[김문기의 아이씨테크] ③ '주파수' 5G 속도 핵심…얼마나 나올까

[아이뉴스24 김문기 기자] 이동통신 속도를 결정짓는 가장 핵심요소는 ‘주파수’다. 농사에 비유하면 토양이라고 말할 정도로 반드시 확보해야 하는 항목이다. 5G 최대 속도 역시도 기술적 제한이 없다면 주파수를 통해 갈린다.

우리나라는 지난 2018년 6월 15일 첫 5G 주파수 경매를 실시했다.

5G 주파수 경매는 3.5GHz 대역 280MHz 대역폭과 28GHz 대역 2천400MHz폭이 매물로 나왔다. 당초 3.5GHz 대역은 300MHz폭이 나올 예정이었으나 3.40~3.42GHz 대역 20MHz폭 인접대역에서 공공 주파수와의 간섭으로 인해 최종 제외됐다. 각각의 최저경쟁가격은 2조6천544억원, 6천216억원이다. 무기명 블록방식이 도입돼 블록수량을 결정하는 1단계와 위치를 결정하는 2단계로 진행됐다.

관심이 집중된 대역은 3.5GHz 주파수다. 이통3사 모두 5G 전국망으로 활용할 계획이었기 때문에 총량제한인 100MHz폭을 확보하기 위해 총탄을 아끼지 않았다. 결과적으로 1단계 총 9라운드, 2단계 밀봉입찰로 위치가 결정, 경매 2일차인 18일에 총 낙찰가 3조6천183억원으로 종료됐다.

SK텔레콤이 3.5GHz 주파수 대역에서 1단계는 9천680억원을, 2단계에서는 가장 상단인 3.6~3.7GHz 대역을 선택해 2천505억원을 썼다. 최종적으로 1조2천185억원으로 해당 주파수를 확보했다.

3.5GHz 주파수 상단의 경우 추후 확장에 용이하기 때문에 소위 노른자위로 평가받았다. 28GHz 주파수 역시 확보한 대역의 상단은 이미 확보된 주파수 600MHz폭이 남아 있었기 때문에 이 역시도 확장에 유리했다.

KT는 실리를 챙겼다. 3.5GHz 대역은 중단 대역을 가져갔다. SK텔레콤과 LG유플러스 사이에 위치해 있어 추후 확장에 어려움이 있다. 다만, 총량제한에 따른 100MHz폭을 가져가 SK텔레콤과 초기 동등한 위치에 설 수 있었다. 28GHz 주파수 역시 가장 하단을 확보해 확장 가능성이 크다. 낙찰가는 각각 9천680억원, 2천78억원을 썼다.

LG유플러스는 3.5GHz 주파수에서 간섭이슈로 제외된 하단 80MHz폭을 할당 받았다. 다만, 과학기술정보통신부가 전문가 연구반을 구성해 할당여부에 대한 판단을 조속히 내리겠다고 공언한만큼 향후 추가 확보가 예상됐다. 하지만 28GHz 대역은 SK텔레콤과 KT 사이에 낀 대역을 가져가면서 위치 확보에는 실패했다.

◆ 현재 3.5GHz 주파수 이론속도 1.5Gbps

3.5GHz 주파수는 SK텔레콤과 KT가 각각 100MHz폭을, LG유플러스가 80MHz폭을 운영하고 있다. 28GHz 주파수는 3사 모두 800MHz폭을 확보하고 있다.

확보된 주파수를 현재 이동통신 표준과 기술 진화발전에 따른 국내 상용화 서비스를 기준으로 해 현재 낼 수 있는 이론상 최대 속도를 도출할 수 있다.

3.5GHz 주파수 100MHz폭을 기준으로 낼 수 있는 이론상 다운로드 최대 속도는 1.5Gbps다. 즉, 이통3사가 현재 상용화한 5G 서비스로 고객이 최대 누릴 수 있는 속도 역시 1.5Gbps가 최대라는 말이다.

이통3사는 좀 더 체감속도를 높이기 위해 기존 LTE 역시 5G에 활용하는 듀얼커넥티비티 기술 등을 도입했다. 보유한 LTE 주파수와 상용화된 각종 기술들을 포함해 SK텔레콤이 낼 수 있는 이론상 다운로드 최대 LTE 속도는 1.25Gbps다. KT와 LG유플러스는 주파수 제한으로 인해 1Gbps 속도 달성이 가능하다.

즉, 실제로 고객이 누릴 수 있는 최대 속도는 SK텔레콤이 2.75Gbps로 가장 빠른 축에 속한다.

