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5G 기술의 한계 및 6G 도입 시 고려사항

2021.10.06

33,038


 

 

 

 

01. 개요

 

4G, 5G에서 G를 많은 사람들이 Gigabyte 또는 GHz로 알고 있지만 이동통신에서 사용하는 G는 세대 (Generation)를 의미한다. 80년대 1세대 아날로그 이동통신 서비스가 시작된 이래로 새로운 Generation의 등장은 늘 우리 삶에 많은 변화를 가져왔다. 4차 산업혁명 시대에 이를 지원하는 핵심 기반으로써 5G 네트워크 및 서비스에 대한 전 세계적인 관심과 기대가 큰 만큼 5G 서비스 상용화에 따른 경쟁이 치열하였으며, 2019년 4월 5G 스마트폰 개통을 시작하면서 우리나라에서 세계 최초로 5G 이동통신 상용화가 시작되었다. 

지금까지의 이동통신 기술이 통신서비스 자체에만 주로 활용되고 영향을 미쳐온 반면 5G 기술은 초고속, 초저지연, 초연결성 등의 특징을 바탕으로 4차 산업혁명 시대의 전 산업에 걸친 디지털 전환(Digital Transformation)이라는 패러다임과 맞물려 미디어, 자동차, 제조업, 헬스케어 등 다양한 산업의 생산성 향상 및 혁신을 촉진할 것으로 전망된다.

 


[그림 1] 이동통신 기술의 진화에 따른 산업적 영향력의 변화 (출처 : 과학기술정보통신부)

 

 

이에 우리 정부도 2019년 5G 기반의 4차 산업혁명 시대를 앞서가기 위한 『혁신성장 실현을 위한 5G+ 전략』 정책을 발표하였다. 이렇듯 전 세계적으로 5G에 대한 기대가 높아지고 앞다투어 기술 개발에 앞장서고 있는 상황에서 이미 5G 이후 6G 도래에 대한 준비도 시작되고 있는 상황이다. 실제로 5G가 상용화되기도 전에 미국과 핀란드를 시작으로 주요 국가들이 6G선점을 위한 연구를 시작했으며, 2019년 3월에 세계 최초의 6G 정상회담이 핀란드에서 개최되었다. 

 

이후 점점 더 많은 국가 및 단체에서 6G를 미리 준비해 선도하려는 움직임이 커지는 가운데 우리 정부 역시 『6G 시대를 선도하기 위한 미래 이동통신 R&D 추진전략』을 수립하고, 2020년 8월 6일에 열린 제12회 과학기술 관계장관회의에서 확정, 발표하였다. 

 

 

02. 5G기술의 현황분석

 

1G ~ 4G까지는 성능상의 문제로 전화, 문자, 실시간 동영상 등 휴대전화에 국한된 B2C 서비스를 제공할 수 밖에 없었으나, 5G는 휴대전화를 넘어서 첨단 단말에 적용되어 다양한 산업에서 B2B 융합 서비스를 제공할 수 있다는 가능성을 가지고 있다. 

 

핵심 성능

4G

5G

4G 대비

초고속

최대 전송 속도

1Gbps

20Gbps

20

초저지연

전송 지연

100분의 1

1,000분의 1

1/10

초연결

최대 기기 연결 수

십만개/㎢

백만개/㎢

10

 

 [표 1] 4G 대비 5G 핵심성능 비교 (출처 : 과학기술정보통신부)

  

 

이동통신 국제 표준은 단기간에 1회성으로 정해지는 것이 아니며 장기간에 걸쳐 수 차례 업그레이드 되며, 다음 세대가 나오더라도 수년 정도는 이전 세대 기술이 계속 보완하여 발표(Release)한다. 2018년 6월 5G 상용화를 위한 1차 표준화(Release 15)완료 후, 6G 이동통신 핵심기능을 다수 포함한 표준화(Release 17)가 2022년 6월 최종 완성을 목표로 현재 진행 중에 있다. 

 

 

 

[그림 2] 3GPP(이동통신 표준 개발 단체) 5G 기술표준 진화 단계 (출처 : 과학기술정보통신부)

 

 

5G 표준에서는 4G에서 5G로 넘어가기 위한 코어 네트워크를 NSA(None-Standalone), SA (Standalone) 구조를 모두 고려하고 있다.

