5G 시스템은 2020년 12월 한국에서 세계 최초로 상용 서비스를 계획하고 있다. 이후 5G 이동통신 기술이 완전한 성숙 단계에 이르고 사용자층이 전 세계적으로 확산될 시점으로 예상되는 2026년 5G 이동통신 CPND 관련 글로벌 시장 규모는 1조1,588억 달러, 국내 시장규모는 381억 달러의 초대규모 시장이 형성될 것으로 예상하고 있다.

서언

사물인터넷(IoT) 및 웨어러블 디바이스 등 다양한 P2P, M2M, P2M 기기의 대중화로 인해 데이터 트래픽의 폭증과 아울러 10년 이내에 M2M 단말 보급률이 500배 증가1)할 것으로 예상된다. 5G 시스템은 WLAN 및 WWCA 등과 융합 네트워킹을 통한 모바일 클라우드 및 실감 미디어 서비스, 고에너지 효율성 등을 요구하고 있다. 

또한 CPND(Content, Platform, Network, Device) 기반의 기술적 특성과 4G-LTE 대비 1,000배 이상 빠른 100Gbps급의 전송속도로 3D 홀로그램 영상을 전송할 수 있는 모바일 네트워크를 지향하고 있다. 이러한 융합 USN을 구현한 비즈니스 모델을 통해 국제표준 선점을 위해 IEEE 802.11 연구그룹, ITU-T, METIS 2020 컨소시엄, IWPC, WWRF 등을 중심으로 표준화 활동이 진행되고 있다. 

국내에서는 미래창조과학부 중심의 5G포럼을 통해 기술표준화에 대응하고 있다. 이에 이동통신시스템은 초고속/대용량/고품질 미디어에 대한 새로운 수요 니즈와 함께 5G 이동통신시스템을 준비하고 있다. 

5G 시스템으로의 발전은 이동통신 네트워크 사업자들에게는 데이터 폭증에 따른 설비투자 및 수익 모델 창출에 대한 고민을, 사용자들에게는 요금폭탄(billing shock)에 대한 고민을 던져주고 있다[1].

이 연구에서는 5G 이동통신 관련 시장/기술/표준화 및 생태계의 현황 및 문제점 등 국내 5G 이동통신 발전전략, 한국과 글로벌 표준화 단체(IEEE/ITU/METIS 2020/IWPC/WWRF 등)의 5G 이동통신 기술 표준화 동향에 대해 설명한다.

국내 5G 이동통신 발전전략

(1) 추진배경 및 현황

한국은 세계 시장 휴대폰 점유율 1위의 외형적 성장에도 불구하고 유럽, 중국 등 경쟁국의 기술 확보, 표준화 등 경쟁 심화로 시장 잠식이 우려되고 있다2). 이에 5G 시스템 핵심기술 확보 및 인프라 구축을 통해 국가 신성장동력 산업으로 육성하여 새로운 일자리를 창출하고 글로벌 시장을 선도할 수 있는 준비가 필요한 시점이다. 5G 이동통신 관련 시장, 기술, 표준화 및 생태계의 현황 및 문제점을 간단히 요약하면 다음과 같다[2].

■ 시장(Market)

단말 분야의 세계시장 점유율은 2013년 3분기 기준 29.9%로 세계 1위를 기록하였다. 장비 분야의 경우 내수시장은 글로벌 메이저 업체들의 국내 시장 진출 확대로 인해 국산 장비의 세계 시장 점유율은 지속적으로 하락하여 2012년 기준 4.4%로 세계 6위를 기록하였다(3G 90%→4G-LTE 33.3%→4G-LTE A 30%). 수출 실적도 매우 미미한 편이다.

■ 기술/표준화(Technology/Standardization)

2016년부터 각국은 5G 기술표준화 본격 추진 대응 및 주도권 확보를 위해 초기 단계부터 민·관 협력 연구에 경쟁적으로 투자하고 있다. EU는 2012년 11월부터 METIS 프로젝트 추진을 통해, 중국은 2013년 2월부터 IMT2020 프로모션 그룹 구성을 통해 기술/표준화에 주력하고 있다.

■ 생태계(Ecosystem)

외산 서비스 플랫폼의 국내 시장 잠식으로 인해 관련 산업이 취약하고, 획기적인 아이디어를 실현할 수 있는 생태계가 조성되지 못하고 있다. 아울러 관련 중소기업의 지원체계도 미비한 상황이다.

