🗨️ 5G 설명 - 5G 작동 방식 무선 주파수 원리

5G란 무엇인가?

5G는 5세대 모바일 네트워크이며 오늘날 4G LTE 네트워크의 주요 발전입니다. 5G는 오늘날 현대 사회에서 데이터와 연결성의 엄청난 성장을 충족하도록 설계되었습니다.

수십억 개의 연결된 장치와 미래 혁신을 갖춘 사물 인터넷. 5G는 초기에는 기존 4G 네트워크와 연동돼 운영될 예정이다.

그런 다음 후속 릴리스 및 적용 범위 확장을 통해 완전히 독립적인 네트워크로 발전합니다.

더 빠른 연결과 더 큰 용량을 제공하는 것 외에도 5G의 매우 중요한 장점은 빠른 응답 시간(대기 시간)입니다.

대기 시간은 장치가 무선 네트워크를 통해 서로 응답하는 데 걸리는 시간입니다. 3G 네트워크의 일반적인 응답 시간은 100밀리초이고, 4G는 약 30밀리초이며, 5G는 

1ms 이는 거의 즉각적으로 연결된 애플리케이션의 새로운 세계를 열어줍니다.

5G는 무엇을 가져올까?

5G는 수십억 개의 장치, 사물 인터넷(IoT) 및 진정으로 연결된 세계에 대한 즉각적인 연결을 가능하게 합니다.

5G는 전례 없는 차세대 애플리케이션, 서비스 및 비즈니스 기회를 가능하게 하는 속도, 짧은 대기 시간 및 연결성을 제공할 것입니다.

5G 사용 사례는 크게 세 가지 범주로 나뉩니다.  

사물 인터넷(IoT)이라고도 알려진 대규모 기계 간 통신에는 인간의 개입 없이 전례 없는 규모로 수십억 개의 장치를 연결하는 것이 포함됩니다. 이는 농업, 제조, 비즈니스 커뮤니케이션을 포함한 현대 산업 프로세스 및 응용 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.    

매우 안정적인 저지연 통신 – 장비의 실시간 제어, 산업용 로봇 공학, 차량 간 통신 및 안전 시스템, 자율 주행 및 보다 안전한 운송 네트워크가 미션 크리티컬한 요소입니다. 저지연 통신은 원격 의료, 수술, 치료가 가능한 새로운 세상을 열어줍니다.

향상된 모바일 광대역 – 더 빠른 데이터 속도와 더 큰 용량을 제공하여 전 세계를 연결합니다. 새로운 애플리케이션에는 가정에서의 고정 무선 인터넷 액세스, 방송 트럭이 필요 없는 실외 방송 애플리케이션, 이동 중인 사람들을 위한 향상된 연결성이 포함됩니다. 

지역 사회의 경우 5G는 스마트 도시, 스마트 학교 및 스마트 홈, 스마트하고 안전한 차량을 위한 수십억 개의 장치 연결을 가능하게 하고, 의료 및 교육을 향상시키며, 더 안전하고 효율적인 생활 공간을 제공할 것입니다.

기업과 산업의 경우 5G와 IoT는 풍부한 데이터를 제공하여 운영에 대한 전례 없는 통찰력을 제공합니다. 기업은 데이터를 기반으로 운영하고 중요한 결정을 내려 농업, 스마트 팜, 제조 부문을 혁신하고 비용 절감, 더 나은 고객 경험 및 장기적인 성장을 위한 길을 열 것입니다.

가상현실, 증강현실 등의 신기술은 누구나 이용할 수 있게 될 것입니다. 가상현실은 이전에는 불가능했던 연결된 경험을 제공합니다. 5G와 VR을 사용하면 좋아하는 도시로 여행하고, 실시간 축구 경기를 몰입감 있게 시청할 수 있으며, 소파에 편안하게 누워 부동산을 살펴보고 새 집 주변을 산책할 수도 있습니다.

5G는 미래의 스마트 도시, 스마트 홈, 스마트 학교에서 우리를 계속 연결시켜 우리가 결코 불가능하다고 생각했던 기회를 열어줄 것입니다.

5G로 강화된 모바일 광대역과 IoT는 농업과 농업에 혁명을 일으킬 것입니다.

