하늘에서도 5G 서비스가 이용 가능한 시대가 온다
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기사 제목: KT, UAM 전용 '5G 항공망' 구축 완료
기사 링크:https://zdnet.co.kr/view/?no=20221005093738
KT가 국내 최초로 한국형 도심항공교통(UAM) 생태계 활성화를 위한 UAM 전용 5G 항공망 구축과 성능 검증을 마쳤다. 해당 항공망은 K-UAM 그랜드챌린지 1단계 실증사업에서 전남 고흥항공센터 일대의 회랑과 버티포트에서 UAM 운항에 필요한 통신 서비스를 제공할 계획이다.
KT는 UAM의 운항 고도인 300~600m에서 안정적인 5G 서비스를 제공하기 위해, 자체 개발한 3차원 커버리지 최적 설계 기술과 네트워크 슬라이스 기술 등을 적용했다. 3차원 커버리지 설계 기술은 5G 네트워크 커버리지를 3차원으로 적용해 최적화하는 기술로, UAM이 운항되는 모든 고도에서 커버리지 홀이나 간섭이 발생하지 않도록 한다. 네트워크 슬라이스 기술은 특수·일반 목적의 트래픽을 각각 분리해 통신 서비스 품질을 보장하는 기술로, UAM의 안정적인 운항을 위해 네트워크 부하가 심한 상황에서도 관제와 제어 데이터의 전송 신뢰성을 유지하여 주요 트래픽들에 대한 전송 품질을 보장한다.
KT는 해당 5G 항공망을 K-UAM 컨소시엄사, UAM 관련 중소 기체 제작사와 운항사 등에 제공 및 협력을 통해 최적의 항공망 프로파일과 설계, 운영 노하우 등을 축적할 계획이다. 이 외에도 내년부터는 위성통신과 양자암호통신 기술을 적용해 UAM 운항에 필수적인 통신 서비스의 보안성과 신뢰성을 크게 높일 계획으로 보인다.
핵심 기술 및 비즈니스 소개
가. 3D 빔포밍(3차원 커버리지 설계 기술)과 다중 MIMO 기술
3차원 커버리지 설계 기술은 5G 네트워크 커버리지를 3차원으로 적용해 최적화하는 기술로, 평면적인 공간에 적용하는 지상 커버리지 최적화와 달리 3차원에 빔 패턴을 모델링 후 최적화 설계를 진행하여 커버리지 간섭이 발생하지 않도록 하는 기술이다.
빔포밍(beamforming)이란 모바일 기기와 네트워크 기지국 양쪽에서 안테나 여러 개로 공급되는 신호의 진폭과 위상을 변화시켜 특정 방향으로 무선 신호를 집중시키는 기술이다. 즉, 전파를 특정 위치로 집중시킴으로써 송출 전력을 증폭하지 않으면서 수신기에 전달되는 신호를 잘 잡을 수 있는데, 해당 경우 주파수가 빔 모양으로 만들어지게 된다고 해서 이를 빔포밍이라고 일컫는다. 빔포밍을 이용하면 사용자가 길을 걸어가는 중이나 건물 내 이동을 하더라도 요건을 충족하는 하나하나의 단말기를 목표로 하는 주파수를 수신할 수 있게 된다. 특정 방향으로 전파를 몰아주고, 필요없는 부분에는 전파를 상쇄시킨다.
5G 기술에서 쓰이는 빔포밍은 대용량 MIMO(multiple-input and multiple-output) 시스템의 안테나를 통해 3D 빔포밍의 형태를 갖추게 된다. 그동안 1차원에서 2차원이었던 빔포밍에 비해, 3차원이기 때문에 단말의 위치를 더 정확히 파악할 수 있고 서로 네트워크로 피드백을 보내기 때문에 어디서든 쉽게 찾을 수 있다.
MIMO 기술은 5G에서만 사용되는 건 아니지만, 안테나 개수가 기본적으로 다르다. 2~4개 안테나만 이용하는 4G와 달리 5G에서는 100개 이상의 안테나 소자를 사용해 수십개 채널에서 데이터를 동시에 전송할 수 있다.
반드시 이 다중 MIMO가 있어야 빔포밍 기술을 실현할 수 있는데, 다중 MIMO는 다수의 사용자에게 무선공간 자원을 분배해 여러 단말이 동시에 접속해도 속도 저하를 막아준다. 이 MIMO를 통해 많아진 송수신 안테나로 빔을 자유롭게 생성해 단말간 간섭이 감소하고, 전송 속도가 향상되며, 무선 용량도 증가한다.
