주간기술동향 2016. 5. 11. 5G 이동통신연구개발및정책현황 김사진정보통신기술진흥센터책임연구원 I. 서론 세계이동통신시장은 2015 년 1 조 5,550 억달러에서연평균 2.7% 의성장률을보이며, 2020 년 1 조 7,756 억달러규모를기록할전망이다. 1) 또한, 세계이동통신단말시장은스마트폰뿐만아니라신규커넥티드및웨어러블디바이스분야에서높은성장률을기록하며다양한형태의모바일기기로확산되고있다. 이와같이생활전반이모바일영역으로확대됨에따라향후도래하는초연결시대를맞이하여, 모바일트래픽의급증및다양한형태의단말보급에따른모바일생태계진화에선제적인대응은미래이동통신시장선도를위한필수불가결한조건이되었다. 기존의통신영역이모바일디바이스를넘어사물까지확대됨에따라증강현실, 가상현실, 모바일입체영상등을이용한서비스초실감화및타산업과의융 복합화를통한산업혁신, 그리고이와관련된서비스생태계의진화가점차가속화되고있다. 이속에서가치있는데이터의효율적인가공을통한다양한산업과의수직융합은새로운시장에대한기회와삶의질개선이라는일거양득의효과를창출할것이다. 이에세계주요기업들은현실안주가시장실패로직결되었던 4G 이동통신시대의경험을토대로선도적인 5G 이동통신핵심기술에대한주도권확보를위해경쟁적으로투자중이다. 우리나라또한도래하는 5G 이동통신시대를맞이하여글로벌주도권확보를위해큰관심을갖고투자중이며, 정부와민간에서핵심원천기술확보, 국제표준선점을위해역량을집중하고있다. 이와더불어이동통신 3 사는글로벌 IT 기업들과활발한제휴를통해핵심기술을개발하는한편시장친화적인사업모델발굴과상용서비스제공을위해박차를가하고있다. * 본내용은김사진책임연구원 ( 042-612-8162, sj.kim@iitp.kr) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 1) 한국전자통신연구원기술경제연구본부 2016. 2.(GSMA, Gartner, IDC, US Census, 통계청, 전자신문등을활용하여한국전자통신연구원기술경제연구본부에서제시한수치임 ) 26 www.iitp.kr
ICT 신기술 이를위해 2016 년 1 월 KT 는 5G 이동통신상용화시점은 2020 년으로예상되고있지만, 모든역량을집중해평창동계올림픽에서 5G 이동통신을구현할것 이라고하였으며, SKT 는 5G 이동통신네트워크기술을선도해세계통신산업에새로운가능성을제시, LG U+ 는 5G 이동통신분야에주력하여제 2 의도약에나서겠다 고밝혔다. 정부도민간과발맞추어주력산업고도화와시장패러다임변화에선재대응을위해 5G 이동통신을미래성장동력및 K-ICT 9 대전략산업으로지정하여중점육성중이다. 이를위해 2019 년까지약 6,000 억원을투입하여 2018 년까지평창올림픽에서기술타당성을검증하고, 2020 년세계최초 5G 이동통신상용화를달성하는것을목표로추진하고있다. 과거대한민국은지속적이고유기적인민관협력을통해 CDMA, WiBro, LTE-A 로이어지는첨단이동통신서비스의세계최초상용화를통해이동통신선도국가로도약했으며, 그간의경험과노하우를기반으로 5G 이동통신시대를준비하고있다. II. 5G 이동통신기술개발및표준화동향 1. 해외 5G 이동통신기술개발동향세계각국은 2020 년 5G 이동통신상용화를목표로비전설정, 기술개발로드맵수립및주파수소요량에대해논의중이며, 이와관련된기술표준화주도를위해초기단계부터민 관협력연구를추진하고있다. 유럽의경우범유럽연구프로그램인 Horizon 2020 의 5G 이동통신네트워크기술개발민 관합동프로그램인 5GPPP(5G Public Private Partnership) 를통해 METIS-II, 2) FANTASTIC-5G 3) 등 19 개의대형과제를통한원천연구를수행중이며, 본격적인 5G 이동통신시스템설계단계돌입을위해 5G 이동통신서비스의요구사항및원천기술적용가능성을검토중이다. 