[김문기의 아이씨테크] ⑥ 5G 전세대 4G LTE 속도 점진적 향상…왜?(下)


[진짜·가짜 5G 논란] ITU 비전발표후 10년, LTE 상용화후 7년…'기가비트' 달성

5G 진위 논란이 뜨겁다. 여기저기 ‘진짜 5G’가 쏟아진다. 하지만 진짜 가짜는 논하기 전에 이를 판단하기 위한 필요충분조건들이 명확치가 않다. 세계 최초 5G 상용화를 달성하기는 했으나 최고 5G에 이르기에는 부족함이 있는 것은 사실이나 그간의 노력이 가짜는 아니다. 왜 이런 5G 진위 논란이 발생하게 됐는지, 지난 4G 상황과 다른지, 향후 5G 진화 발전방향을 시작점부터 알아보고자 한다. [편집자주]
SK텔레콤 공식인증대리점에서 3CA LTE를 홍보하는 포스터를 부착하고 있는 모습 [사진=SKT]

[아이뉴스24 김문기 기자] 2차 주파수 경매를 통해 이통3사 모두 광대역 주파수를 확보할 수 있게 됐다.

이에 따라 LTE 속도도 향상됐다. 2개의 주파수를 활용해 150Mbps, 일반 주파수와 광대역 주파수를 집성해 225Mbps, 일반 주파수 2대역과 광대역을 집성한 300Mbps까지 점진적 진전을 이뤘다.

속도 향상은 곧 경쟁력을 의미했기에 그에 따른 마케팅 경쟁도 극한으로 치달았다. 특히 3개의 주파수를 집성한 새로운 서비스는 법정 다툼까지 불사한 사례로 남았다.

3개의 주파수를 엮는 서비스는 당시 ‘트리플밴드’, ‘LTE 카테고리(cat).9’, ‘광대역 LTE-A’, ‘LTE-Ax3’ 등 무수한 마케팅 용어를 탄생시켰다. 이를 좀 더 단순화해 ‘3CA’라 부르기도 한다.

가장 먼저 서비스를 도입한 곳은 SK텔레콤이다. 2014년 12월 28일 3CA 세계 최초 상용화를 알렸다. 다만, 경쟁사의 비판이 상당했다. 그도 그럴 것이 당시 SK텔레콤은 전용단말인 갤럭시노트S-LTE를 100대 한정판매하는 방식으로 유료평가단을 구성했기 때문. 대가를 지불했기 때문에 문제가 없다는 입장을 보였다.

SK텔레콤은 세계통신장비사업자연합회(GSA) 보고서에 3CA 세계 최초 상용화 게재 관련 2015년 1월 9일부터 새로운 광고인 ‘3-밴드 LTE-A 세계 최초 상용화’편을 송출했다. 이를 계기로 KT와 LG유플러스가 부당한 광고를 이유로 서울중앙지방법원에 광고 금지 가처분 신청을 냈다. 결국 법원은 경쟁사의 손을 들어줬다.

이에 따라 갤럭시노트S-LTE 정식 출시일은 1월 12일로 미뤄졌지만 당시에는 구하기 힘든 단말로 취급됐다. 섣부른 최초 경쟁에 따른 부작용 사례로 남았다.

◆ LTE 마지막 주파수 경매

마지막 LTE 주파수 경매는 지난 2016년 4월 29일 한국정보통신기술협회(TTA)에서 열렸다. 역대 가장 과열경쟁없이 끝났던 경매다. 경매낙찰가와 연계한 재할당가격, 최저경쟁가격과 망투자계획 등이 영향이 컸다.

그 결과 SK텔레콤은 2.6GHz 주파수 40MHz폭과 20MHz폭을 각각 9천500억원, 3천277억원에, KT는 1.8GHz 주파수 20MHz폭을 4천513억원에, LG유플러스는 2.1GHz 주파수 20MHz폭을 3천816억원에 확보했다.

이로써 LTE 운용에 필요한 모든 주파수 배분이 완료됐다. 또한 LTE로 시작해 LTE-A로 진화한 4G는 마지막 관문인 ‘LTE-A 프로’ 기술표준을 도입하는 방향으로 전개됐다.

2016년 3차 주파수 경매 현황 및 결과 [사진=아이뉴스24]

◆ 주파수 영토 확정…효율성 높이기

3차 주파수 경매 이후 주파수 대역과 총량만으로 속도 향상을 기대할 수 없자 내부 효율성을 높이는 방향으로 진화했다. 변복조 기술과 안테나 기술이 꽃피운 시기다.

변복조 기술을 단순화하면 한번에 보낼 수 있는 데이터 사용량을 늘려 속도를 높이는 압축 방식을 의미한다. 더 작게 만들 수 있다면 한번에 전송할 수 있는 양이 늘어나는 원리다.

