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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 5G기술의 비밀

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왜 5G 통신이 왜 필요한가

데이터 통신에서 이동 자유도(Mobility)를 갖기 위해서는 전자파를 이용한 무선통신을 사용할 수 밖에 없다. 4차 산업혁명 시대의 스마트폰, 자율주행자동차, AR (Augmented Reality, 증강 현실), VR(Virtual Reality, 가상 현실) 기기들에는 필수적으로 필요하다.

    김정호 카이스트 교수

그리고 이들 기기에는 UHDTV(Ultra High Definition TV) 수준의 영상 데이터를 보낼 만큼 최고 20Gbps 의 높은 데이터 전송 용량이 필요하다. 그래서 4차 산업혁명 시대의 기본 인프라 중의 하나가 5G 네트워크가 되고, 삼성전자와 중국의 화웨이(Huawei)가 이 새로운 시장에서 격돌하고 있다.

현재 5G 통신 기술에서는 3.4-6GHz 전자파 주파수 대역과 28GHz 높은 밀리미터파(파장이 밀리미터 크기 대역) 전자파 주파수 대역이 후보가 되고 있다. 28GHz 대역을 사용하면 더 높은 데이터 전송 속도를 구현할 수 있지만, 밀리미터 대역을 사용하기 때문에 기술적, 경제적 난관이 많이 있다. 밀리미터 대역에 필요한 송수신 기기용 반도체로는 실리콘 반도체로 구현하기 어려워 GaN 와 같은 새로운 고성능 화합물 반도체를 사용해야 한다. 생산성이 떨어져 비용이 증가한다.

또한 회로, 안테나, 전파 공간에서의 신호 손실이 급격히 증가한다. 따라서 무선 기지국 셀의 크기를 줄여야 한다. 그러면 기지국의 개수가 증가한다. 뿐만 아니라 밀리미터파 전자파는 전파 경로의 직진성이 매우 강하다. 따라서 중간에 물체가 가리면 무선 통신이 끊어지는 현상이 발생한다. 주파수가 10 배 높아지면, 기술적 난이도와 경제성이 약 100 배는 어려워진다고 보면 된다. 따라서 당분간 5G 통신은 3.4-6GHz 대역에 머물면서 현존의 4G(LTE-Advanced) 기술을 확대 발전시켜 데이터 전송 대역폭을 높이는 시도를 계속할 것으로 본다.


5G 통신의 비법

3.4-6GHz 전자파 주파수를 사용하면서도 데이터 전송 속도를 높이는 방법으로 ‘공간적 전자파 배치 설계’ 방법을 사용한다. 먼저 기지국 셀을 계층적으로 설치한다. 큰 반경의 셀은 저속의 4G(Macro cell) 가 담당하고 작은 반경의 5G 셀(Small cell)은 큰 데이터 전송 속도를 책임진다.

그리고 작은 크기의 5G 셀의 크기를 축소하고 숫자를 높인다. 결국 기지국 숫자를 키우고 셀 공간을 작게하여 더 많은 수신가에 큰 데이터 전송 용량을 제공하는 것이다. 각각의 셀은 타 셀과 분리해서 적은 전력으로 전자파를 사용한다. 그래서 간섭을 서로 줄이고 사용 빈도를 최대화 하여 주어진 전자파 자원을 최대한으로 활용한다.