5G는 언제 출시되나요?

2019년에는 많은 국가에서 초기 5G 서비스를 제공하기 시작했으며, 2025년에는 5G가 널리 보급될 것으로 예상됩니다.

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5G의 첫 번째 응용 프로그램은 무엇입니까?

가정용 고정 무선 액세스 및 향상된 모바일 광대역 서비스는 새로운 5G 휴대폰, 태블릿, 무선 액세스 모뎀 및 핫스팟을 사용하는 최초의 애플리케이션입니다.

5G 장치는 무엇을 제공합니까?

5G 기기의 가장 큰 장점은 데이터 액세스, 콘텐츠 다운로드, 스트리밍 속도가 훨씬 빨라진다는 것입니다. 또한 5G 장치는 더 높은 컴퓨팅 성능을 가지며 더 낮은 대기 시간을 활용하게 됩니다. 즉, 장치는 거의 즉각적인 네트워크 연결을 누릴 수 있을 뿐만 아니라 고급 안테나 빔 조정 기능을 사용하여 이동 중에도 더 나은 연결성을 누릴 수 있습니다.

5G를 지원하는 장치는 무엇입니까?

2019년에는 3G, 4G, 5G 연결 기능을 갖춘 휴대폰, 태블릿, 핫스팟이 출시되었으며, 향후 몇 년 안에 5G를 사용하는 저지연 및 광범위한 M2M(Machine-to-Machine) 애플리케이션이 개발될 예정입니다.

5G는 어떻게 작동하나요?

대부분의 사업자는 초기에 5G 네트워크를 기존 4G 네트워크와 통합하여 지속적인 연결을 제공합니다. 

5G 네트워크 아키텍처는 중앙 및 로컬 서버를 통해 5G와 4G가 어떻게 함께 작동하는지 보여주며 사용자에게 더 빠른 콘텐츠와 짧은 지연 시간의 애플리케이션을 제공합니다.

모바일 네트워크에는 "무선 액세스 네트워크"와 "핵심 네트워크"라는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.

무선 액세스 네트워크 - 소형 셀, 타워, 마스트, 모바일 사용자와 무선 장치를 기본 핵심 네트워크에 연결하는 특수 실내 및 홈 시스템을 포함한 다양한 유형의 시설로 구성됩니다.

소형 셀은 특히 연결 범위가 매우 짧은 새로운 밀리미터파(mmWave) 주파수에서 5G 네트워크의 주요 기능이 될 것입니다. 지속적인 연결을 제공하기 위해 소규모 셀은 사용자가 연결이 필요한 위치를 기반으로 클러스터에 분산되어 광역 커버리지를 제공하는 매크로 네트워크를 보완합니다.

5G 매크로 셀은 더 많은 데이터를 동시에 전송하고 수신하기 위해 여러 요소 또는 연결이 있는 MIMO(다중 입력, 다중 출력) 안테나를 사용합니다. 사용자가 얻는 이점은 더 많은 사람이 동시에 네트워크에 연결할 수 있고 처리량이 높게 유지된다는 것입니다. MIMO 안테나는 많은 수의 안테나 요소를 사용하며 종종 "대량 MIMO"라고도 불리지만 물리적 크기는 기존 3G 및 4G 기지국 안테나와 유사합니다.

코어 네트워크 - 모든 모바일 음성, 데이터 및 인터넷 연결을 관리하는 모바일 스위칭 및 데이터 네트워크입니다. 5G의 경우 인터넷 및 클라우드 기반 서비스와 더 잘 통합되도록 "핵심 네트워크"가 재설계되고 있으며 네트워크 전체에 분산된 서버도 포함되어 응답 시간이 빨라지고 대기 시간이 단축됩니다.

다양한 애플리케이션과 서비스에 대한 네트워크 기능 가상화, 네트워크 슬라이싱 등 5G의 많은 고급 기능이 코어에서 관리됩니다. 아래 이미지는 로컬 클라우드 서버가 더 빠른 콘텐츠(영화 스트리밍)와 차량 충돌 방지 시스템을 사용자에게 제공하는 지연 시간이 짧은 애플리케이션의 예를 보여줍니다.

