제11기 국민참여기자단/이보기
최근 새로 출시된 스마트폰만으로도 LTE를 넘어 5G 통신기능을 탑재한 경우가 많아졌습니다. 2018년 12월 초 한국의 SK텔레콤, KT, LG U+는 기업을 대상으로 5G 상용화 서비스를 시작하였으며, 2019년 4월 3일 일반 사용자에게도 서비스를 제공하였습니다. “5G 이동통신은 4세대 이동통신 대비 방대한 데이터를 초고속, 초저지연, 초연결하는 것을 핵심목표로 하고 있습니다”
출처 : 픽사베이
5G 통신기술은 현재도 보완되고 있습니다.그런데 이 5G가 주파수의 간섭으로 인공위성 관측 데이터 정밀도가 떨어지면서 기상 예보 등 기후 변화와 관련된 연구에 타격을 줄 수도 있다고 합니다.현재 5G를 상용하고 있는 한국이나 상용을 준비하는 다른 나라에서 걱정할 만한 이야기입니다.어떤이야기인지한번보겠습니다.
5G란? 이동통신 표준, 5G #국제표준이동통신 #Generation
많은 분들이 5G라는 용어에 익숙하실 텐데요 5G가 정확히 뭘 뜻하는지 궁금해하시는 분들도 계실 거예요 그래서 그 의미를 먼저 살펴보겠습니다.
여러분은 해외여행 갈 때 어떤 걸 꼭 챙기세요? 스마트폰을 사용하기 위해 보조배터리를 준비할 수도 있고, 그리운 고국 음식이 그리워 컵라면 같은 음식도 준비됩니다. 가지고 몇 가지 물건이 있겠지만 전원 콘센트 규격이 다른 나라를 여행한다면 자주 돼지코라는 어댑터를 가지고 다닐 것입니다. 만약 전 세계가 전원 규격을 220V로 통일시켰다고 한다면 어떨까요? 해외여행 갈 때 불편한 짐인 어댑터를 따로 준비하지 않아도 되죠? 이동통신도 마찬가지였습니다.
과거에는 나라마다 통신 표준이 없었기 때문에 해외여행을 갈 때 해당 국가에서 통신을 하려면 한국에서 쓰던 휴대전화를 사용할 수 없었습니다. 그 나라의 통신 규격을 따르는 휴대전화를 대여하거나 구입해야 했어요. 하지만 이제는 제가 한국에서 쓰던 스마트폰을 해외 로밍이라는 방법으로 외국에서도 사용할 수 있게 되었습니다. 이는 이동통신에 국제적으로 합의하고 규격을 표준화하여 국제표준을 사용한다는 의미입니다.
1G, 2G, 3G, 4G, 5G와 같은 용어는 이동통신에서 표준을 의미합니다. 이때 숫자와 G를 같이 붙여 사용합니다. G는 세대를 뜻하는 영어 단어 Generation의 줄임말이에요 그래서 4G를 4세대, 5G를 5세대라고 부를 수 있죠
5G 특징 5G의 3가지 기술 진화 #초고속 #초저지연 #대량연결
자, 1G, 2G, 3G, 4G와 같이 각 세대를 구분하는 요소는 무엇일까요?음성통화나 화상통화 같은 새로운 서비스를 기준으로 하지 않고, 이러한 서비스를 가능하게 하는 기술적 혁신으로 구분합니다.
음성통화만 하던 1G, 문자기능이 더해진 2G를 지나 3G시대에 스마트폰이 출시된 건 기억하시나요? 스마트폰은 모바일 인터넷, 화상전화 서비스가 막대한 데이터량을 소비하도록 했습니다. 기술자들은 이러한 데이터의 급증을 뒷받침하는 새로운 기술이 필요하다고 생각하며, 이를 지원할 수 있는 새로운 기술이 LTE(Long Term Evolution)입니다. 국제표준기술단체는 4G의 표준으로 LTE를 선택하면서 4G를 LTE라고도 부릅니다.