 

네트워크 전국망을 구축하는 데에는 많은 시간과 노력이 필요하다. 5G 상용화 초기에 커버리지가 부족할 때 데이터가 끊길 것을 대비해 LTE 망도 함께 사용하도록 설계된 표준 기술이 NSA(None-Standalone)이다. NSA(None-Standalone)에서는 무선안테나와 데이터처리장치 등은 새로운 표준에 기반한 5G 기지국을 사용하고, 유선망 데이터 전송 구간, 즉 코어 망에서 LTE 인프라(EPC, Evolved Packet Core)를 그대로 사용한다. NSA(None-Standalone)의 다음 단계라고도 볼 수 있는 SA(Standalone)는 LTE망 없이도 유무선 구간 모두를 5G 망만으로 통신할 수 있는 표준 규격이다. 

 

 

[그림 3] NSA 와 SA 기술 개념도  (출처 : 삼성전자)

 

 

NSA(None-Standalone)가 SA(Standalone)로 가기 위한 선행단계라고 해서 절대 열등한 것은 아니다. 이전 LTE가 상용화됐음에도 불구하고 3G망을 여전히 쓰고 있는 것과 같이 SA(Standalone)표준으로 5G가 쓰인다 할지라도 여전히 NSA(None-Standalone)방식의 표준 기술은 쓰이게 될 것이다. 

 

 

03. 5G의 기술적 한계와 6G기술의 필요성

 

상용화 초기 5G가 4G(LTE)보다 전송속도는 20배 빠르고 전송 지연이 1/10밖에 되지 않을 것이라고 대중에게 소개하였으나 2020년 8월 상용화 이후 처음으로 5G 품질평가를 시행한 결과 4G(LTE) 대비 최대 전송속도는 4배에 그쳤으며, 전송 지연시간은 별반 다르지 않은 것으로 조사되었다. 그런 의미에서 아직 진정한 5G의 목표 성능을 구현하기에는 한계가 있으며 이용자들이 느끼는 4G(LTE) 대비 차별화된 서비스에도 아쉬운 점이 남아 있다. 

 

  

 

[그림 4] 이동통신 기술의 진화 (출처 : 과학기술정보통신부)

 

 

전 세계 이동통신 시장 규모가 2026년에 약 1,200조에 달할 것으로 추정되고 있는 가운데, 과학기술정보통신부가 발표한 『6G 시대를 선도하기 위한 미래 이동통신 R&D 추진전략』 에서 5G의 4가지 기술적 한계가 존재한다고 밝혔다.

 

첫 번째는 종단 간 지연의 한계다. 5G는 무선 구간에 대한 지원 시간은 1ms로 단축하였으나, 유선 구간을 포함한 네트워크 종단 간의 지연시간은 수십 ms로 줄이지 못하였다. 이로 인해 무선 구간 지연시간을 단축하더라도 효과는 미미할 수밖에 없는 것이다.

 

두 번째는 융합서비스 실현의 한계다. 5G는 이론상 최대 전송속도인 20Gbps로는 다수가 이용하는 초고속 융합 서비스(자율 주행, 초실감 AR/VR 등)를 보편화 시키기에는 애초부터 성능이 부족했다.

 

 

세 번째로 AI 부분 적용이다. AI 접목은 현재 초기 단계에 머물고 있다. 5G에서 AI는 코어 네트워크에서 네트워크 자원 관리에만 부분적으로 도입되어 있으며, 무선 구간에는 사용되지 않고 있다.

 

네 번째로 지상 중심의 커버리지의 한계다. 5G 커버리지는 지상으로부터 최대 120M 높이까지의 단말만을 지원하고 있어, 드론, 플라잉 카 등 향후 등장할 공중 비행체에는 대응할 수 없다.

 

 

 

[그림 5] 5G의 4가지 기술적 한계 (출처 : 과학기술정보통신부)

 

 

이에 과학기술정보통신부는 차세대 융합 서비스가 전 산업 영역에 안정적으로 적용되기 위해서는 앞서 언급한 5G의 기술적 한계를 6G에서 극복할 필요가 있다고 보고 있다.

 

 

04. 만물지능 인터넷(AIoE) 시대를 여는 차세대 이동통신 6G

 

1) 6G 비전

 

‘6G를 어떻게 정의할 것인가’라는 문제다. 새롭게 연구가 시작된 기술인 만큼 아직 모두가 합의한 정의는 나오지 않은 상태지만, 국가 주도의 전략 수립 및 연구개발 지원뿐만 아니라 삼성, NTT 도코모 등 글로벌 IT기업 역시 6G가 갖춰야 할 성능과 이를 가능케 할 기술을 종합적으로 담은 ‘6G 백서’를 발표하며 6G의 모습을 그려 나가고 있다.

