[논문]5G 주파수 동향

김대중; 홍인기

초록
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본고에서는 세계전파통신회의(WRC: World Radio Conference)에서 IMT로 지정된 주파수 현황과 국내 이동통신 주파수 현황 및 계획을 알아본다. 또한 현재 시점에서 데이터 트래픽 증가 추세에 비추어 2020년 Beyond4G(5G)시대를 대비한 ITU(국제전기통신연합) 해당 표준화그룹의 소요량 예측 및 통신방식별 분담 율을 분석하였다. 주파수 수요예측에 따라 WRC-15에서 IMT 추가 주파수 지정 목적으로 진행하고 있는 위성, 방송, 과학 및 고정 등 기존업무와의 공유 연구 진행현황을 주파수 대역별로 살펴본다. 또한 도시 밀집 지역에서 대용량 데이터 전송을 위한 서비스 기술이 중요해진 시점에서 Beyond4G(5G) 시대를 위해 우리나라가 주도하고 있는 6GHz 이상 대역을 IMT로 활용하기 위한 활동을 소개한다. 마지막으로 WRC가 주파수를 분배 할당하는 방식인 '주파수 대역에 서비스 방식 지정'과 달리 '서비스 방식에 의한 주파수 대역 점유(예: LTE 기술표준(PS-LTE)을 PPDR대역에서 활용) 가능성'등 LTE 기술표준의 확산 추세에 대응하기 위해 5G시대에 준비할 사항에 대한 시사점을 언급하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

이런 사실에 근거하여 WRC-12는 IMT 추가 주파수 발굴 연구 시에 방송, 과학, 위성 등에 기 점유되어있는 서비스와 공유연구를 사전 수행하도록 하였다. 이런 결과에 따라 방송, 위성, 지상 통신 및 과학 업무 관련 전문가들이 모두 모이는 JTG4-5-6-7이라는 새로운 그룹을 만들기로 결의하고 이 그룹에서는 타 업무와도 공유가 가능하면서 IMT로 할당 가능한 후보 주파수 대역이 무엇인지에 대한 보고서 작성을 수행하기로 했다. 주파수는 표준화 및 서비스상용화보다 5년에서 10년 앞서서 사전 예측되어 분배되어진다.
차기 WRC는 2015년 1월에 개최될 예정이므로 이 회의에서 결정된 주파수는 2020년 전후로 사용될 것으로 보이기 때문에 표준화와 서비스 측면에서 지금 서비스 되고 있는 LTE-Advanced와 같은 4세대 통신과 함께 Beyond 4G 또는 5G라 불리는 서비스에 사용될 것으로 예측된다. 본고에서는 세계전파통신회의(WRC: World Radio Conference)에서 IMT로 지정된 주파수 현황과 국내 이동통신 주파수 현황 및 계획을 알아보고 데이터 트래픽 증가 추세에 비추어 2020년 Beyond4G(5G)시대를 대비한 ITU(국제전기통신연합) 해당 표준화그룹의 소요량 예측량 및 통신방식별 분담율을 분석하였다. 아울러 본 예측에 따라 WRC-15에서 IMT 추가 주파수 지정 목적으로 진행하고 있는 위성, 방송, 과학 및 고정 등 기존업무와의 공유 연구 진행현황을 주파수 대역별로 살펴본다.
현재는 <그림 3>과 같이 LTE-Advanced기술로 분류되는 Release12 표준화에 집중하고 있으며 주파수 측면에서는 두 개 이상의 반송파를 조합하여 전송 대역폭을 넓히는 CA(Carrier Aggregation, 반송파집적)기술을 이용한 주파수 대역조합 표준을 만들고 있다. <그림 4>와 같이 IMT-Advanced 기술요구사항인 100 MHz까지의 전송 대역폭을 지원하고, 불연속적인 주파수 대역을 하나의 전송 대역으로 사용하는 것을 가능하게 함으로써 주파수 자원의 효율성을 높이기 위한 것이다.

