ICT 기술력 기반의 융·복합 기술의 급속한 확산으로 인해 이동통신(모바일) 기술시장은 5G 이동통신 시스템으로의 재편을 준비하고 있다. 5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 시스템은 100Gbps급의 전송률로 3D 홀로그램 영상을 전송할 수 있는 기술을 지향하고 있다. 아울러 다양한 융합기술과 접목하여 언제 어디서든 주변 다바이스와 소통 가능한 기술을 구현하여 2020년 상용서비스를 목표로 하고 있다. 이를 위해 실감형 3D/4D/홀로그램 콘텐츠의 양방향 전송이 가능한 Gbps급 인터넷 개발을 목표로 기가코리아(Giga KOREA) 구축사업이 추진되고 있다. 이에 5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 시스템의 기술 및 시장동향 등에 대한 면밀한 분석을 토대로 기술개발 전략을 제시하고자 한다.

서론

5G 이동통신 시대 모바일 서비스 동향은 현재보다 압도적으로 많은 스마트 미디어기기와 M2M 단말의 보급 확대와 모바일 클라우드 및 실감 미디어의 대중화 등으로 인해 모바일 서비스 수요니즈가 급격히 다변화 할 것으로 예상된다. 아울러 저비용의 에너지효율성이 향상된 이동통신 환경을 요구하고 있다.
5G 이동통신 시스템은 CPND(Content, Platform, Network, Device)를 기반으로 한 네트워크 측면, 유무선 융합 측면, 서비스 측면에서 다양한 기술적 특성이 요구된다. 또한 다양한 융합기술들을 5G 시스템에 접목시킬 수 있는 방안을 개발해야 한다.
2020년 상용서비스 개시 이후 5G 이동통신 거대 시장을 선점하기 위한 글로벌 기업들의 경쟁이 가속화되고 있는 가운데 각국은 5G 핵심(원천)기술 확보를 위한 연구개발 역량을 집결하고 있다. 5G 이동통신 기술이 성숙단계에 이르고 사용자 층이 전 세계적으로 확산될 것으로 예상되는 2026년 5G 이동통신 기술 관련 전후방(CPND 관련) 글로벌 시장규모는 1조 1,588억 달러, 국내 시장규모는 381억 달러의 초대규모 시장이 형성될 것으로 예상하고 있다.

연구의 필요성 
ICT 기술력 기반의 융·복합 기술 및 서비스의 획기적인 발전으로 인해 이동통신(모바일) 기술시장에 이른바 모바일 빅뱅이 예고되고 있다. 아울러 새로운 모바일 생태계가 창출되면서 5G 이동통신 시스템으로의 재편을 준비하고 있다. 이동통신 시스템은 아날로그 음성(voice) 서비스 중심의 1세대에서부터 All-IP 기반의 4세대 이동통신 시스템까지 약 30여 년 동안 지속적으로 발전하여 왔다. 이에 4G-LTE(A) 서비스를 넘어 5G 이동통신 시대를 준비하는 시점에서 5G 이동통신을 포함한 차세대 무선통신 산업동향을 면밀히 분석하여 국내 관련 산업계의 기술개발 방향 설정을 위한 정보 분석이 필요하다.
5G 이동통신 시스템의 핵심은 4G-LTE(A) 시스템보다 1,000배 이상 빠른 100Gbps급의 전송속도로 스마트 미디어기기를 통해 3D 홀로그램 영상을 전송할 수도 있는 모바일 네트워크를 지향하고 있다. 아울러 다양한 융합기술과 접목하여 주변 디바이스와 소통 가능한 기술로 정의하고 2020년 상용서비스를 목표로 하고 있다. 이러한 융합 센서 네트워크를 구현할 수 있는 이동통신 환경 및 비즈니스 모델의 변화에 대해 국제표준 선점을 위한 다각적인 대응책이 절실한 시점이다. 이에 5G 이동통신 시대 국내 산업계의 글로벌 시장선점을 위한 5G 핵심 기술 분야에 대한 산업동향 정보 분석이 필요하다.

