한다. 차량 자체에 부착된 센서뿐만 아니라 다른 차량이나 보행자, 도로변 장치(RSU, Road Side Unit)로부터 수집한 데이터와 영상 정보를 받아 활용할 수 있기 때문이다.

자율주행과 원격주행도 가능하게 한다. 각 차량은 다른 차량과 센서와 주변 환경으로부터 수집한 데이터 및 주행 정보를 교환하며 경로를 조율한다. 운전자가 차량에서 멀리 떨어진 곳에서도 주행 시스템에 접속, 원격으로 운전할 수도 있다.

커넥티드 카는 4세대 이동통신(4G)보다 많은 면에서 진보한 5G 덕분에 실현할 수 있다. 5G는 이론상 데이터 전송 속도가 초당 수십 기가비트(Gbps), 사용자 체감 전송 속도가 초당 수백 메가비트(Mbps)에 이르고, 지연시간과 전송 밀도, 신뢰성이 우수하다. 방대한 데이터를 정확하고 빠르게 주고받아야 하는 차량 통신에 고속·저지연·고신뢰의 5G가 제격인 것은 이미 잘 알려진 사실이다.

5G는 성능과 함께 통신 효율도 대폭 개선해 커넥티드 카를 구현하기 적합하다. 방대한 데이터를 주고받아야 하는 V2X에서는 전송 효율을 높이는 것이 시급한 기술적 과제 중 하나인 만큼, 5G의 효율성은 V2X의 열쇠라고 말할 수 있다.

5G V2X는 향상된 ‘사이드링크’를 지원한다. V2X는 단말과 기지국 간 통신인 업·다운링크보다는 단말과 단말 간 직접통신인 사이드링크로 주로 이뤄지는데, 5G는 단말 간 일대일 또는 일대다 전송인 유니캐스트(Unicast)와 그룹캐스트(Groupcast)가 가능하다. 반면 4G의 사이드링크 방식은 송신 단말이 주변의 모든 수신 단말에 전송하는 브로드캐스트(Broadcast)뿐이다.

5G는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)도 지원한다. HARQ는 전송률을 높이기 위해 데이터를 송수신할 때 단말별 수신 성공 여부를 함께 확인하고, 수신에 실패한 단말에 데이터를 재전송하는 기술이다. 반면 4G는 단말별 수신 성공 여부와 관계없이 데이터를 무조건 2번씩 전송하는 블라인드 재전송 기법을 쓴다.

유니캐스트·그룹캐스트와 HARQ 덕분에 개선된 통신 효율은 대규모 데이터의 빠르고 정확한 송수신에 의한 전력 사용량의 기하급수적인 상승을 완화하고 장치에 걸리는 부하를 낮춘다.

6G, 스마트 모빌리티 고도화

6G가 상용화될 2030년경에는 무인 완전자율주행 같은 최첨단의 미래 스마트 모빌리티가 등장할 것으로 보이므로, V2X 인프라와 기술의 고도화가 반드시 선행돼야 한다. 앞으로 차 한 대에만 카메라, 적외선 센서, 레이더, 라이다 등 각종 센서가 수십 종, 수백 개 이상 탑재될 전망이다. 이에 더 많은 양의 센서에서 수집된 데이터를 V2X로 주고받게 되므로, 5G V2X조차 한계에 부딪힐 것이다. 특히 무인 완전자율주행은 6기가헤르츠(㎓) 이하 대역(Sub-6㎓, FR1) 5G로는 감당하기 어려울 것이 확실하다.

6G는 △저주파와 고주파 캐리어 결합 △빔 관리 기법 개선 △비지상 네트워크를 통해 차세대 V2X 서비스를 가능케 한다.