이와더불어학계에서는영국 Surrey 대학교 5G 혁신센터를중심으로보다폰, 삼성, 화웨이, 로데슈바르츠등다양한산업체와컨소시엄을통해세계최초 5G 이동통신기술개발을목표로 5G 이동통신전분야에대해연구를진행중이다. 중국의경우, 공업정보화부, 국가발전개혁위원회, 과학기술부와같은정부기관주도로차이나모바일, 화웨이, 차이나유니콤, ZTE 등의민간기업과학계가 IMT 2020 PG(IMT 2020 Promition 2) Mobile and wireless communications Enablers for 2020 Information Society-I 3) Flexible Air interface for Scalable service delivery within wireless Communication Neworks of the 5G 정보통신기술진흥센터 27
주간기술동향 2016. 5. 11. Group) 를결성하여 5G 이동통신기술을개발하고있으며, 현재국내 5G 포럼, LG U+, KT 를포함한해외다수기업들과도협력중이다. 일본의경우 5GMF(5G Mobile Communication Promotion Forum) 를중심으로통신사업자, 단말기제조사, 대학, 연구기관, 외국계기업등이 2020 년도쿄올림픽에서 5G 이동통신상용화를목표로활발하게연구개발을추진중이다. 미국의경우, FCC(Federal Communication Commission) 가 24GHz 이상대역을모바일광대역및차세대이동통신용으로활용하기위한규정제정을발표하고, 이에대한의견수렴을진행중이며, 버라이즌은삼성, 인텔등과 2017 년부터 28GHz 대역에서 5G 이동통신시범서비스를선보일예정이라고밝혔다. 또한, 본격적인 5G 이동통신산업경쟁력강화를위해최근 4G Americas 를 5G Americas 로 4) 변경하여민간역량을집중하고있다. 최근스페인바르셀로나에서개최된 MWC 2016 에서는글로벌기업들을중심으로 5G 이동통신핵심성능지표달성을위한기술개발과다양한산업영역에서응용분야모색을위한시도가있었다. 5G 이동통신핵심성능지표중최대전송속도성능지표를달성하기위해에릭슨은두개의단말을지원하는 MU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output; 다중사용자다중입력다중출력 ) 와빔트래킹기술을사용하여최대 27Gbps 전송속도를시연하였고, 화웨이의경우 6GHz 이하와 6GHz 이상대역의캐리어합성을시도하여최대 70Gbps 전송속도를달성하였다. 그리고초저지연성능지표를달성하기위해노키아는폭스바겐과무인자동차군집주행서비스, 원거리사용자간초고화질영상전송및가상현실게임을시연하였으며, 에릭슨은스카니아와협업을통해차량군집주행서비스및초저지연기반로봇팔제어를위한장거리협업시스템을 5G 이동통신테스트베드초저지연스포츠게임시연무인차량플래투닝시연원격로봇팔제어시연 [ 그림 1] MWC 2016 에출품된 5G 이동통신관련주요제품과서비스 4) LTE-Advanced 와 5G 를포함하여 LTE 모바일광대역기술을대표하는무선산업무역협회 28 www.iitp.kr
ICT 신기술 전시하였다. 마지막으로다수접속성능지표를달성하기위해에릭슨, 노키아, 퀄컴, 인텔그리고화웨이등이 NB-IoT(Narrow Band Internet of Things: 협대역사물인터넷 ) 기술을선보였다. 뿐만아니라 5G 이동통신주도권선점및조기상용화달성을위해 AT&T 와버라이즌등은표준화일정보다앞선시범서비스계획을발표하였으며, 현재 5G 이동통신규격및주파수대역이확정되지않은상태에서향후규격변화에유연하게대응하기위해화웨이, 노키아등의장비업체를중심으로 SW 기반 5G 이동통신기지국장비가전시되었다. 2. 국내 5G 이동통신기술개발동향민간측면에서는이동통신 3 사및제조업체별로 2016 년수립된 5G 이동통신비전과핵심성능지표를달성하기위해사용자체감성능향상, 대용량사물인터넷인프라구축및저지연고신뢰통신측면에서연구개발을진행하고있다. KT 의경우, 8 대핵심성능지표중최고속도, 사용자체감속도, 저지연및기기연결수를주요핵심인자로고려하고있으며, 5G 이동통신네트워크를단순한하나의네트워크가아닌 4G 이동통신네트워크의진화된형태와무선랜이결합된상호보완하는형태의통합망으로구상하고있다. 