제안 방법

본고에서는 세계전파통신회의(WRC: World Radio Conference)에서 IMT로 지정된 주파수 현황과 국내 이동통신 주파수 현황 및 계획을 알아보고 데이터 트래픽 증가 추세에 비추어 2020년 Beyond4G(5G)시대를 대비한 ITU(국제전기통신연합) 해당 표준화그룹의 소요량 예측량 및 통신방식별 분담율을 분석하였다. 아울러 본 예측에 따라 WRC-15에서 IMT 추가 주파수 지정 목적으로 진행하고 있는 위성, 방송, 과학 및 고정 등 기존업무와의 공유 연구 진행현황을 주파수 대역별로 살펴본다.
따라서 기분배된 서비스와 공유 가능성 연구를 통해 추가 주파수 대역을 확보하는 방안을 모색해 보자는 것이 취지이다. 현재 JTG 그룹의 논의가 초기 단계이므로 주요 이슈 가 되고 있는 주파수만으로만 대역별로 분류하여 진행현황을 살펴본다.
아울러 국제해사기구 (IMO)도 동 대역은 인명 구조용으로 보호가 필요함을 강조하고 있어 후보대역으로 포함하기가 쉽지 않은 실정이다. 두 번째로 3300- 3400㎒에 대해서도 중국은 레이더 보호를 위해 실내 IMT와의 이격거리 0.7㎞가 필요하다고 제안하였으며 이를 작업문서로 작성하였다. 하지만 지난 7월 JTG4-5-6-7회의에서 중국이 시뮬레이션 실시할 때 ITU-R 권고 전파모델을 적용하지 않고 3GPP TR36.
미국은 동대역 EESS와 공유 가능한 RLAN 파워레벨을 최대 출력 17dBm로 제시한 반면, EESS를 운용 중인 캐나다는 간섭영향이 있어 양립할 수 없다는 연구 결과를 제시하였다. 각 공유 연구에 이용한 전제조건 등에 대한 견해가 대립되어 EESA 보호비(-6dB), 시스템 파라미터를 조율하여 정리하여 ITU-R 신규 보고서 초안을 구성하고 차기회의에 보완하기로 하였다. 즉 초기 연구 결과는 EESS-RLAN간 양립에 어려움 있으나 추가 연구가 필요한 것으로 정리하였다.

대상 데이터

<표 7>에 2-6GHz 대역에서의 SFR 대역들을 나타내었다. 주요 논의 및 이슈 대역으로는 우선 2700-3100㎒대역이 있다. 영국은 본 대역에서 사용 중 인 ATC(Air Traffic Control) 및 기상레이더 보호를 위해 IMT 기지국/단말 간 약 115㏈/50㏈ 추가 경로손실이 필요하므로 IMT후보대역에서 제외해야 한다고 제안하고 있을 뿐만 아니라 러시아 또한 항공항행 보호를 위해 이격 거리 약 100㎞가 필요하여 IMT 후보대역에서 제외해야 한다고 주장하고 있다.

성능/효과

0을 작업 중에 있다. 2010년말에 수행했던 모바일광개토플랜 1.0에서의 트래픽 수요예측 결과를 3년이 경과한 시점에서 비교해 본 결과 예측했던 트래픽 증가를 초과하여 실제 트래픽이 발생한 것으로 나타났다. 모바일광개토플랜 1.
TRAFFIC”를 개발하고 있다. 주요 합의사항으로 2013년 7월 회의에서 2020 RATG (Radio Access Technology Group)관련 M.2078에 규정되어있는 10:45:45(RATG 1(2G/3G), RATG 2(4G), RATG 3(RLAN)) 비율을 10%:50%:40%로 변경하여 LTE-Advanced가 차지하는 트래픽이 많아질 것으로 변경하였다. 아울러 2020년의 주파수 소요량 예측과 관련하여 ‘IMT-2020 Spectrum Estimated’를 작업 중이며 2020년에는 최대 1,960 MHz대역폭이 최소 1340MHz 대역폭이 필요하다고 합의 한 후 JTG4-5-6-7에 연락문서를 발송하였다.
논의 결과, 방송위성업무 보호를 위한 최대 전력밀도를 ITU-R M.1459의 방식에 따라 계산한 결과 -120.1 dBW/m²/1㎒로 잠정 정리하였다.