‘캐리어 결합(CA, Carrier Aggregation)’은 본래 4G에서부터 사용하던 기술로, 2개 이상의 주파수 대역을 묶어 함께 이용함으로써 대역을 넓히고 속도를 개선하는 기술이다. 6G는 테라헤르츠(㎔)급의 초고주파수 대역(Sub-㎔)을 사용할 것으로 예상되는데, 저주파수와 고주파수 대역을 결합하면 V2X에 필요한 대용량 전송과 고신뢰·저지연 특성을 동시 만족할 수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어, 안전 관련 메시지는 저주파 대역으로 전송하고 대용량 데이터는 밀리미터파(㎜Wave, FR2)나 Sub-㎔ 대역에 할당하는 방법을 사용할 수 있다.

‘빔포밍’이라고 불리는 빔 관리 기법 또한 5G에서부터 적용된 기술이다. 안테나의 통신 신호(빔)를 특정 단말기에 집중시켜 통신 효율을 높이는 기술이다. 특히 차량은 주행 중 방향과 속도가 수시로 바뀌고 터널과 교량 같은 방해물이 많아 빔포밍이 어려운데, 6G에서는 빠르게 움직이는 차량에 대해서도 빔포밍을 할 수 있다. 여기에 차량 센서 데이터와 주변 환경 정보, 주행 정보 등을 활용하면 빔포밍의 정확성은 더 높아진다.

6G에서 대규모로 구축될 ‘비지상 네트워크’도 V2X에 유용하다. 지상 네트워크와 함께 위성이나 고고도 기지국(HAPS, High Altitude Platform Station) 같은 비지상 네트워크를 아우르는 다중 연결망을 쓴다면 이동 중 지상 기지국과 연결이 끊어졌을 때도 V2X가 유지될 것이다. 도심을 벗어나 도서·산간벽지로 이동하는 차량을 지상 기지국만으로 대응하는 데는 한계가 있다.

이 같은 6G 신기술과 초고주파 대역에서의 초고속·초저지연·초고신뢰 통신 덕분에 고도의 V2X로 차량의 무인 완전자율주행이 실현될 것이다.

6G 개발 속도전, 자율주행 실현 기대

V2X를 완성할 6G 상용화가 가시권에 들어오기 시작하며 완전 자율주행 실현에 대한 기대가 커지고 있다.

정부는 6G 조기 상용화를 추진한다. 2025년까지 1900억원 이상을 투자, 6G 요소기술 48건을 개발하고 2026년 기술 시연에 나설 계획이다. 우리나라를 포함해 세계 각국이 일찌감치 6G 개발에 뛰어들어 2030년으로 예상되는 상용화 시기가 2~3년 앞당겨질 것이라는 관측이 나오고 있다.

기업들도 6G 부문에서 하나둘씩 성과를 내고 있다. 삼성전자는 13일 제1회 ‘삼성 6G 포럼’을 온라인으로 개최해 6G 분야 글로벌 전문가와 함께 최신 기술 동향을 논의하는 등 글로벌 6G 표준 주도권 선점을 위한 행보를 이어갔다. 삼성전자는 지난 2019년 5G를 상용화한 지 한 달 만에 6G 선행기술 연구를 시작했고, 지난해에는 국제전기통신연합 전파통신부문(ITU-R) 총회에서 6G 비전 표준화 그룹 의장에 진출했으며, 6G ㎔ 대역 무선 통신 시연도 성공했다.

LG전자는 16일부터 20일까지 서울 코엑스에서 열린 전기전자공학회 국제통신회의(IEEE ICC) 2022에서 미래 모빌리티 콘셉트 모델과 6G ㎔ 안테나 등 4차 산업 혁신 기술을 선보였다. △6G ㎔ 무선 데이터 송수신을 위한 전력 증폭기 소자 △주파수 효율을 극대화할 수 있는 전 이동통신(FDR) 송수신 기술 △차량과 차량·이륜차·보행자 간 충돌위험을 알려주는 스마트폰 솔루션 ‘소프트(Soft) V2X’ △고객이 스마트 라이프를 즐길 수 있도록 공간과 사물, 사용자 상황을 인지해 스스로 진화하는 온디바이스(On-Device) AI 칩 등이 이목을 끌었다.

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