중소기업 미래 먹거리 기술 선정 사유 
ICT 기술력 기반의 융·복합 기술의 획기적인 발전과 급속한 확산으로 인해 이동통신(모바일) 기술시장에 새로운 모바일 생태계가 창출되면서 5G 이동통신 시스템으로의 재편을 준비하고 있다. 이동통신 시스템은 아날로그 음성(voice) 서비스 중심의 1세대에서부터 All-IP 기반의 4세대 이동통신 시스템까지 약 30여 년 동안 지속적으로 발전하여 왔다. 근래 들어 다양한 스마트 미디어기기의 폭발적인 증가와 사물인터넷/웨어러블 디바이스 등 다양한 단말들이 출시되면서 데이터 트래픽의 폭증은 초고속/대용량/고품질 미디어에 대한 새로운 수요니즈를 발생시키면서 보다 넓은 대역폭과 초고속 전송속도를 실현할 수 있는 5G 이동통신 네트워크 기술의 필요성이 대두되었다. 이에 5G 이동통신 시대 국내 산업계의 글로벌 시장선점을 위한 5G 핵심 기술 분야에 대한 산업동향 정보를 제공하기 위해 중소기업 미래 먹거리 기술로 선정하게 되었다.
5G 이동통신 시스템은 100Gbps급의 전송속도로 스마트 미디어 기기를 통해 3D 홀로그램 영상을 전송할 수도 있는 모바일 네트워크를 지향하고 있다. 아울러 다양한 융합기술과 접목하여 언제 어디서든 주변 디바이스와 소통 가능한 기술을 구현하여 2020년 상용서비스를 목표로 하고 있다. 이에 5G 이동통신을 포함한 차세대 무선통신 산업동향을 면밀히 분석하여 국내 관련 산업계의 기술개발 방향 설정을 위해 중소기업 미래 먹거리기술로 선정하게 되었다.
5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 시스템은 실감형 3D/4D/홀로그램 콘텐츠를 실시간 양방향으로 전송할 수 있는 Gbps급 유무선 통합 인터넷 개발을 목표로 하고 있는 기가코리아(Giga KOREA) 구축사업을 통해 완성하고자 한다. 이를 통해 사용자 맞춤형 실감 서비스를 제공함으로써 라이프스타일의 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대하고 있다. 이에 5G 이동통신을 포함한 차세대 무선통신 산업분석 정보를 제공하여 국내 산업 활성화를 도모하고, 관련 기업의 개발자 및 연구자에게 도움이 되고자 중소기업 미래 먹거리 기술로 선정하게 되었다.

기술의 개요

국내 5G 이동통신 산업 환경
가. 국내 5G 이동통신 산업의 현실
현재 전 세계적인 이동통신 서비스 확산추세는 4G-LTE 시스템이 이제 시장성숙기에 있으며 일부 국가에서 4G-LTE(A) 서비스가 운용중이다. 2014년 2사분기 현재 4G-LTE 시스템은 112개국에 약 2억 8,000여 명의 가입자를 확보한 상황이다. 이처럼 아직 4G 이동통신 기술이 대중화되지 않은 시점임에도 불구하고 4G 서비스가 개시된 2010년경부터 사실상 5G 시스템에 대한 기초연구를 시작하여 현재 특허 및 표준화 선점을 위해 치열한 기술경쟁을 가속화하고 있다.
한국의 5G 이동통신 후보기술 및 융합기술 등의 글로벌 특허 경쟁력은 2013년 기준 2위(1위는 미국, 3위는 스웨덴(미국의 APPLE과 GOOGLE, 스웨덴의 Ericsson이 메이저 출원)), 기술수준은 1위인 미국 대비 90.4%를 기록하고 있다. 한국은 5G 시스템의 상용서비스 시점인 2020년에 전 세계 1위 도약을 목표로 글로벌 시장지향형 핵심기술(후보기술이나 융합기술 등) 개발에 주력하고 있다. 이러한 표준화 및 특허 분석결과는 표준화의 경우 이제 막 경쟁이 시작된 단계이고 특허의 경우 국가 간, 기업 간 보안이 강화된 가운데 진행되고 있어 2018년 기술개발 완료를 앞둔 2015~2016년 사이에 국제표준 및 표준(핵심)특허 경쟁력이 각 국가별로 차별화되어 나타날 것으로 예상된다.
국내 5G 이동통신 국제표준화의 경우 양적인 성장은 이룩하였으나 질적인 성장은 아직 미진한 편이다. ITU-T의 기고서 제출순위는 2위(1위는 중국), 국제의장단 의석은 3위(1위는 미국, 2위는 중국), 표준특허 보유수는 6위(1위는 미국, 2위는 일본, 3위는 핀란드, 4위는 프랑스, 5위는 독일)를 기록하고 있다.

