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[언론보도] 심병효 교수, '지능형 사물인터넷 저지연 통신기술’ 선구자(인사이트코리아,2019.06.03)

2019-06-03l 조회수 1145


미래형 ‘5G 신도시’ 고속도로 팍팍 넓힌다

5G 시대 선도하는 심병효 서울대학교 교수.

최근 IT 분야에서 가장 핫한 관심은 단연 ‘5G’다. 지난 4월 5G 상용화를 계기로 5G 시대가 열렸다. 소비자들은 5G가 LTE보다 얼마나 더 빠를지에 관심이 컸다. 그간 이동통신의 주 소비층에겐 ‘얼마나 더 카카오톡을 빠르게 보낼 수 있나’ ‘유튜브를 안 끊기고 볼 수 있냐’가 중요했기 때문이다. 광고문구 역시 빠른 속도에 초점이 맞춰졌다.

5G로 넘어오면서 사람 외에도 자동차, 드론, 센서, 로봇, 기계 등 인공지능 기능을 갖춘 사물이 통신의 주체로 등장하는 시기를 맞이하게 됐다. 이에 따라 속도 외에도 지연시간, 에너지 효율, 연결성 등 통신의 다가치적인 측면이 조명되기 시작했다. 현재 구축되고 있는 5G 인프라는 단순히 속도 향상만을 위한 것이 아니라, 훨씬 더 다양한 가치를 담아내기 위한 그릇인 셈이다.

지난 20여 년 간 이동·무선통신 연구를 해 온 서울대학교 심병효 교수에겐 5G가 성큼 다가 온 지금이 뜻깊은 순간이다. 그간 연구해 온 초고속 초저지연, 초연결 등의 기술이 실제 상용화 되는 시점을 맞이했기 때문이다. 심 교수는 4G를 신호등이 많고 주차 공간이 부족하고 좁은 차선으로 이뤄진 도시에 비유했다. 반면 5G는 ‘차선이 크게 넓어지고 도로망과 신호체계가 효율적으로 구축된 미래형 신도시’로 표현했다. 그는 “인프라가(infra) 잘 갖춰진 신도시에서 미래 지향적 산업 및 새로운 비즈니스 생태계 조성이 훨씬 쉬워질 것”이라며 “초저지연의 특징이 발현될 경우 그간 불가능했던 서비스들의 구현이 가능해진다”고 기대감을 나타냈다.

지난 5월 24일 서울 관악구 서울대학교 뉴미디어통신공동연구소에서 심 교수를 만나 ‘지능형 사물인터넷을 위한 저지연 통신기술’에 대한 얘기를 들어봤다.

- ‘지능형 사물인터넷을 위한 저지연 통신기술’이란 무엇인가요?

“5G를 규정짓는 세 가지 기술적 특징으로 4G LTE보다 20배 이상 빠른 초(超) 고속 전송, 0.001초 이내에 정보를 전송에서 수신까지 가능하게 하는 초(超) 저지연, 수십만 개 사물 디바이스의 접속을 보장해 주는 초(超) 연결성을 들 수 있습니다. 지능형 사물인터넷을 위한 저지연 통신기술은 5G 기술 중 초저지연 초연결성에 초점을 맞춘 기술입니다.”

- 5G는 최근 IT업계에서 가장 큰 관심사입니다. 5G의 특징에 대한 설명 부탁드립니다.

“앞서 말씀드린 초고속·초저지연·초연결성을 보장하기 위해 더욱 넓어진 고주파 대역의 스펙트럼을 사용하고, 향상된 부호화·복호화 기법을 사용하며 동시에 다양한 상황을 지원할 수 있도록 전송 시스템의 유연성을 보장하는 새로운 기술들이 도입됐습니다. 4G를 신호등이 많고 주차 공간이 부족하고 좁은 차선으로 이뤄진 도시에 비유한다면, 5G는 차선이 크게 넓어지고 도로망과 신호체계가 효율적으로 구축된 미래형 신도시로 볼 수 있습니다. 인프라가(infra) 잘 갖춰진 신도시에서 미래 지향적 산업 및 새로운 비즈니스 생태계 조성이 쉬울 것은 자명하다고 할 수 있습니다. 전송속도가 빨라지고 지연시간이 줄어듦에 따라 지금까지 모바일에서 전송속도, 지연시간의 문제로 불가능하다고 여겨졌던 여러 가지 서비스들이 가능해질 것입니다.”