더 빠른 연결과 더 낮은 응답 시간을 제공하는 5G 네트워크의 로컬 서버의 예

네트워크 슬라이싱 – 특정 산업, 비즈니스 또는 애플리케이션에 맞게 네트워크를 분할하는 지능적인 방법을 제공합니다. 예를 들어 응급 서비스는 다른 사용자와 독립적으로 네트워크 슬라이스에서 실행될 수 있습니다.

NVF(네트워크 기능 가상화) - 캐리어 클라우드 플랫폼 내에서 필요할 때마다 실시간으로 네트워크 기능을 인스턴스화하는 기능입니다. 회사 내 방화벽, 암호화 등 전용 하드웨어에서 실행되던 네트워크 기능을 이제 가상 머신의 소프트웨어에서 실행할 수 있습니다. NVF는 새로운 비즈니스 애플리케이션을 지원하기 위해 속도 효율성과 민첩성을 높이는 데 중요하며 5G 준비의 핵심인 중요한 기술입니다.

4G와 결합된 5G

5G 연결이 설정되면 사용자 장비(또는 장치)는 4G 네트워크에 연결되어 제어 신호를 제공하고, 5G 네트워크에 연결되어 기존 4G 용량을 추가하여 빠른 데이터 연결을 제공합니다.

5G 적용 범위가 제한적인 경우 데이터는 4G 네트워크를 통해 전송되어 지속적인 연결을 제공합니다. 기본적으로 이 설계를 통해 5G 네트워크는 기존 4G 네트워크를 보완합니다.

5G는 어떻게 지속적인 연결, 더 큰 용량, 더 빠른 속도 및 응답 시간을 제공합니까?

더 나은 연결 - 항상 연결되어 있음

5G 네트워크는 다양한 매크로 셀, 소형 셀 및 전용 실내 시스템을 사용하여 4G 네트워크와 함께 작동하도록 설계되었습니다.

소형 셀은 일반적으로 10미터에서 수백 미터에 이르는 매우 국지적인 적용 범위를 위해 설계된 소형 기지국으로 더 큰 매크로 네트워크에 충전재를 제공합니다. 밀리미터파 주파수는 연결 범위가 매우 짧기 때문에 소형 셀은 5G 네트워크에 매우 중요합니다.

증가된 스펙트럼 – 더 많은 용량, 더 많은 사용자 및 더 빠른 속도

많은 국가에서 5G의 초기 주파수 대역은 6GHz 미만(대부분의 경우 3.3~3.8GHz 대역)이 될 것입니다.

기존 모바일 및 Wi-Fi 네트워크와 주파수가 유사합니다.

일반적으로 밀리미터파로 알려진 26~28GHz 대역을 포함하여 6GHz 이상의 추가 모바일 스펙트럼은 현재 모바일 기술보다 더 많은 용량을 제공합니다.

추가 스펙트럼과 더 큰 용량은 더 많은 사용자, 더 많은 데이터 및 더 빠른 연결을 지원합니다.

레거시 네트워크 사용량이 감소함에 따라 기존 5G 저대역 스펙트럼은 향후 재사용되어 향후 사용 사례를 지원할 것으로 예상됩니다. 

mmWave 대역의 스펙트럼이 증가하면 단거리에서만 작동할 수 있으므로 국부적인 적용 범위가 제공됩니다.

향후 5G 배포에서는 최대 86GHz 대역의 밀리미터파 주파수를 사용할 수 있습니다.

모바일 스펙트럼은 3~100GHz의 무선 주파수 범위를 보여주며, 새로운 5G 스펙트럼은 6GHz 이상입니다.

기타 방송 서비스(TV, Wi-Fi, 고정 링크 및 위성)는 참고용으로만 제공됩니다. 전자기 스펙트럼에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있습니다. 

대규모 MIMO

다중 요소 기지국 - 더 큰 용량, 다중 사용자, 더 빠른 데이터 전송

5G는 많은 수의 안테나 요소 또는 연결을 갖는 "대규모" MIMO(다중 입력, 다중 출력) 안테나를 사용합니다.

