[현장] 퀄컴이 전망한 '5G+산업' 직접 체험해보니

[아이뉴스24 김문기 기자] 5세대통신(5G)이 산업 전반을 어떻게 바꿔 나갈까.

4세대통신(4G) 롱텀에볼루션(LTE)까지 이용자 측면에서의 패러다임 전환이었다면, 5G부터는 산업적 측면에서의 변화가 예상된다.

4차산업혁명이라 불리는 이 변화는 기존 산업 인프라가 유선에서 무선으로 전환됨을 의미한다. 지능화를 통한 빅데이터 수집, 더 나아가 인공지능이 도입되면서 자동화에 한층 더 탄력을 받을 것으로 기대된다.

퀄컴은 지난 7일(현지시간) 미국 샌디에이고에서 열린 5G 데이에서 5G가 바꿀 산업분야의 변화상을 다양한 사례를 들어 직접 시연했다.

퀄컴의 창립자인 어윈 M. 제이콥스 퀄컴홀에서 열린 이 시연장에서는 초고주파 및 초광대역 주파수에서의 5G 시험검증과 산업 IoT, SDM CoMP, V2X, IoT 네트워크, 와이어리스 엣지 솔루션뿐만 아니라 디바이스에 적용될 스냅드래곤 X24와 스냅드래곤 50 5G 모뎀 테스트가 진행됐다.

◆ 퀄컴-이통사-장비업체 5G 시험검증 결과

퀄컴은 에릭슨, 노키아, ZTE 등 글로벌 네트워크 업체들과 함께 3.5GHz 주파수와 28GHz 주파수 대역에서의 5G 시험검증 결과를 공개했다. 이동통신표준화기구인 3GPP의 5G NR 표준을 기반으로 한다. 두 주파수 모두 한국에서 진행될 주파수 경매에 등장할 대역이다. 실제 한국에 적용됐을 때의 성능을 미리 엿볼 수 있어 의미가 남다르다.

3.5GHz 주파수 대역에서는 100MHz 대역과 2개의 100MHz 대역을 주파수집성(CA)한 결과 각각 1.4Gbps, 2.8Gbps 속도를 기록했다.

조건을 자세히 살펴보면 두 대역 모두 변복조기술인 256쾀(QAM)과 4x4 MIMO가 적용됐다. TDD 방식으로 총 4개의 슬롯 중 하나의 슬롯만이 업로드에 쓰인다. 즉, 이 속도는 3개의 슬롯을 통해 측정된 다운로드 속도를 나타낸다.

한국은 3.5GHz 주파수 300MHz 대역폭을 경매에 내놓을 계획이다. 이통3사가 골고루 할당받는다면, 앞서 측정된 1.4Gbps 속도를 보여줄 것으로 예상된다. 네트워크 최적화를 통해 속도는 더 올라갈 수 있다.

28GHz 주파수 대역은 한국이 주도적으로 나선 표준 규격 대역이다. 이 대역이 글로벌 장비업체를 통해 테스트가 진행되고 있는 셈이다. 테스트 조건으로는 5G NR 표준 기반으로 2x2 MIMO, 64쾀을 적용했다. 14개의 심볼로 구성돼 1개 대역에서만 업로드를 담당하고 있다.

대역은 100MHz, 2x100MHz, 4x100MHz, 8x100MHz에서 시험이 진행됐다. 각각 속도는 465Mbps, 930Mbps, 1.86Gbps, 3.72Gbps가 도출됐다. 마찬가지로 기술 진화에 따라 속도는 더 올라갈 것으로 기대된다.

한국은 28GHz 주파수 1GHz 대역폭을 경매 매물로 확정한 상태다. 상하단 주파수인 2GHz 대역폭은 아직까지 할당 미정인 상태다. 주파수 효율성을 높이기 위해서는 최대의 대역을 확보할 필요가 있다.

◆ LTE 종결자와 5G 개척자의 등장

초고주파 대역을 활용하기 위해서는 인프라뿐만 아니라 디바이스 내에서도 이를 지원할 수 있는 통신모뎀이 적용돼 있어야 한다.

퀄컴은 지난해 5G 통신모뎀인 스냅드래곤 X50 패밀리를 공개했다. 그 중 하나가 글로벌 이통사와 제조업체들을 통해 시험검증에 돌입했거나 도입을 검토 중이다. 현장에서는 실시간 테스트 결과를 확인할 수 있었다.

스냅드래곤X50 통신모뎀은 레퍼런스 모델에 장착돼 데모룸에서 테스트가 진행됐다. 초고주파수 대역을 활용한 빔포밍이 가능한 환경을 인위적으로 만들어냈다. 28GHz 주파수 100MHz 대역폭 8개를 사용한다. 현장에서는 최대 4.29Gbps 속도를 기록했다. 평균적으로 3Gbps 후반대를 유지했다.

한쪽에서는 첫 소개된 스냅드래곤 X24 LTE 모뎀의 실시간 시연이 이어졌다. 현장에서는 4x4 MIMO가 적용된 20MHz 광대역폭 5개를 묶어 속도 측정 결과를 공개했다. 1.8Gbps에서 2Gbps 내 비교적 안정된 속도를 보여줬다.

스냅드래곤 X24 LTE의 최대 속도는 2Gbps 수준으로, 20개의 데이터 통로를 사용한다. 면허대역뿐만 아니라 비면허대역을 활용하는 LAA의 효율성도 보다 높아졌다. 7나노미터 공정으로 생산되는 첫 통신모뎀이기도 하다. 성능과 전력효율 향상을 이뤘다.

