[논문]5G 이동통신을 위한 전파정책 분석

김창주

doi:10.5515/kjkiees.2015.26.8.679

[국내논문] 5G 이동통신을 위한 전파정책 분석
Analysis of Radio Spectrum Policy for the Fifth Generation Mobile Communications 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.26 no.8, 2015년, pp.679 - 689

초록
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모바일 브로드밴드 시대를 맞이하여 5G 이동통신의 기술개발이 한창 진행되고 있으나, 이를 위한 주파수 정책은 아직 체계적으로 정립되지 않았다. 본 논문에서는 5G 이동통신서비스를 살펴보고, 관련 기술개발 동향을 고려하여 미래의 이동통신서비스를 제공할 수 있는 주파수 정책을 분석하였다. 이 결과를 토대로 우리나라의 주파수 정책 방안을 제안한다. 주요 정책 방안으로 3~5 GHz 대역의 주파수 공동사용 확대, 5 GHz 대역의 국제 호환성 유지, 그리고 주파수 관리체계의 일원화 등을 포함한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The 5G mobile communication technologies have been extensively developed with the era of mobile broadband, but spectrum policy for this service has not yet set up. In this paper, We have investigated the 5G mobile service and analyzed the 5G spectrum policy taking the developing technologies into account. Based on the results of these analyses, We propose an expansion of spectrum sharing in the 3~5 GHz bands, spectrum harmonization of 5 GHz bands, and restructuring of spectrum management administration from currently three distributed management to centralized spectrum management structure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 유럽, 일본 그리고 우리나라에서 제시한 5G 이동통신서비스를 살펴보고, 이를 위한 주파수 정책을 분석한 후에 국내에 적용하기 위한 몇 가지 정책방안을 제안하였다. 먼저 미래 이동통신의 다양한 서비스를 수용하기 위하여 우리나라의 주파수 분배 환경에서 모바일 브로드밴드를 확대하는 방안을 제시하였다.
본 절에서는 5G 이동통신서비스를 원활하게 제공하기 위한 주파수 정책을 분석한다. 전국을 서비스하기 위한 전국망 구축은 이미 배타적 할당을 통하여 공급한 3 GHz 이하의 대역을 이용하고, 3-5 GHz 대역과 같이 이미 기존 사용자가 있는 대역은 LSA 방식으로 주파수 공동사용 방식을 이용하여 할당한다.
5G 이동통신은 앞에서 기술한 다양한 서비스를 제공하기 위하여 기존에 사용하는 3 GHz 이하의 대역은 물론 3～6 GHz대역, 그리고 밀리미터파를 활용하여 효율적으로 통신망을 구축하여야 한다. 주파수 정책은 현재의 주파수 이용현황을 토대로 미래의 주파수 정책을 추진하여야 하는 바, 본 논문에서는 5G 이동통신기술의 서비스 시나리오를 살펴보고, 이를 위한 주파수 정책을 분석한 후에 이를 토대로 우리나라의 주파수 정책을 제안하고자 한다. 서론에 이어 제 II 장에서는 5G 이동통신을 위한 전파기술을 분석하고, 제 III 장에서는 5G 이동통신 서비스를 위한 주파수 정책을 분석한다.

