[김정호의 4차혁명 오딧세이] 5G기술의 비밀

기사입력 : 2018년08월27일 08:19

최종수정 : 2018년08월27일 08:57

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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"尹 기자회견 대국민 사과 미흡" 71.2% [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = 국민 10명 중 7명은 윤석열 대통령의 대국민 사과가 미흡하다고 생각하는 것으로 나타났다. 종합뉴스통신사 뉴스핌 의뢰로 여론조사 전문기관 미디어리서치가 지난 11일~12일 이틀간 전국 만 18세 이상 남녀 1002명을 대상으로 진행한 ARS 조사 결과 윤 대통령의 대국민 사과에 대해 '미흡했다(매우 미흡+다소 미흡)'고 응답한 비율이 71.2%로 집계됐다. '진정성 있다(다소 진정성+ 매우 진정성)'고 답변한 비율은 26.4%, '잘모름'은 2.4%로 나타났다. '윤 대통령의 사과가 미흡했다'는 남녀 모두에서 과반을 넘었다. 남성은 64.9%, 여성은 62.9%가 '매우 미흡했다'고 답변했다. '다소 미흡했다'는 각각 8.3%, 6.2%였다. 남성 71.2%, 여성 69.1%가 윤 대통령 사과에 대해 '미흡했다'는 인식을 같이 하고 있는 셈이다. 연령별로 보면 1020세대와 40대가 특히 부정적으로 인식했다. 40대는 87.2%가 '미흡했다'고 답변했다. 구체적으로 '매우 미흡'이 81.0%, '다소 미흡'이 6.2%였다. '진정성 있다'는 12.3%로 '다소 진정성 있다'는 5.6%, '매우 진정성 있다'는 6.8%였다. '잘모름'은 0.5%였다. 만 18세~29세도 84.8%가 '미흡했다'고 응답했다. '매우 미흡'이 78.8%, '다소 미흡'이 6.0%로 나타났다. '진정성 있다'는 14.3%로 '다소 진정성 있다'가 2.4%, '매우 진정성 있다'는 11.9%였다. '잘모름'은 0.9%였다. 50대는 '미흡했다'가 75.2%(매우 미흡 69.6%, 다소 미흡 5.5%), '진정성 있다'는 23.5%(다소 진정성 7.0%, 매우 진정성 16.5%)로 조사됐다. '잘모름'은 1.3%였다. 30대는 '미흡했다' 68.2%(매우 미흡 62.2%, 다소 미흡 5.9%), '진정성 있다' 24.3%(다소 진정성 6.9%, 매우 진정성 17.5%), 잘모름 7.5%로 나타났다. 60대는 '미흡했다' 60.2%(매우 미흡 52.0%, 다소 미흡 8.1%), '진정성 있다' 38.4%(다소 진정성 17.7%, 매우 진정성 20.8%), '잘모름' 1.4%였다. 전 연령대에서 유일하게 70대 이상만 '진정성 있다'가 48.9%(다소 진정성 23.7%, 매우 진정성 25.3%)로, '미흡했다'고 응답한 46.9%(매우 미흡 34.4%, 다소 미흡 12.6%)를 앞질렀다. 지역별로는 광주·전남·전북이 '미흡했다'가 80.1%(매우 미흡 69.8%, 다소 미흡 10.3%)로 가장 많았다. '진정성 있다'는 16.5%(다소 진정성 7.1%, 매우 진정성 9.4%), '잘모름'은 3.4%였다. 다음으로 경기·인천은 '미흡했다' 74.8%(매우 미흡 69.3%, 다소 미흡 5.5%), '진정성 있다' 25.5%(다소 진정성 8.7%, 매우 진정성 15.8%), '잘모름' 0.7%였다. 서울은 '미흡했다' 74.2%(매우 미흡 64.3%, 다소 미흡 9.9%), '진정성 있다' 24.9%(다소 진정성 7.0, 매우 진정성 17.9%), '잘모름' 0.9%였다. 강원·제주는 '미흡했다' 71.0%(매우 미흡 66.2%, 다소 미흡 4.8%), '진정성 있다' 23.3%(다소 진정성 16.2%, 매우 진정성 7.1%), '잘모름' 5.7%로 나타났다. 