5G 무선망 설계와 정밀 지리 정보

5G 무선망 설계와 정밀 지리 정보

인류의 삶을 획기적으로 변화시킬 것으로 기대되는 4차 산업혁명을 주도할 핵심 인프라는 5G이다. 우리나라는 작년 12월 1일 자정을 기해 세계 최초 5G 상용화에 성공했다. 5G는 최대 전송 속도 향상, 초저지연 실시간 서비스, 다수 기기 연결 등 새롭고 다양한 기술적 특성을 바탕으로 기존 세대의 통신 기술 대비 월등한 성능을 제공할 수 있다. 최대 전송 속도는 20Gbps로 LTE 대비 최대 20배, 지연 속도는 1ms로 100분의 1 수준이다. 스마트폰 뿐만 아니라 자동차, 공장, 도시 등 5G 통신 모듈이 장착될 것이다.

기하급수적으로 늘어날 것으로 예상되는 5G 서비스 수요는 촘촘한 유선망과 무선망을 기반으로 제공되어야 한다. 5G 무선망 설계에는 5G 신규 기술 규격, 주파수 특성 및 자연 환경 등을 잘 반영하여야 한다. 신속하고 정확한 5G 무선망 설계를 위해서는 시뮬레이션 기반 설계 시스템이 필요하다.

SK텔레콤의 무선망 설계 시스템인 T-EoS(Total Engineering and optimization System)에는 5G의 새로운 기술 규격 기반 무선망 분석 알고리즘, 전파환경 분석모델, 대한민국 전역의 지리정보 등이 내재되어 있다., 해당 입력 정보를 기반으로 5G 무선망 설계에 필요한 주파수별 전파환경 분석, 기준 신호세기 및 용량 등을 분석해 적절한 기지국 위치와 안테나 구성을 설정할 수 있다.

5G 무선망 설계에 필요한 각종 입력 중 지리정보는 전파환경 분석모델과 상호 밀접한 관계를 가지며 다음과 같이 구성된다. 지형의 높낮이 정보, 도로, 철도, 수계 등의 시점, 종점, 방향 정보, 지형지물의 특성 정보로 구성되며 전파환경 분석에서 큰 규모의 변화 추이에 영향을 미친다. 인류가 구축한 건물의 위치, 높이, 크기, 모양 등의 정보를 가지며 전파환경 분석에서 주로 작은 규모의 변화 추이에 영향을 미친다. 28GHz 대역 5G에서는 전파 음역 지역 판단을 위한 가시권 분석이 특히 중요한데 건물의 상세 모양 정보에 의해 분석 결과가 바뀔 수 있다.

예를 들어 옥탑과 같은 부가 정보가 없다면 비가시권을 가시권으로 오인할 수 있다. 설계 시스템에서 볼 수 있는 건물 정보의 오류 유형은 모양 상이, 높이 상이, 정보 부재 등이다. 첫번째 사례는 건물별 경계가 명확하지 않아 몇 개의 건물들이 한 개의 건물처럼 뭉쳐져 있거나 건물 모양이 사각 기둥처럼 획일화되어 있는 경우 혹은 건물 높이가 실제와 다른 경우다. 두번째 사례는 특정 영역에서 건물이 존재하지 않는 경우이다. 건물정보 오류와 비슷한 오류로는 기지국 구성 정보가 실제와 상이한 경우로 이는 세번째 사례로 설정하였다.

해당 3가지 정보 오류가 분석 신뢰도에 어떠한 영향을 미치는지 파악하기 위해 5G의 기준 신호세기 측면에서 정상적이니 경우와 비교해볼 필요가 있다. 분석 지역은 서울 강남 선릉역 인근이며 이곳에 위치한 기존 LTE 기지국 정보를 참조하였다. 신규 5G 기지국은 기존 LTE 기지국과 동일 위치를 가정하고 안테나 구성은 최대한 유사하게 설정하였다. 전파환경 분석모델은 한국형 3.5GHz 모델을 활용하였다. 또한 시뮬레이션 분석 단위는 분석 시간 절약을 위해 가로와 세로 각각 50m 정사각형 모양으로 설정하였다. 이러한 분석과 그 결과를 토대로 다음과 같이 종합적인 의견을 도출할 수 있다.

5G는 3.5GHz 대역에서 전 국토를 커버리지 대상으로 상용화를 실현하고 28GHz는 가시권 성능에 의해 커버리지가 크게 좌우되는 특성으로 인해 실내 서비스 및 소규모 관심영역 위주로 무선망을 구성할 확률이 높다. 기존처럼 단순히 옥상 모양에 높이 정보를 부가하여 만드는 어설픈 3D 건물 정보로는 28GHz에서의 가시권 분석 신뢰도를 확보하기 쉽지 않다. 건물 모양 변화, 옥탑 정보 등이 추가된 정밀 건물 정보는 향후 28GHz 5G에서의 무선망 설계를 위한 필수 데이터로 중요한 역할을 할 것이다.