데이터 고속도로라고 불리는 5G 무선통신 주파수는 단일하지 않고 넓은 대역에 걸쳐 있다. 5G 주파수는 30~300GHz의 무선주파수를 사용하는 게 일반적이다. 서브식스(Sub-6)로 불리는 3.5GHz의 저대역대와 마이크로파라고 불리는 28GHz 이상의 고대역대로 나뉜다.
현재 우리나라는 3.5GHz의 저주파 대역을 상용화했고, 28GHz의 고주파 대역은 아직 실증 중이다. 밀리미터파인 고주파 대역은 현재 쓰고 있는 4G LTE보다 20배 빠른 진짜 5G를 가능케 한다고 알려져 있다.
이 고주파대에서 무선통신의 효율적이고 원활한 송수신을 가능하게 하는 기술이 빔포밍, 빔트래킹 등이다. 기지국을 훨씬 많이 늘리지 않아도 커버리지를 높여 주는 기술이라고 볼 수 있다. 빔포밍은 기본적으로 다중 MIMO라는 기술을 전제로 한다.
빔포밍(beamforming)은 모바일 기기와 네트워크 기지국 양쪽에서 안테나 여러 개로 공급되는 신호를 특정 방향으로 집중해 빔을 만들어 주는 기술이다. 이렇게 신호를 집중시킴으로써 송출 전력을 증폭하지 않으면서 신호를 잘 잡을 수 있다. 주파수가 높은 전파는 빛처럼 직진성이 강해져 한 방향으로 보내지 않으면 신호 송수신이 잘 되지 않기 때문이다. 특정 방향으로 전파를 몰아주고, 필요없는 부분에는 전파를 상쇄시킬 수 있어 효율적이기도 하다.
빔포밍은 스포트라이트와 같은 불빛을 여러 곳에 비추는 것과 비슷하다. 5G 기지국 안테나는 사용자의 위치를 파악한 뒤 여러 개의 조명이 스포트라이트를 비추듯 사용자가 가진 단말기에 주파수를 집중적으로 쏘아 전파의 수신을 용이하게 한다. 빔포밍을 이용하면 사용자가 걸어가거나 건물 내 이동을 하더라도 주파수를 잘 수신할 수 있게 된다.
그렇다면 빔포밍을 가능하게 하는 다중 MIMO 기술은 ‘다중입력-다중인출(Multiple-input and Mutiple-Output)’의 약자다. MIMO는 여러 안테나가 신호를 주고받도록 해 데이터 전송량을 높이는 기술이다.
다중 MIMO는 다수의 사용자(Multi User)에게 무선 자원을 분배해 여러 단말이 동시에 접속해도 속도 저하를 막아주어 빔포밍 기술을 가능하게 한다. 많아진 송수신 안테나로 빔을 자유롭게 생성해 단말 간 간섭이 감소하고, 전송 속도가 빨라지며, 무선 용량도 증가한다.
기존 4G에서도 MIMO 기술이 사용됐으나 적은 수의 안테나를 사용하고, 1차원인 안테나 배열로 수평방향의 사용자만 구분했다. 5G에서의 다중 MIMO는 100개 이상의 안테나 소자를 사용해 데이터를 동시에 전송하며, 수직과 수평방향은 물론 높이까지 감지한 3D로 모든 사용자를 구분한다.
이 빔포밍과 다중 MIMO기술을 바탕으로 다양한 5G 단말기 회사와 통신사들이 힘을 합쳐 5G 고주파 대역 실증을 진행하고 있다. KT의 경우 지난해 말 5G 28GHz 대역 빔포밍 연동 절차를 표준화해 서로 다른 기지국 제조사에서 만든 디지털 장비와 무선 장비간에서도 빔포밍이 가능하도록 했다.
LG유플러스도 빔포밍 기술을 이용, 기지국 안테나 신호를 원격으로 조절해 더 빠르게 통신 품질을 최적화하는 기술을 개발했다. SK텔레콤도 ‘액티브 안테나’ 기술로 소형 실내 기지국에 안테나를 2배 이상 탑재하며 실내 5G 속도를 2배 향상하는 인빌딩 솔루션을 내놓았다.
구현화 쿠키뉴스 기자 kuh@kukinews.com
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