부산·울산·경남은 '미흡했다' 65.9%(매우 미흡 55.4%, 다소 미흡 10.5%), '진정성 있다' 30.7%(다소 진정성 12.4%, 매우 진정성 18.3%), '잘모름' 3.4%였다. 대전·충청·세종은 '미흡했다' 64.7%(매우 미흡 61.0%, 다소 미흡 3.6%), '진정성 있다' 28.0%(다소 진정성 12.9%, 매우 진정성 15.1%), '잘모름' 7.3%로 조사됐다. 대구·경북은 '미흡했다' 59.4%(매우 미흡 54.6% 다소 미흡 4.8%), '진정성 있다' 38.5%(다소 진정성 15.8%, 매우 진정성 22.8%), '잘모름' 2.1%로 가장 낮았다. 지지정당별로는 여당을 제외하고 모두가 부정적인 답변이 많았다. 더불어민주당 지지자들은 윤 대통령의 사과가 '미흡했다'고 응답한 비율이 95.1%에 달했다. 이중 '매우 미흡'은 91.9%, '다소 미흡'은 3.1%였다. '진정성 있다'고 답변한 비율은 4.5%(다소 진정성 1.3%, 매우 진정성 3.2%)에 불과했다. '잘모름'은 0.4%였다. 반대로 국민의힘 지지자들은 62.6%가 '진정성 있다'고 대답했다. '다소 진정성이 있었다'는 26.1%, '매우 진정성이 있었다'가 36.7%로 집계됐다. '미흡했다'는 35.4%(매우 미흡 22.9%, 다소 미흡 12.4%), '잘모름'은 1.9%였다. 조국혁신당 지지자들은 '미흡했다' 95.8%(매우 미흡 94.7%, 다소 미흡 1.1%), '진정성 있다' 4.2%(다소 진정성 1.1%, 매우 진정성 3.1%)였다. 개혁신당은 '미흡했다' 90.0%(매우 미흡 77.9%, 다소 미흡 12.1%), '진정성 있다' 8.3%(다소 진정성 3.4%, 매우 진정성 4.9%), '잘모름' 1.7%였다. 진보당은 '미흡했다' 70.1%(매우 미흡 65.1%, 다소 미흡 5.0%), '진정성 있다' 29.9%(다소 진정성 2.3%, 매우 진정성 27.6%)로 조사됐다. 무당층은 '미흡했다' 78.6%(매우 미흡 71.3%, 다소 미흡 7.3%), '진정성 있다' 9.4%(다소 진정성 6.0%, 매우 진정성 3.4%), '잘모름' 12.0%였다. 국정지지별로는 '잘못하고 있다'는 응답자 중 94.8%가 '미흡했다'고 답변했다. '매우 미흡'이 87.9%, '다소 미흡'이 6.9%였다. '진정성 있다'는 3.1%(다소 진정성 2.0%, 매우 진정성 1.1%), 잘모름은 2.1%였다. 국정을 '잘 하고 있다' 응답자 중에서는 89.2%가 '진정성 있다'고 대답했다. '다소 진정성'은 32.5%, '매우 진정성'은 56.7%로 나타났다. '미흡했다'는 9.5%(매우 미흡 2.5%, 다소 미흡 7.0%), '잘모름'은 1.3%였다. 김대은 미디어리서치 대표는 "윤석열 대통령이 대국민담화 및 기자회견은 '끝장 회견'을 예고한 것과는 달리 국민이 원하는 '속 시원한' 대답은 나오지 않았다"며 "윤 대통령의 이날 답변은 대체로 두루뭉술하고 포괄적이었다"고 평가했다. 이어 "국민 앞에 고개는 숙였지만 정작 실제 답변에선 김건희 여사를 적극 두둔해 대국민사과 효과를 '반감'시켰다는 지적과 함께 문제 인식과 처방 모두에서 '국민 눈높이'에 크게 미흡 하다보니 이번에 조사한 대통령 국정지지율과 거의 비슷하게 나왔다"고 분석했다. 이번 여론조사는 성·연령·지역별 인구비례 할당 추출 방식으로 추출된 표본을 구조화된 설문지를 이용한 무선(100%) ARS 전화조사 방식으로 실시했으며 응답률은 3.6%, 신뢰수준은 95%, 표본 오차는 ±3.1%p다. 통계보정은 2024년 1월말 행정안전부 주민등록 인구통계를 기준으로 성별 연령별 지역별 가중 값을 부여(셀가중)했다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. right@newspim.com 2024-11-14 06:00

