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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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다이슨, 68만원 전동 칫솔 공개 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 고가의 무선청소기와 헤어드라이기로 유명한 영국 가전기업 다이슨이 인공지능(AI) 탑재 전동 칫솔을 선보이며 구강케어 시장에 도전장을 내밀었다.  1일(현지시간) 월스트리트저널(WSJ)은 다이슨이 초소형 카메라와 AI 기술을 탑재해 칫솔질과 치실 기능을 동시에 수행하는 신제품 '다이슨 카메라제트(CameraJet)' 칫솔을 공개했다고 보도했다. 이번 신제품은 평소 치과 스케일링 치료에 극심한 공포와 불편함을 느꼈던 제임스 다이슨(79) 창업자의 개인적 경험에서 출발했다. 다이슨은 인터뷰에서 "나는 치실 사용을 꽤 꼼꼼하게 하는 편인데도, 치과 위생사는 뾰족한 곡괭이 같은 기구로 치석을 깎아낸다. 매번 갈 때마다 큰 스트레스였다"며 개발 배경을 밝혔다. 다이슨 엔지니어진이 6년간 개발한 이 제품은 헤드 부분에 장착된 초소형 카메라가 초당 28장의 실시간 이미지를 분석해 치아 사이의 틈새를 식별한다. 틈새가 감지되면 원깔때기 형태의 구강청결제를 순간적으로 분사해 플라크(치태)를 제거하는 방식이다. 기기를 기울이거나 뒤집어도 액체가 일정하게 분사되도록 무중력 탱크와 전용 펌프 메커니즘을 적용했다. 제품은 이달부터 세포라, 베스트바이, 아마존 등에서 세라믹 핑크와 블루 색상으로 우선 판매되며, 가을 중 코스트코에도 입점할 예정이다. 칫솔 가격은 499달러로, 한화로 약 68만 원이다. 여기에 기기와 카메라 시야를 가리지 않도록 특수 제작된 전용 '거품 없는 치약'도 있다.  다이슨 특유의 과감한 사업 방식도 눈길을 끈다. 별도의 구체적인 매출 목표나 비즈니스 플랜을 세우지 않고 제품을 출시했다는 그는 "매출 규모가 얼마나 될지 전혀 예측할 수 없다"면서도 "상업적으로 실패하더라도 과거 전기차 프로젝트처럼 수용하고 중단하면 될 뿐"이라고 덧붙였다. [사진= 다이슨 영국 홈페이지] wonjc6@newspim.com 2026-09-02 10:48
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평균급여 1억 넘는 '톱10' 기업은 [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 국내 500대 기업의 올 상반기 직원 1인당 평균급여가 5500만원에 육박한 것으로 나타났다. 한국금융지주는 1억8400만원으로 가장 높았고 금융권을 제외하면 SK하이닉스가 1억4400만원으로 1위를 차지했다. 2일 기업데이터연구소 CEO스코어가 500대 기업 가운데 2025년과 2026년 반기 급여 비교가 가능한 345개사를 분석한 결과, 올 상반기 직원 1인당 평균급여는 5499만원으로 집계됐다. 지난해 같은 기간 5136만원보다 7.1%(363만원) 늘었다. [사진=CEO스코어] 기업별로는 한국금융지주가 1억8400만원으로 가장 높았다. 메리츠증권(1억6521만원), 한국투자증권(1억6200만원), 유안타증권(1억4900만원), SK하이닉스(1억4400만원)가 뒤를 이었다. 상반기 평균급여가 1억원을 넘은 기업은 모두 20곳이었다. 이 가운데 증권사가 12곳, 금융지주가 5곳으로 대부분을 차지했다. 비금융권에서는 SK하이닉스와 두나무, 두산 등 3곳만 이름을 올렸다. 업종별 평균급여는 금융지주가 1억1388만원으로 가장 높았고 증권(1억710만원), 통신(6967만원), 은행(6700만원) 순이었다. 평균급여가 가장 낮은 곳은 이랜드월드로 1700만원이었다. 한국금융지주와의 격차는 1억6700만원으로 10.8배에 달했다. CJ프레시웨이(1900만원), 현대그린푸드(2032만원) 등도 하위권에 머물렀다. syu@newspim.com 2026-09-02 10:18
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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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