나. 무선인터넷 기술트리
5G 이동통신 시스템을 포함한 차세대 모바일 산업에서 무선인터넷(Wireless Internet) 기술은 무선(wireless)과 이동성(mobility)의 속성을 갖는 이동전화를 통한 무선인터넷(Mobile Internet)으로 정의하고 있다. 5G 이동통신 시스템에서 구현하고자 하는 무선인터넷 산업의 범위(coverage)는 국내외 스마트폰 앱(application) 마켓별 분류체계, 전문가 의견, 전문 데이터베이스 등을 심층 분석한 결과 4개의 대분류, 24개의 중분류, 100개의 소분류로 나눌 수 있다.
100개의 소분류 기술들은 5G 이동통신 시스템에서 구현하고자 하는 기본적인 기술들로 그 중에는 4G-LTE(A) 시스템에서 구현된 기술들도 상당히 포함되어 있다. 따라서 기 구현된 기술을 제외한 나머지 기술군은 5G 이동통신 시스템 개발과 관련된 전후방 요소기술(셀룰러 기술, 핸드오프 및 디지털 기술, GSM 기술, CDMA 기술, 캐리어 묶음 기술, 스몰 셀 기술, 밀리미터파 기술, 다중안테나 기술 등), 5G 이동통신 시스템 개발에 필수적인 후보기술(스몰 셀 기술, 밀리미터파 기술, 다중 안테나 기술 등), 5G 이동통신 시스템과 접목될 수 있는 다양한 융합기술(M2M 및 실물지능통신 기술, 사물인터넷(IoT) 기술, 웨어러블(wearable) 디바이스 기술, NFC 기술, 빅 데이터(Big data) 기술, 클라우드 컴퓨팅(Cloud computing) 기술, 서버 가상화(virtualization) 기술, SNS 기술, IPv6 기술, HTML5 기술 등)들을 구현하기 위한 세부과제라고 볼 수 있다. 무선인터넷(Mobile Internet) 기술트리를 표 1에 나타낸다.

다. 국내 모바일 서비스 현황
통신서비스 가입자 현황 
2015년 5월 현재, 국내 주요 유무선 통신서비스 가입자 현황을 간단히 요약하면 인터넷전화(VoIP) 가입자 수 12,452,189명, 초고속인터넷 가입자 수(KT, SK브로드밴드, SKT(재판매), LGU+, 종합유선, 기타) 19,424,652명을 기록하고 있다. 특히 초고속인터넷 가입자 중 LTE 이용자는 총 38,536,978명(SKT 17,716,090명, KT 11,373,698명, LGU+ 8,831,668명, MVNO 615,522명)이나 된다. 이처럼 이동통신(무선통신, 모바일 통신) 환경을 둘러싼 세계 최고 수준의 사용자 기반 인프라를 보유하고 있다. 특히 2014년 2사분기 4G-LTE(A) 서비스의 경우 전체 스마트폰 가입자의 63.5%를 차지할 정도로 광범위하고 많은 사용자를 보유하고 있다.

스마트 미디어기기 및 실감 미디어의 대중화   
스마트폰 및 태블릿PC 등 스마트 미디어기기와 M2M 단말이 대중화되면서 데이터 트래픽의 급속한 증가로 인해 향후 10년 이내에 전 세계 스마트 미디어기기 보급률은 3.5배, M2M 단말 보급률은 500배 정도 증가할 것으로 예상된다. 단말당 데이터 트래픽은 약 20~120배 정도 증가할 것으로 예상된다. 스마트 미디어기기 및 M2M 단말 글로벌 보급률 추이를 그림 1에 나타낸다.