5G 통신 시스템의 4G 셀 구조와 5G 셀 크기에 따른 주파수 배분 개념도. [출처: KAIST]

다음으로 사용하는 ‘공간적 전자파 배치 설계’ 방법이 전자파 3차원 공간 빔포밍 (Beam Forming)기술이다. 전자파 방사 모양을 3차원 공간에 설계해서 전자파를 공간의 일부분으로 집중해서 쏘는 방법이다. 5G 통신에서 지정된 수신기에만 전자파를 쏘아준다. 그래서 데이터 통신을 각각 수신기 마다 분리해서 전자파 이용효율을 높이는 방법이다. 이 빔포밍 방법은 페트리어트 미사일과 같은 군사용 레이더에 사용되었던 기술이 이제 5G 에 사용된다. 빔포밍을 위해서는 이 안테나 수십 개 혹은 수백 개를 평면에 배열한 어레이 안테나(Array antenna) 를 사용한다. 수백 개의 안테나 각각에 공급하는 전류의 위상(Phase, 삼각함수의 위상 각도)을 조절하면 전자파를 좁고 가는 빔으로 만들 수 있다. 이 빔의 크기가 좁을수록 공간적으로 각각 다른 전자파 데이터를 보낼 수 있다. 결국 ‘공간적 전자파 배치 설계’ 방법을 이용해서 공간적으로 전자파 환경을 셀과 빔으로 분리한다.

 

전자파 빔포밍을 위한 전자파 안테나 방사 패턴. [출처: RF CAFE]

 

F16 항공기 앞에 설치된 빔포밍을 위한 군사용 위상 배열 안테나(Phase Array Antenna). [출처: Duotech Services]

전자파는 배 고프다

결국 이러한 시도는 주어진 전자파 자연 환경에서 전자파 자원을 최대한 활용하고 최대의 데이터 통신 속도를 구현하려는 인간의 시도이다. 그러나 점점 기술적인 난이도가 높아지고 비용도 증가한다. 이러한 난관을 극복하고도 남은 핵심 응용처가 필요하다. 필자는 그 응용 분야가 실시간 AI (Real time artificial intelligence) 서비스가 아닐까 생각한다. 실시간 자율주행자동차, 실시간 외국어 통역, 실시간 사람 탐지 분야 등이 아닐까 한다. 전자파는 배고프다. 자연의 법칙을 깰 수는 없다. 다만 자연의 법칙을 존중하면서도 해결책을 찾아야 한다.

 

joungho@kaist.ac.kr

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] 