 

기업

6G 비전

삼성전자

Internet of Skill, Super eMBBmMTCURLLC” 비전 제시

256Gbps 속도, THz 대역, 초저지연 기술, AI기반 통신 기술 제안

NTT도코모

“Extreme High data rate·coverage·latency·low energy” 비전 제시

10Gbps 속도, Gbps everywhere, 종단간 저지연, AI RAN/디바이스, 위성·방송·비 면허 통합, Super long-Range 브로드밴드 기술 제안

화웨이

2020년대 연결된 사물 → 2030년대 연결된 지능” 비전 제시

1Tbps 속도, THz 대역, Post-Shanon, Ful duplex, AI 네트워킹, 기계학습/추론통신, Zero 지연, 저궤도 위성통신 기술 제안 “2020년대 연결된 사물 → 2030년대 연결된 지능” 비전 제시

에릭슨

“Internet of Thought, New computing paradigms” 비전 제시

THz 대역, 디바이스 협력기술, 초유연 네트워크 구조, 기계학습 통신, 실시간/분산형/책임형 AI, massive IoT 기술 제안

노키아

“Hyper specification · capable · sensing, IOCT” 비전 제시

THz 대역, Massive MIMO 소형셀, 클라우드 기반 Multi-cel MIMO, 증강된 지능 제어플랫폼, 6th Sense AI, IOCTCritical 신뢰도 제안

Orange

Ambient & Pervasive connectivity, computing power” 비전 제시

THz 대역, AI최적화 시스템, 레이더 센싱, 분선 MIMO 기술 제안

 

[표 2] 글로벌 IT 기업들이 제시하는 6G 비전 (출처 : 한국과학기술기획평가원, 6G핵심기술개발사업 예비타당성조사 보고서)

 

 

대부분의 6G 백서가 공통으로 담고 있는 내용은 THz 기반의 초광대역 기술의 실현과 AI 기반의 네트워크 지능화, 지상 네트워크를 넘어 공중, 해상 등을 포함하는 3D 입체통신의 실현, 그리고 인간 중심의 물리세계와 새로운 초연결의 경험, 홀로그래픽 통신, 신뢰에 기반한 개인의 안전과 프라이버시 보장 등을 추구하고 있다.

 

 

2) 6G 성능 지표

 

[그림 6]는 ERTI가 제시한 6G 핵심성능지표로 주요 내용을 살펴 보면, 최대 전송속도 1Tbps, 사용자 체감속도 1Gbps 등 5 성능의 10~100배 이상의 속도 개선을 목표로 제시하고 있으며, 항공기 운항 거리인 10km까지 도달 할 수 있는 수직 커버지리(Vertical Coverage)와 10cm의 측위 정확도 (Localization Precision)이 추가되었다. 

또한 지연 측면에서 살펴보면 5G에서 무선 구간에서만 고려되었던 성능 목표가 무선 구간 0.1ms, 종단 간 1~6ms을 목표로 확장되어 진정한 의미의 저지연 성능 목표라고 볼 수 있다. 6G 핵심성능지표 중 사용자 체감 속도 1Gpbs와 함께 종단 간 저지연 서비스 제공 요구 사항은 6G 네트워크 구조 및 적용기술 설계에 직접적인 영향을 미치는 핵심성능지표라고 할 수 있다.

 

  

 

[그림 6] 5G와 6G 주요 성능지표 비교 (출처 : ETRI)

 

 

3) 주요국 6G 추진 현황 

 

이동통신 기술은 국민 편의 및 사회, 산업 발전에 필수적인 기술이기에 거의 모든 국가에서 국가 기간산업으로 육성하는 기술 분야로, 주요국들의 6G 추진 현황을 살펴 보면 [표 3]와 같다.

 

기업

기관

시점

주요 내용

미국

방위고등연구계획국(DARPA)

181

THz 통신·센싱 융합센터 ComSenTer설립

백악관

192

트럼프 대통령, 6G 개발 촉구

연방통신위원회(FCC)

193

6G 연구 용도로 95GHz  ~ 3THz 대역 개방

유럽

핀란드 오울루대학교

185

20306G 생태계 조성을 목표로 ‘6G Flagship’ 추진

유럽집행위원회(EU)

201

6G 분야에서 EU 협력과 글로벌 리더십 강조

205

6G 산업응용 가능성과 기술대응 과제 제안

중국

과학기술부

182

브로드밴드 통신 및 신규 네트워크 중점 프로젝트 추진

1911

국가 6G 연구개발 착수 : 6G R&D 추진 작업 그룹,

전문가 그룹 구성

화웨이

198

캐나다 Ottawa R&D Center에서 6G 연구 추진

차이나 유니콤

1911

THz 기술 개발 전문 연구소 설립

일본

총무성

201

민관 연구회 발족 후, Beyond 5G 추진 전략 개요 발표

NTT Docomo

201

6G 백서를 통해 후보기술과 응용 사례 제시

  