스마트 미디어기기가 확산되기 시작한 2008년부터 4G-LTE A 서비스가 대중화된 2014년 사이에 모바일 클라우드 서비스 및 대용량 실감 미디어의 대중화에 따른 트래픽이 급속히 증가하였다. 아울러 콘텐츠 동기화 및 분산프로세싱 보편화, 모바일 비디오 데이터의 지속적인 증가 및 멀티미디어 데이터의 고품질화 등으로 인해 사용자는 약 25배 증가되었다.
모바일 클라우드 서비스 사용자는 2008년 4,000만 명에서 2014년에는 10억 명으로 급속히 증가하였다. 자료의 백업 및 저장 중심의 스토리지 서비스에서 thin client의 컴퓨팅 리소스를 활용한 스마트 미디어기기 간 동기화 등 자료동기화 및 분산프로세싱 등으로 확대되어가고 있다. 모바일 비디오 데이터의 지속적인 증가(2010년 52.8%에서 2015년 66.4%) 및 Full-HD급 UCC(User Created Contents), 1200만 PIXEL(Picture Cell)의 스마트폰 카메라 탑재 등 멀티미디어 데이터의 고품질화 등으로 인해 사용자는 약 25배 증가되었다.

라. 저비용 무선 네트워크 구축 확대 
무선 네트워크의 운용비용 절감 요구가 증대하면서 스몰 셀 기지국 설치가 증가하고 이로 인해 기지국의 무선백홀(Wireless Backhaul, 고속 이동체(고속열차, 지하철, 버스 등)와 같이 이용자가 밀집된 모바일 핫 스팟(hot spot)에 초고주파 대역을 이용하여 Gbps급 모바일 서비스를 제공하는 무선 전송기술이다. 아울러 스몰 셀(WiFi, Femto cell 등) 기술을 이용하여 스마트 단말기를 통해 각 가정이나 사무실에 모바일 서비스(인터넷, IPTV, 스마트TV 등)를 제공할 수도 있다)이 구축되고 있다. 전 세계적으로 2011년 스몰 셀 기지국과 무선백홀을 모두 합하여 34,316개(식), 2014년 1,306,297개(식)에서 2016년에는 3,553,282개(식)의 거대 시장을 형성할 것으로 예상된다.
스몰 셀 기지국 판매량은 2011~2016년까지 연평균 120%의 고성장을 지속할 것이며, 무선백홀 판매량은 2011~2016년까지 무려 304%의 초고속 성장을 지속할 것으로 예상된다. 2011~2016년 동안 스몰 셀 기지국 및 무선백홀 구축추이를 표 2에 나타낸다.

국내 5G 이동통신 산업 SWOT 분석     

가. 분석 목적
 국내 5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 산업에 대한 정성적, 정량적 분석을 통해 경쟁력 결정요인을 종합적으로 진단· 분석하여 국제경쟁력을 향상시킬 수 있는 전략을 도출할 필요가 있다. 즉, 국내 5G 이동통신 산업의 경쟁력을 구성하는 각 요소별 중요도 등을 감안하여 가중치 부여한 계량화 등이 필요하다. 이는 새로운 정책 수립 및 전략적 추진과제 도출을 위한 논리적·실질적 연결고리로 활용할 수 있을 것이다.
국내 5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 산업의 경쟁력을 계량화된 지표를 활용하여 지수화 함으로써 경쟁력 변화의 추이를 파악하고 현재의 경쟁력을 진단하여 취약점을 극복할 수 있는 정책과 전략과제를 도출할 필요가 있다. 아울러 5G 이동통신 산업의 효과적인 기술사업화를 위해 전후방 기술개발 동향 및 산업 환경 등에 대한 SWOT 분석을 통해 미래전략을 도출할 필요가 있다.

나. 분석내용 요약  
국내 5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 시장은 기회와 위협, 강점과 약점 요인을 모두 가지고 있다. 기회요인으로는 세계 최고 수준의 이동통신 인프라와 기술력을 보유하고 있어 대외 경쟁력이 높고 국가적으로 전략적 기술개발에 적극적이며, 기가코리아(Giga Korea) 구축사업 등 투자가 확대되고 있는 추세이다. 반면 차세대 모바일 산업이 활성화되기에는 약점요인도 존재한다.

5G 이동통신 산업은 차세대 모바일 기술의 최전방위 시장으로서 CPND(Contents, Platform, Network, Device) 기술력을 중심으로 포지셔닝 되어 있는 모바일 산업 활성화를 좌우할 수 있는 매우 중요한 지표이다. 분석해보면 강점 및 기회요인들이 많지만 약점 및 위협요인들도 있는 만큼 이를 극복할 수 있는 해결책이 필요하다. 국내 5G 이동통신을 포함한 차세대 모바일 산업에 대한 SWOT 분석 결과를 표 3에 나타낸다.