이를위한핵심기술확보를위해특히밀리미터파대역, 5G 이동통신의새로운 RAT(Radio Access Technology), 대용량 MIMO, 유연한무선접속네트워크구조에대해집중적으로연구하고있다. 2016 년 3 분기까지대도시환경에서셀간이동성검증을위해 5G 이동통신테스트클러스터구축계획을수립중이며, 향후 2017 년 4 분기까지우면동에위치한 5G 이동통신 R&D 센터를중심으로싱크뷰, 5G safety, 360 도 VR, 홀로그램 Live 서비스를평창동계올림픽시범서비스로시연할예정이다. 최근개최된 MWC 2016 에서는실시간 HD 급방송이가능한 5G Live 브로드캐스팅과밀리미터파기반최대 25Gbps 빔트래킹기술을시연하였다. SK 텔레콤의경우, 5G 이동통신을 4G 이동통신대비단순히빠르기만한기술이아니라사용자들에게새로운서비스경험및파트너들에게새로운비즈니스기회를제공하는기술로생각하고있다. 이러한요구사항을충족시키기위해 4G 이동통신에서진화된무선전송기술과 5G 이동통신신규무선전송기능이연동되어끊김없는서비스를지원할수있는 5G 이동통신망에대한구조설계에중점을두고있다. 점진적인 5G 이동통신도입을고려하여초기에는기존 LTE 전국망을기반으로핫스팟지역에 5G 이동통신셀을스몰셀형태로연동시켜안정된서비스와높은전송속도를동시에제공하며, 점진적으로 NFV(Network Function Virtualization; 네 정보통신기술진흥센터 29
주간기술동향 2016. 5. 11. 트워크기능가상화 ) 와 SDN(Software Defined Network; 소프트웨어정의네트워크 ) 기술을바탕으로네트워크장비의확장성과가용성을높여서 5G 이동통신인프라장비를고도화해나갈계획이다. 현재 2015 년 10 월에개소한 5G 이동통신글로벌혁신센터를통해 5G 이동통신기술개발및표준화를진행중이며, 가상화기지국, 네트워크슬라이싱등 5G 이동통신기술의실효성검증에많은힘을쏟고있다. 이를위해인텔과 5G 이동통신핵심기술공동연구개발에합의하고, 퀄컴과 5G 이동통신용기기프로토타입개발및에릭슨과 5G 이동통신시험망개발관련하여협력하고있다. 최근개최된 MWC2016 에서는 3D 홀로그램기술과밀리미터파기반최대 20Gbps 급전송속도를시연하였다. LG U+ 의경우, 노키아, 화웨이, 삼성등제조사와협력하여 5G 이동통신기술확보를진행중이며, 2015 년 12 월에 5G 이동통신기술시험센터를구축하여자율주행차량, 드론, 웨어러블, 센서등 5G 이동통신기반서비스에대한기술과장비개발을추진중이다. 타사업자와마찬가지로 5G 이동통신도입초기에는기존 4G 이동통신망위에각지역에서의주사용서비스특성, 고객의밀집도및사용패턴을고려하여오버레이형태로구축예정이며, 인프라가생성하는정보를연계 분석하여고객맞춤형서비스를제공하고망운영효율을극대화하는것에중점을두고있다. 이를위해각망요소의모듈화를토대로빠른서비스개발, 개발비절감및원클릭고객맟춤서비스를제공하는것을목표로삼고있다. 비록최근개최된 MWC 2016 에서별도의전시관을마련하지않았지만, 화웨이등협력업체와다양한 5G 이동통신기술을시연중이다. 제조업체에서는삼성전자가 2014 년 10 월세계최초 100km/h 속도로이동중에 11.3Gbps 데이터전송속도를가지는 5G 이동통신기술을시연하였으며, 현재광대역초고속전송을위해 6GHz 이상초고주파대역과 6GHz 이하대역에대한 5G 이동통신기술연구개발뿐만아니라 5G 이동통신연동이가능한 4G 이동통신진화기술을개발중이다. 그리고영국의 5G 혁신센터의멤버참여및글로벌주요기관 기업과협력채널을마련중이며 KT 와평창동계올림픽에서 5G 이동통신시범서비스를목표로협력중이다. 최근개최된 MWC 2016 에서는밀리미터파대역에서기지국간핸드오버기술을세계최초로시연하였으며, 핸드오버시에도 2Gbps 급이상의전송속도를유지하였다. LG 전자의경우, 3GPP LTE 표준화주도력강화를위한 5G 이동통신표준화아이템발굴과기반기술개발을위해주파수자원최적활용기술개발, 5G 이동통신기반의셀룰러사물인터넷신규응용실현기술개발에중점을두고있다. 특히, 사물인터 30 www.iitp.kr