제안 방법

3～5 GHz 대역은 이미 기존 사용자가 존재하므로 먼저 주파수 공동사용을 통하여 모바일 브로드밴드 사회를 실현하고, 중장기적으로 회수 및 재배치를 통하여 이동통신 대역으로 전환하는 것이 필요하다. 그리고 5 GHz 대역에서 이미 활발히 시행되고 있는 주파수 공동사용은 국제적인 흐름에 맞게 조정하고, 5.85～5.925 GHz 대역은 ITS를 1차 사용자로 지정할 것을 제안한다.
둘째로, 5 GHz 대역의 주파수 정책을 국제적 호환성을 갖도록 추진할 것을 제안하였다. 특히 ITS와 중복되는 대역에서는 ITS를 PU로 하고, Wi-Fi가 2차로 사용을 허가할 것과 5.
본 논문에서는 유럽, 일본 그리고 우리나라에서 제시한 5G 이동통신서비스를 살펴보고, 이를 위한 주파수 정책을 분석한 후에 국내에 적용하기 위한 몇 가지 정책방안을 제안하였다. 먼저 미래 이동통신의 다양한 서비스를 수용하기 위하여 우리나라의 주파수 분배 환경에서 모바일 브로드밴드를 확대하는 방안을 제시하였다. 다시 말하면 3GHz 이하의 주파수는 기존과 같이 배타적 이용을 전제로 할당하고, 3～5 GHz 대역은 기존 사용자가 존재하므로, 기존사용자가 다른 대역으로 이전하기 전에는 주파수 공동사용 조건으로 할당하되 기존 사용자에게 간섭을 주지 말아야 한다.
그림 2는 5G Forum에서 제시한 5G 이동통신서비스의 개념도로써 미래에는 5G 이동통신망을 통하여 모든 사물이 연결되는 초연결(hyper-connectivity) 사회가 도래할 것으로 전망하고 있다^[4],[5]. 이와 같은 5G 이동통신서비스를 실현하기 위한 주요 성능 지표(KPI: Key Performance Indicator)로써 METIS에서는 그림 3에 나타낸 바와 같이, 트래픽 용량(traffic capacity), 이동성 및 서비스 영역, 에너지 효율, 장치의 수, 신뢰도, 통신지연시간(latency), 스펙트럼이용의 유연성, 데이터 전송속도 등 8개의 성능 지표를 설정하고, 각각의 지표를 IMT-Advanced보다 매우 높게 설정하였다^[6].

성능/효과

우리나라에서도 모바일 광개토 플랜에 따라 680MHz의 대역폭을 확보하고 있으나, 기존 대역의 회수/재배치가 용이하지 않다. 3.4～3.6 GHz 대역은 정부가 오랫동안 IMT 대역으로 분배하고, 방송중계 등 그동안 사용해오던 장비를 타 대역으로 이전한 결과, 회수/재배치가 가능할 것으로 판단되나, 나머지 부족한 대역폭은 주파수 공동사용을 통해서 확보하여야 할 것이다. 이미 알려진 바와 같이, 전파의 이용은 국제적인 조화를 이루면서 이동통신산업의 경쟁력 강화를 위하여 중장기적으로 추진되어야 한다.
넷째, 전파의 경제적 및 창의적 이용을 위하여 주파수 이용자유화를 적극 확대하되, 정부가 충분한 간섭관리 도구를 갖추고 이를 추진하여야 한다. 그리고 주파수 공동사용 시에도 충분한 간섭분석 후에 시행하여야 한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면 트래픽 용량의 측면에서는 단위면적당 1,000배의 트래픽이 늘어나고, 네트워크에 연결된 장치의 수도 10～100배 정도 늘어나며, 가입자당 데이터의 전송속도도 10～100배 정도 늘어날 것으로 전망하고 있다. 또한, 대량의 사물통신으로 배터리의 용량이 10배 이상 증가해야 하고, 통신지연시간이 5배 정도 줄어들 것으로 전망하고 있다.

