전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 라이브
KYD 디데이
산업 자동차

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 5G기술의 비밀

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

왜 5G 통신이 왜 필요한가

데이터 통신에서 이동 자유도(Mobility)를 갖기 위해서는 전자파를 이용한 무선통신을 사용할 수 밖에 없다. 4차 산업혁명 시대의 스마트폰, 자율주행자동차, AR (Augmented Reality, 증강 현실), VR(Virtual Reality, 가상 현실) 기기들에는 필수적으로 필요하다.

    김정호 카이스트 교수

그리고 이들 기기에는 UHDTV(Ultra High Definition TV) 수준의 영상 데이터를 보낼 만큼 최고 20Gbps 의 높은 데이터 전송 용량이 필요하다. 그래서 4차 산업혁명 시대의 기본 인프라 중의 하나가 5G 네트워크가 되고, 삼성전자와 중국의 화웨이(Huawei)가 이 새로운 시장에서 격돌하고 있다.

현재 5G 통신 기술에서는 3.4-6GHz 전자파 주파수 대역과 28GHz 높은 밀리미터파(파장이 밀리미터 크기 대역) 전자파 주파수 대역이 후보가 되고 있다. 28GHz 대역을 사용하면 더 높은 데이터 전송 속도를 구현할 수 있지만, 밀리미터 대역을 사용하기 때문에 기술적, 경제적 난관이 많이 있다. 밀리미터 대역에 필요한 송수신 기기용 반도체로는 실리콘 반도체로 구현하기 어려워 GaN 와 같은 새로운 고성능 화합물 반도체를 사용해야 한다. 생산성이 떨어져 비용이 증가한다.

또한 회로, 안테나, 전파 공간에서의 신호 손실이 급격히 증가한다. 따라서 무선 기지국 셀의 크기를 줄여야 한다. 그러면 기지국의 개수가 증가한다. 뿐만 아니라 밀리미터파 전자파는 전파 경로의 직진성이 매우 강하다. 따라서 중간에 물체가 가리면 무선 통신이 끊어지는 현상이 발생한다. 주파수가 10 배 높아지면, 기술적 난이도와 경제성이 약 100 배는 어려워진다고 보면 된다. 따라서 당분간 5G 통신은 3.4-6GHz 대역에 머물면서 현존의 4G(LTE-Advanced) 기술을 확대 발전시켜 데이터 전송 대역폭을 높이는 시도를 계속할 것으로 본다.


5G 통신의 비법

3.4-6GHz 전자파 주파수를 사용하면서도 데이터 전송 속도를 높이는 방법으로 ‘공간적 전자파 배치 설계’ 방법을 사용한다. 먼저 기지국 셀을 계층적으로 설치한다. 큰 반경의 셀은 저속의 4G(Macro cell) 가 담당하고 작은 반경의 5G 셀(Small cell)은 큰 데이터 전송 속도를 책임진다.

그리고 작은 크기의 5G 셀의 크기를 축소하고 숫자를 높인다. 결국 기지국 숫자를 키우고 셀 공간을 작게하여 더 많은 수신가에 큰 데이터 전송 용량을 제공하는 것이다. 각각의 셀은 타 셀과 분리해서 적은 전력으로 전자파를 사용한다. 그래서 간섭을 서로 줄이고 사용 빈도를 최대화 하여 주어진 전자파 자원을 최대한으로 활용한다.

5G 통신 시스템의 4G 셀 구조와 5G 셀 크기에 따른 주파수 배분 개념도. [출처: KAIST]

다음으로 사용하는 ‘공간적 전자파 배치 설계’ 방법이 전자파 3차원 공간 빔포밍 (Beam Forming)기술이다. 전자파 방사 모양을 3차원 공간에 설계해서 전자파를 공간의 일부분으로 집중해서 쏘는 방법이다. 5G 통신에서 지정된 수신기에만 전자파를 쏘아준다. 그래서 데이터 통신을 각각 수신기 마다 분리해서 전자파 이용효율을 높이는 방법이다. 이 빔포밍 방법은 페트리어트 미사일과 같은 군사용 레이더에 사용되었던 기술이 이제 5G 에 사용된다. 빔포밍을 위해서는 이 안테나 수십 개 혹은 수백 개를 평면에 배열한 어레이 안테나(Array antenna) 를 사용한다. 수백 개의 안테나 각각에 공급하는 전류의 위상(Phase, 삼각함수의 위상 각도)을 조절하면 전자파를 좁고 가는 빔으로 만들 수 있다. 이 빔의 크기가 좁을수록 공간적으로 각각 다른 전자파 데이터를 보낼 수 있다. 결국 ‘공간적 전자파 배치 설계’ 방법을 이용해서 공간적으로 전자파 환경을 셀과 빔으로 분리한다.

 

전자파 빔포밍을 위한 전자파 안테나 방사 패턴. [출처: RF CAFE]

 

F16 항공기 앞에 설치된 빔포밍을 위한 군사용 위상 배열 안테나(Phase Array Antenna). [출처: Duotech Services]

전자파는 배 고프다

결국 이러한 시도는 주어진 전자파 자연 환경에서 전자파 자원을 최대한 활용하고 최대의 데이터 통신 속도를 구현하려는 인간의 시도이다. 그러나 점점 기술적인 난이도가 높아지고 비용도 증가한다. 이러한 난관을 극복하고도 남은 핵심 응용처가 필요하다. 필자는 그 응용 분야가 실시간 AI (Real time artificial intelligence) 서비스가 아닐까 생각한다. 실시간 자율주행자동차, 실시간 외국어 통역, 실시간 사람 탐지 분야 등이 아닐까 한다. 전자파는 배고프다. 자연의 법칙을 깰 수는 없다. 다만 자연의 법칙을 존중하면서도 해결책을 찾아야 한다.

