디지털 혁신을 가속화하는 5세대 네트워크

지난 30년 동안 정보통신 산업에서는 네트워크 기술의 비용 대비 성능이 급격히 향상됨에 따라 그 능력과 경제적 영향력도 폭발적으로 성장했다. 이제 세계는 4GGeneration로부터 5G 모바일 기술로 도약할 준비를 하고 있다. 5G 기술은 무엇이며, 그것이 미래에 가져올 새로운 기회에는 어떤 것들이 있는가?

대략 10년 주기로 이동통신 산업계는 새로운 무선 네트워크 기술을 내놓아 왔다. 1982년에 첫 1G 시스템이, 10년 후 2G가, 다시 2001년 3G가 각각 등장했고, 2012년부터 현재까지 우리는 4G 시스템을 사용 중이다. 이런 패턴에 따르면 차세대 5G 시스템이 등장할 시점은 대략 2022년경이겠지만, 대부분의 업계 전문가들은 이보다 더 빠를 것으로 예상하고 있다. 이 소식이 반가운 이유는 현재의 4G가 최근 폭발적으로 증가하는 데이터 사용량을 따라가지 못하고 있기 때문이다.

AT&T의 보도자료에 의하면, 2007~2015년 사이에 자사 네트워크의 데이터 통신량이 무려 15만% 넘게 폭증했는데, 2015년에는 이 통신량 중 60%가 동영상이었다고 한다. 데이터 통신량의 증가는 소셜 미디어 상에 동영상을 올리는 유행 때문으로 보인다. <테크 인사이더Tech Insider>에 보도된 2015년 11월 페이스북 CEO 마크 주커버그의 말에 따르면, 가입자들이 페이스북 상에서 매일 보는 총 동영상의 개수가 80억 개에 이른다고 한다.

확실히 4G가 구식이 되어 가고는 있지만 5G가 정확히 어떤 모습으로 등장할 것인지는 누구도 모른다. 다만 현재까지 5G가 충족해야 할 기준으로 합의된 바는 다음과 같다.

첫째, 5G 도입 초기에 다운로드 속도는 1초당 1기가바이트가 되어야 하며, 지속적으로 향상되어야 한다. 이는 영화 한 편을 지금처럼 몇 분이 아니라 몇 초 안에 내려 받을 수 있어야 한다는 뜻이다.

둘째, 5G는 ‘지연속도Latency’를 1밀리세컨드(1,000분의 1초) 이하로 줄여야 한다. 지연속도란 어떤 기술이 명령에 반응하는데 걸리는 시간을 이른다. 현재 동영상 재생은 버튼을 누르고 영상이 시작되기까지 몇 초 혹은 몇 분이 걸리기도 한다. AT&T는 5G가 도입되면 지연속도가 1/5밀리세컨드 이하로 떨어질 것으로 예측한다.

셋째, 5G는 4G보다 전력을 적게 써야 한다. 기술 미디어 웹사이트 ‘씨넷CNET’에 따르면, 원격지에 있는 네트워트 센서가 배터리 교체 없이 10년 정도는 운용될 수 있게 될 것이라고 한다.

5G를 멋지게 만드는 것은 5G가 스마트폰을 더 똑똑하게 더 강력하게 더 효율적으로 만들기 때문만은 아니다. 5G의 진가는 그로 인해 가능해질 다음과 같은 혁명적 기술들을 통해 드러날 것이다.

▶ 사물인터넷이 현실화될 것이다. 네트워크 장비와 센서의 전력 소비는 줄어들고, 작동 기간은 늘어나며, 더 빠르게 정보를 전달할 수 있게 된다.

▶ 가상현실이 게임과 사업 분야에서 잠재력을 발휘할 것이다. 원격지 사무실 사이에 이뤄지는 가상회의, 로봇 수리를 위한 가상훈련 등을 생각해 볼 수 있다.

▶ 공장이나 물류센터에서 로봇들이 인간과 함께 일하면서 정보를 신속히 교환하여, 더 빠르고 더 안전하고 더 효율적으로 일할 수 있다.

▶ 의사들이 5G 네트워크에 연결된 로봇을 무선 조종하여 수천 마일 떨어진 곳에 있는 환자를 원격 수술할 수 있다. 의료 행위의 형태가 변화할 것이다.