(2) 추진체계 및 기대효과

5G전략추진위원회3)를 중심으로 정부와 민간은 2015~2022년까지 7년 동안 약 1조6,000원을 투자하여 5G 관련 R&BD, 표준화 및 기반 조성을 완료할 것으로 계획하고 있다. 5G 이동통신시스템 관련 선도형 R&BD 추진을 통해 모바일 강국을 실현하고자 하는 것이다. 이를 시계열적으로 요약하면 다음과 같다[2].

• 2017년: 세계 최초 시범서비스 시행

• 2019년: 메이저 국제표준 채택

• 2020년: 세계최초 상용서비스 구현

• 2020년~: 글로벌 생태계 주도 등 선도형 R&BD 추진

이 같은 R&BD 추진을 통해 2020년대에 이동통신 특허 경쟁력 및 기술 수준을 세계 1위로 도약할 계획이다4). 아울러 국가 성장동력 산업으로서 경제적 파급효과를 창출할 것으로 추진하고 있다. 2020∼2026년 동안 5G 기기 및 장비 생산을 통해 총 552조 원의 생산 유발, 총 144조 원의 부가가치 유발 및 2026년 58만 명의 고용창출효과를 예상하고 있다[2]. 이 같은 5G 이동통신 산업 추진체계에 대한 개념도를 <그림 1>에 나타낸다.

▲ 그림 1. 5G 이동통신 산업 추진 체계

국내외 5G 이동통신 기술 표준화동향

(1) 국내 표준화 활동 현황

① 추진동향

국내 5G 이동통신시스템 관련 표준화 추진동향을 간단히 요약하면 다음과 같다[3][4]. 

• 2013년 5월 30일, 미래창조과학부는‘5G포럼?을 설립하여 기술표준화에 대한 본격적인 연구에 착수하였다.

• TTA는 PG701(IMT-Advanced), 한국ITU연구위원회(WP5D & JTG 4-5-6-7), 한중일 IMT 표준협력회의 등을 통해 5G 시스템 표준화 논의를 진행하고 있다. 

글로벌 표준화 주도권을 확보하기 위해서는 다음과 같이 단계별로 미래 IMT비전과 기술에 대한 연구 및 표준화를 선도할 필요가 있다.

• 초기(2012~2014): 5G 시스템에 대한 비전 및 기술적 요구사항 정립

• 중기(2015~2017): 5G 후보기술 개발 및 평가

• 말기 (2018~2020): 5G 국제표준 승인 및 초기 상용화 추진

② 5G 이동통신 표준화 전략 맵

미래창조과학부는 ICT 분야의 미래 중점기술이 될 것으로 예상되는 기술에 대해 ICT 표준화 전략 맵을 제시한 바 있다. 이중 가장 주목받고 있는 것은 5G 이동통신이다. 4G 시스템 이후의 B4G(Beyond 4G)와 5G로 나아가는 기술개발을 통해 이동통신 기술 분야의 국제경쟁력을 확보해 나간다는 것이다. 5G 이동통신 네트워크와의 연동을 통해 다양한 첨단 기술을 구현할 수 있기 때문이다. 이를 간단히 요약하면 다음과 같다[4][5].

• 콘텐츠를 압축 부호화 기술을 통한 3D·UHDTV 실감방송 기술

• 스테레오 스코픽 3D 비디오를 서비스할 수 있는 고화질 디지털방송 기술

• 언제 어디서나 진단과 치료가 가능한 맞춤형 보건의료 서비스, 원격진료 및 첨단 의료정보 시스템 등 u-헬스 기술

• 사람과 사물, 사물과 사물 간 정보교류를 위한 IoT 및 RFID 기술 등

이와 같은 5G 이동통신 단계별 기술표준화 전략 맵을 기반으로 국제표준을 선점하기 위해서는 표준화 3대 인프라5)와의 유기적인 연계를 통해 표준화에 주력할 필요가 있다. 아울러 국내 민간표준화를 활성화하여 글로벌 사실표준화기구에 전략적으로 대응할 필요가 있다. 단계별(초기/중기/말기) 기술개발 프로세스를 토대로 기술표준화 전략 맵6)을 <그림 2>에 나타낸다.

▲ 그림 2. 5G 이동통신 기술표준화 전략 맵

(2) 글로벌 표준화활동 현황

① IEEE 802.11 표준화동향

IEEE 802.11 TGax의 5G 이동통신 시스템 관련 표준화작업을 요약하면 다음과 같다[4][6].

