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5G 이동통신 기술 동향 및 시장성분석

  • 등록일자

    2018-09-10

  • 초록

    1. 서언

    다양한 스마트 미디어기기의 대중화와 더불어 모바일 사물인터넷 및 웨어러블 기기 등 다양한 단말들이 출시되고 있다. 이로 인한 무선데이터 트래픽의 폭증은 초고속/대용량/고품질 미디어에 대한 새로운 수요 니즈를 발생시켰다. 그러나 3G~4G 시스템 시기에 가장 많은 확산지수를 보인 WLAN(Wireless Local Area Networks)과 같은 모바일 네트워킹 기술로는 대용량 멀티미디어 트래픽을 수용하기 위한 가용주파수 확보, 투자비 및 운용비 측면에서 효과적이지 못하다는 결론에 이르게 되었다. 이에 광대역/초고속 전송속도를 실현할 수 있는 5G 시스템으로의 획기적인 전환을 통해 개방형 생태계 중심의 모바일 빅뱅(mobile big-bang)을 예고하고 있다. 5G 이동통신 시스템은 ICT 산업 전반을 혁신하는 핵심 인프라로서 무선통신(이동통신, 모바일 통신) 기술의 결정판이라고 할 수 있을 정도로 획기적인 대변혁을 예고하면서 2020년 세계 최초로 국내 기술력으로 상용 서비스를 준비하고 있다.

    이 연구에서는 사람/사물/정보가 언제 어디서나 연결될 수 있는 차세대 초고속 무선통신 기술로 정의할 수 있는 5G 이동통신 시스템의 목표 및 핵심기술에 대해 설명한다. 아울러 5G 시스템의 기술적 검토사항 및 요구사항(네트워크 측면/유무선 융합 및 서비스 측면)에 대해 설명한다. 끝으로 5G 이동통신 시장성분석 정보를 제시한다.

     

    2. 5G 이동통신 기술 개요

    2.1. 5G 이동통신 시스템의 목표

    5G 이동통신 시스템은 4G-LTE(Long Term Evolution)보다 1,000배 빠른 사용자당 1Gbps급, 기지국당 100Gbps의 초고속 전송률과 1ms의 빠른 접속속도, 최대 500km/h의 이동성 보장, 사용자당 1000분의 1의 에너지효율성 향상, 사용자와 인터랙션을 통한 감성 만족 등을 추구하고 있다. 이를 통해 사람/사물/정보가 언제 어디서나 연결될 수 있는 차세대 초고속 무선통신 기술로 정의할 수 있다. 아울러 스마트 디바이스의 폭발적인 증가(2010년 90억 개에서 2020년 7조 개 예상)와, 스마트 단말의 대중화에 따른 데이터 트래픽의 폭발적인 증가(2011년 2ZB → 2020년 35ZB 예상, 전 세계 스마트단말 보급률 10년 내 3.5배 증가, 단말당 트래픽 약 20~120배 증가, 전 세계 M2M 단말 보급률 10년 내 500배 증가) 등에 따라 고품질 매체에 대한 요구가 급증하면서 이동통신 사업자 중심의 폐쇄적인 생태계에서 개방형 생태계로의 전환을 목표로 하고 있다[1, 2]. 이러한 새로운 이동통신 환경 및 비즈니스 모델 변화에 선제적으로 대응하기 위해서는 ⅰ) IT/NT/BT 기술력이 융합된 다중센서 기반의 노드 에너지 하베스팅 기술, ⅱ) 지능적인 정보수집을 통해 각 노드 간 다양한 통신, ⅲ) 이 기종 연동 기술을 이용한 실시간 응용서비스 등 다양한 융합 센서 네트워킹 기술이 필요하다[3, 4](그림 1 참조).

     



    * 자료: 한국전자통신연구원(2016.01.)

    [그림 1] 5G 이동통신 시스템의 네트워킹 구조

     

    2.2. 5G 이동통신 시스템의 핵심기술

    새로운 이동통신 환경에 선제적으로 대응할 수 있는 융합 센서 네트워크를 구현하기 위해서는 다음과 같은 핵심기술이 필요하다[3, 5~7].

     

    ― 안테나, RF MODEM(변복조기)을 수용하는 물리계층 및 무선네트워크용 MAC(Media Access

       Control) 기술로 이루어진 무선 노드 전송 기술들을 기반으로 저전력 무선네트워크 노드

       운영체제, 하드웨어 및 소프트웨어 기술 및 무선통신 융합 센서 노드 설계 기술이

       필요하다.

    ― USN(Ubiquitous Sensor Network), WLAN, BcN(Broadband convergence Networks), Smart grid 등

       센서네트워크 보안 및 미들웨어(middleware) 기술이 필요하다.