-초고속·초저지연·초연결성 중 교수님께서는 어떤 연구를 하신 건가요?

“세 가지 분야가 물과 기름이 분리되듯이 뚜렷하게 분리되지는 않습니다만, 초저지연 기법에 조금 더 초점을 맞춰 연구를 하고 있습니다. 구체적으로는 동시에 많은 모바일 디바이스가 네트워크에 접속하는 경우 발생하는 지연을 줄이기 위한 기법, 제어나 명령 등 적은 정보를 전송하는 사물인터넷을 위한 간단한 송수신 기법 등 초저지연을 가능케 하기 위한 기술 등을 연구하고 있습니다.”

-저지연 연구에 초점을 맞춘 이유는 뭔가요?

“이동통신 역사에서 대부분 초고속을 위한 연구가 진행돼 왔고, 불과 2~3년 전까지만 해도 통신연구라 하면 초고속이 중요한 연구로 꼽혔습니다. 그러다 근래 5G가 등장하고, 4차 산업혁명 도래와 함께 무선 이동통신도 인간중심에서 기계·사물중심으로, 새로운 관점에서 봐야하는 시기가 왔습니다. 사물 간 혹은 기계 간 통신은 본질적으로 사람 간 통신과는 특징과 양상이 크게 다릅니다. 무인자율주행자동차의 예에서 볼 수 있듯이 제어·명령 정보는 데이터의 양은 크지 않지만 지연시간은 매우 중요합니다. 이런 이유로 사물이 통신의 주체가 되는 미래의 통신을 위한 초저지연에 초점을 맞추어 연구를 하게 됐습니다.”

-저지연 통신기술이 필요했던 이유는 뭔가요?

“대부분의 사람 간 통신 중 정보 전송 과정에서 발생하는 지연은 크게 중요하지 않습니다. 내가 보낸 카카오톡 메시지가 0.5초 늦게 상대방에게 전송되거나 네이버에서 뉴스를 찾는데 1초가 걸린다고 큰 문제가 발생하지 않습니다. 하지만 사물 간 통신, 특히 지연시간에 민감한 사물 간 통신에서는 얘기가 달라집니다. 예컨대 고속 무인자율주행 상황에서 중요한 정보(앞서 주행하는 차량의 급정거 신호)가 몇 초 후 전달되는 경우 사고가 발생할 수 있습니다. 무인 스마트 팩토리에서 용접이나 절삭 혹은 옷감의 재봉을 위한 제어·명령 신호가 늦게 전송되는 경우 로봇이나 기계나 오동작하게 되면 제품의 품질에 치명적인 영향이 생길 수 있습니다. 이렇듯 신뢰가 중요하다는 의미에서 초저지연 기술은 정확히 초고신뢰·저지연 통신(URLLC,Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 기술이라 부릅니다.”

- 5G에서 초고속·초저지연·초연결성 등의 발현이 가능한 것은 어떤 기술들 때문인가요?

“더욱 넓어진 주파수 스펙트럼의 사용, 향상된 부호화·복호화 기법 사용, 초저지연 서비스를 위한 무선자원 제어기법, 단말 간 (device to device) 직접 통신기법, 협대역 전송기법, 그리고 이러한 다양한 상황을 지원할 수 있도록 전송 시스템의 유연성을 보장하는 새로운 기술들이 5G를 가능케 하는 요소기술이라고 할 수 있습니다.”

- 그럼에도 아직까지는 5G를 체감하기 어렵다는 불만이 많습니다. 이유는 무엇인가요?

