1~5G까지, 이동통신 기술은 어떻게 달라졌나?

[IT동아 이상우 기자] 5G 이동통신 서비스가 상용화를 앞두며, 이에 대응하는 스마트폰 역시 하나 둘 시장에 공개되고 있다. 5G가 도입될 경우 사용자는 이전보다 최대 20배 빠른 속도로 무선 인터넷을 사용할 수 있게 된다. 인터넷을 기반으로 서비스를 제공하는 기업 역시 기존보다 더 화질이 좋은 콘텐츠는 물론, VR 같은 대용량 콘텐츠도 실시간으로 전송할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 인공지능, 스마트시티 등의 인프라에 5G를 적용하면 실시간으로 발생하는 데이터를 수집/분석해 삶의 질을 높이는 등 우리 생활 전반에 많은 변화를 가져올 것으로 예상한다.

5G의 G는 세대(Generation)을 뜻하는 약자로, 5G란 5세대 이동통신 기술을 의미한다. 1세대 이동통신(AMPS)은 흔히 '벽돌폰'이라고 부르던 아날로그 방식 휴대전화가 대표적이다. 아날로그 방식을 사용했기 때문에 오늘날 처럼 다양한 기능은 없으며, 단순히 음성 통화만 가능한 말 그대로 '휴대용 전화기'다. 국내에서는 1984년 4월, 1세대 이동통신 기술을 바탕으로 자동차에 설치하는 '카폰'을 통해 밖에서도 통화를 할 수 있게 됐다. 물론 차량 내부에 유선으로 장착돼 있었기 때문에 완벽한 무선 전화는 아니었다.

선이 없는 휴대전화 서비스는 1988년 7월 처음으로 도입됐으며, 이후 모토로라반도체통신, 삼성전자 등이 여러 제품을 출시하며 국내 시장을 양분했다. 오늘날 100만 원을 넘는 스마트폰을 일상적으로 사용하고 있지만, 당시 휴대전화는 부의 상징과도 같은 존재였다. 1995년 출시된 모토로라 '마이크로택 5000'은 당시 가격으로 125만 원에 이르렀으며, 그해 말 출시된 삼성전자 애니콜 SH-800은 105만 원이었다. 당시 물가를 생각한다면 오늘날과 비교해도 아주 비싼 가격이다. 1세대 이동통신은 디지털(2세대 이동통신)로 전환을 마친 1999년까지 서비스를 시행했으며, 이후 서비스를 종료했다. 이 때 구매한 휴대전화 역시 디지털 통신 기술과 호환하지 않아 더 이상 쓸 수 없게 됐다.

2세대 이동통신 기술은 크게 GSM과 CDMA(cdmaOne)로 나뉘며, 유럽에서는 GSM 방식을, 미국에서는 CDMA 방식을 주로 사용했다. 국내의 경우 1993년 CDMA 방식이 국내 표준으로 채택됐으며, 본격적인 서비스는 1996년 1월부터 시작됐다. 이 때부터 휴대전화의 기능적인 변화도 생겼다. 음성통화뿐만 아니라 문자 메시지를 보낼 수 있게 됐으며, 기존의 벽돌폰 보다 훨씬 작고 가벼워졌다. 휴대폰의 기능 역시 음악을 듣거나, 사진을 찍는 등 다양하며, 외형 역시 플립, 폴더, 슬라이드 등으로 발전했다.

데이터 전송 속도는 초당 14.4~65Kb로, 800MB 동영상 하나를 내려받는데 약 6시간 정도 걸리는 셈이다. 이 때문에 멀티미디어 파일을 전송하는 것은 사실상 불가능했으며, 사진 같은 이미지 대신 문자를 이용해 이미지 처럼 보이게 하는 '아스키 아트'를 이용하는 경우도 있었다. 2G는 아직 서비스를 유지하고 있지만, KT는 이미 2G 서비스를 종료했으며, SK텔레콤은 오는 2019년 말까지 서비스를 종료하겠다고 발표했다. LG유플러스의 경우 2G와 3G가 같은 네트워크를 사용하고 있는 만큼, 한동안 2G 서비스를 더 유지할 것으로 보인다.

본격적인 멀티미디어 전송은 3세대 이동통신부터 시작한다. 국내의 경우 2003년부터 WCDMA 기술을 바탕으로 3G 서비스를 도입했다. 흔히 3G라고 하면 스마트폰을 먼저 떠올리지만, 우리가 피처폰이라고 부르던 제품 역시 3G 휴대전화다. 가장 큰 변화는 음성, 문자 외에 다양한 사진/동영상 같은 파일을 전송하거나 실시간으로 영상통화를 할 수 있게 된 점이다. 데이터 전송 속도는 144Kbps~2Mbps 정도로 저용량 사진이라면 1초 이내에, 800MB 동영상이라면 10분 이내에 내려받을 수 있는 속도다.

