[김정호의 4차혁명 오딧세이] 5G기술의 비밀

기사입력 : 2018년08월27일 08:19

최종수정 : 2018년08월27일 08:57

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.

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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김정호 교수. 카이스트. 5G KAIST.

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Z폴드8 사전예약 美 30%↑ [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자의 신형 폴더블폰 '갤럭시 Z폴드8'이 국내를 넘어 미국과 유럽, 일본 등 글로벌 시장에서 초반 흥행에 성공했다. 미국에서는 역대 폴드 시리즈 가운데 가장 빠른 사전예약 흐름을 보였고, 국내에서는 갤럭시 스마트폰 사상 최대 사전예약 기록을 새로 썼다. 이번 흥행에서 눈에 띄는 점은 단순한 판매량 증가를 넘어 구매층이 달라지고 있다는 것이다. 짧고 넓어진 '여권형' 디자인과 개선된 휴대성을 앞세운 폴드8이 기존 폴더블 마니아뿐 아니라 일반 바형 스마트폰 사용자까지 끌어들이고 있다. 중장년 남성 중심이던 소비자층도 10~30대와 여성으로 확대되면서 폴더블폰 대중화 가능성에 대한 기대감도 커지고 있다. 갤럭시 Z폴드8 시리즈 [사진 = 뉴스핌DB] ◆ 美 30%·유럽 20%↑…한국선 144만대 '신기록' 10일 시장조사업체 카운터포인트리서치 등에 따르면 갤럭시 Z8 시리즈는 미국에서 사전예약 첫 12일을 기준으로 역대 Z 시리즈 가운데 가장 많은 예약 판매량을 기록할 것으로 예상된다. 삼성전자가 공개한 미국 시장 판매 동향을 보면 갤럭시 Z폴드8과 폴드8 울트라의 합산 사전예약은 기존 폴드 시리즈 최고 기록보다 30% 증가했다. 특히 일반형 폴드8이 이동통신사와 유통업체 전체 사전예약의 절반 가까이를 차지하며 흥행을 이끌었다. 기존 플립 사용자들이 폴드로 이동하는 흐름도 뚜렷했다. 전작 출시 당시와 비교해 갤럭시 Z플립을 사용하다 폴드8 또는 폴드8 울트라를 사전예약한 고객은 3배 이상 늘었다. 기존 폴드 사용자뿐 아니라 다른 폼팩터의 스마트폰 이용자까지 폴드8으로 유입되고 있는 셈이다. 유럽에서도 전작을 웃도는 성적을 냈다. 출시 첫 11일간 Z8 시리즈 사전예약은 Z7 시리즈보다 20% 이상 증가했고, 삼성전자가 세운 사전예약 목표도 정식 출시 전에 넘어섰다. 일반형 폴드8이 전체 예약의 약 40%를 차지했다. 국내에서는 역대 최대 기록을 새로 썼다. 폴드8 울트라와 폴드8, 플립8은 7일간 진행된 사전예약에서 총 144만대가 예약됐다. 전작 폴드7·플립7 시리즈의 104만대보다 약 39% 증가한 규모로 역대 갤럭시 스마트폰 사전예약 가운데 가장 많다. 이 가운데 폴드8이 약 70%를 차지하며 전체 흥행을 주도했다. 갤럭시 Z 시리즈 출시 이후 분기별 예상 출하량 추이 [사진=카운터포인트리서치] 일본과 중국, 동남아시아에서도 폴드8을 중심으로 초기 수요가 몰리고 있다. 