▶ 자동차 브레이크 작동이나 급격한 방향 전환에 걸리는 지연속도가 제거됨으로써 수억 대의 무인 자동차가 도로에서 안전하게 자율주행을 할 수 있게 된다.

이런 놀라운 기술들이 모두 5G의 향상된 속도 덕분에 가능하다는 점은, 중요한 질문으로 이어진다. 과연 5G는 얼마나 빠른 걸까?

노키아Nokia는 5G 테스트에서 4G보다 1,000배 빠른 1초당 30기가바이트의 다운로드 속도를 달성했다고 발표했다. 하지만 CNN이 지적한 것처럼 현실 환경에서는 나무나 건물 등이 중간에 있고 수백만 대의 다른 기기들도 같은 네트워크에 존재하기 때문에 실제 사용자가 그런 결과를 얻지는 못할 것이다. 그러므로 실제 속도 증가는 4G의 10배에서 100배 정도로 추정된다.

이런 속도 증가는 싸게 얻어지지는 않는다. 한국 기업들은 5G 기술 개발과 기반시설 투자에 3,000억 달러 이상이 필요할 것으로 추산한다. 더구나 영토가 훨씬 넓고 인구가 6배나 많은 미국은 수십조 달러가 필요할 것으로 예상된다. 이 비용 중 일부가 소비자에게 전가되어 이동통신 요금이 상승할 것이다. 또 이전 기술과 호환되지 않기 때문에 스마트폰이나 다른 통신기기를 새로 구입해야 할 것이다. 하지만 일단 5G 서비스가 시작된다면 더 빠르고 안정적인 서비스를 누리기 위해 소비자가 기꺼이 추가비용을 부담할 것이란 점에 대해서는 이견이 없다.

그렇다면, 일부 국가에서는 이미 상용화를 시작했지만 그러함에도 갈 길이 먼 5G, 앞으로 어떻게 될 것인가?

첫째, 미국에서는 5G가 2020년에 상용화될 것이다. 이는 다양한 전문가들의 공통된 전망이다. 그러나 한국은 이미 5G에 15억 달러를 투자했고 2018년 평창 동계올림픽에서 초기 단계의 5G 이동통신 기술을 소개했다. 하지만 5G의 기술 표준은 현재까지도 완벽하게 완비되지 않았기 때문에, 소비자들이 비싸게 구입한 스마트폰이나 장비들이 금세 쓸모없게 될 수도 있다.

둘째, 5G 표준이 아직 확립되지는 않았지만, ‘다중입출력기술MiMo’의 사용은 이미 거의 확실해 보인다. <테크리퍼블릭>과 <가디언>의 기사에 의하면, 오늘날 이동통신 장비들이 네트워크에 연결하기 위해서 한두 개의 안테나를 사용하는 것과 달리 MiMo는 100개도 넘는 소형 안테나를 활용할 수 있다. 그리고 적용 범위를 넓히고 품질을 높이기 위해서, 5G 개발자들은 지금의 안테나형 기지국 외에 소형 라우터 크기의 기지국을 가로등에 부착하거나 가정에 설치하고, 또는 건물 벽에 삽입할 것이다.

셋째, 5G의 본격적 도입은 자본주의 시장경제체제가 인류 복지를 향상시킨다는 증거가 될 것이다. 5G와 같은 혁신(자동차, 전구, 비행기, 슈퍼컴퓨터, 스마트폰 등)은 기업가 정신이 보상받는 사회에서만 이뤄질 수 있다. 국영기업이 현재 상태의 유지와 사회 봉기의 방지를 위해 수십억 달러를 쓰는 중국 같은 중앙통제경제체제와는 달리, 미국의 민간 투자는 상업적 가치가 검증된 아이디어에 집중된다. 한편 푸틴 치하의 러시아는, 석유가 계속 비쌀 것이란 잘못된 이론에 기반을 뒀던 경제가 붕괴되면서 옛 소련 연방 시절의 적대 정책을 부활시키고 있는 실정이다. 중국, 러시아, 북한 등 자유로운 사상과 자본주의 시장을 억압하는 모든 국가들은 미국, 한국, 핀란드, 일본 등이 이뤄내는 혁신을 그저 지켜볼 수밖에 없다. 그리고 이런 전체주의 국가들이 5G 기술을 복제하고 혹은 도용하게 되는 즈음에, 이미 미국 등 시장경제체제 국가들은 세상이 간절히 원하는 6G를 내놓을 준비가 되어 있을 것이다.