이러한 기술적 혁신이 각 세대의 표준으로 정의되고 있는 것입니다. 그러면 5G의 기술 명칭은 무엇일까요? NR(New Radio)입니다. 5G 이동통신은 세 가지 기술 진화를 목적으로 합니다 AR/VR과 같은 대용량 전송이 필요한 서비스에 대응하기 위해 넓은 주파수 대역폭을 사용한다는 초광대역 서비스, 자율 주행에서 긴급 제동 명령을 내리기 위해 신속한 신호를 보낸다는 고신뢰/초저지연 통신, 수많은 IoT 기기를 상호 연결한다는 대량 접속이 있습니다.
출처=픽사베이
5G 주파수 대역 #6GHz #저속광역망 #초고주파 대역
4G LTE가 설치될 무렵인 2010년대 초에 2020년대에는 데이터 폭증이 현재의 기술로는 감당하기 어렵다는 예측이 대두되면서 세계적으로 4G 차세대를 미리 준비해야 한다는 분위기가 조성되었습니다. 이와 같이 많은 데이터량에 대응하는 것이 과제였던 상황에서 제시된 5G 표준에는 빠른 속도와 새로운 서비스가 가능하도록 4G보다 넓은 주파수대역을 포함하고 있습니다.
5G 주파수 대역/출처=SKTINS ight “5G 서비스의 기반, 주파수에 대한 모든 것 – 2부”
5G는 두 개의 대역폭으로 나누어져 있습니다. 1.4GHz, 3.5GHz와 같이 저속 광역망인 6GHz 이하의 주파수(‘Below 6GHz’) 대역이 있으며, 28GHz와 39GHz와 같이 초고속 근거리망에 사용되는 밀리미터파(㎜Wave)라 불리는 초고주파 대역(‘Above 6GHz’)이 있습니다.
하지만 현재 국내에서 출시된 5G 스마트폰은 28GHz 서비스가 아직 이뤄지지 않아 6GHz 이하 주파수 대역인 3.5GHz에서만 서비스되고 있습니다. 통신사가 광고하는 LTE 대비 20배의 속도와 저지연성(Low Latency)은 28GHz 서비스로 가능한 얘기입니다. 쉽게 말해 지금 출시되고 있는 5G 스마트폰은 절반인 5G에 불과하다고 할 수 있습니다. 완전한 5G를 느끼고 싶다면 차세대 칩셋이 탑재된 스마트폰을 사야 합니다.
출처 = 픽사베이
에너지전달방식의태양에너지는어떻게전달될까?#전도 #대류 #복사
출처=©NASA
이제 수증기 이야기를 해볼 차례입니다.이 말을 하려면 태양에 대해서 먼저 얘기를 해야 돼요. 우리가 일상 속에서 보는 태양 에너지는 어떤 거죠? 우리가 눈으로 인지할 수 있는 빛의 에너지 범위인 가시광선을 중심으로 빨강색과 인접한 부근에서 긴 파장의 영역인 적외선과 파장이 더 긴 마이크로파, 전파 등이 있으며, 보라색과 인접한 부근에서 짧은 파장의 영역인 자외선과 더 파장이 짧은 X선 감마선 등이 있습니다. 이렇게 태양에서 방출되는 에너지를 모두 합쳐서 태양 복사라고 부릅니다.
여기서복사라는말에주목해야합니다. 복사는 에너지가 전달되는 방식 중 하나입니다. 에너지를 전달하는 방법은 크게 세 가지가 있습니다. 전도, 대류, 복사 방법이 있습니다. 전도는 물체가 맞닿을 때 에너지가 전달되는 방식이고, 대류는 에너지를 함유하고 있는 물체 자체가 이동함으로써 에너지가 전달되는 방식입니다. 전도와대류는에너지를전달하는매체를통해서진동방식으로전달되는거죠. 복사본은 매개물 없이 진공 상태에서도 전달될 수 있습니다. 전자기파 형태로 전달되기 때문입니다. 태양 복사도 태양에서 전자기파가 방출되는 거죠.