    ― 초연결(hyper-connectivity) 및 초실감 지식(지능)의 속성을 만족할 수 있는 광대역통신

    서비스 기술과, 아울러 다양한 무선 표준을 단일 기기에 수용할 수 있는 멀티모드

    초고속 무선통신 시스템 기술이 필요하다.

    ― 기타 WCDMA 기반 셀룰러 및 핸드오프 기술, 캐리어 묶음 기술, 스몰 셀 기술,

       밀리미터파 기술, 다중안테나 기술, ㎜Wave를 이용한 빔 형성 기술(적응형 빔 형성 기술/

    중추 네트워킹 기술/개인 셀 기술) 등 요소기술이 필요하다.

     

    3. 5G 시스템의 기술적 검토사항 및 요구사항

    3.1. 기술적 검토사항

    이동통신 네트워크와 인터넷 네트워크 기술은 서로 다른 설계 원칙하에 설계되었으며, 이로 인해 현재의 All-IP 이동통신 네트워크에서 기존의 TCP/IP 기반 네트워킹과 이에 기반한 응용서비스들은 많은 한계점을 나타내고 있다. 따라서 5G 이동통신 네트워크의 기술적 이슈를 도출하기 위해서는 가장 핵심적인 무선(wireless)과 이동성(mobility)의 관점에서 현재의 TCP/IP 서비스 구조에 대한 다음과 같은 기술적 검토가 필요하다. 아울러 ⅰ) 제한된 식별자 구조, ⅱ) 부가적이고 중앙집중형 방식의 이동성 지원, ⅲ) 무선링크, ⅳ) 제한된 성능의 이동 호스트, ⅴ) 종단 호스트 기반 프로토콜 등 기술적 요구사항을 만족할 수 있는 기술개발 로드맵(TRM)이 필요하다[8]. 5G 시스템의 기술적 목표는 각 사용자당 1Gbps급 이상의 데이터 전송률과, 다양한 기기 간 초연결성을 보장하는 것이다.

    이를 위해 획기적인 전송용량 증대와 아울러 기기의 에너지효율성을 향상시켜야 한다. 이를 통해 신규 서비스를 창출하고 복지인프라를 구축하고 세계화를 추진하는 것이다. 한국이 지속 가능한 First-mover가 될 수 있는 국가정책 수립, R&BD 활성화, 모바일 신 서비스 창출 등 5G 상용화 전략이 필요하다. 이를 구현하기 위해 정부 주도로 ‘5G포럼’을 결성하여 5G 비전과 서비스 개발, 5G 주파수 대역 및 스펙트럼 요구량에 대한 연구, 5G 핵심기술에 대한 정의, 글로벌 화합(harmoni-zation)을 위한 협력 활동, 5G에 대한 산업체 전략과 정부 정책 방향에 대한 조율 등 다양한 사업을 전개하고 있다[9].

    3.2. 기술적 요구사항

    5G 이동통신 시스템은 CPND(Contents/Platform/Network/Device) 기반의 네트워크 측면, 유무선 융합 측면, 서비스 측면에서 다음과 같은 다양한 기술적 특성이 요구된다[10].

     

    3.2.1. 네트워크 측면의 요구사항

    IP 기반 고정형 네트워크 구조에서 SDN(Software Defined Network)과 같은 유연한 구조로 전환하여 콘텐츠 기반의 상황인지 응용 네트워크를 구축할 수 있는 기술적 특성이 요구된다. 이동 액세스의 경우에는 기존의 셀룰러 대역이 비 허가대역과 공존할 것으로 예상되는바, Giga급 신규 주파수대역이 확보된 네트워킹 기술이 요구된다. 아울러 육감적인 센싱을 이용한 제스처 인식 단말, 보이지 않는(invisible) 단말, 플렉시블 단말 등을 수용할 수 있는 네트워킹 기술이 요구된다. 궁극적으로 5G 단말은 4G 시스템에 비해 실감 및 감성교류가 가능한 사용자 중심의 서비스 허브가 될 것으로 예상된다.

     

    3.2.2. 유무선 융합 및 서비스 측면의 요구사항

    5G 시스템은 셀룰러 기반의 유무선 융합 전송 기술과 다양한 무선 액세스 수요를 수용하여 사용자에게 1Gbps급의 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 이에 광 기반 분산 네트워킹 및 분산 트래픽 처리 기술, 트래픽 제어 및 이동성 제어 등의 제어 메커니즘 단일화 기술, 효율적인 자원할당 기술, 네트워크 동적 가상화 기술 등 유무선 융합 네트워킹 기술이 요구된다. 초연결 인프라, 실감형 디스플레이, 지능형 제어 기능이 결합된 Giga급 멀티미디어 콘텐츠 기반의 개인화된 지식응용서비스를 구현할 수 있는 분산 모바일 클라우드, 지식 기반 상황인지, 바이오센싱 기능 등 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 아울러 FMC(Fixed Mobile Convergence) 기술, WLAN 연동 기술, 3GPP와 BBF 연동 기술 등 유무선 융합 네트워킹을 위한 기술적 요구사항이 있다[11~13].

