1. 셀룰러 네트워크 기술
- 셀룰러 네트워크 기술은 휴대폰과 같은 모바일 기기가 서로 통신할 수 있게 해주는 무선 통신 기술
- 이 기술의 핵심 아이디어는 전체 커버리지 영역을 '셀'이라고 불리는 작은 지역들로 나누고, 각 셀마다 통신을 중계하는 기지국을 설치하는 것
- 셀들은 겹치지 않게 배열되어 전체 영역을 커버하며, 이를 통해 효율적으로 대규모의 모바일 기기들이 네트워크에 접속할 수 있게 됩니다.
1.1. 셀룰러 네트워크의 작동 원리
- 셀의 구성:
- 각 셀은 특정 지역을 커버하는 기지국에 의해 제공되는 무선 신호로 구성됩니다.
- 기지국은 통신 타워를 통해 신호를 발신하고 수신합니다.
- 동적 핸드오버:
- 사용자가 이동하면서 다른 셀로 이동할 때, 통화나 데이터 연결은 자동으로 인접한 셀의 기지국으로 넘어가게 됩니다.
- 이 과정을 '핸드오버'라고 하며, 이를 통해 사용자는 이동 중에도 연결이 끊기지 않고 지속될 수 있습니다.
- 주파수 재사용:
- 셀룰러 네트워크에서는 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 주파수 재사용 기술을 사용합니다.
- 서로 멀리 떨어진 셀들이 동일한 주파수 대역을 사용함으로써, 전체 네트워크에서 주파수를 최대한 활용할 수 있습니다.
1.2. 셀룰러 네트워크의 발전
셀룰러 네트워크 기술은 시간이 지남에 따라 여러 세대로 발전해 왔습니다. 각 세대는 데이터 전송 속도, 연결 효율성, 서비스의 다양성 등에서 개선되었습니다.
- 1G: 아날로그 음성 통신
- 2G: 디지털 음성과 제한적인 데이터 전송(예: SMS)
- 3G: 보다 빠른 데이터 전송 속도, 인터넷 접속 및 비디오 통화 지원
- 4G(LTE): 고속 인터넷 접속, HD 비디오 스트리밍, 고속 데이터 서비스 지원
- 5G: 초고속 데이터 전송 속도, 초저지연, 대규모 IoT 지원
- 셀룰러 네트워크 기술은 모바일 커뮤니케이션뿐만 아니라, 인터넷 접속, 스마트 디바이스 연결, IoT(사물인터넷) 응용 프로그램 등 현대 사회의 다양한 분야에서 중추적인 역할을 하고 있습니다.
2. 5G, LTE
- 5G와 LTE는 우리가 스마트폰을 사용할 때
데이터를 전송하고 통신하는 방식에 관한 것
2.1. 무선 통신 원리!
- 무선 통신은, 실제로 공기를 통해, 눈에 보이지 않는 전자기파 형태로 날아다님
- 송신 기기는 전하에 가속을 시켜(예: 안테나), 데이터를 실은 전자기파를 생성하여, 수신 기기로 보내는 것
- 전자기파는 공간을 통해 에너지를 전달할 수 있는 파동
- 이 파동은 다양한 주파수를 가지고 있음.
무선 통신에서의 주파수 활용
- 무선 통신 기술: 이 전자기파의 특정 주파수 대역을 사용해서 데이터를 전송
- 예를 들어, FM 라디오는 88MHz에서 108MHz 사이의 주파수를 사용하고, Wi-Fi는 2.4GHz나 5GHz 주파수 대역을 사용해요.
LTE (Long Term Evolution) = 4G:
- LTE는 4세대 이동통신 기술, 줄여서 4G라고 불려요.
- 기술적 원리:
- LTE는 OFDM(직교 주파수 분할 다중화)과 MIMO(다중 입력 다중 출력) 같은 기술을 사용해 데이터 전송 효율을 높여요.
- OFDM(직교 주파수 분할 다중화):
데이터를 여러 개의 작은 데이터 스트림으로 나누어 동시에 전송함으로써 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하고, - MIMO(다중 입력 다중 출력)는
여러 개의 송수신 안테나를 사용하여 데이터 전송량을 증가시키고 신호의 강도를 향상시키는 기술
- OFDM(직교 주파수 분할 다중화):
- LTE는 OFDM(직교 주파수 분할 다중화)과 MIMO(다중 입력 다중 출력) 같은 기술을 사용해 데이터 전송 효율을 높여요.
- 속도와 용량: LTE는 최대 수백 Mbps의 속도를 제공할 수 있어요.
5G:
- 5G는 LTE보다 훨씬 더 빠른 속도, 더 낮은 지연 시간(데이터가 한 지점에서 다른 지점까지 이동하는 데 걸리는 시간), 그리고 한 번에 많은 기기를 연결할 수 있는 능력을 제공
- 기술적 원리:
- 5G는 LTE의 기술을 기반으로 하면서도 몇 가지 새로운 기술을 도입
- 예를 들어, 5G는
- 더 진보된 MIMO,
- 더 높은 주파수 대역의 사용, (주파수의 밀리미터 파(mmWave) 대역도 사용 가능)
- 네트워크 슬라이싱, 그리고 엣지 컴퓨팅을 포함
- 네트워크 슬라이싱
- 네트워크 슬라이싱은 하나의 물리적 네트워크를 여러 개의 독립적이고 가상화된 네트워크로 나누는 기술
- 각각의 '슬라이스'는 특정 요구사항, 정책, 용도에 맞게 맞춤화될 수 있어요.