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용산·태릉·과천 등 6만호 조성 [서울=뉴스핌] 이동훈 선임기자 = 서울 용산국제업무지구와 태릉CC(골프장), 경기 과천 경마장(렛츠런파크서울)을 비롯한 서울 도심부와 경기 서울 근교지역에 총 6만가구가 공급된다. 이를 위해 11개 도심 내 공공부지에 4만3500가구가 공급되며 신규 공공주택지구를 새로 지정해 6300가구를 짓는다. 또 도심 내 노후청사를 활용해 모두 9900가구가 지어질 예정이다. 오는 2027년부터 2030년까지 순차적으로 착공한다. ◆ '9·7 주택공급 확대방안' 후속초지...도심 6만 가구 조성 29일 국토교통부에 따르면 정부는 이같은 내용을 담은 '도심 주택공급 확대 및 신속화 방안'을 발표했다.  '9·7 주택공급 확대방안'의 후속조치인 이번 1·29 대책에서는 도심권에서 6만가구가 공급된다. 지역별로 서울은 3만2000가구(53.3%), 경기 2만8000가구(46.5%), 인천 100가구(0.2%)가 각각 배정됐다.  공급 계획 [자료=국토부] 먼저 도심내 공공부지에는 4만3500가구를 짓는다. 이 가운데 서울시와 정부가 마련한 기존 공급물량 7400가구를 제외하면 3만6100가구가 새로 지정된 물량이다.  서울 용산구 용산국제업무지구와 캠프킴에서 기존계획 물량 7400가구를 포함한 총 1만2600가구가 공급된다. 서울시가 주관하는 용산국제업무지구에서는 6000가구의 주택을 공급할 예정이었으나 이번 정부 방침에 따라 주택공급수가 1만가구로 4000가구 늘어나게 됐다. 서울시가 주택공급 확대에 대한 문제로 지적했던 학교 신설은 중단한다. 착공은 2028년으로 예정됐다. 수도권전철 남영역 인근 캠프킴 부지의 주택규모는 2500가구로 기존 1400가구에서 1100가구 더 확대됐다. 2029년 착공을 추진한다. 아울러 인기 주거지역인 서빙고동 '501 정보대'부지에도 신혼부부 등을 위한 소형주택 150가구를 짓는다. 2029년 착공 예정이다.  경기 과천시 일원 과천경마장과 방첩사 부지에서 9800가구를 건립한다. 정부는 과천 경마장(115만㎡)과 국군방첩사령부(28만㎡) 이전 후 해당 부지 총 143만㎡를 통합 개발한다는 방침이다. 경마장과 방첩사 이전계획을 국방부와 농식품부와 협의해 올 상반기내 완료하고 오는 2030년 착공할 예정이다.  문재인 정부시절 주택공급 후보지로 떠올랐던 서울 노원구 태릉CC 총 87만5000㎡에는 6800가구가 공급된다. 정부는 장기간 진척되지 못하던 태릉CC 개발사업을 국가유산청과의 협의를 거쳐 본격 추진하고 주민을 위한 교통대책과 충분한 녹지공간 마련에 나선다는 방침이다. 세계유산영향평가를 거친 후 공공주택 지구지정과 지구계획 수립 등을 병행해 2030년 착공을 추진한다.  경기 성남시 판교테크노밸리 및 성남시청과 인접한 곳에 신규 공공주택지구 성남금토2지구와 성남여수2지구 약 67.4만㎡(20만평)를 지정한다. 이들 신규 택지에는 6300가구가 공급될 예정이다. 두 공공택지는 인허가 및 보상을 완료한 후 착공은 2030년 목표다.  서울 동대문구 일원에서는 국방연구원과 인접한 한국경제발전전시관을 함께 이전하고 이전 부지 총 5만5000㎡ 규모에 주택 1500가구를 짓는다. 국토부는 국조실·기후부·성평등부와 협의해 해당 기관을 2027년 상반기까지 이전하고 이전 시점에 맞춰 사업 승인, 토지 매입 등을 추진해 2029년 착공한다는 방침이다.   서울 인접 역세권 부지와 그간 장기 지연된 사업의 계획을 변경해 총 1만1500여가구를 신규 공급한다. 정부는 이들 지구에 대해 예비 타당성 조사를 면제함으로써 사업 속도를 높일 계획이다.  먼저 경기 광명시 광명경찰서 부지 약 9000㎡에 550가구를 짓는다. 2027년까지 경찰서 이전을 완료하고 이전 일정에 맞춰 2029년 착공한다. 경기 하남시 신장 테니스장 부지 약 5000㎡에는 300가구가 공급된다. 2029년 착공을 목표로 한다.  서울 강서구 강서 군부지 약 7만㎡에는 918가구가 건립된다. 당초 부지 매각 방식으로 추진됐던 이 사업은 위탁개발 방식으로 변경해 재개된다. 2027년 착공될 예정이다. 