* *

References List :

1.     Nature Communications, 2017. Veldhorst, H. G. J. Eenink, C. H. Yang, A. S. Dzurak. Silicon CMOS architecture for a spin-based quantum computer.

https://www.nature.com/articles/s41467-017-01905-6

2.     Nature Communications, 2017. Guilherme Tosi, Fahd A. Mohiyaddin, Vivien Schmitt, Stefanie Tenberg, Rajib Rahman, Gerhard Klimeck, Andrea Morello. Silicon quantum processor with robust long-distance qubit couplings.

https://www.nature.com/articles/s41467-017-00378-x

3.     Cosmos, SEPTEMBER 13, 2017. Wison da Silva. The quest for a silicon quantum computer.

https://cosmosmagazine.com/technology/the-quest-for-a-silicon-quantum-computer

4.     Science, December 7, 2017.  D. M. Zajac, A. J. Sigillito, M. Russ, F. Borjans, J. M. Taylor, G. Burkard, J. R. Petta. Quantum CNOT Gate for Spins in Silicon.

https://www.researchgate.net/publication/319101407_Quantum_CNOT_Gate_for_Spins_in_Silicon

Harnessing the Power of 5G Networks

Roughly every ten years, the wireless industry rolls out a new generation of mobile network technology. In 1982, the first 1G system was launched, followed a decade later by the first 2G system, then the first 3G system in 2001, and finally, in 2012, the 4G system we use today.

Following that pattern, the next generation—5G—is due by 2022, but most industry experts expect it to be ready even sooner. That’s good news because 4G simply can’t keep up with the explosive growth of data usage in recent years.

According to a press release from AT&T, data traffic on its network soared by more than 150,000 percent from 2007 through 2015, and 60 percent of that data in 2015 consisted of video.1

Much of that growth can attributed to the rising popularity of video on social media. According to Tech Insider, Facebook CEO Mark Zuckerberg said in November 2015 that Facebook users view 8 billion videos on the site every day.2

While it’s clear that 4G is becoming outdated, no one knows exactly what 5G will be like, because the official standard for the new technology has yet to be defined. According to Tech Republic, the blueprint for 5G will only be drawn after standards organizations such as the 3GPP, ITU, and IEEE—as well as government agencies, universities, and special interest groups—have all weighed in on the design. That’s expected to happen around 2018.3

So far, however, everyone agrees that 5G will need to meet three criteria:

1.     It must be able to deliver a download at 1 gigabyte per second when the new standard is first launched, and then keep getting faster in the years ahead. That means an entire movie could be downloaded in a few seconds, rather than in the several minutes it takes today.

2.     It must reduce latency to less than one millisecond. Latency is the lag time it takes for the technology to respond to a command. In video streaming, it now takes several seconds, or even minutes, after the play button is pressed before a movie will begin. With 5G, AT&T predicts that latency will drop to 1 to 5 milliseconds.

3.     It must use less energy than 4G. According to CNET, a networked sensor in a remote location will be able to operate for a decade before its battery will need to be replaced.

What makes 5G exciting isn’t just that it will make your smartphone smarter, more powerful, and more efficient. The real benefits will come from the other truly revolutionary technologies that it will enable. Consider the following applications, all of which have been explored in previous issues of Trends:

•       The Internet of Things will become a reality because the billions of networked devices and sensors will need less power, will last much longer, and will be able to exchange information faster and with less friction.

•       Virtual reality will finally reach its potential for both gaming and business applications—including virtual meetings between remote office workers, and virtual training for factory workers on how to repair robots.

•       Robots working with humans and other robots in factories and distribution centers will be able to get work done faster, more safely, and more efficiently when they can exchange information at quicker speeds.

•       Medical care will be transformed as doctors will be able to perform remote surgery on patients located thousands of miles away by using wirelessly controlled robotic hands linked to a 5G network.

•       Hundreds of millions of driverless vehicles will become safe enough to operate on roads autonomously because the virtual elimination of latency will mean that a car or truck will respond instantaneously to the need to activate the brakes or swerve around an object in the road, rather than taking a few, potentially fatal, seconds to process the information.

