5G, 밀리미터파로 진화해야 (4)
실내·건물 등서 와이파이 보완 또는 대체
대규모 사람 몰리는 경기장·광장·공항 등에서도
고속·대용량 데이터 서비스 제공 가능해져
끊김없이 자유로운 모바일 라이프 즐길 수 있어

미국 샌디에이고 소재 퀄컴 본사 건물에 설치된 5G 밀리미터파 스몰셀 현황. 사진=퀄컴코리아 제공
미국 샌디에이고 소재 퀄컴 본사 건물에 설치된 5G 밀리미터파 스몰셀 현황. 사진=퀄컴코리아 제공

[서울와이어 채명석 기자] 5G 밀리미터파(mmWave) 기술은 기존 공간을 ‘스마트 플레이스’로 진화시킬 수 있다.

즉, 다수의 사람들이 모이는 공간에 5G 밀리미터파를 적용하면 스마트폰과 태블릿 등 IT 디바이스로 다양한 멀티미디어를 체험할 수 있다는 것이다. 또한 각 장소의 성격에 맞춘 5G망을 구축할 수 있다. 이를 통해 사용자들은 언제 어디서나 단절없이 다양한 서비스를 이용, 삶의 질을 높일 수 있다.

▷실내망 구축 유리, 와이파이 대체 가능

퀄컴에 따르면, 모바일 데이터 트래픽의 80% 이상은 실내에서 일어난다. 이동통신사와 서비스 제공업체는 밀리미터파를 실내에서 활용하면 비즈니스에 있어 매우 큰 기회를 잡을 수 있다.

이와 관련, 퀄컴 엔지니어링 서비스 그룹은 여러 건물주 및 이통사와 협력해 5G 밀리미터파가 넓은 실내 환경에서 어떻게 성능을 발휘하는지 파악하는 작업을 진행하고 있다고 한다. 퀄컴은 밀리미터파가 옥외에서 실내로 잘 전달되지 않는다는 점이 오히려 실내 밀리미터파 망 배치에 유리하게 작용한다고 설명했다. 옥외 밀리미터파와의 간섭을 크게 걱정하지 않고 동일한 밀리미터파 대역을 실내에서 재사용할 수 있기 때문인데, 이통사는 실내에 전용(private) 네트워크를 제공하거나 공공 네트워크의 일부로서 밀리미터파를 실내로 확장시킬 수 있다.

5G 밀리미터파는 기존의 실내 와이파이 서비스를 보완해 스마트폰, 태블릿, XR(확장현실) 헤드셋, 올웨이즈 커넥티드 PC 등 다양한 기기에 멀티 기가비트 급의 속도와 초저지연성과 거의 무제한의 용량을 제공해 사용자 경험을 향상시킬 수 있다.

▷사무실 및 건물 로비서 기가바이트급 속도 제공

기업도 5G 밀리미터파가 지닌 흥미로운 기회를 활용할 수 있다. 현재 대부분의 사무실에서는 컴퓨터나 여타 기기를 연결하기 위해 와이파이를 이용하고 있다. 이를 5G 밀리미터파 전용 네트워크로 활용하면 기업은 ‘최첨단 모바일 오피스’라는 비전을 실현할 수 있다. 밀리미터파 스몰셀을 와이파이 액세스 포인트가 있는 지점에 함께 배치하면 두 장치가 전력과 유선 백홀을 공유할 수 있다. 밀리미터파가 실내 와이파이를 보완하기 때문에 멀티 기가비트 급의 속도와 초저지연성으로 사용자 경험이 훨씬 개선된다. 현재의 연결 솔루션으로는 구현할 수 없는 향상된 성능과 편리성, 보안성, 사용자 경험을 제공할 수 있다는 것이다.

퀄컴은 기업 환경에서의 5G 밀리미터파 성능을 알아보기 위해 여러 사무실의 레이아웃을 연구하고 포괄적인 시스템 수준의 시뮬레이션도 진행하고 있다. 예를 들어 미국 샌디에이고에 위치한 퀄컴 본사 건물의 한 층에서 와이파이 액세스 포인트가 있는 지점에 5G 밀리미터파용 스몰셀을 설치해 커버리지와 성능을 실험했다. 퀄컴은 1대1 공동 설치를 통해 다운링크 커버리지는 98%, 업링크는 99%, 평균 처리량은 5Gbps까지 달성할 수 있었다고 설명했다.