일본에서는 삼성전자 공식 온라인스토어에서 폴드8 256GB 모델의 상당수 색상이 품절됐다. NTT도코모·au·소프트뱅크·라쿠텐모바일 등 일본 4대 이동통신사가 모두 삼성 폴드 모델을 판매하는 등 유통 기반도 확대됐다. 중국에서는 폴드8이 티몰과 징둥닷컴에서 삼성전자 스마트폰 가운데 판매 순위 1위에 올랐다. 말레이시아와 인도네시아, 베트남 등 동남아에서도 폴드8을 중심으로 초기 수요가 나타나고 있으며 일부 지역에서는 배송 지연도 발생하고 있다. 다만 인도에서는 폴드8 울트라가 사전예약의 약 60%를 차지하며 다른 주요 시장과는 다른 양상을 보였다. ◆ '아재폰' 벗어난 폴드…1030·여성까지 확산 이번 흥행에서 주목되는 부분은 판매량뿐 아니라 소비자층의 변화다. 그동안 폴드 시리즈는 대화면과 멀티태스킹, 업무 생산성을 중시하는 중장년 남성 중심의 제품이라는 인식이 강했지만 폴드8에서는 10~30대와 여성 고객의 유입이 두드러지고 있다. SK텔레콤에 따르면 국내 Z8 시리즈 사전예약 고객 가운데 기존 일반 바형 스마트폰 사용자는 약 62%로 전작보다 10%포인트 증가했다. 삼성닷컴 기준으로는 10~30대 구매 비중이 절반을 넘어섰으며, 이 연령대가 가장 많이 선택한 모델도 폴드8이었다. 특히 10~30대 여성의 폴드8 구매는 전작보다 두 배 이상 늘었다. ◆ 짧고 넓어진 '여권형' 통했다…업무용서 일상폰으로 폴드8의 달라진 디자인과 사용성이 소비자층 확대를 이끌었다는 분석이 나온다. 기존 폴드가 넓은 화면을 활용한 멀티태스킹과 업무 생산성에 무게를 뒀다면 폴드8은 무게와 두께를 줄이고 화면을 기존보다 짧고 넓게 만들면서 일상적인 스마트폰으로서의 사용성을 강화했다. 접었을 때는 일반 스마트폰에 가까운 형태로 사용할 수 있고 펼치면 넓은 화면으로 동영상과 소셜미디어(SNS), 웹서핑, 독서 등을 즐길 수 있다. 기존 폴드의 대화면이라는 장점을 유지하면서 휴대성과 콘텐츠 소비 경험을 동시에 개선한 것이다. 카운터포인트리서치도 이 같은 변화를 폴드8 흥행의 주요 요인으로 꼽았다. 짧고 넓어진 본체가 휴대하기 편하면서도 독서와 동영상 시청, 웹 브라우징 등에 적합해 폴드8의 활용 범위를 넓혔다는 평가다. 실제 글로벌 시장에서 일반형 폴드8은 인도를 제외한 한국과 미국, 유럽, 일본, 중국, 동남아 등 대부분 지역에서 Z8 시리즈의 초기 판매를 이끌고 있다. 최고 사양과 카메라를 앞세운 폴드8 울트라보다 상대적으로 대중적인 폴드8에 수요가 집중되고 있다는 점에서 폴더블폰의 소비 기반이 넓어지고 있다는 분석도 나온다. 삼성전자의 갤럭시 Z8 시리즈 [사진 = 뉴스핌DB] 카운터포인트리서치는 갤럭시 Z8 시리즈의 출시 첫해 출하량이 Z7 시리즈보다 두 자릿수 증가하고 Z6 시리즈와 비교하면 70% 이상 늘어날 것으로 전망했다. 관건은 사전예약 이후 흐름이다. 초기 판매에는 보상판매와 할부, 사은품 등 출시 프로모션 효과가 반영돼 있다는 것이다. 또 애플의 폴더블폰 시장 진입이 예상되는 만큼 향후 글로벌 폴더블 시장의 경쟁은 한층 치열해질 것으로 전망했다. 다만 폴드8이 기존 폴더블 마니아층을 넘어 일반 스마트폰 사용자와 젊은층, 여성까지 소비자층을 넓힐 경우 삼성전자가 시장 주도권을 이어가는 데 긍정적으로 작용할 것으로 내다봤다. syu@newspim.com 2026-08-10 11:07

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