     

    4. 5G 이동통신 시장성분석

    4.1. 글로벌 CPND 시장규모 전망

    2020년이 되면 전 세계적으로 약 500억 대의 스마트 미디어기기가 보급될 것으로 예상됨에 따라 새로운 고품질 매체에 대한 요구가 급증하면서 새로운 이동통신 환경 및 비즈니스 모델의 획기적인 변화가 예상된다. 이러한 변화를 통해 이동통신 사업자의 투자 대비 수익 감소에 따른 불합리한 투자 및 수익 구조를 개선할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이에 5G 이동통신 네트워크는 early adapter 시장뿐만 아니라 모바일 핵심 인프라 시장의 성장엔진으로 포지셔닝 되고 있다[14, 15]. 2020년 상용 서비스 이후 5G 이동통신 기술이 완전한 성숙 단계에 이르고 사용자층이 전 세계적으로 확산될 시점으로 예상되는 2026년 5G 이동통신 관련 전후방(C/P/N/D) 글로벌 시장규모는 1조 1,588억 달러, 국내 시장규모는 381억 달러의 초대규모 시장이 형성될 것으로 예상된다[16](표 1 참조).

     

    < 표 1> 5G 이동통신 관련 전후방(C/P/N/D) 시장규모 전망_2026
















    구분 세계시장 국내시장 세계시장 점유율[%]
    시장규모[억 달러] 11,588 381 3.29

     

    * 자료: 임지택(2014.12.16) / 재구성

     

    4.2. 5G 시스템 융합기술의 시장성분석

    4.2.1. IoT 산업의 시장 성장 추이

    5G 이동통신 시스템의 핵심 서비스인 IoT(Internet of Things) 산업의 초기 단계에서는 홈 어플라이언스 및 조립제조 분야와 정부 및 공공부문의 IoT 서비스가 확산되면서 점차 시장이 성장할 것으로 예상된다. 컴포넌트 및 프로세스 등 모든 ICT 리소스를 포함한 전 세계 사물인터넷 관련 기술 및 서비스 매출규모가 2012년 4조 7,000억 달러에서 연평균 8.8%의 성장을 지속하여 2017년에는 7조 3,000억 달러의 대규모 시장을 형성할 것으로 예상하고 있다[17, 18]. 사물인터넷 기술 관련 글로벌 매출액 추이를 <표 2>에 나타낸다. 

     

    < 표 2> 사물인터넷 기술 글로벌 매출액 추이















    구분 2012 2017 CAGR[%]: (2012~2017)
    매출액[억 달러] 4.7 7.3 8.8

                                                                             * 자료: IDC(2014.03) / 재구성

     

    4.2.2. 클라우드 기술 시장동향

    클라우드 컴퓨팅 인프라 및 서비스 기술은 2012년을 기점으로 국내 시장점유율이 높아지고 있다. 대상 기술 제품은 클라우드 컴퓨팅 관련 SW 및 HW 시장에서 서비스 사업자에게 공급되는 솔루션, 응용소프트웨어, 인프라 및 하드웨어와 통합된 형태의 단말기가 보급되고 있다[19]. 클라우드컴퓨팅 기술 관련 전후방 부품 및 제품 군으로는 클라우드 클라이언트용 SoC, Thin/Zero 클라이언트, 기업용 태블릿PC 및 클라우드형 OTT Box 등이 주를 이루고 있다. 클라우드 클라이언트용 SoC를 적용한 제품 군으로는 태블릿PC가 압도적으로 높은 것을 알 수 있다. 이는 2011년 7월부터 본격 서비스가 개시된 4G-LTE용 스마트폰 이용률이 반영된 것으로 판단된다[20~22]. 각 제품 군의 글로벌 시장규모를 전망해보면 <표 3>과 같다.