 

joungho@kaist.ac.kr

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] 

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
종합특검, 심우정 PC 압수수색 [서울=뉴스핌] 이석훈 기자 = 3대 특검(내란·김건희·순직해병)의 나머지 사건을 수사하는 2차 종합특별검사팀이 지난 10일 진행한 대검찰처 추가 압수수색에서 심우정 전 검찰총장이 사용하던 PC를 확보한 것으로 확인됐다. 15일 법조계에 따르면 종합 특검팀(특별검사 권창영)은 지난 10일 검찰총장실에 대한 압수수색을 진행했다. 특히 지난달 종합특검의 중앙지검과 대검 압수수색 대상에서 제외됐던 심 전 총장의 PC를 추가로 압수수색한 것으로 알려졌다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 공수처에서 수사하는 '순직해병 수사외압 의혹 사건' 피의자인 이종섭 전 국방부 장관의 출국금지를 해제하는 과정에 관여한 혐의를 받는 심우정 전 검찰총장(당시 법무부 차관)이 31일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 '이종섭 호주 도피 의혹' 첫 공판에 출석하고 있다. 2026.03.31 leehs@newspim.com 다만 심 전 총장이 사용하던 PC가 부분적으로 포맷돼 자료 확보에 어려움을 겪고 있는 것으로 전해졌다. 종합특검은 지난달 23일 대검찰청과 서울중앙지검에 수사 인력을 보내 압수수색을 진행했다. 압수수색 대상에는 당시 김 여사 관련 사건을 수사한 서울중앙지검 반부패2부 등이 포함된 것으로 전해졌다. 김건희 여사가 연루된 '수사 무마 의혹'은 중앙지검이 도이치모터스 주가조작 사건을 처분하면서 제대로 된 수사 없이 공범으로 지목된 김 여사를 불기소 처분했다는 내용을 골자로 한다. 종합특검은 당시 무혐의 처분 과정에 심 전 총장이 관여했다고 보고 있다. 앞서 특검은 무혐의 처분 당시 중앙지검 지휘부였던 이창수 전 중앙지검장, 조상원 전 4차장 검사 등을 출국금지 조치한 바 있다. stpoemseok@newspim.com 2026-04-15 20:40
사진
'트럼프 계좌' 가입자 500만명 돌파 [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 도널드 트럼프 미국 대통령의 대표 세제 정책 가운데 하나인 이른바 '트럼프 계좌(Trump Accounts)' 가입자가 500만명을 넘어섰다. 이 가운데 120만명은 미 재무부가 지급하는 1000달러의 초기 지원금 대상인 것으로 집계됐다. 15일(현지시간) CNBC에 따르면 스콧 베선트 미 재무장관은 이날 CNBC '인베스트 인 아메리카 포럼'에 참석해 "현재 500만명의 아동이 트럼프 계좌에 가입했으며, 이 중 120만명은 1000달러 시범 프로그램 지원 대상"이라고 밝혔다. 도널드 트럼프 미국 대통령.[사진=로이터 뉴스핌]  2026.02.21 mj72284@newspim.com ◆ 7월 4일 공식 출범…신생아에 1000달러 지급 이번 제도는 트럼프 대통령의 이른바 '크고 아름다운 법안(big beautiful bill)' 을 통해 도입된 세금 이연형 아동 투자 계좌다. 오는 7월 4일 독립기념일에 공식 출범할 예정이다. 미국 내 사회보장번호(SSN)를 가진 18세 미만 모든 아동은 계좌를 개설할 수 있지만, 정부가 제공하는 1000달러 종잣돈(seed money) 은 2025년부터 2028년 사이에 태어난 신생아에게만 지급된다. 베선트 장관은 "1000달러는 단지 시작에 불과하다"며 향후 민간 기업과 지방 단위 기부가 더해질 것이라고 강조했다. ◆ 기업·자선가도 매칭 지원…자산 형성 정책 확대 실제로 미국 내 다수 기업들은 정부가 예치한 1000달러에 맞춰 동일 금액을 추가로 적립하는 매칭 지원에 나서겠다고 밝혔다. 여기에 여러 주의 자선단체와 기부자들도 저소득층 가정을 중심으로 추가 초기 자금을 지원하기로 하면서, 아동 자산 형성 정책이 민관 협력 방식으로 확대되는 모습이다. 시장에서는 이를 미국판 '베이비 본드(Baby Bond)' 성격의 장기 자산 형성 정책으로 해석하고 있다. ◆ 슈퍼볼 광고 이후 가입 급증 미국 가정이 트럼프 계좌를 처음 신청할 수 있었던 시점은 올해 1월 26일 세금 신고 시즌 개시일이다. 가정은 2025년 세금 신고서와 함께 IRS 양식 4547(Form 4547) 을 제출해 계좌 개설과 정부 지원금을 신청할 수 있다. 특히 슈퍼볼 중계에서 약 30초 분량의 트럼프 계좌 광고가 방영된 뒤 가입자가 빠르게 늘어난 것으로 전해졌다. 현재는 TrumpAccounts.gov 를 통해 온라인 신청도 가능하다. 정책 효과와 맞물려 향후 미국 가계 자산 시장과 금융회사들의 어린이 투자상품 경쟁도 더욱 확대될 것으로 전망된다. koinwon@newspim.com 2026-04-15 21:31
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동