“5G 서비스가 가능한 지역을 커버리지(coverage)라고 부릅니다. 커버리지를 높이기 위해서는 더 많은 기지국, 중계국 등을 설치해야 하지만 비용·시간·노력이 많이 들기 때문에 보통은 서울, 부산 등 대도시부터 점차적으로 기지국을 설치합니다. 따라서 사용자가 아직은 5G를 완벽하게 체감하기 어렵습니다. 이외에도 5G에서 사용되는 주파수는 4G에 비해 높기 때문에 신호의 도달거리가 상대적으로 짧고 회절현상(파동이 장애물 뒤쪽으로 돌아 들어가는 현상)이 덜 발생합니다. 쉽게 말하면 고주파를 사용할 경우 송수신기 간 거리가 멀거나 또는 옆방이나 지하실 혹은 장애물이 있는 경우 수신 성능이 크게 나빠집니다. 이런 이유로 무선 이동통신 관점에서는 고주파가 전파특성이 나쁘다고 표현합니다. 5G에서는 얻을 수 있는 주파수 공간의 제약으로 LTE 주파수(900MHz, 1.8GHz 등)보다 높은 3.5GHz 대역과 28GHz의 초고주파(millimeter wave) 대역을 사용하기 때문에 다소 전파의 특성이 나쁘다고 할 수 있습니다. 많은 연구를 통해 이러한 제약을 극복하는 기술 발전이 이루어지고 있습니다만 지금 당장은 5G를 완벽하게 체감하기 어려울 것으로 생각됩니다.”

- 5G 성능이 제대로 발현되기 위해선 어떤 환경이 만들어져야 하나요?

“우선적으로 5G 커버리지를 전국으로 확대해야 하며 이를 위해서는 더 많은 기지국이 설치돼야 합니다. 이통사에서 제공하는 5G 커버리지 맵을 보면 아직 대도시 위주로 기지국이 구축돼 있는 실정입니다. 두 번째로 실제 운용을 하면서 5G 네트워크의 성능을 최적화 하는 노력이 필요합니다. 통신 품질을 높이기 위해서는 기지국 위치, 주변 환경(빌딩과 같은 장애물), 사용자의 밀집 유무 등 다양한 요소를 고려해 네트워크를 설계해야 합니다. 이와 같이 5G의 커버리지와 품질을 향상시키는 과정은 노력과 비용이 많이 들고 시간이 필요합니다.”


초고신뢰·저지연 통신(URLLC) 서비스 및 다양한 혼합 서비스를 지원하기 위한 네트워크 가상화 그림.
<심병효>

- 건물 안이나 지하에서는 5G가 잘 안 잡힌다고 하는데요.

“주파수가 높아질수록 전파는 직진성이 강해지고 회절이나 반산, 산란 등의 현상이 약해집니다. 또한 경로손실이 커져서 먼 거리 전송 시 신호의 감쇄가 매우 커집니다. 따라서 지하나 건물 안에서까지 5G 서비스를 받기 어려울 수 있습니다. 쉽게 말하면 고주파를 사용할 경우 옆방이나 지하실 혹은 장애물이 있으면 수신 성능이 나빠지는 것이지요. 5G에서는 얻을 수 있는 주파수 공간의 제약으로 LTE 주파수(900MHz, 1.8GHz 등)보다 높은 3.5GHz 대역과 28GHz의 초고주파(millimeter wave) 대역을 사용하기 때문에 다소 전파의 특성이 나쁘다고 할 수 있습니다. 아무래도 실외지역이 주파수 관점에서 다소 유리하다고 볼 수 있으며 지하나 실내공간에서도 신호가 잘 터지기 위해서는 중계기나 스몰셀(small cell) 등 진보된 기술이 필요합니다.”

- 전파 특성상 산업현장 등을 제외한 생활환경에서는 LTE를 사용하는 것이 더 효율적이지 않을까 하는 생각도 듭니다.

“주파수 특성만 본다면 28GHz의 초고주파의 경우 전파 특성이 다소 나쁘다고 표현할 수 있지만, 3.5GHz 대역은 LTE 주파수와 크게 특성이 차이 나지는 않습니다. 5G에서 사용하는 주파수 스펙트럼이 더 넓고 다양한 기술들이 사용되기 때문에 궁극적으로는 LTE 기술보다 더 나은 품질을 가질 것입니다. 다만 시간이 좀 걸리는 것은 어쩔 수 없겠지요.”

- 지금의 LTE처럼 5G가 잘 터지려면 몇 년 정도가 필요하다고 보시나요?

“이통사마다 수 만개의 5G 기지국을 설치한 상황이고 그 숫자는 계속 증가할 것입니다. 우리나라 모든 지역을 완벽하게 커버할 수 있는 100% 커버리지를 갖는 네트워크를 구축하기 위해서는 수 십 만개의 기지국이 필요할 것이며 앞으로 수년이 걸릴 것으로 예상합니다.”

- 5G는 우리의 생활을 어떻게 변화시킬 수 있을까요?