서울 금천구 독산동 공군부대 13만㎡부지는 군부대 압축·고밀개발 방식으로 2900가구를 공급한다. 착공은 2030년이다.  경기 남양주시 퇴계원 일대 군부대 부지 35만㎡에 4180가구를 짓는다. 예비 타당성 조사를 면제해 2029년 착공을 추진한다. 또 경기 고양시 구국방대학교 부지 33만㎡에는 2570가구를 공급한다. 2029년 착공을 목표로 서울 상암DMC와 잇는 직주근접 미디어밸리를 조성할 방침이다. ◆ 공급확대에 범부처 역량 결집...투기 방지도 병행 정부는 이번 1·29 '도심 주택공급 확대 및 신속화 방안'의 원활한 추진을 위해 '주택공급촉진 관계장관회의'를 신설한다. 회의에서는 발표 부지에 대한 이행 일정 점검 및 조기화를 추진하고 신규 물량 발굴에도 지속 노력한다는 방침이다. 특히 기존 시설 이전이 필요한 부지는 2027년까지 이전을 결정하고 택지 조성에 착수할 수 있도록 범부처가 역량을 결집해 추진상황을 집중 관리할 예정이다.  사업 속도 제고를 위해 2026년 중 국방연구원과 서울의료원, 강남구청 등 13곳에 대한 공기업 예비 타당성 조사 면제를 추진하고 국유재산심의위·세계유산영향평가 등 사전절차도 신속 이행할 계획이다. 아울러 국가가 서민주택 공급 등을 위해 추진하는 공공주택지구조성 사업은 국무회의 등을 거쳐 그린벨트(GB) 해제 총량에서 예외로 인정하는 방안을 5년 한시로 추진한다.  이와 함께 투기 방지를 위해  해당 지구 및 주변지역은 토지거래 허가구역으로 즉시 지정한다. 이를 토대로 투기성 토지 거래 등을 사전에 차단할 방침이다. 정부는 지구·주변지역에 대한 조사 결과 미성년·외지인·법인 매수, 잦은 손바뀜과 같은 이상거래 280건을 선별했으며 이에 대한 분석 및 수사의뢰 조치에 나섰다.   향후 정부는 올 2월 도심 공급 확대를 위한 신규 부지와 제도개선 과제를 발표할 예정이다. 아울러 올 상반기 중 '주거복지 추진방안'을 발표해 청년과 신혼부부 등을 위한 주택공급 확대방안을 내놓을 방침이다.   donglee@newspim.com 2026-01-29 11:00
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국힘 최고위, 한동훈 '제명' 의결   [서울=뉴스핌] 신정인 기자 = 국민의힘이 29일 최고위원회의를 열고 한동훈 전 국민의힘 대표에 대한 '제명' 징계안을 의결했다. 최보윤 국민의힘 수석대변인은 이날 오전 서울 여의도 국회 본관에서 브리핑을 통해 "한동훈 전 대표에 대한 당원 징계안이 윤리위 의결대로 최고위에서 의결됐다"고 밝혔다. 이번 표결에는 최고위원 6명과 당 대표, 원내대표, 정책위의장 등 총 9명이 참여했다. 최 수석대변인은 "표결 내용이나 찬반 부분은 비공개"라며 구체적인 표결 결과는 공개하지 않았다. 징계 의결의 취지에 대해 최 수석대변인은 "의결 취지는 이미 윤리위 내용이 공개돼 있어 그 부분을 참고하면 된다"며 "기존 말씀드렸듯이 윤리위 의결대로 최고위에서 의결됐다"고 설명했다. 이날 의결 과정에서 징계 수위를 낮춰야 한다는 논의가 있었는지에 대한 질문에는 "최고위원들 사이 사전회의는 배석하지 않아서 내용을 알지 못한다"고 답했다. 또한 "의결 때 비공개였고 저도 배석하지 않은 관계로 내용에 대해 말씀드리기 어렵다"고 덧붙였다. 장동혁 국민의힘 대표(좌)와 한동훈 전 대표 [사진=뉴스핌 DB] 최 수석대변인은 "절차적으로 의결에 대한 통보 절차가 있을 것으로 보인다"며 "이미 의결이 된 부분으로서 결정된 부분"이라고 강조했다. 징계는 의결과 동시에 효력이 발생한다. 한편 한 전 대표가 가처분을 신청할 가능성에 대해서는 "당 입장은 따로 없다"며 "신청되면 신청 절차에 임해서 필요한 부분 소명이나 그런 부분이 있을 것으로 보인다"고 말했다.  한편 한 전 대표는 이날 오후 국회에서 긴급 기자회견을 열고 제명 확정에 대해 언급할 것으로 전해졌다. allpass@newspim.com 2026-01-29 10:14
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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