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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 5G기술의 비밀

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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] 

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김정은, 2018년 서울답방 하루전 취소 [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 문재인 정부 당시인 2018년 12월 김정은 북한 국무위원장이 서울 방문 일정을 확정하고도 "정치국 위원들이 반대한다"는 이유를 들어 남북 공동발표 하루 전 취소했다는 주장이 19일 제기됐다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 남북 정상회담 개최를 위한 대북 특사로 2018년 3월 5일 평양을 방문한 정의용 당시 청와대 국가안보실장이 김정은 북한 국무위원장에게 문재인 당시 대통령의 친서를 전달하고 있다. 왼쪽부터 윤건영 청와대 국정상황실장, 서훈 국가정보원장, 천해성 통일부 차관, 정의용 특사, 김정은, 김여정 노동당 제1부부장(당시 직책). [사진=청와대 제공] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 당시 남북 정상회담 개최를 위한 대북특사 역할을 맡았던 윤건영 더불어민주당 의원은 저서 '판문점 프로젝트'(김영사)에서 "김정은 위원장이 9월 문재인 당시 대통령의 평양 방문과 정상회담이 열린 이후 12월 13~14일 서울을 방문키로 약속했다"면서 "삼성전자와 남산타워‧고척돔 방문 등 일정이 잡혀 있었다"고 밝혔다. 비밀리에 답방을 추진하기 위해 '북한산'이란 코드네임도 붙였고, 경호문제 등을 고려해 숙소는 남산에 자리한 반얀트리호텔로 정했다. 윤 의원은 책에서 "남북한은 11월 26일 김정은의 서울 답방을 공동 발표키로 했지만, 하루 전 북측이 "정치국 위원들이 신변안전을 우려해 '도로를 막겠다', '위원직을 사퇴하겠다'며 결사 반대한다"는 입장을 전해와 무산됐다고 주장했다. 북한은 당시 "김 위원장도 정치국 위원들의 뜻을 무시하고 서울을 방문할 수 없다"고 전해왔고, 우리 측이 문 당시 대통령의 신변안전 보장 서한을 전달했지만 결국 성사되지 못했다는 게 윤 의원은 설명이다. 하지만 김정은의 결정을 노동당 정치국 위원들이 반대했다는 건 북한 체제의 특성상 논리가 맞지 않는 것으로, 서울 답방을 하지 않으려는 핑계에 불과한 것으로 보인다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 지난해 12월 9~11일 열린 노동당 제8기 13차 전원회의에서 김정은 노동당 총비서 겸 국무위원장이 간부들과 이야기 하고 있다. [사진=노동신문] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 김정은의 아버지인 김정일 국방위원장도 2000년 6월 평양 정상회담 공동선언에서 '서울 답방'을 약속했지만, 10년 넘게 지키지 않았고 결국 2011년 사망했다. 윤 의원도 책에서 "북측은 김 위원장의 경호와 안전 문제로 노동당 정치국이 유례없이 반발한다는 다소 황당한 근거를 내세웠지만 실제로는 미국의 (북미대화) 압력에 순응한 것"이라고 분석했다. 당시 청와대 국정실장을 맡고 있던 윤 의원은 정의용 안보실장 등과 함께 2018년 3월과 9월 평양을 방문해 특사 자격으로 김정은과 만났다. 윤 의원은 책에서 그해 3월 5일 평양 노동당 본부청사에서 만났을 때 김정은이 "김일성 주석의 유훈인 조선반도(한반도) 비핵화 원칙이 달라진 건 없다"며 "군사적 위협이 제거되고 정전 체제에서 안전이 조성된다면 우리가 핵을 보유할 이유가 없다"고 말한 것으로 전했다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 김정은 북한 국무위원장과 리설주 부부가 2018년 4월 1일 남측 예술단의 평양공연을 관람한 뒤 가수들과 기념촬영을 했다. 