- 이를 통해, 다양한 유형의 서비스가 각기 다른 요구사항을 가지고 있는 상황에서도 하나의 네트워크 위에서 효율적으로 동작할 수 있습니다.
- 예를 들어, 자율주행차는 초저지연을 요구하는 서비스에 해당하는 반면, 스마트 홈 기기는 높은 대역폭이 필요하지 않을 수 있어요.
- 네트워크 슬라이싱을 통해 각 서비스는 필요한 자원을 할당받아 최적의 성능을 낼 수 있게 됩니다.
- 엣지 컴퓨팅
- 엣지 컴퓨팅은 데이터 처리를 클라우드 데이터 센터에서 사용자에게 가까운 '엣지'로 이동시키는 기술
- 즉, 데이터는 발생한 장소 근처에서 처리되어, 지연 시간을 줄이고 네트워크 트래픽을 감소시킴
- 이는 특히 반응 시간이 매우 중요한 애플리케이션에 유용
- 예를 들어, 자율주행차가 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 처리해야 할 때, 모든 데이터를 멀리 떨어진 데이터 센터로 보내 처리하고 다시 받아오는 것은 너무 시간이 많이 걸림
- 엣지 컴퓨팅을 사용하면, 자율주행차 근처에서 데이터를 바로 처리할 수 있어, 차량이 더 빠르고 안전하게 반응할 수 있게 해줍니다.
- 이 모든 기술은 5G가 더 빠른 데이터 전송 속도, 더 낮은 지연 시간, 그리고 더 많은 기기를 동시에 연결할 수 있게 해줘요.
- 속도와 용량: 5G는 이론상으로는 최대 수십 Gbps의 속도를 제공할 수 있어요.
5G 기술의 문제점: 5G 인프라 부족
- 5G 기술이 LTE(4G)보다 기술적, 이론적으로 여러 면에서 우수함에도 대중화에 있어서 상대적으로 더딘 진전을 보이는 주된 이유 중 하나는
5G 인프라, 특히 중계기(리피터)의 보급률과 관련이 있어요. 이와 관련하여 몇 가지 중요한 점들을 살펴보면 다음과 같아요:
1. 인프라 구축 비용
- 비용:
- 5G 네트워크는 이전 세대의 통신 기술보다 훨씬 더 많은 데이터를 빠르게 처리할 수 있지만, 그에 상응하는 더 많은, 그리고 더 고도화된 인프라가 필요해요.
- 새로운 5G 기지국, 소형 셀(small cells), 전송 네트워크 및 기타 인프라 업그레이드가 필요하며, 이는 통신사업자에게 큰 비용 부담을 의미합니다.
- 5G는 높은 주파수 대역(밀리미터파)을 사용할 수 있는데, 이 주파수 대역은 전파가 짧은 거리만을 커버하기 때문에, 기존 4G 네트워크에 비해 훨씬 더 많은 수의 중계기가 필요하게 됩니다.
- 도시 전역에 걸쳐 수천 개의 소형 셀을 설치하여 고밀도 네트워크를 구축해야 합니다.
- 이는 신규 설치 및 유지 보수 비용이 크게 증가하는 원인이 됩니다.
2. 기술적 도전
- 밀리미터파의 특성: 5G 네트워크에서 사용되는 밀리미터파는 고주파수 대역으로, 매우 빠른 데이터 전송 속도를 가능하게 하지만, 건물이나 자연 장애물에 의해 쉽게 차단될 수 있어요.
- 파동의 회절은 파동이 장애물의 가장자리를 만나면 그 경로가 휘어지는 현상을 말해요.
- 일반적으로 파장이 장애물의 크기와 비슷하거나 클 때 회절 현상이 더욱 두드러집니다.
- 높은 주파수 신호는 파장이 짧기 때문에, 작은 장애물 주변으로도 잘 휘어지지 않아 건물이나 다른 장애물에 쉽게 차단됩니다.
- 높은 주파수 대역(예: 밀리미터파)의 신호는 이러한 대기 흡수의 영향을 더 많이 받음.
- 이는 도심 지역에서 네트워크의 신뢰성과 범위를 확보하기 위해 추가적인 중계기와 기술적 해결책이 필요함을 의미해요.
3. 범위 및 호환성 이슈
- 커버리지 문제: 초기 단계에서 5G 네트워크는 주로 대도시나 기술적으로 발전된 지역에 집중되어 있어요. 이는 농촌이나 접근성이 낮은 지역에서는 5G 서비스를 이용하기 어렵다는 것을 의미합니다.
- 기기 호환성: 모든 스마트폰이나 기기가 5G를 지원하는 것은 아니에요. 사용자가 5G 네트워크의 혜택을 누리기 위해서는 5G를 지원하는 최신 기기로의 교체가 필요해요, 이는 추가적인 비용 부담으로 작용할 수 있습니다.
"짧은 주기의 피드백"과 "실수를 교정할 기회"