     

    < 표 3> 클라우드 컴퓨팅 전후방 제품 군의 글로벌 시장 추이[단위: 100만 달러]





































































    구분 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 CAGR[%]
    SoC 8,038 9,565 11382 13,545 16,118 19,181 22,825 19
    클라이언트 258 349 471 636 858 1,158 1,564 35
    태블릿PC 8,146 21,656 34,108 53,721 84,610 133,261 209,887 57.5
    OTT box 등 3,187 6,215 12,119 23,632 48,082 89,860 175,228 95
    19,629 37,785 58,080 91,534 149,668 243,460 409,504 -

    * 자료: Gartner, Juniper Research, Global Industry Analysts, Inc.,

    Display search 등의 자료를 종합하여 재구성

     

    5. 결언

    국내 유무선네트워크 인프라를 Giga급으로 향상시키고 CPND 기술을 획기적으로 향상시키는 동시에 서비스 실증을 통해 이를 검증하여 5G 이동통신 시대에 대응해나가고 있다. 이를 위해 기가 코리아(Giga KOREA) 구축 사업이 2013년부터 시작되어 5G 이동통신 상용 서비스 목표 시점인 2020년까지 추진되고 있다. 이는 실감형 3D/4D/홀로그램 콘텐츠를 실시간 양방향으로 전송할 수 있는 Gbps급 유무선 통합 인터넷 개발을 핵심으로 하고 있다. 기가 코리아 구축 사업을 통해 사용자 맞춤형 실감서비스를 제공함으로써 라이프스타일의 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대하고 있다.

    5G 시스템은 매크로 셀, 마이크로 셀, 스몰 셀 및 릴레이 등 다양한 형태의 셀(cell)과 통신방식들이 적용될 것으로 예상된다. 아울러 매우 다양한 융합기술들과 접목됨으로 인해 주파수가 혼재되어 매우 복잡한 상황이 전개될 수도 있다. 이러한 환경에서 대용량 MIMO 시스템 및 이동 펨토 셀(femto cell) 등은 주파수를 효율적으로 활용할 수 있는 매우 좋은 방법이 될 수 있을 것이다[3]. 아울러 이러한 주파수 효율성 문제는 모바일 통신에서 가장 중요한 자원이기 때문에 5G 시스템뿐만 아니라 3G 및 4G-LTE(A) 셀룰러 네트워크에서도 범용의 고속 데이터전송 기술에 적용할 수 있어 지속적인 기술(성능) 개선을 위한 연구가 필요하다.

     

    References

    1. “창조국가 실현을 위한 미래 이동통신 산업발전전략”, 과학기술정보통신부 보도자료, 2015. 1. 22.

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    3. 박세환, “5G 이동통신 산업동향 분석”, 도서출판 하연, 2015. 1. 15.

    4. 김일규, “밀리미터파 기반 5G 이동통신 기술 동향”, 한국전자통신연구원, 2016. 1.

    5. “차세대 유무선 통신네트워크기술(5G) 개요”, 2014 기술수준평가(온라인) 자료, 한국과학기술기획평가원, 2016. 6.

    6. 김동기 외, “5G 이동통신 기술 전망 및 동향”, PM Issue Report, 제1호 이슈2, 2015. 3.

    7. 홍승은, “국내 5G 기술 개발 현황”, ICT Firum Korea 2013 발표자료, 한국전자통신연구원, 2015. 9.

    8. 정희영, 고석주, “5세대 이동통신에서의 네트워크 이슈”, 특집원고 I, 정보과학회지, 2015. 9.

    9. http://www.5gforum.org

    10. 김동구 외, “5G 이동통신 비젼 및 추진전략”, 정보와 통신, 2015. 12.

    11. 3GPP TS 23.234 v. 8.0.0, “3GPP system to Wireless Local Area Network(WLAN) interworking;

    System description”.

    12. 3GPP TS 23.402 v. 12.2.0, “Architecture enhancements for non-3GPP accesses”.

    13. 3GPP TR 23.839v. 12.0.0, “Study on support of Broadband Forum(BBF) access Inter-working”.

    14. “Forecast: Mobile Devices by Open Operating System, Worldwide, 2009~2016”, Gartner, 2015. 6.

    15. “Market Trends: Low-Cost Application Processors Will Drive the Growth of Meida Tablets and Derivatives, Worldwide, 2012“, Gartner, 2016. 5.

    16. 임지택, “특허로 보는 산업분석: 5세대 이동통신”, 2016. 12. 16.

    17. “Worldwide Internet of Things Spending by Vertical Market 2014~2017 Forecast”, Document# 246384, IDC, 2015. 3.

    18. http://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS24671614

    19. 김병일 외, “클라우드 컴퓨팅 생태계 및 정책 방향“, 전자통신동향분석 제27권 제2호, 한국전자통신연구원, 2015. 4.

    20. “클라우드 컴퓨팅 시장 분석 및 전망”, http://bizkhan.tistory.com/1640, 2015. 3.

    21. “국내 클라우드 컴퓨팅 시장, 연평균 30.3% 성장”, 벤처스퀘어, 2015. 3.

    22. Gartner, Predicts 2015, 2015. 11.

  • 출처

    KOSEN 분석리포트

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