더 많은 데이터를 동시에 보내고 받을 수 있습니다. 사용자가 얻는 이점은 더 많은 사람이 동시에 네트워크에 연결할 수 있고 처리량이 높게 유지된다는 것입니다.

5G 대규모 MIMO 안테나의 전체적인 물리적 크기는 4G와 유사하지만 주파수는 더 높고 개별 안테나 요소의 크기는 더 작아집니다.

동일한 물리적 상황에서 더 많은 구성요소(100개 이상)를 수용할 수 있습니다.  

휴대폰 및 장치를 포함한 5G 사용자 장비에도 밀리미터파 주파수용 MIMO 안테나 기술이 장치에 내장됩니다. 

4G 섹터 기지국과 5G 기지국은 새로운 다중 요소 대규모 MIMO 안테나 어레이를 사용합니다. 5G 기지국 안테나의 전체적인 물리적 크기는 4G 기지국 안테나와 유사할 것으로 예상된다.

MIMO - 빔 스티어링 

빔 스티어링은 대규모 MIMO 기지국 안테나가 모든 방향이 아닌 사용자와 장치를 향해 무선 신호를 보낼 수 있도록 하는 기술입니다.

빔 스티어링 기술은 고급 신호 처리 알고리즘을 사용하여 무선 신호가 사용자에게 도달하는 최적의 경로를 결정합니다. 이는 효율성을 높이고,

간섭(원치 않는 무선 신호)을 줄이기 때문입니다.

대규모 MIMO 안테나와 고급 빔 스티어링은 EMF를 최적화하고 효율성을 높입니다.

낮은 대기 시간 - 더 빠른 응답 시간

5G 지연 시간 단축은 모바일 장치 기술과 모바일 네트워크 아키텍처의 상당한 발전을 통해 달성됩니다.

기술 응답 시간(ms)

4G - LTE 시스템 20-30ms

5G – 향상된 모바일 광대역 4~5밀리초

5G - URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communications) 시스템 1ms

5G 네트워크 - 모바일 네트워크 아키텍처에서는 낮은 대기 시간을 제공하기 위해 코어 네트워크(Core)와 무선 액세스 네트워크(RAN)에 대한 대대적인 변경이 필요합니다.

핵심 네트워크 변경 재설계된 핵심 네트워크, 신호 및 배포 서버를 통해 핵심 기능은 콘텐츠를 최종 사용자에게 더 가까이 이동하고 중요한 애플리케이션 장치 간의 경로를 단축하는 것입니다. 좋은 예는 로컬 서버에 인기 콘텐츠의 복사본이나 "캐시"를 저장하여 액세스 시간을 단축하는 주문형 비디오 스트리밍 서비스입니다.

무선 액세스 네트워크의 변화 낮은 대기 시간을 달성하려면 RAN(무선 액세스 네트워크)을 매우 유연하고 소프트웨어 구성 가능한 방식으로 재구성하여 5G 시스템에서 예상하는 서비스 유형의 다양한 특성을 지원해야 합니다.

무선 인터페이스의 낮은 대기 시간과 높은 신뢰성에는 몇 TTI(Time Transmission Intervals) 내에서 무선을 통한 시간 지연을 최소화하는 새로운 무선 기술이 필요하며 높은 신뢰성을 달성하기 위한 견고성 및 코딩 개선도 필요합니다(예: 하나의 메시지가 지연되거나 손실됨) ) 10억당).

구성 가능한 동적 동적 RAN을 구현하면 네트워크가 매우 낮은 대기 시간과 높은 처리량으로 작동할 수 있으며 모바일 네트워크가 네트워크 트래픽 변화, 네트워크 오류 및 새로운 토폴로지 요구 사항에 적응할 수도 있습니다.

무엇을 재구성할 것인가? 새로운 아키텍처는 사용자 평면(5G)과 제어 평면(4G)이 분리된 4G/5G 분할 RAN으로 존재합니다. 이를 위해서는 범용 하드웨어와 특수 네트워크 하드웨어의 분리가 필요합니다. 범용 하드웨어(노드)의 기능은 RAN의 특수 하드웨어를 동적으로 구성할 수 있는 NFV(네트워크 기능 가상화)에 적합합니다