“4G LTE가 등장하면서 온라인 산업이 등장하기 시작했습니다. 모바일을 통해서 은행 업무를 수행하고 KTX 승차권을 예약하고, 화장품이나 의류 등 상품을 핸드폰에서 검색하고 주문하는 사회가 되었습니다. 5G의 등장으로 산업과 소비 생태계를 아우르는 모든 분야에서 모바일화, 온라인화는 더욱 가속화 될 것입니다. 쇼핑의 경우 재래시장이나 대형할인점, 쇼핑몰 등의 오프라인 마켓이 쇠퇴하고 쿠팡과 같은 온라인 마켓의 성장은 피할 수 없는 트렌드입니다. 지금은 빅스비나 구글 홈 등 인공지능에 기반한 스피커가 장난감 수준에 머물러 있지만 머지않은 미래에 더욱 똑똑해져서 우리가 쇼핑을 하거나, 정보를 검색하거나, 비행기 표를 사거나, 혹은 오피스 사무업무를 수행하는데 유용하게 사용될 수 있을 것입니다. 5G는 인공지능의 사용을 손쉽게 하는 플랫폼 역할을 수행할 것입니다. 또한 5G를 통해서 다양한 사물(기계·로봇·자동차·드론·센서)이 네트워크로 연결되면서 스마트시티, 스마트 팩토리, 스마트 빌딩, 스마트 팜(농장) 등 여러 가지 새로운 서비스가 생겨날 것입니다.”

- 5G는 주로 어떤 분야에 활용이 가능한가요?

“일차적으로는 모바일 사용자에게 빠른 속도를 제공함으로써 지금까지 실현하기 어려웠던 증강현실(AR)이나 가상현실(VR) 기술이 보편화 될 것으로 생각합니다. AR, VR은 전송되는 데이터양이 엄청나게 많고 또한 현장감·몰입감을 느끼기 위해서는 실시간 반응속도가 매우 중요합니다. 이러한 이유로 5G가 갖는 최대 20Gpbs의 초고속 전송 및 1msec의 초저지연성은 AR과 VR기술의 상용화 관점에서 매우 중요합니다. 전송속도가 빨라지고 양방향 전송 지연시간이 크게 줄어들 때 사용자가 느끼는 현장감·몰입감·입체감이 더욱 커지기 때문에 인터랙티브 (interactive) 게임이나, 스포츠 중계, 3D방송, 실감쇼핑 등의 분야가 크게 발전할 것으로 생각합니다. 이외에도 5G는 무인 자율주행차의 도입을 촉진시킬 것입니다. 더욱 빨라진 5G 네트워크를 통하면 실시간 주변 차량 정보를 송수신할 수 있기 때문에 교통사고를 피하면서 교통체증을 크게 줄이고 또한 연비도 크게 향상시킬 수 있습니다. 이밖에도 재난구조·원격의료·무인보안 등 다양한 산업분야에 활용될 것입니다.”

- 현재 기술 개발 단계는 어디쯤인가요?

“5G의 초기표준에서는 논스탠드얼론(non-stand-alone:NSA)이라는 비단독모드의 기술표준이 사용됩니다. NSA를 쉽게 말하면 무선망에서만 5G를 사용하고 유선 인프라는 4G를 사용하는 것으로 볼 수 있습니다. 5G의 첫 표준인 릴리즈15는 현재 상용화된 상태이며 여기서 더 발전된 표준인 릴리즈16에 대한 표준화가 현재 진행되고 있습니다.”

- 100대 기술로서 앞으로 어떻게 발전할 가능성이 있다고 생각하시나요?

“지금까지는 통신의 주요한 사용자가 사람이었으나 미래에서는 사물(로봇·인공지능·센서·자동차) 간 통신이 통신의 또 다른 주체가 될 것입니다. 사물 간 통신은 지연시간, 에너지 소비, 접속 단말 수, 정보 송수신 패턴 등 여러 관점에서 사람 간 통신과 차별화되는 특징을 가지고 있기 때문에 이를 위한 원천 핵심 연구가 절실히 요구됩니다. 4차 산업혁명은 인공지능·생명공학·빅데이터 등여러 기술들이 융합되며 사물인터넷은 이를 가능케 하는 핵심 인프라의 역할을 수행하며 앞으로 사물을 위한 통신기술의 중요성은 더욱 커질 것입니다.”

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