• WLAN의 커버리지를 유지하면서 1Gbps 이상의 무선 전송속도를 제공하기 위해 5GHz 대역에서의 대역폭 확장과 Multi-user MIMO 기술 등을 개발하였다.

• 60GHz 주파수 대역을 이용하여 10m 거리에서 6.7Gbps의 전송속도를 구현하였다.

• 2014년 11월 SFD 초안을 작성하여 802.11ax Draft(14/1453r2)의 기초를 마련하였다.

② ITU의 표준화 동향

ITU는 2020년경 상용화에 초점을 맞추어 5G에 대한 비전을 다음과 같이 제시하고 있다. 이 비전 권고안에는 미래서비스 동향, 기술발전 동향 및 주파수 관련 고려사항 등이 포함되어 있다[7][8].

• 체감 전송률, 최대 전송률, 이동성, 전송지연, 최대 연결 수, 에너지 효율, 주파수 효율, 면적당 용량 등 5G의 핵심 성능지표에 대해 기술하고 있다.

• 이를 기반으로 사물지능통신, 고 신뢰성 및 저지연 통신 등 3대 서비스 시나리오를 제시하고 있다.

③ METIS 2020 컨소시엄의 표준화 동향

METIS 2020 컨소시엄에는 중국의 Huawei, 일본의 NTT DoCoMo가 참여하고 있다. 표준화 활동을 요약하면 다음과 같다[9][10].

• 5G 이동통신 서비스 컨셉 및 솔루션 제안

• 표준화 기술개발과 5G 시스템 기술의 글로벌 컨센서스 형성

• 5G 이동통신 네트워크 기술의 정의, 활용 가능 시나리오, 기술적 요구사항 개발 등

2013년 4월, 5G 이동통신 네트워크 기술이 구현해야 할 다음과 같은 필수 과제를 정의함으로써 본격적인 활동을 개시하였다. 이를 구현하기 위해 12개 테스트 케이스를 선정하고, 각 케이스별로 5G 이동통신 네트워크 기술과제를 맵핑(mapping)하는 작업을 진행하였다.[11][12][13].

• 모바일 단말 사용자가 대기시간 없이 빠른 속도로 네트워크 서비스를 이용할 수 있는 초고속 네트워크(Amazingly fast)의 구현

• 대용량 트래픽을 지연 없이 처리함으로써 앤드 유저에게 제공되는 이동통신 서비스 품질을 보장할 수 있는 고밀도 네트워크(Great service in a crowd)의 구현

• 커넥티드 사물 간 데이터 패킷을 상호 교환과 아울러 에너지 효율성을 고려한 사물 간 커뮤니케이션 구현 등

④ IWPC의 표준화 활동

IWPC(The International Wireless Industry Consortium)는 5개의 WG 중 MoGIG 워킹그룹에서 스몰 셀 및 HetNet 기반 PHY 계층 플랫폼을 확장한 나노 셀 설계를 진행하고 있다. IWPC의 표준화 활동을 간단히 요약하면 다음과 같다[4].

• 셀룰러 통신에서 수Gpbs급의 전송속도를 제공할 수 있는 mmWave 대역을 최초로 논의하였다.

• 2012년 7월부터 IEEE 802.15 워킹그룹과 공동으로 THz 주파수 대역을 이용하여 10Gbps 이상의 무선 전송속도를 제공할 수 있는 표준개발에 주력하고 있다.

⑤ WWRF의 표준화활동

2020년 이후 모바일 네트워크 표준을 선도하기 위한 민간표준화 단체인WWRF(World Wireless Research Forum)의 주요 표준화 활동을 간단히 요약하면 다음과 같다[3][4][5].

• IMT 비전 및 시장 예측, 서비스 예측, 주파수 현황 등 2020년까지의 글로벌 모바일 트래픽 예측 보고서를 작성하고 있다.

• Future IMT(5G) 표준은 ITU-R WP5D에서 2015년경까지 비전, 요구사항, 프레임워크, 주파수 확보방안 등에 대한 연구에 주력하고 있다.

맺음말

5G 시스템은 2020년 12월 한국에서 세계 최초로 상용 서비스를 계획하고 있다. 이후 5G 이동통신 기술이 완전한 성숙단계에 이르고 사용자층이 전 세계적으로 확산될 시점으로 예상되는 2026년 5G 이동통신 CPND 관련 글로벌 시장 규모는 1조1,588억 달러, 국내 시장규모는 381억 달러의 초대규모 시장이 형성될 것으로 예상하고 있다[14][15]. 