미국 샌디에이고 퀄콤 본사 1층 로비에 설치한 5G 밀리미터파 기지국. 사진=퀄컴코리아 제공
미국 샌디에이고 퀄콤 본사 1층 로비에 설치한 5G 밀리미터파 기지국. 사진=퀄컴코리아 제공

퀄컴은 또한 본사 건물 로비 중앙 6m 높이에 1개의 5G 밀리미터파 기지국을 설치해 데이터 처리 속도를 측정했다. 그 결과 다운링크(하향 링크) 데이터 처리율의 중간값은 3.1Gbps에 달했으며 비직선 경로(NLOS)에서도 기가비트급 속도를 달성함을 확인했다고 전했다. 당시 측정에 사용한 28GHz 밀리미터파 주파수 대역폭이 400MHz였다. 한국의 이통3사가 800MHz 대역폭을 할당받은 점을 감안하면, 한국은 미국보다 2배 이상의 전송 속도가 가능할 것으로 보인다.

이와 함께, 로비 중앙에 설치한 안테나로부터 전파가 직선 경로로 도달할 수 없는 비 직선 경로의 장소에서도 다수의 반사파를 통해 밀리미터파 신호를 수신할 수 있어 Gbps 급 전송속도가 가능함을 확인할 수 있었다고 덧붙였다.

▷다수가 모인 장소에서도 속도·용량 “문제 없어요”

그동안 컨벤션 센터나 콘서트장, 경기장 등의 넓고 사람이 많은 장소에서는 스마트폰이 안 터지는게 당연하다고 여겼다. 행사 중에 수많은 참석자가 동시에 무선 네트워크에 접속하다 보니 발생하는 현상으로, 이통사는 원활한 서비스를 위해 사용자 모두에게 적당한 성능을 제공할 수 있도록 네트워크가 충분한 용량을 확보하는 데 총력을 기울인다. 기존에는 차량형 이동 기지국을 동원하거나 무선 액세스 포인트를 추가하여 네트워크를 보다 촘촘히 배치시켜 왔다. 4G LTE(롱텀에볼루션)와 와이파이 망의 고밀화(densification)가 네트워크 쏠림 현상을 해소하는 데 도움은 되지만 활용 가능한 무선 대역폭이 제한적이라는 한계는 해결할 수 없다.

반면, 5G 밀리미터파를 활용하면 수백 MHz의 대역폭에 접근할 수 있어, 증가하는 데이터 수요를 충족시킬 수 있다고 한다.

퀄컴은 사무실과 마찬가지로 넓은 장소에서의 5G 밀리미터파 커버리지와 성능을 측정해봤다. 우선 라스베가스 컨벤션 센터에서 진행한 시뮬레이션의 경우, 기존에 있던 3G·4G 무선 DAS(분산 안테나 시스템)와 5G 밀리미터파 스몰 셀을 같은 위치에 배치했다. 그 결과 다운링크와 업링크 커버리지는 모두 95%까지 확장되었고, 평균 다운링크 전송속도는 5Gbps까지 얻을 수 있었다고 설명했다.

관중 10만명을 수용할 수 있는 미식축구 경기장에서 설치한 5G 밀리미터파 기지국. 사진=퀄컴코리아 제공
관중 10만명을 수용할 수 있는 미식축구 경기장에서 설치한 5G 밀리미터파 기지국. 사진=퀄컴코리아 제공

퀄컴은 10만 석 규모의 미식축구 경기장에서 시뮬레이션을 해 본 결과, 15개 안테나 섹터만으로 관중석 전체가 커버 가능했고, 관중석 모든 층에서의 다운링크 데이터 처리량이 700Mbps 이상이었으며, 셀 경계(cell-edge)에서도 100Mbps 이상의 속도가 나오는 것을 확인했다고 전했다.

약 1만 평에 달하는 컨벤션 센터에서의 시뮬레이션에서는 실내 이동성(다양한 건축 자재의 투과·반사 조건 등)을 고려하여 115dB의 최대 허용 경로 손실(MAPL)에서 하향 링크 커버리지를 100% 확보했으며, 다운링크 데이터 처리율 중위값은 1.6Gbps의 속도를 나타냈다.

퀄컴은 공항이나 기차역 등의 교통 중심지에서의 측정결과도 5G 밀리미터파의 우위성을 확인했다고 강조했다. 약 1만5000㎡ 면적의 공항 홀에서 5G NR(5G 이동 통신에서 단말과 기지국 사이의 무선 접속 기술) 밀리미터파 스몰셀 10개를 설치하면 넓은 커버리지와 평균 4.2 Gbps의 처리량을 달성할 수 있었다.

통신업계 관계자는 “이러한 결과를 종합해 보면, 5G 밀리미터파는 사무실과 건물 등 상대적으로 면적이 협소하고 근무 또는 이동 인원이 제한되는 공간은 물론 경기장과 콘서트장, 공항 등 면적이 넓고 수백~수 만명의 사람들이 머물거나 이동하는 공간에서도 우수한 네트워크 성능을 증명했다”면서 “한국에서도 5G 밀리미터파 기술이 하루 빨리 상용화되길 바란다”고 말했다.

<자료: 퀄컴코리아 제공>

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