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尹지지율 26.9%…'기자회견 효과 보수결집' [서울=뉴스핌] 박성준 기자 = 윤석열 대통령의 지지율이 20%대 중후반을 기록했다는 여론조사 결과가 14일 발표됐다. 종합뉴스통신사 뉴스핌 의뢰로 여론조사 전문업체 미디어리서치가 지난 11일~12일 이틀간 전국 만 18세 이상 남녀 1002명에게 물은 결과 윤 대통령의 국정운영에 대한 긍정평가는 26.9%로 집계됐다. 부정평가는 71.5%로 나타났다. '잘 모름'에 답한 비율은 1.6%다. 긍정평가(26.9%)는 지난 조사와 달라지지 않았고 부정평가는 0.4%포인트(p) 하락했다. 긍정평가와 부정평가 간 격차는 44.6%p다. 연령별로 보면 40대에서 긍정평가와 부정평가 격차가 극명하게 드러났다. 만 18세~29세에서 '잘함'은 17.1% '잘 못함' 81.1%였고, 30대에서는 '잘함' 21.3% '잘 못함' 77.2%였다. 40대는 '잘함' 10.8% '잘 못함' 88.3%, 50대는 '잘함' 24.2% '잘 못함' 75.4%로 집계됐다. 60대는 '잘함' 40.7% '잘 못함' 56.9%였고, 70대 이상에서는 '잘함' 50.8% '잘 못함' 46.2%로 집계됐다. 지역별로는 서울 '잘함' 23.6%, '잘 못함'은 73.8%로 집계됐다. 경기·인천 '잘함' 24.3% '잘 못함' 74.8%, 대전·충청·세종 '잘함' 27.3% '잘 못함' 72.1%, 강원·제주 '잘함' 14.8% '잘 못함' 74.8%로 조사됐다. 부산·울산·경남 '잘함' 33.3% '잘 못함' 65.0%, 대구·경북은 '잘함' 42.1% '잘 못함' 55.9%로 집계됐다. 전남·광주·전북은 '잘함' 18.3% '잘 못함' 79.9%로 나타났다. 성별로도 남녀 모두 부정평가가 우세했다. 남성은 '잘함' 26.2% '잘 못함' 72.6%, 여성은 '잘함' 27.6% '잘 못함' 70.4%였다. 김대은 미디어리서치 대표는 "기자회견에서 김건희 여사 관련 의혹에 대해 제대로 된 해명 대신 감싸기에만 급급했고, 명태균 씨 논란에 대한 해명도 제대로 되지 않아 결과적으로 불신만 더 키운 꼴이 됐다"며 "하지만 60-70대 이상과 영남권 등 전통적인 지지층에서는 탄핵 등의 위기감이 높아져 지지율이 오히려 상승했다"고 해석했다. 그러면서 "며칠 전 미국 대선에서 트럼프 전 대통령이 당선되면서 안보와 경제 등 위기감 고조로 보수층이 결집하며 추가적인 지지율 추락을 막을 수 있었다"고 덧붙였다. 차재권 부경대 정치외교학과 교수는 "기자회견에 대해 긍정평가와 부정평가가 동시에 존재한다"며 "형식적으로나마 기자회견을 하고 사과를 했다는 점에서 만족하는 보수 지지층이 있다"고 말했다. 이어 "지지율 자체는 큰 변동이 없지만 (이번 기자회견 때문에) 부정평가한 사람들이 나중에라도 다시 긍정평가할 가능성이 더 낮아졌다"이라며 "앞으로 지지율이 개선될 가능성은 거의 없다"고 분석했다. 이번 여론조사는 성·연령·지역별 인구비례 할당 추출 방식으로 추출된 표본을 구조화된 설문지를 이용한 무선(100%) ARS 전화조사 방식으로 실시했으며 응답률은 3.6%, 표본오차는 95% 신뢰수준에 ±3.1%p다. 통계보정은 2024년 1월말 행정안전부 주민등록 인구통계를 기준으로 성별 연령별 지역별 가중 값을 부여(셀가중)했다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. parksj@newspim.com 2024-11-14 06:00