[표 3] 주요국 6G 추진 현황 (출처 : IITP, 과학기술정보통신부 ICT 동향분석 및 정책 지원 연구 결과)

 

 

[표 3]에서 알 수 있듯이 불확실한 향후 기술 환경 변화와 국제 표준화 흐름 속에서도 주요국을 중심으로 원천 기술 확보를 위한 국가 차원의 대규모 연구개발을 착수하였다. 우리나라 역시 5G의 기술적 한계를 극복하고 차세대 핵심 원천기술 확보를 위해서 당장 민간이 적극적으로 투자하기 어려운 저궤도 통신위성, 초정밀 네트워크 기술 등 6대 중점 분야 10대 전략 과제를 선정 하였으며, 이에 대한 연구도 현재 진행되고 있다.

 

 

[그림 7] 6G 핵심기술개발 주요 내용 (출처 : 과학기술정보통신부)

 

 

05. 6G를 구현하기 위한 기술요소

 

높은 신뢰성, 짧은 대기 시간, 안전하고 효율적인 전송 서비스를 제공을 목표로 앞서 제시한 6G 비전을 달성하기 위한 기술을 몇 가지 살펴보고자 한다.

 

1) 테라헤르츠 주파수 (THz)

 

6G에서는 XR 서비스, 3D 홀로그램 등을 지원하기 위해 1Tbps 급(1,000Gbps) 전송 속도를 제공해야 하며, 이를 위해서는 5G에서 널리 사용하고 있는 밀리미터(mm) 파는 높은 전송률을 요구하는 6G 에서 부적절하다. 6G의 요구 사항을 충족시키기 위해 연구가 필요한 후보 기술로 ‘테라헤르츠(THz)’ 주파수 대역이 부상하고 있다. 테라헤르츠 주파수는 100GHz ~ 10THz 대역을 사용하며, 밀리미터파 대역 보다 스펙트럼 자원이 풍부하다. 

 

테라헤르츠 주파수를 사용하게 되면 몇 가지 이점 있다. 첫째 테라헤르츠 주파수는 100Gpbs 이상의 데이터 전송 속도를 지원할 수 있다. 둘째 수증기 등 대기의 수분에 강하게 흡수되며, 플라스틱, 나무, 종이, 옷감 등 비 이온화 물질은 투과하고 금속에는 반사하는 특성을 가지고 있다. 또한 인체에 무해하여 다양한 용도에 사용할 수 있다. 셋째 테라헤르츠 주파수에 사용되는 좁은 빔과 짧은 펄스 지속시간 때문에 도청이 제한되어 통신 보안이 강화된다. 하지만 테라헤르츠 주파수가 도청을 어렵게 만들지만, 좁은 빔을 통해 전송될 때 여전히 신호를 가로챌 수 있다는 주장이 여러 전문가들 사이에서 제기되고 있다.

 

하지만 기술적으로 높은 주파수 대역일수록 전파 특성상 경로 손실이 크고 전파 도달 거리가 짧아지는 문제가 있어 통신 시스템 내에 수많은 안테나를 집적하고 전파를 특정 방향으로 송·수신하는 고도의 빔포밍(Beamforming) 기술이 요구된다. 

 

또한 초고속 통신을 위해서는 더 세밀한 무선주파수 집적회로(RFIC :Radio Frequency Integrated Circuit)의 회로 제작 등 기술적인 어려움을 극복해야 된다. 테라헤르츠는 아직까지 소자 및 부품 등 관련 기술이 미흡한 미개척 주파수 대역이다. 비록 다른 전자기파 대역에 비하여 개발이나 활용이 늦었지만, 통신, 센싱(생체∙의료), 영상, 보안, 환경∙우주 등에서 첨단 및 융합 기술에 크게 기여할 것으로 예상된다.

 

 

2) 지능형 무선망 (Intelligent radio)

 

 

 

[그림 8] 지능형 무선망 기술 동작 시나리오 (출처 : ETRI) 

 

 

기존의 무선 전송 기술은 많은 부분 독립적인 모듈로 설계, 동작 및 최적화가 이루어졌다. 하지만 6G에서는 전송 기술의 다양화 및 주파수의 광대역화 되면서 기지국 배치가 엄청나게 밀집되면서 간섭현상이 더 많이 발생할 것이다. 이러한 문제를 해결 하기 위해 지능형 무선망이 도입될 것으로 예상된다. 지능형 무선 기술은 분산 AI를 기반으로 무선 전송, 네트워킹, 에지 컴퓨팅 등 다양한 요소에서 동작한다.  