김정은 오른쪽이 가수 백지영 씨. [사진=뉴스핌 자료] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 또 면담을 마치면서 "비인간적 사람으로 남고 싶지 않다"며 자신을 믿어달라는 입장도 밝힌 것으로 윤 의원은 덧붙였다. 하지만 김정은은 이듬해 2월 자신의 핵 집착과 회담 전략 실패 등으로 북미 하노이 정상회담이 파국을 맞자 문재인 대통령을 항해 "삶은 소대가리" 운운하는 격렬한 비방을 퍼부었고 남북관계는 현재까지 파국을 면치 못하고 있다. 김정은은 2년 전부터 남북관계를 적대관계로 규정하고 '한국=제1주적'이라며 차단막을 쳐왔다. 윤 의원은 김정은이 2018년 4월 1일 남측 예술단의 평양 공연 때 가수 백지영 씨가 부른 노래 '총 맞은 것처럼'을 듣고 "북측 젊은이들이 따라 부르면 심각한 상황이 오겠다"는 언급을 한 것으로 전했다. 김정은은 2020년 12월 반동사상문화배격법을 만들어 한국 드라마와 영화를 단순 시청하는 경우에도 징역 5~15년을 선고하는 등 한류문화를 철저하게 단속하고 있다.   [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 2018년 남북 정상회담 대북특사 비화를 담은 윤건영 더불어민주당 의원의 책 '판문점 프로젝트' [사진=김영사] 2026.01.19 yjlee@newspim.com yjlee@newspim.com 2026-01-19 07:46
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李대통령 국정지지율 53% [리얼미터] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 3주만에 하락세로 53.1%를 기록했다는 여론조사가 19일 나왔다. 여론조사 리얼미터가 에너지경제신문 의뢰로 지난 5일부터 9일까지 전국 18살 이상 유권자 2516명을 대상으로 이 대통령 국정수행 평가 조사를 실시한 결과다.  이 대통령이 '잘한다'는 긍정 평가는 지난주보다 3.7%포인트(p) 낮은 53.1%였다. 이재명 대통령과 여야 6개 정당 지도부가 16일 오후 청와대 상춘재에서 오찬 간담회를 하고 있다. [사진=청와대] '잘못한다' 부정평가는 4.4%p 오른 42.2%였다. 긍·부정 격차는 10.9%p다. '잘 모름' 응답은 4.8%였다. 리얼미터 측은 "코스피 4800선 돌파와 한일 정상회담 등 경제·외교 성과가 있었는데도 정부의 검찰개혁안을 둘러싼 당정 이견 노출과 여권 인사들의 공천헌금 의혹 등 도덕성 논란이 겹치며 지지율이 하락세를 보였다"고 분석했다. 지난달 15∼16일 전국 18살 이상 1004명을 대상으로 한 정당 지지도 조사에서는 더불어민주당 42.5%, 국민의힘 37.0%의 지지율을 보였다. 민주당 지지율은 5.3%p가 떨어지며 4주 만에 하락세로 빠졌다. 국민의힘은 반면 3.5%p 상승하며 4주 만에 반등했다. 개혁신당 3.3%, 조국혁신당 2.5%, 진보당 1.7%였다. 무당층은 11.5%였다. 리얼미터는 민주당의 경우 강선우·김병기 의원 공천헌금 의혹 수사 본격화로 도덕성 논란이 지지율 하락 원인이라고 분석했다. 중대범죄수사청(중수청)과 공소청법을 둘러싼 당정 갈등도 지지율 하락 원인으로 봤다.  반면 국민의힘은 특검의 윤석열 전 대통령 사형 구형과 한동훈 제명 논란으로 대구·경북(TK)과 보수층 등 전통 지지층이 결집한 것이 지지율 반등 원인이라고 리얼미터 측은 분석했다. 대통령 국정수행 지지도 조사는 신뢰수준 95%에 표준오차는 ±2.0%p, 정당 지지도는 95% 신뢰수준에 표본오차 ±3.1%p다. 대통령 국정수행 지지도 조사 응답률은 4.5%, 정당 지지도 조사 응답률은 3.8%였다. 보다 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-01-19 09:25
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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.
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