이에 따라 이통3사는 6비트에서 8비트로 전송되는 데이터 사용량을 늘려주는 ‘다운링크 256쾀(QAM)’을 도입한다. 이를 통해 다운로드 속도를 약 33% 더 올릴 수 있다. 예를 들어 LTE 10MHz폭에서 이론상 최대 다운로드 속도는 75Mbps로 256쾀을 적용하면 33% 향상된 100Mbps를 달성할 수 있다.

송신과 수신부의 안테나 수를 늘려서 속도를 높일 수 있다. 안테나 수를 늘려도 한번에 보낼 수 있는 데이터 사용량이 많아진다. 4x4 MIMO가 대표적이다. 기존 2x2 MIMO 대비 속도를 2배 가량 증가시킬 수 있다. 즉, 다운링크 256쾀으로 속도가 100Mbps로 향상된 대역에 4x4 MIMO를 도입하면 2배인 200Mbps 속도 달성이 가능한 셈이다.

문제는 기지국 측면에서 4개의 안테나가 달려 있다고 하더라도 받는 쪽에서 2개의 안테나만을 사용한다면 효과는 무용지물이다. 단말 역시도 4개 안테나에서 동시 송출하는 데이터를 받아야 한다. 하지만 손바닥만한 휴대폰에서 간섭 없이 안테나를 늘리는 작업은 고도의 기술진화가 필요하다.

이에 따라 기지국뿐만 아니라 단말의 안테나 설계 기술도 비약적으로 발전하는 효과를 가져오게 됐다. 변복조 기술 및 차세대 안테나 기술 도입이 가능한 단말이 나올 때마다 LTE 속도도 점차 증가했다.

SK텔레콤은 1.8GHz, 2.1GHz, 2.6GHz 대역에 차근차근 4x4 MIMO를 도입했다. KT 역시 1.8GHz, 2.1GHz에, LG유플러스는 2.1GHz, 2.6GHz 대역에 이를 도입해 속도를 높였다.

기지국 증설 작업 중인 현장 직원 [사진=KT]

◆ 7년만에 달성한 LTE 비전 속도…기가비트 시대 열다

2018년 2월 스페인 바르셀로나. SK텔레콤이 국내 최초 ‘기가비트 LTE’ 상용화를 발표했다. 당시 첫 공개된 삼성전자 ‘갤럭시S9’부터 기가비트 LTE를 누릴 수 있다고 선언한 것.

1Gbps 속도는 1GB 용량의 영화 한편을 8초만에 내려받을 수 있는 속도다. 일반적인 LTE 속도, 즉 LTE가 상용화된 초기 속도 대비 13.3배나 빠른 속도다. 일반 LTE 속도로는 영화 한편에 약 1분 50초가 소요된다.

2008년 ITU가 LTE 비전 목표로 내세운 1Gbps 속도를 달성한 해이기도 하다. 무려 10년만에 쾌거다. 국내서는 2011년 LTE가 상용화됐으니 7년만에 기가비트를 달성한 셈이다.

당시 SK텔레콤은 1.8GHz과 2.6GHz 광대역 주파수 2개와 800MHz, 2.6GHz 일반대역 주파수 4개 대역에서 LTE를 운영 중이었다.

보통 일반 LTE 하향 속도는 75Mbps. 다운링크256쾀으로 속도를 33%, 4x4 MIMO 도입으로 각 주파수 속도를 2배 늘릴 수 있다. 일반대역 LTE 하향 속도는 100Mbps, 광대역에서는 200Mbps 속도가 가능하다. 4X4 MIMO가 적용된 광대역LTE와 일반대역 2개를 더하면 총 1Gbps 속도가 도출된다.

2018년 스페인 바르셀로나 MWC2018에서 공개된 삼성전자 갤럭시S9는 기가비트 LTE를 달성한 스마트폰이다.

실제로 SK텔레콤은 MWC2018에서 이 기술을 시연해 실현 가능함을 알렸다.

이후 이통사의 주파수 운영계획과 단말의 진화발전을 통해 최종적으로 5개의 주파수를 엮어 속도를 높일 수 있는 기술개발에 성공했다. 이에 따라 달성 가능한 LTE 이론적 다운로드 최대 속도는 1.25Gbps까지 올랐다. KT와 LG유플러스 역시 현재 기가비트 LTE 실현이 가능한 수준까지 오른 상태다.

이같은 속도는 전세계 2%만이 달성 가능한 LTE 속도다. 에릭슨이 최근 발표한 ‘에릭슨 모빌리티 보고서 2021 2분기’에 따르면 1.2Gbps 속도에 해당하는 LTE 카테고리.19(Cat.19)를 실현할 수 있는 곳은 총 6곳으로 이 중 하나가 국내 이통사인 셈이다.

/김문기 기자(moon@inews24.com)







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