ICT 신기술 넷분야버티컬산업체와의협력을통한 5G 이동통신의핵심애플리케이션발굴을위해자동차기업과의협력을강화하고있다. 이와더불어 5G 이동통신초고주파요소기술연구및표준화협력을위해 2015 년 6 월부터미래창조과학부주관으로수행중인한중국제공동연구과제에참여하고있다. 3. 5G 이동통신표준화동향 ITU-R(International Telecommunication Union-Radio; 국제전기통신연합전파통신총국 ) WP5D (Working Party 5D) 에서는 2020 년이후미래이동통신을위한 IMT-2020 비전권고서인 Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond 를우리나라주도하에 2015 년 6 월에완성하여 IMT-2020 서비스시나리오및주요성능지표를제시하였다. ITU 가정의하는 5G 이동통신개념은 20Gbps 의최대전송속도를제공하고, 어디에서든 100Mbps 이상의체감전송속도를제공하는것을목표로한다. 이를위한주요성능지표는최대전송속도, 이용자체감전송속도, 주파수효율성, 고속이동성, 전송지연, 최대기기연결수, 에너지효율성그리고면적당데이터처리용량의총 8 개항목으로구성되며, 과거처럼전송속도를올리는데주안점을두지않고, 향후사물인터넷시대를맞이하여대량의접속을지원하거나자율주행 WRC-07 WRC-12 WRC-15 WRC-19 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 IMT-Advanced(4G) 표준화 IMT-2020 (5G) 표준화 요구사항 & 평가방법 후보기술제안 후보기술평가 표준개발 비전권고 & 기술동향보고서 요구사항 & 평가방법 후보기술평가 후보기술제안 표준개발 Study Item Work Item Rel. 10(LTE-Advanced) Rel. 11 Rel. 12 Rel. 13 Study Item Rel. 14~15 Work Item < 자료 > ITU-R 5G 비전및표준화현황, 한국전자통신연구원통신인터넷연구소, 2015. 4. [ 그림 2] ITU-R 및 3GPP 5G 이동통신표준화일정 정보통신기술진흥센터 31
주간기술동향 2016. 5. 11. 5G 연구, 시제품 5G 표준화 5G 제품및시장전개 Recommendation vision of IMT beyond 2020 WRC-15 Technical Performance Requirements Evaluation Criteria Proposals for IMT-2020 WRC-19 Evaluation IMT-2020 Specifications 3GPP 3GPP 5G Study 3GPP Rel-15 5G Phase I 3GPP Rel-16 5G Phase II 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 - Rel-14(2016 년 3 월 ~2017 년 6 월 ): 5G 이동통신 Study Item - Rel-15(2017 년 6 월 ~2018 년 9 월 ): 1 단계 5G 이동통신초기규격개발 - Rel-14(2018 년 9 월 ~2019 년 12 월 ): 1 단계 5G 이동통신규격완성 < 자료 > 5G timeline in 3GPP, 3GPP, 2015. 3. [ 그림 3] 3GPP 단계별 5G 이동통신표준화추진전략 차등을위한저지연을지원하고있다. 