All of these amazing applications depend on the increased speed of 5G, which leads to an important question: Just how fast will 5G be?

Nokia has reported that it achieved download speeds of 30 gigabits per second in 5G tests—an improvement of 1,000 times over 4G.

However, as CNN Money pointed out, in the real world, when trees and buildings get in the way, and millions of other devices are on the same network, users won’t get the same results.4 However, more realistic estimates of the acceleration vary from 10 to 100 times the speed of 4G.

That increase in speed won’t come cheap. South Korea estimates that its companies will need to invest more than $300 billion to develop the technology and infrastructure for 5G. In the U.S., with a larger land mass and a population that is more than six times larger, we expect that the investment will be in the tens of trillions.

Some of that cost will be passed on to consumers in the form of higher bills for mobile service. Consumers will also need to buy new smartphones and other mobile devices because the new technology will not be backwards-compatible. But there’s no question that once 5G is launched, users will gladly pay a premium for faster, more reliable service.

Based on our analysis of this trend, we offer the following forecasts:

First, 5G will become available in the U.S. by 2020.

That’s the consensus of a diverse set of prognosticators. However, South Korea has already invested $1.5 billion in 5G and may introduce an early version of the mobile technology in time for the 2018 Winter Olympic Games that it is hosting in PyeonChang. Because the 5G standard is unlikely to be finalized by that time, any smartphones or devices that consumers will purchase at exorbitant prices could become quickly obsolete in the same way that Betamax owners ended up on the losing side of the standards war that was won by VHS.

Second, while the 5G standard has not yet been established, it is already becoming likely that it will use “multiple input multiple output” (MiMo) technology.

According to articles in Tech Republic and The Guardian, instead of relying on one or two antennae as wireless devices do today to connect to the network, MiMo will be able to leverage more than 100 small antennae.5 And to expand and improve coverage, 5G developers are likely to go beyond today’s cell towers to include small, router-sized stations that could be strapped to lampposts, installed in homes, and even embedded in bricks in the walls of buildings.

Third, the rollout of 5G will provide further evidence of the superiority of free-market capitalism in improving the well being of the world’s population.

Innovations like 5G (and of course, countless previous inventions like the automobile, the electric light bulb, the airplane, the supercomputer, and the smartphone) could only emerge in a society that rewards entrepreneurship. Unlike centralized economies like China’s, where state-run enterprises spend billions of dollars to maintain the status quo and prevent social upheaval, private investment in the U.S. is targeted at great ideas with proven commercial potential. Meanwhile, Russia, under Vladimir Putin, is reviving the geopolitical hostility of the Soviet era while its teetering economy, built on the misguided theory that oil will always be expensive, continues to crumble. China, Russia, North Korea, and other nations that suppress free thinking and free markets will continue to look to countries like the United States, Japan, Finland, and South Korea for the innovations they can’t develop on their own. And by the time those totalitarian countries succeed in leasing, copying, or pirating 5G technology, the U.S. and other free-market innovators will be ready to unleash 6G to an eager world.

References

1.     For more information regarding AT&T’s 5G roadmap, visit their website at: http://about.att.com/story/unveils_5g_roadmap_including_trials.html

2.     Tech Insider, November 4, 2015, “Facebook Is Now Generating 8 Billion Video Views Per Day from Just 500 Million People—Here’s How That’s Possible,” by Alyson Shontell. © 2015 Business Insider, Inc. All rights reserved. http://www.techinsider.io/facebook-is-now-generating-8-billion-video-views-per-day-2015-11

3.     TechRepublic, December 15, 2014, “The Race to 5G: Inside the Fight for the Future of Mobile as We Know It,” by Joe Best. © CBS Interactive. All rights reserved. http://www.techrepublic.com/article/does-the-world-really-need-5g/

4.     CNNMoney, February 9, 2016, “What a World with 5G Will Look Like,” by David Goldman. © 2016 Cable News Network. A Time Warner Company. All rights reserved. http://money.cnn.com/2016/02/09/technology/5g/

5.     The Guardian, August 26, 2014, “The 5G Network: When Will It Launch and What Will It Mean for Consumers?” by J.T. Ripton. © 2014 Guardian News and Media Limited. All rights reserved. http://www.theguardian.com/media-network/media-network-blog/2014/aug/26/5g-network-launch-mobile-consumers-connectivity-download