◆ 속도를 결정 짓는 3요소

이러한 최대 전송속도는 주파수 대역와 주파수 총량, 변조 기술 및 안테나 기술 발전 등 3가지 요소에 의해 결정된다.

주파수 대역의 경우 저주파 대역보다 고주파 대역일 때 전송속도 향상에 더 유리하다. 다만 고주파로 올라갈 수록 커버리지가 좁아지는 한계가 발생한다.

주파수 총량은 대역폭이 넓을 수록 전송속도 향상에 유리하다. 주파수를 토양에 비유한다고 했는데, 토양이 많으면 많을수록 농작물을 수확할 수 있는 양이 늘어나는 것과 마찬가지다. 대역폭의 한계가 있더라도 주파수집성기술(CA) 등을 통해 엮어 쓸 수도 있다.

변조기술은 단위 주파수당 더 많은 데이터를 전송하는 기술을 말한다. 마트에서 카트를 끌고 다닌다고 가정한다면 더 작은 물건을 더 많이 담을 수 있는 것과 비슷하다. 데이터를 더 작게 압축한다면 한번에 보낼 수 있는 양이 많아지기 때문에 속도가 올라간다.

안테나 역시 여러개로 데이터를 송신하며 전송효율을 높일 수 있다. 안테나가 2개일때보다 4개일때 동시에 보낼 수 있는 데이터가 2배로 늘어난다는 것.

즉, 더 많은 주파수를 확보하고, 변복조 기술과 안테나 기술 등이 진화발전할수록 최대 속도는 점점 더 높아지게 되는 셈이다.

ITU가 핵심성능으로 제시한 20Gbps도 이같은 요소들이 모두 충족됐을 때 도달할 수 있는 목표 속도다. 계속해서 표준이 완성되고 그 표준을 통해 기술발전을 이루며, 실제 상용화돼 고객에게 도달할 때까지는 아직 많은 시간이 필요하다.

예를 들어 LTE 때도 마찬가지다. 2008년 ITU가 IMT-어드밴스드(4G)의 비전을 제시했을 때 등장한 최대 속도는 1Gbps였다. 하지만 국내 LTE가 상용화된 2011년 이통사가 낼 수 있는 이론상 최대 다운로드 속도는 75Mbps에 불과했다. 이후 끊임없는 진화발전을 거치고 3차례 주파수 경매를 통해 확보한 대역을 기반으로 8년만에 목표 속도인 1Gbps에 도달할 수 있게 됐다.

즉, 현재 5G는 초기 도입 단계로 20Gbps를 목표로 1.5Gbps라는 시작점에서 뛰고 있는 것이라 볼 수 있다.

◆ 이론과 실제는 다르다…현재 LTE 대비 4배↑

이론상 최대 낼 수 있는 5G만의 다운로드 최대 속도는 1.5Gbps, LTE와 함께 2.75Gbps를 낼 수 있다고 하지만 현실은 다르다. 말 그대로 이 속도는 이론상 구현 가능한 속도이지 실제 속도는 아니다.

이론상 속도는 최적의 환경, 가령 조건을 갖춰 놓은 연구실에서 낼 수 있는 최대 속도라는 뜻으로 해석하면 된다. 많은 변수가 상존하는 실제 현장은 이와 다를 수 밖에 없다. 실제로 주파수는 지형과 날씨, 수용량, 트래픽량 등에 따른 영향이 천차만별로 통상 실제 속도는 이론적인 속도보다 더 낮을 수밖에 없다.

언제 어디서 어떤 방식으로 어떤 단말과 콘텐츠를 이용했는냐에 따라 실제 속도 계속해서 달라질 수밖에 없다. 특정 속도가 그 곳의 속도를 대표할 수도 없다.

가령 5G 사용자가 늘어날수록 개인이 누릴 수 있는 속도는 지속적으로 떨어진다. 물론 기술 고도화를 통해 이를 상쇄할 수는 있다. 하지만 무선 네트워크 속도는 주파수 양에 따라 제한을 받기 때문에 추가 주파수를 확보하지 않는한 속도를 무한정 올리는데 한계가 따른다.

체감되는 속도를 계산하기 위해서는 이론상 최대 속도보다는 이전세대 속도와 비교하는 것이 보다 정확하다.

과기정통부가 지난해 12월 30일 발표한 ‘2020년 통신서비스 커버리지 점검 및 품질평가’ 결과에 따르면 5G 다운로드 평균 속도는 LTE 대비 약 4배 가량 높은 것으로 나타났다. 순간 최고 속도 역시 약 3~4배에 달한다.

다만, LTE는 이미 충분히 성숙된 상태에서의 속도이며, 5G는 초기 도입 단계임을 고려했을 때 이같은 차이는 계속해서 늘어날 전망이다.

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