5G 스몰셀 세계 최고 수준 3Gbps 성공

국내 연구진이 두 개의 주파수를 동시에 활용해 통신을 이중으로 연결할 수 있는 ‘5G 스몰셀(Small Cell) 기지국 SW’개발에 성공했다. 이로써 스마트 공장, 국방망 등 5G 특화망에서 데이터의 기가(Gbps)급 통신속도가 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 과학기술정보통신부 방송통신산업기술개발 과제, ‘5G NR 기반 지능형 오픈 스몰셀 기술 개발’의 일환으로 Sub-6GHz(중대역)와 밀리미터파(mmWave, 고대역) 주파수를 동시에 사용하는 이중연결성 기술 개발에 성공했다.

기술은 세계 최고 수준이다. 다운링크 3Gbps를 제공하는 ‘5G 스몰셀 기지국 SW 기술’이다. 유캐스트, 퀄컴, 콘텔라, 한화시스템, SK텔레콤 등이 공동연구기관으로 참가했다.
이중연결성은 서로 다른 주파수 대역에 동시 접속해 동작시키는 기술이다. 두 개의 기지국에서 동시에 사용자에게 연결돼 서비스를 제공하기에 획기적인 전송속도의 향상, 기지국 부하 분산 등 효과가 기대된다.

기존 고속 데이터 전송이 가능했던 밀리미터파(mmWave) 스몰셀 기지국은 NSA모드만 가능했다. 5G 단독망으로 구축되는 5G 특화망에서는 활용할 수 없었다.

이번 ETRI 연구진이 개발한 이중연결성 기술을 통해 밀리미터파 스몰셀 기지국을 5G 단독망에서도 활용할 수 있게 됐다. 5G 특화망에서 활용 시 데이터 전송속도를 크게 향상할 것으로 보인다.

연구진은 단순 데이터 전송속도 측면에서 기술적 우위뿐 아니라 5G 상용화 이후 고속 전송에 강점이 있는 밀리미터파 주파수 사용의 효용성을 입증했다는 데 큰 의미가 있다고 설명했다.

ETRI는 이중연결성 기술 외에도 ▲업링크 성능향상 ▲자동화된 기지국 운용 제어 기술 ▲에너지 절감 기술 등 성과도 선보였다.

연구진은 시간분할 이중화 기술과 업링크 반송파 주파수 집성(CA)기술을 통해 최대 800Mbps 수준의 업링크 속도 달성에도 성공했다. 이 결과는 다운링크 3Gbps와 함께 5G 스몰셀 기지국 기준, 세계 최고 수준의 성능이다.

고속/대용량의 데이터 통신이 요구되는 타 산업 및 기술 분야의 핵심 인프라 통신이 될 것으로 기대된다.

특히, 고속의 업링크 성능 향상은 스마트 공장, 스마트 시티, 스마트 빌딩 등 기존 대비 업링크 데이터가 폭발적으로 증가할 것으로 예상되는 5G 특화망 솔루션에 핵심이 될 것으로 보인다.

주요 목표 중 하나는 ‘외산에 비해 저렴한 비용의 기술료를 통한 업체의 비용 절감’이다. 이를 위해 ETRI는 국내·외 시판 중인 상용단말과의 상호호환성 검증도 완료했다.

현재 이 기술은 즉각적인 상용화가 가능하다. 기술이전을 받은 업체가 이른 시일 내에 저렴한 비용으로 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있는 셈이다.

이 밖에도 ETRI는 전원만 꽂으면 다수의 스몰셀 기지국이 자동으로 연동해 동작하는 플러그 앤 플레이(Plug & Play) 기술을 통해 기지국 운용의 복잡도를 현저하게 낮췄다. 연구진은 트래픽 및 사용자 위치 예측을 통해 스몰셀 기지국 장비 전원을 자동으로 껐다 켬으로써 전기 에너지 사용량 절감이라는 사회 문제를 해결할 수 있는 솔루션도 소개했다.


연구진은 5G 기지국과 관련된 다년간의 축적된 연구 경험이 있었기에 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다. 이들의 연구는 저사양의 하드웨어로 매크로 기지국과 유사한 성능의 스몰셀 기지국을 구현했다. 물론, LTE 기지국의 제어가 없이 5G 무선접속기술 단독으로도 밀리미터파 대역의 고속전송 서비스가 가능하다.

과기정통부 홍진배 네트워크정책실장은 “5G 스몰셀이 5G 특화망에서 다양한 융합서비스가 활성화되는 데에 많은 도움이 될 것으로 기대된다. 중소 네트워크기업과 연구기관이 협력해 개발한 기술이 세계적인 수준으로 인정받고 있는 것이 뜻깊다. 향후 기술이전, 시제품 제작, 판로 개척 등 스몰셀 산업 활성화를 위해 지원해 나가겠다”라고 말했다.