5G 이동통신비전을기반으로 2017 년 3 월에 5G 이동통신기술성능수치를정하며, 2017 년 10 월부터 2019 년 6 월까지 5G 이동통신후보기술을접수받아 2020 년 10 월에 5G 이동통신표준을승인할계획이다. 현재우리나라는글로벌표준선도를위해주도적으로 IMT-2020 서비스시나리오및주요성능지표를제시하는것이외에도다양한활동을추진중이다. 5G 이동통신주파수관련하여제 5 차 ITU 세계전파통신회의아태지역준비회의 (APG-15 회의 ) 에서 6GHz 이상대역분배의제를주도하여작성하는한편 2015 년 12 월에열린 WRC-15 에서 24.25~86GHz 대역내에 5G 이동통신주파수발굴을 WRC-19 의제로채택하는데성공하였다. 그리고차세대이동통신의표준화절차를주도하는 ITU 전파통신총회 (RA-15) 에서한국인 5 명이제 1 연구반 (SG1) 등산하실무진의부의장에임명되었으며, ITU 가새로구성한 5G 이동통신표준연구반에서도한국인이표준연구반부의장직을수행하게되었다. 그외에도 CJK(China-Japan-Korea; 한 중 일 ) 이동통신표준협력그룹을통해 5G 이동통신국제표준공조를위한협력회의를정례화하고, ITU 의 5G 이동통신주요이슈에대한사전조정및공동기고문관련협력을진행중이다. 32 www.iitp.kr
ICT 신기술 III. 5G 이동통신정부정책현황 정부는 5G 이동통신을창조경제의근간인 ICT 산업을혁신하는지식 정보의유통핵심인프라이자국가미래성장동력으로육성중이다. 5G 이동통신은국정과제, 경제혁신 3 개년계획및 13 대미래성장동력에포함되어추진되고있으며, 2020 년까지의청사진인 미래이동통신산업발전전략 을수립하여추진중에있다. 발표된전략은 세상에서가장앞선 5 세대이동통신강국실현 을비전으로정하여 5G 이동통신시장조기활성화 (Market Activator), 5G 이동통신표준화글로벌선도 (Standard frontier), 도전적 R&D 추진 (Technology leader), 스마트신생태계조성 (Ecosystem Renovator) 등 MASTER 전략 을담고있다. 또한, 성공적인 5G 이동통신전략추진을위해정부는미래부, 산업체, 연구소등이참여하는민 관고위급협의체이자컨트롤타워로서 5G 전략추진위원회 를구성하여모두의역량을결집하고있으며, 민간에서는통신 3 사, 이동통신관련제조사등으로구성된 5G 포럼 을설립하고 5G 이동통신모바일서비스생태계조성을위한민간협력을추진하고있다. 주요일정으로는 2015 년말에시연한 Pre-5G 핵심서비스를토대로 2018 년평창동계올림픽에서한국의 5G 이동통신기술선도를보여주기위해다양한시나리오기반의 5G 이동통신시범서비스를제공한후 2020 년에세계최초 5G 이동통신상용서비스를제공할계획이다. 이를위해정부는 2020 년까지국제표준특허경쟁력 1 위라는도전적목표를설정하고 5G 이동통신핵심원천기술개발에박차를가하고있다. 주요추진체계로한국전자통신연구원 (ETRI) 을중심으로 5G 통합과제를추진중이며, 2018 년평창동계올림픽에서 5G 이동통신시범서비스제공을목표로 C(Contents)-P(Platform)-N(Network)-D(Device) 를연계한기가코리아사업등을추진하고있다. 5G 통합과제는 5G 이동통신원천기술개발의기술선도형연구개발과기술상용화목표의시장지향형연구개발로구분하여추진중이다. ETRI 에서개별적으로진행되고있던기존 10 개의과제를한개의초대형단일과제로통합하여 2015 년기준으로 272 억을편성하여진행하고있다. 범부처기가코리아사업은홀로그램, 초다시점영상등 5G 이동통신서비스를 2018 년평창동계올림픽에서시연을목표로 2015 년 410 억원을편성하여추진하고있다. 특히, 5G 이동통신네트워크분야에 132 억원을투자하여개인별기가급서비스를제공하기위한밀리미터파 5G 이동통신단말및시스템연구개발을진행하고있다. 정보통신기술진흥센터 33