태양복사에너지 지구로 향한 태양복사의 행방은? #지구복사 #전자기기파 #방출
그럼 지구에 입사한 태양 방사 에너지는 어떻게 되는 것일까요?복사 에너지가 물체에 도달하면 보통 세 가지 결과가 나옵니다. 먼저에너지가물체에흡수되는겁니다. 흡수되면 물체의 분자는 더 빨리 진동합니다. 그에 따라 온도도 상승하게 됩니다. 둘째, 에너지를 투과시킵니다. 투과한 방사 에너지는, 그 물체에 에너지가 전해지지 않기 때문에, 큰 변화는 없습니다. 마지막으로 흡수, 투과하지 않고 튕겨냅니다. 에너지가 반사되거나 산란하거나 하는 것입니다.
지구에 도달하는 태양복사에너지를 100%라고 가정했을 때, 그 중 약 30%는 대기층이나 지표면에서 반사되자마자 지구 밖으로 빠져나가고 약 70% 정도만이 지구로 흡수됩니다. 그 70%의 태양 복사에너지 중 50%는 지표면으로 흡수되고 17%는 대기 중으로 흡수되며 나머지 3%는 구름으로 흡수됩니다. 그런데 지표면에 흡수된 50%의 태양 복사 에너지는 다시 대기로 방출됩니다. 따라서 대기는 처음 직접 흡수한 20%와 지표면에서 받은 50%를 포함해서 70%의 에너지를 갖게 되는 것입니다. 흡수하게 된 70%의 태양 복사 에너지는 각종 기상 현상을 일으켜 결국 우주 공간으로 다시 유출됩니다. 이렇게 지구에서 다시 복사 에너지가 나오는 것을 지구 복사라고 합니다. 지구가 항상 태양 복사 에너지를 받고 있는데도 기온이 오르지 않는 이유 중 하나는 지구 복사를 통해 열을 잃는 것이라고 할 수 있습니다.
이렇게 태양으로부터 복사 에너지를 전자기파의 형태로 전달받은 것처럼 흡수된 방사 에너지를 방출할 때도 전자기파의 형태로 빠지게 됩니다. 복사 에너지가 나오는 대상에 따라 전자기파의 주파수도 달라집니다. 수증기는 약 23.8 GHz, 비와 눈은 36 GHz~37 GHz, 대기 온도는 50.2~50.4 GHz, 구름과 얼음은 80~90 GHz 주파수를 가지는 전자기파를 방출합니다.
출처=©NASA
기상 예보를 방해하는 5G 주파수 증기의 방사 에너지와 5G 주파수
이와 같이 지구에 도달하는 에너지를 방출함으로써 현대의 기상 위성은 날씨를 예측합니다. 방출되는 방사 에너지의 값에서 어두운 밤에도 지구의 대기 상태를 관찰할 수 있습니다. 그런데 여기서 5G 주파수가 저궤도 기상위성에서 활용하는 수증기 관측 채널의 주파수와 유사하다고 합니다.
최근 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 5G 주파수 경매가 있었습니다. Above6GHz 대역에 24.2524.45GHz와 24.7525.25GHz 대역의 주파수 그룹이 경매에 포함됐다고 합니다. 만약 이 범위 하단 부근에서 통신장비를 사용하게 되면 저궤도 위성의 수증기(23.8GHz) 관측을 방해할 수 있다는 의미이기도 합니다. 즉, 기상을 관측하는 위성이 5G와 수증기로 만들어낸 주파수를 구분할 수 없게 되어 기상 예보에 문제가 생길 수 있습니다. 뿐만 아니라 저궤도 기상위성 데이터는 수치예보 모델에 입력 자료로 사용되기 때문에 정확하지 않은 나쁜 데이터가 축적되면 예측 정확도도 떨어지게 됩니다.