후속연구

다시 말하면 3GHz 이하의 주파수는 기존과 같이 배타적 이용을 전제로 할당하고, 3～5 GHz 대역은 기존 사용자가 존재하므로, 기존사용자가 다른 대역으로 이전하기 전에는 주파수 공동사용 조건으로 할당하되 기존 사용자에게 간섭을 주지 말아야 한다. 그리고 10 GHz 이상의 대역은 국제 호환성을 위하여 글로벌 대역으로 가능성이 높은 대역을 발굴하여 사용할 것을 제안한다.
셋째, 주파수 공동사용을 적극 확대할 것을 제안한다. 3～5 GHz 대역은 이미 기존 사용자가 존재하므로 먼저 주파수 공동사용을 통하여 모바일 브로드밴드 사회를 실현하고, 중장기적으로 회수 및 재배치를 통하여 이동통신 대역으로 전환하는 것이 필요하다.
개방형 주파수 대역은 종래에는 면허불요 1차 공동사용에 한정되었으나, 제 I장에서 기술한 바와 같이 지정 또는 사용승인 주파수의 이용률이 낮은 대역에 대하여 면허불요 2차 공동사용을 허가하거나, UWB(Ultra Wide-Band)와 같이 spectrum underlay로 허가하는 대역을 말한다. 앞으로는 면허불요 2차 공동사용 대역을 대폭 확대하여 주파수 부족문제를 해결하여야 할 것이다.
5 GHz가 5G 이동통신 대역의 후보로 유망하게 검토되고 있다. 이러한 점을 고려하여 우리나라의 이동통신대역도 국제적인 흐름을 검토하여 반영할 것을 제안한다.
끝으로 전파정책은 기술발전과 함께 끊임없이 변화되어야 한다. 전파정책을 적기에 수립하고 이행하기 위해서는 전파관리 체계를 일원화해서 국제 흐름에 맞게 전파정책을 추진할 수 있도록 재편할 것을 제안한다.
기본적으로 제어정보(control plane)와 이용자 정보(user plane)를 분리하여 3 GHz 이하의 주파수는 전국을 커버하면서 제어정보와 저속의 데이터를 처리하고, 3～5 GHz 대역의 주파수는 사용자의 정보를 고속으로 전송한다는 개념이다. 한편, 3 GHz 이하의 주파수 대역은 가용한 대역폭이 충분하지 않기 때문에 새로운 다원접속에 대한 연구가 필요하다. 일본의 NTT DO-COMO는 NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)^[13] 방식을 연구하고 있고, 중국은 SCMA(Sparse Code Multiple Access)^[14]다원접속 방식을, 그리고 유럽에서는 FBMC(Filter Bank Multi-Carrier)^[15] 방식을 연구하여 sidelobe와 guard time을 줄임으로써 전송효율을 높이는 연구를 수행하고 있다.
8 GHz 대역은 위성이 사용하고 있는데, 위성에 간섭을 주지 않는 범위 내에서 LSA를 허용하는 방안을 많은 국가에서 검토하고 있다. 향후 모바일 광개토플랜의 이행을 위해서는 3.6～4.2 GHz, 4.4～5 GHz대역에 LSA 적용을 확대할 필요가 있다. 한편, 미국의 FCC에서는 5 GHz 대역의 Wi-Fi 이용 대역도 5.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이동통신 기술이 발전함에 따라 휴대폰의 변화과정은 어떠한가?	이동통신 기술이 눈부시게 발전함에 따라 휴대폰은 어느덧 우리 일상생활에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 종래에는 단순한 통화나 SMS(Short Message Service) 정도에 한정되었으나, 이제는 인터넷 접속은 물론 video st-reaming이나 MBMS(Multimedia Broadcast and Multicast Service) 서비스를 통하여 방송신호까지도 수신할 수 있게 되었다. 최근에는 휴대폰과 NFC(Near Field Commu-nications) 기술이 융합된 핀테크(FinTech) 서비스에 이르기까지 그 응용범위가 매우 다양해지고 있다. 그렇다면 5세대 이동통신은 어떤 모습이 될까?
	5G 이동통신을 제공하기위해 무엇이 구축되어야하는가?	그런데, 5G 이동통신서비스에 대한 서비스 시나리오 및 관련 기술을 적극 개발하고 있는데 비하여, 이를 위한 주파수 정책에 관한 분석은 소수에 불과하다[7]～[10]. 5G 이동통신은 앞에서 기술한 다양한 서비스를 제공하기 위하여 기존에 사용하는 3 GHz 이하의 대역은 물론 3～6 GHz대역, 그리고 밀리미터파를 활용하여 효율적으로 통신망을 구축하여야 한다. 주파수 정책은 현재의 주파수 이용현황을 토대로 미래의 주파수 정책을 추진하여야 하는 바, 본 논문에서는 5G 이동통신기술의 서비스 시나리오를 살펴보고, 이를 위한 주파수 정책을 분석한 후에 이를 토대로 우리나라의 주파수 정책을 제안하고자 한다.
	D2D 통신의 효과는 무엇인가?	한편, 수평적 주제는 D2D(Device-to-Device) 통신, MN(Moving Network), UDN(Ultra Dense Network), URC(Ultra Reliable Network), 그리고 MMC(Massive Machine Communications)이다. D2D 통신은 핵심망에 관계없이 단말 간 직접통신을 하는 것으로 서비스 영역을 확대할 뿐만 아니라, 이동통신 트래픽을 off-load-ing하는 효과는 물론 E2E(End-to-End) 간에 통신 지연시간을 줄이는 효과가 있다. MMC 통신은 인간 중심의 이동통신을 기계에까지 확장하는 것으로 수백억 개의 장치를 상황에 맞게 연결할 수 있다.

참고문헌 (26)

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원문보기 상세보기
PCAST, "Report to the president: Realizing the full potential of government-held spectrum to spur economic growth", Jul. 2012.
FCC, NPRM FCC 13-22, ET Docket No. 13-49, Feb., 2013.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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