 

지능형 무선망은 몇가지 요건을 충족해야 한다. △ 주파수 대역은 환경과 하드웨어에 적응해야 한다. △ 주파수 공유는 인공지능이 지원해야 하며, 하드웨어 역량은 온라인으로 추정해야 한다. △ 효율적인 분산 학습을 위하여, 수집한 데이터 처리를 위한 연산 자원의 유연하고 효율적인 배치가 되어야 한다. 마지막으로 데이터 전송 프로세스에서 데이터 보안을 위협할 수 있는 광대역 간섭, 신호 교란 및 악성 노드의 의심스러운 활동을 통신 프로세스 중에 예측할 수 있어야 한다.

 

 

06. 6G를 활용한 핵심 서비스

 

네트워크 기술의 새로운 시대마다 새롭고 다양한 서비스가 등장한다. 이전 세대의 일부 서비스는 그래도 존재하겠지만, 대부분의 서비스는 6G에 적용되어 더욱 발전하게 될 것으로 예상하고 있으며, 여기에서는 더욱 발전할 핵심 서비스 몇 가지 살펴 보자.

 

1) 메타버스(Metaverse)

 

메타버스는 가상, 초월을 의미하는 ‘Meta’와 우주를 뜻하는 ‘Universe’ 합성어로, 용어가 처음 등장한 것은 1992년 닐 스테픈슨의 SF 소설 <스노우 크래쉬>에서 였다. 메타버스는 뚜렷한 개념이 확립되어 있지 않았으나, 일반적으로는 '현실 세계와 같은 사회적·경제적 활동이 통용되는 3차원 가상공간' 정도의 의미로 사용되고 있다. 비영리 기술 연구 단체 ASF(Acceleration Studies Foundation)는 메타버스(Metaverse)를 ‘증강과 시물레이션’, ‘내적인 것과 외적인 것'이라는 두 축으로 나누고 4개의 범주로 분류하였다.

  

분류

내용

증강현실

(Augmented Reality)

현실 공간에서 2D/3D로 표현하는 가상 물체를 겹쳐 보이게 하면서 상호 작용하는 환경

라이프로깅

(Lifelogging)

사물과 사람에 대한 일상적인 경험과 정보를 캡처 하고 저장하고 묘사하는 기술

미러월드

(Mirror Worlds)

실제 세계를 가능한 사실적으로, 있는 그대로 반영하되 점보적으로 확장된 가상세계

가상세계

(Virtual Worlds)

현실과 유사하거나 혹은 완전한 다른 대안적 세계를 디지털데이터로 구축한 것으로

3차원 컴퓨터, 3D 그래픽 환경에서 구현되는 커뮤니티 총칭

  

[표 4] 메타버스의 4대 요소 (출처 : ASF) 

 

 

메타버스(Metaverse)는 [표 4]로 분류되지만, 각 유형은 명확하게 분류되기 보다는 점차 유형간 경계가 허물어지는 경향이 보이고 있다. 메타버스를 구현하는 핵심 기술인 확장현실(XR, Extended Reality)은 가상과 현실의 융합을 통해 현실의 경험을 확장하고 특별한 몰입감을 제공한다. 5G 네트워크의 높은 대역폭과 짧은 대기 시간은 사용자로 하여금 가상현실(VR, Virtual Reality)과 증강현실(AR, Augmented Reality)을 경험할 수 있게 하였다. 

하지만 클라우드 가상현실(VR, Virtual Reality)과 증강현실(AR, Augmented Reality) 서비스는 이미 사용자에게 몰입형 환경을 제공할 수 있지만 지연 시간이 발생하고 있어, 이로 인한 모호성이 발생한다. 클라우드 서비스를 통해 가상현실(VR, Virtual Reality)과 증강현실(AR, Augmented Reality) 을 구축하면 휴대성과 접근성이 높아지지만 5G 대역폭을 사용하면 이미지를 압축해야 하므로 막대한 양의 무손실 영상이나 동영상을 실시간으로 전송하려면 6G를 기다려야 한다.

