최신 모바일 네트워크 기술인 5G는 4G를 대체하며 인터넷 연결 기기의 새로운 시대를 열고 있습니다. 하지만 5G는 실제로 어떻게 작동할까요? 5G 네트워크가 스몰셀(small cell)이라는 개념을 활용한다는 것은 들어보셨을 텐데, 과연 이것이 무엇을 의미하는지 알고 계신가요?
기지국은 모바일 네트워크의 핵심 요소입니다. 다른 네트워크 인프라와 마찬가지로 기기 간에 정보를 전달하려면 특정 장비가 필요한데, 바로 이러한 이유로 5G 네트워크에는 5G 기지국이 반드시 필요합니다.
5G 기지국은 4G 기지국과 물리적으로나 기능적으로 많은 차이가 있습니다. 같은 면적을 커버하려면 더 많은 기지국이 필요하고, 크기는 더 작으며, 완전히 다른 주파수 대역으로 데이터를 전송합니다. 사실 스몰셀 없이는 5G 네트워크가 제 역할을 하기 어렵습니다. 5G가 약속하는 광범위한 커버리지, 초고속 속도, 낮은 지연 시간을 실현하는 가장 효과적인 방법이 바로 스몰셀이기 때문입니다.
5G 스몰셀(Small Cell)이란?
5G 네트워크에서 스몰셀은 전체 네트워크에서 핵심적인 역할을 담당하는 기지국(base station)입니다. 4G 네트워크에서 사용되는 '매크로셀(macrocell)'과 비교해 상대적으로 크기가 작다고 하여 '스몰셀'이라고 불립니다.
5G 기지국은 많은 전력을 소모하지 않기 때문에 상대적으로 작게 제작할 수 있습니다. 이는 미관상의 이점뿐 아니라 공간 효율성 측면에서도 중요합니다. 스몰셀이 지원하는 고주파 밀리미터파(mmWave)는 도달 거리가 짧기 때문입니다(자세한 내용은 아래에서 설명).
5G 기지국은 기본적으로 위 이미지에서 '5G'로 표시된 것처럼 작은 박스 형태입니다. 대부분의 구축 사례가 이러한 형태로 진행되고 있지만, 일부 통신사는 맨홀 뚜껑 아래에 안테나를 매설하여 거리 곳곳으로 모바일 네트워크를 확장하는 방식도 시도하고 있습니다.
5G 스몰셀의 작동 원리
작은 크기에도 불구하고 스몰셀의 성능은 결코 뒤지지 않습니다. 스몰셀 내부에 탑재된 기술 덕분에 5G는 초고속 통신이 가능하고, 인터넷 접속을 필요로 하는 기기의 폭발적인 증가도 감당할 수 있습니다.
스몰셀 내부에는 연결된 기기와 데이터를 주고받는 데 필요한 무선 장비가 들어 있습니다. 스몰셀의 안테나는 지향성이 매우 높아 빔포밍(beamforming)이라는 기술을 통해 기지국 주변의 특정 영역에만 신호를 집중적으로 전송합니다.
이러한 장비는 현재 네트워크 부하에 따라 전력 사용량을 신속하게 조절할 수도 있습니다. 즉, 특정 무선 장비가 사용되지 않으면 단 몇 밀리초 만에 저전력 상태로 전환되고, 전력 수요가 늘어나면 그만큼 빠르게 다시 조정됩니다.
5G 스몰셀은 설계가 비교적 단순해 몇 시간 안에 설치할 수 있으며, 경우에 따라서는 그보다 더 빠릅니다. 에릭슨(Ericsson)의 'Street Radio 4402'는 가로등에 단 15분 만에 설치할 수 있는 솔루션입니다. 이는 설치와 가동에 훨씬 오랜 시간이 걸리는 대형 4G 기지국과는 선명한 대비를 이룹니다.
물론 스몰셀에도 전원 공급 장치와, 통신사의 5G 네트워크 및 인터넷으로 연결되는 백홀(backhaul) 회선이 필요합니다. 통신사는 유선 광섬유 연결 또는 무선 마이크로웨이브 방식 중 하나를 선택할 수 있습니다.
'스몰셀'은 포괄적인 용어로, 크기·커버리지·전력 요구 사항이 서로 다른 세 가지 하위 유형으로 나뉩니다. 마이크로셀(microcell)은 최대 약 2km, 피코셀(picocell)은 최대 약 200m의 범위를 커버할 수 있어 실외 환경에 적합합니다. 반면 펨토셀(femtocell)은 커버 반경이 10m(약 32피트) 미만이기 때문에 주로 실내에서 사용됩니다.
5G 기지국의 설치 위치
5G는 스마트워치, 자동차, 가정, 농장에 이르기까지 모든 사물이 초고속 속도와 낮은 지연 시간을 누리는 극도로 상호 연결된 세상을 약속합니다. 이를 커버리지 공백을 최소화하며 완벽하게 실현하려면 대량의 5G 기지국이 필요하며, 특히 대도시, 대형 행사, 업무 지역처럼 트래픽 수요가 집중되는 지역에 우선적으로 설치해야 합니다.
다행히 5G 기지국은 크기가 매우 작아 가로등 기둥, 건물 옥상, 심지어 가로등 위와 같은 일상적인 장소에도 설치할 수 있습니다. 덕분에 전통적인 형태의 철탑은 줄어들지만, 어디를 봐도 눈에 거슬리는 장치들이 늘어날 수 있다는 점은 새로운 고민거리가 되기도 합니다.
인구 밀집 도시에서 5G가 진가를 발휘하려면, 짧은 전송 거리라는 한계를 고려할 때 기지국이 연결 기기가 접근하는 지점 근처에 반드시 존재해야 합니다. 교차로, 상점 입구, 대학 캠퍼스 곳곳, 교통 허브 주변, 바로 여러분이 사는 거리 등이 대표적인 예입니다.
혼잡한 지역에 5G 기지국을 촘촘하게 설치해야 하는 또 다른 이유는, 스몰셀이 초고속 속도를 지원하려면 스마트폰이나 가정용 기기처럼 수신 장치와 직접적인 시야(line of sight)를 확보해야 하기 때문입니다. 따라서 가정용 유선 인터넷을 5G로 대체할 계획이라면, 집 근처 거리에 5G 기지국이 설치되어 있을 가능성이 높습니다. 다만 장거리 통신을 지원하는 로우밴드(low-band) 네트워크의 경우에는 그렇게까지 필수적이지 않습니다.
5G가 지속적으로 확산됨에 따라 통신사들은 업데이트된 커버리지 맵을 공개하고 있지만, 모든 기지국의 정확한 위치를 일일이 표시하는 것은 현실적으로 불가능에 가깝습니다.