전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 자동차

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 5G기술의 비밀

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

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] 

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
'내란 가담' 이상민 2심 징역 15년 구형 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 조은석 특별검사팀이 22일 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관의 항소심에서도 징역 15년을 구형했다. 서울고법 형사1부(재판장 윤성식)는 이날 오후 이 전 장관의 내란 중요임무 종사 등 혐의 항소심 결심 공판을 진행했다. 조은석 특별검사팀이 22일 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관의 항소심에서도 징역 15년을 구형했다. 이상민 전 행정안전부 장관. [사진=뉴스핌 DB] 특검은 "피고인은 특정 언론사의 기능을 완전히 마비시킴으로써 계엄에 비판적인 언론을 봉쇄해 위헌적 계엄에 우호적인 여론을 형성하려 했다"며 이 전 장관에게 징역 15년을 선고해 달라고 재판부에 요청했다. 또한 "본 사건은 대한민국이 수립한 민주주의에 대한 테러"라며 "미완성 이라는 이유와 사상자가 발생하지 않았다는 점은 이 사건의 양형 고려 사항이 아니다"라고 강조했다. 이 전 장관은 계엄법상 주무부처 장관임에도 윤 전 대통령의 위헌·위법적 계엄 선포를 방조하고, 특정 언론사 단전·단수 지시를 전달하는 등 내란에 순차적으로 공모한 혐의로 1심에서 징역 7년을 선고받았다. 특검은 1심 결심에서 징역 15년을 구형한 바 있다. 1심 재판부는 언론사 단전·단수 지시 혐의에 대해 "피고인이 법조인으로서 장기간 근무했고 비상계엄의 의미와 그 요건을 잘 알 수 있는 지위에 있었던 점과 피고인이 언론사 단전·단수에 대한 협조 지시를 하기 직전 경찰청장과의 통화를 통해 국회 상황에 대해 인식하고 있었던 점을 종합해볼 때, 피고인에게 내란 중요임무 종사의 고의 및 국헌문란의 목적이 있었다"며 유죄로 판단했다. hong90@newspim.com 2026-04-22 14:57
사진
한강, 노벨상 수상후 첫 독자 앞에 [서울=뉴스핌] 김용석 선임기자 = 한강 작가가 2024년 노벨문학상 수상 이후 처음으로 일반 독자와 만나는 공식 행사의 무대로 스페인을 택했다. 주스페인한국문화원은 21일 스페인 바르셀로나 현대문화센터(CCCB)에서 한강 작가의 소설 '바람이 분다, 가라' 스페인어판 출간 기념 독자 간담회를 열었다. 한강 작가가 노벨문학상 수상 이후 처음으로 일반 독자와 만났다. 바르셀로나 현대문화센터(CCCB)에서 열린 독자 간담회. [사진= 주스페인한국문화원] 한강과 스페인의 인연은 깊다. '채식주의자'는 2019년 스페인 고등학생들이 수여하는 문학상을 받은 바 있으며, 한강은 2023년에도 '희랍어 시간' 스페인어판 출간 기념으로 마드리드·바르셀로나를 방문해 독자들과 직접 만났다. 이번 행사의 직접적 계기가 된 '바람이 분다, 가라'는 올해 3월 스페인에서 출간된 한강의 여덟 번째 스페인어판 작품이다. 주인공 정희가 친구 인주의 죽음이 자살이 아니었다는 믿음을 온몸으로 증명하려 세상에 맞서는 내용이다. 이번 행사에서 한강 작가는 스페인 주요 문학상 수상 경력의 마르 가르시아 푸이그와 나란히 앉아 '극단적인 공감'을 주제로 대담을 나눴다. 집단적 트라우마, 애도, 침묵, 우정 등 한강 작품 세계를 관통하는 키워드들이 오갔다. "문학이 망각에 저항하고 집단적 상처를 돌보는 역할을 할 수 있는가"라는 질문과 대답이 오갔다. 스페인 바르셀로나 600석 규모의 현장 입장권은 판매 개시 1분 만에 매진됐으며, 추가로 마련된 온라인 중계 관람권 200석도 10분 만에 소진됐다. [사진= 주스페인한국문화원] 2016년 '채식주의자'로 국제 부커상을 수상한 한강은 2024년 대한민국 작가 최초로 노벨문학상을 수상했다. 스웨덴 한림원은 '채식주의자', '소년이 온다', '작별하지 않는다' 등 작품 세계 전반을 아우르며 "역사적 트라우마에 맞서고 인간의 삶의 연약함을 드러낸 강렬한 시적 산문" 을 수상 이유로 밝혔다. 노벨상 수상 후 첫 공식 행사는 2024년 포니정 혁신상 시상식이지만 독자와의 만남은 이번이 처음이다. 지난해 스페인에서는 정보라, 윤고은, 최진영 등 약 20명의 한국 작가가 독자와의 만남 행사를 진행했다. 신재광 문화원장은 "노벨문학상 수상 이후 처음으로 일반 독자와 만나는 자리가 스페인에서 열린 것은 한국문학에 대한 현지의 높은 관심을 방증한다"고 밝혔다. fineview@newspim.com 2026-04-22 12:51
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
안다쇼핑
Top으로 이동