또한 5G 이동통신시스템의 핵심 서비스이면서 가장 많은 수요자층이 포지셔닝 되어 있는 국내 무선인터넷 산업은 전 기술 분야에서 2013년 109조 7,598억 원 정도로 고른 성장을 이어가고 있다. 

아울러 국내 무선인터넷 산업의 인적 환경에 대한 조사결과를 보면, 전문 인력 부족이 37.6%로 가장 높게 나타났다[16]. 

이를 해결하기 위해서는 정부의 임금 보조 및 복리후생 지원, 전문 인력 교육 프로그램 운영, 전문 인력 지원 확대, 병역특례요원 배정 확대, 사내 교육지원 확대, 구인구직 정보 제공 등 정부의 정책적 배려가 필요하다.

5G 이동통신산업 관련 글로벌 시장을 선점하기 위해서는 국제표준화를 한국 주도로 활성화킬 필요가 있다. 이를 위해 유럽의 Ericsson과 Nokia Siemens Network 등이 컨소시엄을 형성하여 추진하고 있는 METIS 프로젝트의 추진 상황을 면밀히 모니터링할 필요가 있다. 

또한 일본의 NTT DoCoMo 연구소를 중심으로 한 5G 표준 선행기술개발, 중국의 Huawei를 중심으로 한 LTE-Hi 표준개발 등에도 관심을 갖고 연구 상황을 지켜볼 필요가 있다. 아울러 글로벌 표준화 단체(공공 및 민간기구)와의 공조를 기반으로 산학연관의 유기적인 협력하에 핵심 표준기술 개발에 주력할 필요가 있다.

국내 5G 이동통신시스템 관련 국제표준화의 경우 양적인 성장은 이룩하였으나 질적인 성장은 아직 미진한 편이다. ITU-T의 기고서 제출 순위는 2위(1위는 중국), 국제의장단 의석은 3위(1위는 미국, 2위는 중국)를 기록하고 있다[4][5]. 

또한 ITU 같은 공식 표준화 단체는 정부 주도하에 활발히 대응하고 있으나, 최근 들어서는 사실 표준화 단체의 중요성이 부각되고 있어 이에 적극 대응할 필요가 있다. 아울러 공식 표준화와 사실 표준화 간의 연계를 통해 시너지 효과를 얻기 위해서는 정부 차원에서 이들 표준화 단체의 컨트롤 타워 역할이 필요하다.

ICT 기반의 다양한 융합 서비스가 새롭게 창출되면서 생태계가 빠르게 재편되고 있다. 이처럼 급속한 다변화 상황에서 지속적인 성장을 견인하기 위해서는 세계 최고 수준의 단말 분야와 함께 모바일 서비스 플랫폼 기반 기술 등(C-P-N-D) 분야에서도 균형적으로 발전할 수 있는 기반 마련이 필요하다. 

이에 기가코리아(Giga KOREA) 구축 사업을 계획대로(2013~2020년까지 8년) 차질 없이 진행할 필요가 있다. 아울러 2017년 세계 최초 시범 서비스 시행에서부터 2020년 상용 서비스 이후 글로벌 선도형 R&BD를 추진할 수 있도록 산학연관민의 공동 노력이 필요하다. 

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1) ‌2020년이면 35ZB(1021 Byte)의 트래픽이 예상되며, 단말 당 트래픽은 20~120배 증가할 것으로 예상된다.

2) ‌중국 장비업체의 세계시장 점유율이 2007년 12%에서 2012년 26%로 크게 증가하고 있다.

3) ‌미래창조과학부, 이동통신사, 단말제조사, 중소중견기업, 5G포럼, 민간전문가 등이 참여하여 민/관 역량을 집중시키고 있다.

4) ‌2013년 기준 5G 특허경쟁력 미국이 1위, 한국이 2위, 스웨덴이 3위를 차지한 것으로 나타났다. 이에 2013년 기준 한국의 5G 기술수준은 미국(1위) 대비 90.4%에 이르고 있다.

5) ‌국내표준화위원회, ICT전략포럼, 국제표준화전문가 그룹을 의미함

6) ‌기술표준화 전략 맵은 2018년 평창동계올림픽에서 시범사업을 구현함으로써 완성할 계획이다.

박세환  Ph.D._한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원