실제로 유럽우주국(ESA)이 운영하는 메톱(MetOp) 위성도 5G 주파수의 간섭을 받을 것으로 예상됩니다. 미터프 위성은 저궤도 기상 위성으로 지구로부터 방출되는 열이 가지는 전자기파를 측정해, 기온·수증기등의 데이터를 기록합니다. 23.8GHz대에 해당하는 수증기로부터 방출되는 미세한 전자기파를 미터프 위성이 24시간 측정합니다. 이 데이터를 바탕으로 많은 국가가 기상 예보를 실시하여 수치 예보 모델을 만든다고 합니다.
다행히 우리나라에서 운용 중인 기상위성인 천리안 위성 1호와 2A호와 같은 정지궤도 기상위성의 수증기 관측은 파장이 67m(4048THZ)이기 때문에 5G 이동통신과는 간섭하지 않습니다. 그러나 외국의 저궤도 기상위성 자료는 우리의 수치예보 모델에도 사용되고 있기 때문에 5G의 영향에서 자유롭지 않습니다.
세계적인 학술지 네이처는 주파수 간섭을 줄이기 위한 조치를 취하지 않으면 지구관측위성이 대기 중의 수증기를 정확하게 감지할 수 없고 위성 데이터를 바탕으로 수치예보 모델을 만들고 있는 만큼 기상예보에 문제가 생길 수 있다고 경고했습니다. 위스콘신 메디슨대 기상학자인 요르단 가스는 네이처와 인터뷰에서 “상황은 이웃집에 시끄러운 이웃이 있는 것과 비슷하다”고 표현했습니다.
주파수 공유/출처 =Nature’ Global 5 Gwireless network sthreaten weather forecasts’
사람들이 만들어 내는 기술은 놀라운 속도로 발전하고 있습니다. 이러한 기술의 발전과정에서 문제가 발생하는 것은 자연스러운 현상이라고 생각합니다. 떨어져 있는 사람과 사람사이가 소통하는 것을 보면 먼 옛날에는 서로 소리치며 이야기를 나누다가 다음엔 봉화와 파편의 형식을 거쳐서 지금은 전파를 이용하게 됩니다. 날씨 역시 마찬가지입니다. 주변의 자연현상을 보면서 특정 상황을 예측하던 시기를 거쳐 우주에서 지구를 관측할 수 있는 시대가 되었습니다. 하지만 통신과 일기예측이 모두 하늘에서 이루어지기 때문에 동시에 공존할 수 있는 방법을 찾아야 할 때가 온 것입니다.
ITU (International Telecommunications Union, 국제 전기통신엽합)에서는 3~4년마다 전파올림픽이라고도 불리는 세계 전파통신 회의 (WRC)를 열고, 세계 190여 개국의 정부와 민간 관계자들이 모여 전파통신 분야의 중요 사안을 결정하는 의결 회의를 합니다. 2015년 WRC에서는 6GHz 이하의 주파수 대역에서 세계 공통의 주파수를 지정했습니다. 나아가 2019년 10월 이집트에서 세계전파통신회의(WRC-19)에서는 6GHz 이상의 대역인 24.25~86GHz의 세계 공통 주파수를 정하는 것이 의제로 선정되었습니다. 이 때 5G 주파수 대역과 수증기를 비롯한 다양한 기상 데이터 간의 주파수 간섭 문제를 다룰 예정입니다. 주파수 간섭이 얼마나 생기는지 객관적으로 분석되면 논의를 통해 해결책이 나올 것으로 기대됩니다.
출처=©NASA
참고문헌 Nature, ‘Global 5 Gwireless network sthreaten weather for ecasts’ EUMATSAT, ‘Sentinel-3isadedicated Copernicus satellite mission de livering avariety of high-quality ocean measurements.’
이동통신 간섭 분석 및 %G용 주파수 이용방안 연구 – 국립전파연구원