◆ 산업IoT의 발전 가능성 확보

5G는 빠른 속도 뿐만 아니라 끊김없는 저지연성을 갖추고 있다. 찰나의 순간도 용납치 않는 산업군에도 쓰일 수 있는 기본 토대를 갖춘 셈이다.

두르가 말라디(Durga Malladi) 퀄컴 수석부사장은 “산업 IoT는 퀄컴이 매우 흥미롭게 생각하는 분야다”라며, “제대로 적용만 된다면 제조업을 완전히 탈바꿈 시킬 수 있으며, 퀄컴은 매일 몇시간씩 GE, 보쉬, 시멘스 등 제조사들과 많은 대화를 나누고 있다”고 말했다.

이들은 전통적으로 통신 분야 기업들은 아니지만 유선에서 무선통신으로 변화를 고려하고 있다. 유선 중심 업무는 많은 제약이 있으나 무선으로 전환된다면 효율성을 극대화시킬 수 있다.

퀄컴은 5G 초저지연성 검증을 위한 특별한 데모장치를 공개했다. 원 한쪽에 작은 홀을 뚫은 후 뒤쪽에 LED를 달아놨다. 이 원은 빠른 속도로 회전하는데 LED와 홀이 마주쳤을 때만 불이 들어오도록 설정해놨다. 굉장히 빠른 속도로 도는 원 홀에 맞춰 LED 점등을 맞추려면, 네트워크 저지연 능력이 무엇보다 중요하다.

이 원은 좌우측 각각 4개씩 배치됐다. 한쪽은 유선에서, 다른 한쪽은 무선을 설정해 서로 비교할 수 있도록 설계했다. 기존 LTE 때는 20ms 수준으로 유선 대비 오차 범위가 더 넓다. 10ms 에서는 오차 범위가 상당부분 줄어들었지만 유선보다는 부족한 듯하다.

5G NR에서의 지연속도는 1ms 수준으로 동일한 600rpm 회전 환경에서 유선과 비슷한 오차 범위를 기록했다. 무선연결을 통해서도 충분히 기존 유선에 근접한 환경을 만들어낼 수 있음이 확인됐다.

산업 측면에서 퀄컴은 eMTC와 NB-IoT 등 IoT 네트워크를 하나의 칩셋 솔루션으로 지원할 수 있는 LTE IoT SDK를 배포할 계획이다. 협대역을 이용하는 IoT 네트워크가 기존 LTE와 조화롭게 사용되는 모습도 확인시켜줬다.

한편, 퀄컴은 IoT 기기 생태계 확장을 위해 퀄컴 와이어리스 엣지 솔루션도 도입한다.

◆ V2X를 통한 안전한 자율주행 실현

퀄컴은 안전 관련 애플리케이션에서도 보다 많은 발전이 있을 것으로 기대하고 있다. 유심히 살펴보고 있는 분야는 차량간통신(V2X)다. V2X는 신호등이나 교차로 등 인프라와 연관된 V2I와 네트워크 연결성을 위한 V2N, 차량간 통신이 가능한 V2V 등 여러 솔루션으로 나뉜다.

말라디 수석부사장은 "이미 자율주행 기능을 탑재한 차량은 많이 있으며 꼭 무선 통신을 사용하는 것도 아니다"라며, "수많은 무선통신 솔루션을 통해 자율주행의 개념이 완전히 바뀔 것이며, 5G 기술이 자율주행에 충분한 도움을 줄 것이라 생각한다"고 말했다.

기존 운전자가 직접 운전을 하는 경우 3차선에서 1차선으로 변경할 때 좌측의 사각지대를 파악하지 못해 사고가 발생할 수 있다. 만약 네트워킹 없이 자율주행만 가능하다면 2차선까지는 수월하게 넘어갈 수 있겠지만 1차선이 너무 혼잡하면 차선 변경이 어려울 수도 있다. 그 상황만 파악하기 때문이다.

만약 5G의 도입으로 V2X가 실현된다면, 클라우드 서버를 통한 인프라 파악과 차량간 소통이 가능해짐으로써 1차선의 바쁜 상황 속에서도 2차선의 차량이 1차선으로 넘어올 수 있게 된다.

보다 일상적 상황으로 퀄컴은 샌디에이고 본사 근처에서 하나의 상황을 연출해 V2X를 실시간 시연했다. 응급환자가 발생해 엠뷸런스차량이 출동하는 장면을 연출했다. 엠뷸런스 차량 앞에는 일반 차량이 앞서 달리는 것으로 설정했다.

엠뷸런스는 출동 전에 이미 앞서가 있는 일반 차량을 통해 현재 도로의 상황을 파악할 수 있다. 앞서 있는 일반차량 역시 뒤에서 다가오는 엠뷸런스가 보다 빠르게 사고 지점에 도착할 수 있도록 차선을 미리 변경하는 등의 작업을 수행한다. 이러한 일련의 과정을 통해 긴급상황을 빠르게 해결할 수 있게 된다. V2X의 효용성이 증대되는 사례다.

한편, 퀄컴은 산업지역에서 면허대역과 비면허대역, 다양한 네트워크 기술 규격을 사용하는 상황에서도 보다 빠르고 안정된 속도를 유지할 수 있는 SDM CoMP 기술도 공개했다.

말라디 수석부사장은 앞으로 다가올 5G에 대해 "주파수 대역 공유, 산업IoT에 어떻게 구현할 것인지, 차량 통신 특히 자율주행에서 5G의 역할이 무엇인지가 주된 논의 대상이 될 것"이라며, "우선 5G는 비인가대역에서 점차 공간적 기술 활용을 높일 것"이라고 전망했다.