기존 4G에서 사용된 MIMO 기술은 적은 수의 안테나를 사용하고, 1차원인 안테나 배열로 수평방향의 사용자만 구분했다. 5G에서의 다중 MIMO는 수직과 수평방향은 물론 높이까지 감지한 3D로 모든 사용자를 구분하기 때문에 고층 빌딩과 같이 여러 단말이 수직으로 위치한 경우에도 동시에 데이터를 제공할 수 있다.
이러한 3D 빔포밍과 다중 MIMO기술을 바탕으로 다양한 5G 단말기 회사와 통신사들이 5G 통신망 서비스를 지속적으로 개선하고 있다.
나. 네트워크 슬라이싱 기술
네트워크 슬라이싱은 슬라이스의 말뜻 그대로 특수·일반 목적의 트래픽을 각각 분리해 통신 서비스 품질을 보장하는 기술이다. 물리적인 하나의 네트워크를 분할해 다수의 네트워크처럼 쓸 수 있게 하고, 각 네트워크는 가상화된 망 자원과 서버 내 자원을 보장받는다. 이를 통해 동일 네트워크 하에서 각각의 서비스들이 독립 네트워크로 다른 서비스의 영향을 받지 않으면서도 품질을 보장할 수 있다. 이전의 4G와 비교시, 4G는 모든 서비스들이 코어 네트워크라고 불리는 하나의 자원을 공유하기 때문에 개별 서비스간 품질을 보장할 수 없었다. 또 4G는 핸드폰을 연결할 때에만 최적화됐지만, 5G는 다양한 단말이 연결될 수 있다.
5G 네트워크 슬라이싱 기술이 실현되면 네트워크의 품질 신뢰성이 중요한 초고도 서비스들이 구현될 수 있다. 예컨대 개별 독립 네트워크를 통해 자율주행이나 원격운전, 원격수술 등 높은 신뢰성을 필요로 하는 서비스들이 끊김 없이 지속될 수 있다. 또 공업과 공장, 물류와 농업, 통신과 인터넷망 등으로 네트워크가 쪼개져 각 분야에 맞는 특화된 망을 쓸 수 있게 된다.
특히 기업 입장에서는 독립된 네트워크로 자신의 전용망을 갖는 것과 같은 효과가 생긴다. 복잡하고 비싸서 이용하지 못했던 전용망을 채택하는 기업이 많아질 수 있다. 이렇게 되면 통신사들은 새로운 수익을 기대할 수 있고, 품질 유지도 지속적으로 할 수 있다. 이 같은 성격에 따라 해당 기술은은 소비자보다도 기업들에게 큰 혜택을 가져온다고 볼 수 있다. 초기 시장에는 소비자를 위한 B2C 영역에서 신규 서비스가 등장하지만, B2B 시장에 대한 파급력이 더욱 크다고 한다.
시사점 및 인사이트
아직은 하늘이 통상적인 이동 통로로서 여겨지지 않고 있지만, 항공 5G 통신망이 개발되고 있는 실정을 고려한다면 가까운 미래에 UAM이 활성화될 수 있을 것이라고 생각한다. 그렇기에 IT 기술은 지상뿐 아니라 하늘에서도 효과적으로 활용 가능하도록 개발 되는 기조가 형성될 것으로 보인다. 나아가, 개인 항공 이동수단이 활성화되어 모빌리티의 패러다임이 전환되는 시점이 온다면, UAM의 통신망 확보는 각 이동통신사들에게 매우 중요한 과제가 될 것으로 생각하며 그 과정에서 5G 기술이 지속적으로 개선될 것이기 때문에 궁극적으로는 지상의 사용자들에게도 새로운 패러다임의 전환이 가능할 것으로 보인다.
같이 생각해 볼 만한 논점
- UAM 5G 통신망이 활성화되어 통신 시스템이 교란되지 않는다면 스마트폰의 비행기모드가 필요 없어질 수도 있다. 이와 같이 항공 5G 통신망이 가져올 수 있는 편의점에는 어떤 것이 있을까? 혹은 불편한 점에는 어떤 것이 있을까?
- 네트워크 슬라이스 기술은 최근 이슈가 되고 있는 망 중립성과 정면으로 충돌하는 개념이다. 망 중립성이란, 통신망 제공사업자가 모든 콘텐츠를 동등하게 다룰 수 있어야 한다는 원칙인데, 네트워크 슬라이스 기술은 사업자마다 차별적인 속도와 품질을 제공하는 것을 목적으로 하기 때문이다. 통신망의 활용이 점점 과부하되는 시점에서 통신망에 있어 차등을 두는 것과 평등을 추구하는 것 중 어떤 것이 바람직한 것일까?
작성자: ITS 23기 장효원
참고자료
https://bestcal.co.kr/bbs/board.php?bo_table=menu_04_01&wr_id=30