이후 3G는 WCDMA를 기반으로 하는 HSPA/HSPA+ 등으로, CDMA2000 1x(2.5세대 이동통신)을 기반으로 하는 EV- DO/EV-DO Rev. 등으로 발전하며 파일을 내려받는 속도가 비약적으로 늘어났다. 애플이 선보인 아이폰은 이러한 3G 기술을 바탕으로 성공한 대표적인 사례다. 이후 2010년부터 국내에서는 본격적인 스마트폰 시대가 열리면서 단말기는 물론, 애플리케이션 등 스마트폰을 기반으로 하는 시장이 활성화됐다. 특히 스마트폰 유행은 기존에는 게임이나 배경화면 혹은 벨소리 정도가 전부였던 콘텐츠 시장에 활기를 불어넣으며 무료 메시지 서비스, O2O 서비스 등 기존에는 없던 시장까지 생겨나게 됐다.

국내의 경우 스마트폰 유행과 LTE 도입이 맞물리면서 스마트폰 하드웨어는 물론, 애플리케이션 및 서비스까지 모바일 시장이 본격적으로 성장했다. 흔히 LTE를 4세대 이동통신으로 부르고 있지만, LTE는 초기에 3.9세대 정도로 인식됐다. 가장 큰 이유는 전송속도가 4세대 기준에 이르지 못했기 때문이다. 물론 내려받는 속도는 75Mbps로, 이전의 3G와 비교해 비약적으로 상승했으며, 이후 본격적으로 등장할 실제 4G와의 호환성 등 사용자의 혼란을 높일 수 있다는 점을 고려해 국제전기통신연합에서는 이를 4G로 인정하게 됐다.

제대로 된 4G 서비스는 LTE-A가 등장하면서 부터 시작됐다. LTE-A는 서로 다른 대역의 주파수를 묶어 하나 처럼 사용하는 주파수 집성기술(Carrier Aggregation)을 바탕으로 이전보다 넓은 대역폭을 만들어 데이터 전송 속도를 높이는 방식이다. 예를 들어, 기존 LTE가 75Mbps의 전송속도를 낼 수 있었다면, LTE-A는 이 주파수 두 개를 묶어 이론상 150Mbps의 전송 속도를 낸다. 이와 함께 인접한 주파수 대역을 묶는 광대역 LTE를 접목하는 등 기술적으로는 1Gbps에 이르는 전송속도를 낼 수 있다. 고화질 동영상을 실시간으로 볼 수 있는 것은 물론, 수GB에 이르는 대용량 게임도 순식간에 내려받을 수 있다. 스마트폰 하나만 있으면 전화나 문자 메시지는 물론, 엔터테인먼트, 금융, 예약, 쇼핑 등 거의 모든 일을 끊김 없이 할 수 있게 된 셈이다.

조만간 만나볼 수 있는 5세대 이동통신 서비스는 최대 20Gbps의 빠른 데이터 전송 속도를 낸다. 즉 4G와 비교해 이론상 20배 빠른 속도다. 몇 초안에 영화 한 편을 내려받는 것은 물론, UHD에 이르는 고화질 동영상이나 VR 동영상 등을 실시간으로 볼 수 있다. 특히 지연시간을 1ms(1/1000초, 4G는 20/1000초)을 줄일 수 있기 때문에 스마트폰에 설치하지 않은 PC 게임을 무선으로 연결해 실시간으로 조작하는 등의 클라우드 게임도 실시간으로 즐기는 것이 가능하게 된다.

사용자 입장에서는 단순히 속도가 빨라지고, 즐길 수 있는 콘텐츠가 늘어나는 정도지만, 산업에 있어서는 더 다양한 변화를 이끌어낼 수 있다. 로봇의 경우 짧은 지연시간을 통해 실시간으로 원격 조작하는 것이 가능하며, 이를 바탕으로 위험한 현장에서 로봇을 조작해 작업을 하는 것은 물론, 법적인 문제만 해결된다면 수술 역시 원격에서 로봇을 이용해 할 수 있게 된다.

자율주행차 역시 5G를 기반으로 더 뛰어난 성능을 낼 수 있다. 차량에서 직접 자율주행을 위한 데이터를 처리하는 대신, 성능이 좋은 인공지능 서버에 직접 연결해 데이터를 처리하고, 차량으로 전송할 수 있다.

물론 5G 서비스를 시작하더라도, 커버리지, 요금제 등 실제 서비스 도입 후에도 여러 잡음이 생길 수 있다. 5G 서비스 가입자가 커버리지 문제로 4G 속도를 써야할 수도 있고, 신규 장비 투자금 회수를 이유로 이동통신사가 5G 요금제를 지나치게 비싼 가격에 내놓을 수도 있다. 특히 사용자 입장에서는 지금 4G로도 충분히 빠른데 왜 5G를 써야하는지 공감하기 어려울 수도 있다. 따라서 이동통신사 및 인터넷 서비스 기업은 단순히 빠른 속도만 강조하는 것보다는, 5G로 달라질 우리의 생활을 소개할 필요도 있다.

글 / IT동아 이상우(lswoo@itdonga.com)