후속연구

1992년에 IMT로 분배된 주파수가 표준화 과정을 거쳐 2000년에 들어서야 서비스 된 것이 좋은 예이다. 차기 WRC는 2015년 1월에 개최될 예정이므로 이 회의에서 결정된 주파수는 2020년 전후로 사용될 것으로 보이기 때문에 표준화와 서비스 측면에서 지금 서비스 되고 있는 LTE-Advanced와 같은 4세대 통신과 함께 Beyond 4G 또는 5G라 불리는 서비스에 사용될 것으로 예측된다. 본고에서는 세계전파통신회의(WRC: World Radio Conference)에서 IMT로 지정된 주파수 현황과 국내 이동통신 주파수 현황 및 계획을 알아보고 데이터 트래픽 증가 추세에 비추어 2020년 Beyond4G(5G)시대를 대비한 ITU(국제전기통신연합) 해당 표준화그룹의 소요량 예측량 및 통신방식별 분담율을 분석하였다.
현재와 같은 추세가 지속된다면 <표 1>과 <표 2>에 나타난 주파수 대역폭으로만 폭증하는 트래픽을 감당하기에는 힘들 것으로 예측된다. 정부는 폭증하는 모바일 트래픽을 대응하기 위해 2012년 1월 모바일광개토 플랜을 발표한바 있으며 본 계획에 따르면 2015년까지 230 ㎒, 2020년까지 610 ㎒의 주파수를 이동통신에 분배할 예정이다.
러시아는 무선측위 보호를 위해 IMT와의 이격 거리 약 250~550㎞ 필요하므로 IMT후보대역으로 적절하지 않다고 제안한 반면 프랑 스는 1375-1400㎒대역에서 두 시스템간 거리가 3㎞일 때 무선측위 보호를 위해선 IMT시스템의 대역 외 불요방사를 단말 –13.7dBm/㎒, 기지국 –50.7dBm/㎒으로 억압해야 한다고 기고하였고 차기 회의에서 러시아와 프랑스가 제안한 공유 연구 결과를 바탕으로 주파수 대역 확대, 대상 레이더 추가 등 연구를 수행할 예정이다.
하지만 앞서 살펴본바와 같이 아직 후보대역에 대한 논의가 초기단계이긴 하지만 기존 항공항행, 위성, 방송, 방송위성, 과학업무 등이 주파수 대역을 점유하고 있는 상황에서 필요 충분한 대역을 IMT로 분배하기에는 쉽지 않을 것으로 보인다. 현재 시점에서는 700㎒대역을 WRC-12에서 신규로 이동업무로 분배를 하였으므로 공유연구 결과에 상관없이 WRC-15이후에서는 사용가능해 질 것으로 예상되며 1452- 1492㎒, 2.7㎓ 주변대역, 3.6㎓ 주변대역에서 IMT 추가 분배가 어느 정도는 가능할 것으로 보인다. 하지만 설령 추가 주파수가 분배가 어느 정도 되더라도 기존 업무를 보호하기 위한 이격거리, 출력 값 제한 등의 조치가 따를 것으로 보여 서비스 조건 및 커버리지는 제한될 가능성이 많다.
또한 스몰셀, 인도어 및 밀집지역에서 광대역 데이터 전송을 위해서는 연속적인 광대역폭을 요구하고 있으나 6㎓이하 대역에서는 분배 가능한 연속적인 대역폭을 찾기가 쉽지 않다. 상대적으로 6㎓이상에서는 공유연구가 용이하고 연속적으로 사용가능한 광대역폭을 분배하기에 상대적으로 유리하므로 6㎓이상의 대역에서 IMT 추가 주파수를 찾기 위한 연구는 차기 WRC-18/19의 의제로 포함하기 위한 노력이 필요하다. 주파수는 표준화에 우선하는 필수재이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주파수 대역이 기존 분배된 서비스와 공유연구가 필요한 이유는?	하지만 주파수 대역은 이미 이동통신 용 뿐 만아니라 위성, 방송 등 타 서비스에도 사용 중인 부분이 많아 새롭게 사용하지 않은 주파수를 발굴하기 위해서는 기존 분배된 서비스와 공유연구가 필요하다. 이런 사실에 근거하여 WRC-12는 IMT 추가 주파수 발굴 연구 시에 방송, 과학, 위성 등에 기 점유되어있는 서비스와 공유연구를 사전 수행하도록 하였다.
	IMT 표준화의 가장 큰 목표는 무엇인가?	IMT 주파수는 1992년경 세계전파통신회의(WRC: World Radio Conference)에서부터 분배(Allocation)되기 시작하였다. IMT 표준화의 가장 큰 목표는 국제적인 로밍이었기 때문에 사전에 전 세계적으로 사용할 주파수가 통일되어야 했으므로 <그림 1>이 보여주듯이 WRC-92에서 230㎒폭, WRC-00에서 519㎒폭, WRC-07에서 1지역 392㎒폭, 2,3지역 428㎒폭으로 총 1177㎒가 분배되어왔다. 하지만 기존에 분배된 대역으로는 스마트폰 빅뱅으로 발생된 모바일 트래픽을 대처하기에는 부족하다고 공동 인식하게 되어 2012년 1월에 개최된 WRC-12 에서 IMT추가 주파수 분배 가능성에 관한 연구를 2015년 차기 WRC까지 진행하기로 합의하였다.
	WRC-12는 IMT 추가 주파수 발굴 연구 시, 기존 저비스와 공유연구를 수행하기 위해 무엇을 만들고 수행하기로 하였는가?	이런 사실에 근거하여 WRC-12는 IMT 추가 주파수 발굴 연구 시에 방송, 과학, 위성 등에 기 점유되어있는 서비스와 공유연구를 사전 수행하도록 하였다. 이런 결과에 따라 방송, 위성, 지상 통신 및 과학 업무 관련 전문가들이 모두 모이는 JTG4-5-6-7이라는 새로운 그룹을 만들기로 결의하고 이 그룹에서는 타 업무와도 공유가 가능하면서 IMT로 할당 가능한 후보 주파수 대역이 무엇인지에 대한 보고서 작성을 수행하기로 했다. 주파수는 표준화 및 서비스상용화보다 5년에서 10년 앞서서 사전 예측되어 분배되어진다.

참고문헌 (4)

미래창조과학부 발표 "무선통신방식별 트래픽 추이"
3GPP Release 12 표준일정(www.3gpp.org)
HSPA+ enhancement in release9, Qualcomm
모바일 트래픽 예측 및 주파수 수요량, 홍인기, 주파수할당 방안 마련을 위한 공개 토론회 (미래창조과학부 주최), 2013.06.14

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