ETRI 김일규 이동통신연구본부장도 “5G 기술만으로 밀리미터파를 활용할 수 있을 뿐 아니라 단말 최대 전송 속도를 3Gbps까지 달성했다. 적은 비용으로도 높은 성능을 낼 수 있는 소프트웨어 개발에 성공했고 밀리미터파 스몰셀의 활용도가 크게 높아지게 됐다”고 했다.
ETRI는 향후 고화질 서비스, 모바일 방송 송출, 고화질 CCTV 서비스, 스마트공장 등에 널리 활용할 수 있다고 소개했다.

연구진은 기술 개발을 통해 국내·외 특허 139건, 국제 표준 27건, SCI(E) 논문 26건, 기술이전 8건의 성과를 냈다. 국내 2023 국가우수성과 100선에 선정됐을 뿐만 아니라 지난 6월 영국 런던에서 개최된 스몰셀 월드 서밋 포럼(SCF) 어워드 2023 SCF 어워드(매년 5월에 영국 런던에서 열리는 스몰셀 월드 서밋(SCWS)에서 우수한 기술을 보유한 기관에 시상)에서 우수 SW로 선정돼 국제적으로도 그 우수성을 인정받은 바 있다.

최근, 기술이전 받은 기업들이 일본, 브라질 등에서 시범사업을 진행하고 있다. 또한, 국내에서는 5G 특화망 시범서비스가 추진되면서 특화망 서비스에 대한 5G 스몰셀의 산업적 활용 역시 다각도로 진행 중이다.

5G특화망
올해 과학기술정보통신부는 기업이 특화망 용도로 4.7㎓와 28㎓ 5G 주파수를 신청하는 경우 저렴한 사용료로 사용하도록 면허를 부여하고, 이를 위해 기업 환경에 적합하게 기술기준을 개정했다.

기업은 기간통신사업자나 자가망 사업자로서 주파수를 사용할 수 있다. 기간통신사업자로 등록하면 주파수 대가를 납부하고 할당받아야 하며, 자가망 사업자는 주파수를 지정받아 주파수 관리비용에 해당하는 세금 명목인 전파사용료를 납부하면 된다.

덕분에 이동통신사에 의존할 필요 없이 다양한 기업이 5G 기업간거래(B2B) 시장에 진입해 혁신 인프라 경쟁을 펼칠 수 있는 환경이 마련됐다.

기업들은 토지, 건물 등 제한된 구역에서 소규모 네트워크를 구축해 일반 업무 환경은 물론이고 스마트공장, 물류 등 수요목적에 맞게 5G 특화망을 적용할 수 있음. 소규모 투자로도 초저지연의 특성이 있는 5G 네트워크 통신 서비스를 구현할 수 있어 5G 서비스 활성화와 산업 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대하는 분위기다.

올해 연구원 과제에 신규 공동 연구기관으로 참여한 한화시스템은 스몰셀 기술을 군용이나 특수망에서 이동형, 차량형, 선박용 기지국 등의 형태로 활용성을 확장할 수 있을 것으로 내다봤다.

이외에도 네이버클라우드, 엘지씨엔에스, 에스케이네트웍스, 네이블커뮤니케이션즈, 씨제이올리브네트웍스, 한국전력, 세종텔레콤, KT 등이 5G 특화망 사업자로 등록해 서비스를 준비하고 있다.

5G주파수
주로 5G 대역에서의 주파수는 7.125GHz 대역 이하의 Sub-6GHz(FR1) 또는 밀리미터파로 불리는 28GHz 대역(FR2)을 활용한다.

하지만, 28GHz 주파수 대역은 밀리미터파(mmWave) 고주파 대역으로 도달거리가 짧고 직진성이 강해 신호가 빌딩과 같은 장애물에 쉽게 가로막히는 단점이 있었다. 이에 따라 본 주파수 대역은 통신사가 주파수를 반납한 상황이다.

현재 Sub-6GHz 대역이라 불리는 중대역 7.125GHz 대역 이하 주파수로 우리 이동통신 사업자에겐 3.5GHz 대역, 5G 특화망용으론 4.7GHz 대역을 할당했다.

연구진이 만든 이중연결성 기술은 Sub-6GHz 대역의 주파수와 28GHz 주파수 대역은 밀리미터파(mmWave) 고주파 대역을 함께 쓰는 방식이다. 한국에서는 일반인이 활용하는 것이 아닌 기업의 특화망에 적용할 수 있고 수출이 가능한 기술이다.