 

6G 네트워크에서는 가상현실(VR, Virtual Reality)과 증강현실(AR, Augmented Reality)의 몰입도가 더욱 향상될 것이다. 감각 데이터를 수집하고 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 여러 센서가 사용될 것이다. 따라서 6G 네트워크에서 확장현실(XR, Extended Reality)은 기존의 초고신뢰-초저지연 통신(URLLC, (Ultra-reliable, Low Latency Communications)과 모바일 광대역(eMBB, enhanced Mobile BroadBand)을 결합할 가능성이 높다.

멀티 센서 확장현실(XR, Extended Reality) 애플리케이션에서 URLLC 및 eMBB와 관련하여 발생하는 보안 및 개인 정보 문제에는 악의적인 동작, 액세스 제어 등이 있다. 전문가들은 URLLC의 일부 애플리케이션에서 일부 공격은 여전히 방어하기 어렵기 때문에 여전히 중요한 기밀 정보가 노출될 수 있으며, eMBB의 보안, 비밀 유지, 개인 정보 보호에 더 많은 주의를 기울여야 한다고 강조하고 있다.

 

 

2) 자율주행

 

완벽한 자율 주행을 위해서는 차량과 차량 간의 통신으로 서로의 위험 상황을 알려주거나, 주차장·신호등과 같은 인프라와 차량 간 통신으로 주차 정보 위치, 신호 변경 시간 등의 정보를 확인하여야 한다. 자율 주행 인프라 구축의 핵심 요소인 V2X(Vehicle to Everything)는 차량과 차량 간 무선 통신(V2V, Vehicle to vehicle), 차량과 인프라 간 무선 통신(V2I, Vehicle to Infrastructure) 등 자동차가 자율 주행을 하기 위해 도로에 있는 다양한 요소와 소통하고 공유하는 기술이다. 

자율 주행 통신 기술 표준은 DSRC(Dedicated Short Range Communication:차량용 근거리 통신), C-V2X (Cellular-V2X:셀룰러 기반 차량·사물 통신) 등이 있으며, 시장 내 주도권을 확보하기 위한 각축전이 진행 중이다. DSRC는 2012년 국제 전기 전자공학회(IEEE)를 통해, C-V2X는 2017년 이동통신 표준화 기술협력 기구(3GPP)를 통해 표준이 마련되었다.

  

구분

DSRC / WAVE

LTE V2X

5G eV2X

주요 참가국

미국
유럽
한국, 중국 등 다양하게 참여

통신기술

WAVE / Wi-Fi 기반
LTE 기반
5G 기반

장점

기존 인프라, 설비투자 활용
충분한 데이터로 안정적
DSRC보다 높은 커버리지
속도 및 안정성이 가장 우수

단점

속도 저하에 따른 낮은 신뢰성
고밀집 지역 내 지연
높은 구축 비용

기술특징

최대 전송속도 54Mbps
100ms이하 지연시간
최대 200km/h 이동 가능
최대 전송속도 100Mbps
100ms 이하 지연시간
최대 60km/h 이동 가능
최대 전송속도 20Gbps
10ms 이하 지연시간
100,000대 수용
최대 500km/h 이동 가능

 

[표 5] V2X 통신을 위한 표준 및 특징

 

 

자율 주행의 성능을 극대화하고 높은 안전성을 확보하기 위해서는 빠른 전송속도와 저지연 기술이 반드시 필요하다. 예를 들어 시속 10km로 운행 중인 자율주행 자동차가 네트워크를 통해 전방 차량으로부터 사고 위험을 전달받는 데 10ms가 소요된다고 가정하면 자동차는 이미 28cm를 이동한 후가 된다. 앞으로 자율주행은 운전자에게 경고나 안내 메시지를 전달하는 수준을 넘어 적극적으로 차량 운행에 개입하고 위험 상황에서 직접 차량을 제어하기 위해서는 송수신해야 할 정보의 양이 방대해지면서, 6G 에서는 5G보다  빠른 전송 속도와 저지연으로 자율주행을 극대화 시킬 것으로 예상하고 있다.

 

차량과 차량 간 무선 통신(V2V, Vehicle to vehicle) 기술의 발전은 일반적인 도로 환경에서의 안정적이고 효율적인 자율 주행을 현실화 하였지만, 도로의 전반적인 교통 상황에 대한 파악 및 대응, 초고속 주행 시 안전 보장 등의 아직 많은 숙제가 남아 있다. 자율주행이 보급되기 전에 기술적으로 안전성, 관련 법규, 프라이버시 침해 이슈 등 을 해결되어야 한다. 단기간에 완벽한 제도와 규정을 마련하고 이를 통해 강화된 보안 프로세스를 구축하는 것이 어렵기 때문에 실질적으로 발생할 수 있는 보안 위협을 세분화하고 각 위협에 대한 적절한 대응 방안을 마련하는 것이 중요하다. 