주간기술동향 2016. 5. 11. [ 표 1] 5G 통합과제기술선도형및시장지향형연구개발현황 구분추진단계연도중점확보기술 기술선도형 시장지향형 1 2014~2015 2 2016~2017 3 2018~2020 1 2014~2015 2 2016~2017 (5G 이동통신기초기술 ) 무선전송용량증대, 면허대역기반근접디바이스간직접통신, 고효율무선랜 (5G 이동통신무선기술 ) 고효율변조및다중접속기술, 저지연 고신뢰전송기술, 이동형소형기지국, 고집적안테나, 밀리미터파이동통신시스템등 (5G 이동통신변혁기술 ) 테라헤르츠대역, OAM( 오에이엠 : Operations, Administration and Maintenance) 기술, 디바이스네트워킹 (Pre 5G 이동통신상용시스템 ) 소형기지국, RRH( 리모드라디오헤드 : Remote Radio Heads), 광역와이파이단말및 AP 등 (5G 이동통신진화시스템 ) 무선백홀시스템, 엔터프라이즈클라우드기지국및코어시스템등 (5G 이동통신변혁시스템 ) 6GHz 이하대역및밀리미터파기 3 2018~2020 반 5G 기지국및단말, 5G 모바일코어시스템등 < 자료 > 미래성장동력종합실천계획 ( 안 ), 관계부처합동, 2015. 3. 또한, 5G 이동통신국제표준화대응및주도권확보를위해중국, EU(European Union; 유럽연합 ) 등과국제공조를추진하고있다. 현재중국과 2 년간총 16 억원규모로 5G 이동통신초고주파요소기술공동연구및표준화추진기반수립을위한공동연구를추진중이며, EU 와 5G 이동통신네트워크기술개발분야에 2 년간총 36 억원을투입할예정이며, 한 EU 간컨소시엄구성을위한 ICT 2015 행사가 2015 년 11 월에성공리에개최되었다. IV. 결론및시사점 2016 년부터본격시작될것으로예상되는 5G 이동통신표준화에맞추어세계각국은 2020 년서비스가개시될 5G 이동통신주도권확보를위해치열하게경쟁하고있으며, 국가차원의투자를본격화하고있다. 특히, 중국은 2018 년 6 월러시아월드컵을, 일본은 2020 년도쿄올림픽을중요한기회로활용할계획이다. 우리나라도 2018 년평창동계올림픽에서 5G 이동통신시범서비스제공및 2020 년 5G 이동통신상용서비스제공을추진하고있다. 특히, 2018 년 5G 이동통신시범서비스를통해글로벌레퍼런스모델을제시하고, 이를통해향후 5G 이동통신표준반영의발판으로삼을계획이다. 현재신규시장조기발굴과타국에앞선 5G 이동통신기술시연을기반으로한표준선점이 34 www.iitp.kr
ICT 신기술 무엇보다도중요한시점이다. 이를위해미래부는평창동계올림픽조직위와평창 ICT 동계올림픽추진포럼을통해분야별 서비스별세부실행방안을수립중이다. 현재 5G 이동통신은단순한미래이동통신기술을넘어 WiBro 상용화시달성하지못했던시장확산, 기술개발, 표준과생태계조성이라는큰당면과제와국가신성장동력산업으로육성을통해이동통신분야산업경쟁력세계 1 위달성이라는비전을제시하고있다. 향후국가성장동력산업으로서 5G 이동통신기기 장비수출과내수그리고통신서비스부문에서막대한경제적파급효과를창출할것으로전망되기에민간과정부가협력하여역량을집중해나갈계획이다. [ 참고문헌 ] [1] 창조경제실현을위한미래이동통신산업전략, 미래창조과학부, 2014. 1. [2] 조성호, 김병석, 김대희, 5G 추진현황및진화전략, SKT, KT, LG U+, 2015. 11. [3] 황성수, 5G 기술동향과향후예상흐름, 삼성전자, 2015. 11. [4] 김태중, 밀리미터파활용 5G 이동통신시스템개발현황, 한국전자통신연구원, 2015. 11. [5] 국민소득 4 만불실현을위한 미래성장동력 발굴 육성계획, 미래창조과학부, 2014. 3. [6] ITU-R 5G 비전및표준화현황, 한국전자통신연구원통신인터넷연구소, 2015. 4 [7] 미래성장동력종합실천계획 ( 안 ), 관계부처합동, 2015. 3. 정보통신기술진흥센터 35