 

 

3) 무선 뇌-컴퓨터 인터페이스 (Wireless Brain-Computer Interface)

 

생각대로 움직이는 세상을 만드는 기술인 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)는 생각만으로 로봇이나 기계를 마음대로 조작할 수 있도록 하는 기술로 미래에서나 가능한 기술 같지만, 이미 60년대부터 연구가 시작되었다. 지금까지 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)가 가장 널리 연구되고 활용됐던 영역은 의료 분야로, 뇌 질환 예방 또는 치료하는 용도로 쓰거나 신경 손상 환자 재활에 활용된다. 

 

의료 분야 다음으로 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface) 활용 연구가 활발한 곳은 군사 분야이다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)로 자동차나 비행기, 드론을 조작하는 것도 가능할 수 있다. 실제로 미 국방고등 연구 계획국 (DARPA)는 지난 2019년 '뇌-컴퓨터 인터페이스의 비수술적 미래를 향한 6가지 경로'라는 자료를 통해 활성 사이버 방어 시스템 및 무인 항공기의 제어 등을 가능하게 할 수 있다고 발표한 바 있다.

  

시기

내용

1960년대

의료계에서 BMI(Brain-Machine Interface) 연구 시작

1970년대

BMI 연구에서 뇌 속 칩 이식, 시각장애인에게 시감각을 주는 치료에 활용

1980년대

BMI가 파킨슨병과 우울증 치료에 효과 있다는 연구 결과

2000년대

사지마비 환자가 생각만으로 인터넷 검색, 메일 열람, 조명 소등, 로봇 팔 동작에 성공

2013

미국 Brain Initiative, 이스라엘 Brain Nation등 세계 각국이 브레인테크의 국가 프로젝트 추진

평균 분당 8단어 속도로 뇌에서 컴퓨터로 직접 단어 입력에 성공

2017

정상인이 BMI기술로 자신의 양쪽 팔을 쓰지 않고 제3의 로봇 팔을 조종하는 데 성공

2019

뇌파에서 간질 발작을 자동 검출할 수 있는 인공지능(AI) 개발에 성공

평균 분당 150단어 속도로 뇌에서 컴퓨터로 직접 단어 입력에 성공

 

[표 6] 뇌와 컴퓨터 연결 BMI, BCI 기술의 발전 연혁 (출처 : Infocom T&S World Trend Report (2019.8.29)) 

 

 

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)를 통해 기계를 움직이기 위해 직접 생체 신호를 감지할 수 있는 기기를 부착하고, 뇌에서 발생하는 신경 생리신호를 컴퓨터로 전달한다. 뇌에서 일어나는 신호를 기기에 전달해 사용자의 의도대로 기계를 움직이기 위해서는 가장 먼저 생각을 잘 읽어내는 것이 중요하다. 그렇기 때문에 생체 신호 중 필요한 정보와 필요하지 않은 정보를 판별하고 사용자의 의도를 파악해내는 데 인공지능, 특히 딥러닝 기술이 필요하다.

 

또한 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)는 뇌파 신호를 디코딩 하여 외부 장치를 구동하는 컴퓨터에 연결하기 위한 케이블이 필요하다. 그런데 최근 유선 시스템과 동일한 속도 및 정확도로 케이블이 없는 무선 BCI가 인간에게 장착돼 시연에 성공했다. 6G와 함께 무선 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)는 많은 분야에 찾을 것으로 예상되고 있다.

 

ICT 환경에서 사이버 공격과 같은 인간 뇌에 대한 공격도 대비해야 한다. 뇌에 이식된 전자 칩에 잘못된 기억 또는 정보를 주입하거나, 원하지 않는 행동을 할 수 있도록 명령을 내려 인간을 제어하는 사태가 발생할 수 있는 등 ICT 환경에서 사이버 공격보다 더 심각한 위험을 초래할 수 있다. 실제로 지난 2016년 워싱턴 대학 바이오 로봇 공학 연구소 연구진은 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain-Computer Interface)로 개인 정보 유출 등의 악용 가능성을 제기하면서, 늦기 전에 대비책을 마련할 필요가 있다고 주장하였다. 이러한 문제를 잘 대비하고 극복한다면 컴퓨터와 인공지능의 연결은 인간이 가진 정신적, 육체적 한계를 해결할 것으로 예상된다.

 

 

07. 6G 생태계 조성을 위한 고려사항

 

6G가 상용화된 환경에서는 커넥티드 기기의 폭발적인 증가와 AI 활용 통신 기술 확대, 통신 기술을 활용한 사회적 격차 해소와 지속가능한 발전 등 변화가 일어날 것으로 전망된다. 5G 상용화 이후 발생했던 문제점이 나타나지 않도록 6G 상용화 준비 과정에서부터 외재적 요인에 대한 불확실성을 고려하여 목표에 대한 적절성 검증 및 조정이 이루어져한다.

  

구분

고려사항

·제도적 측면

6G 비전 및 요구사항 개발
6G 관련 법·제도적 마련 및 민간의 투자 유도·촉진
6G 통신 핵심기술 개발을 위한 기관·기업에 표준 특허 확보 지원

관리적 측면

핵심부품·장비 전략적 국산화 정책수립
시스템 반도체 융합소자 및 원천 설계기술 인력 양성 및 육성
특허 선점을 통한 국제표준 주도 및 국제표준 전문기관 지정과 전문인력 육성

기술적 측면

6G에서 내재화된 보안 기술 개발
국내∙외 관련 기업과의 전략적 협력을 통한 상용화 기술 확보

  

[표 7] 6G 목표 실현을 위한 고려사항 

 

 

LTE가 국내에 상용화되고 1년 후인 2012년부터 5G 표준화를 위한 산학연협의체를 구성하여 본격적으로 5G 상용화를 준비하여 세계최초로 5G상용화에 성공하였으나, 킬러컨텐츠 부재 및 개발초기의 목표사양 실현부재로 인한 기술적 한계가 대두되었다. 이러한 5G의 기술한계 극복 및 네트워크 시장 활성화를 위해서는 네트워크 슬라이스, Private 5G등의 기술 등을 토대로 초저지연성, 초성능, 초대역폭 등을 지원할 수 있는 6G기술의 조기 도입이 그 어느때보다 중요하다.

 

이를 위해서는 6G 생태계 조성과 시장창출을 위해 국가 정책수립 및 대규모 투자를 통해 민간투자 유도 및 시장 활성화를 주도하며, 핵심부품 및 장비 국산화를 통한 6G원천기술을 확보하고 이를 바탕으로 국제표준을 통해 글로벌 기술선도를 주도해야한다. 뿐만 아니라 도청 및 탈취 등의 보안이슈를 해결하기 위해서는 6G환경에 최적화된 보안기술 연구를 통해 보다 안전하고 높은 수준의 네트워크 서비스 환경 조성을 기대해 본다.

 

 

08. 참고자료

 

[1] 5G 국제 표준의 이해

https://images.samsung.com

[2] 혁신성장 실현을 위한 5G+ 전략 

https://www.msit.go.kr/bbs/view.do?sCode=user&mId=86&mPid=83&bbsSeqNo=68&nttSeqNo=2029380

[3] 데이터 고속도로’의 미래, 6세대(6G) 이동통신에 대한 준비 본격 착수 

https://www.msit.go.kr/bbs/view.do;jsessionid=0Is1tKd41wx4rGVQ0rJZ0L-CMJaB9_Q7OqjhzTh6.AP_msit_1?sCode=user&mPid=3&mId=181&bbsSeqNo=115&nttSeqNo=3025201

[4] 6G Wireless Summit 2019

https://www.6gsummit.com/6g-summit-2019-archive/

[5] 6G Wireless Summit 2020

www.6gsummit.com

[6] 6G Vision

https://cdn.codeground.org/nsr/downloads/researchareas/20201201_6G_Vision_web.pdf

[7] 6G – 초연결 시대를 여는 차세대 이동통신

https://www.kbfg.com/kbresearch/vitamin/reportView.do?vitaminId=2000219

[8] Security and privacy in 6G networks: New areas and new challenges

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352864820302431

[9] 요국, 6G 주도권 선점 경쟁 본격화

https://www.iitp.kr/kr/1/knowledge/policyDataViewA.it?searClassCode=B_ITA_17&masterCode=publication&identifier=02-001-200727-000003

[10] Communication-Efficient Learning of Deep Networks from Decentralized Data

http://proceedings.mlr.press/v54/mcmahan17a.html

[11] InfoCom T & S World Trend Report (脳内活動の可視化が切り拓く未開の地平~ブレインテックの動向)

https://www.icr.co.jp/newsletter/wtr365-20190829-harada.html

[12] DSRC and C-V2X: Similarities, Differences, and the Future of Connected Vehicles

https://www.kimley-horn.com/dsrc-cv2x-comparison-future-connected-vehicles/