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[기고] 5G 시대, 철도환경에 적합한 통신망

한국철도기술연구원 고경준 박사

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장병극 기자 2019-07-09

▲ 한국철도기술연구원 고경준 박사     ©국토매일

[국토매일] 지난 4월 3일 오후 11시, LTE에 이어 5G도 세계최초로 한국에서 상용화가 되었다. 현재 상용화된 5G는 ‘3GPP Rel. 15 표준’을 기반으로 하고 NSA(Non StandAlone)로서 3.5GHz 대역에서 네트워크가 5G 단독이 아닌 LTE와 공존하여 동작한다.

 

국제전기통신연합(ITU)에서 제시하는 5G의 3가지 특징으로서 △대용량 통신(eMBB) △고신뢰‧저지연 통신(URLLC) △초연결 통신(mMTC)이 있다. 3GPP에서는 eMBB와 URLLC를 NR(5G)에서 표준화를 진행하고, mMTC는 현재도 계속 진화하고 있는 LTE에서 표준화를 진행하고 있다.

 

LTE는 모바일폰을 주요 서비스로 고려해 표준이 만들어졌지만 5G에서는 모바일폰 이외에도 공장자동화, 자율주행차, AR/VR 등 여러 가지 서비스를 고려했다. 또한, 무선접속 이외에 코어망 부분에서도 5G는 네트워크 슬라이싱이라는 기술을 도입해 소프트웨어 중심의 네트워크를 구성하고 이를 통해 어플리케이션 서버의 생성‧유지‧보수 등을 보다 효율적으로 진행할 수 있다.

 

이런 5G를 철도 환경에 적용하면 우선적으로 LTE에서는 지원하지 못했던 고화질의 CCTV를 실시간으로 전송할 수 있게 된다. Full HD급 이상의 고화질 CCTV를 실시간으로 전송받기를 원하는 철도 운영사들이 있는데, 5G에서는 이를 지원할 수 있다.

 

또한, 고신뢰‧저지연 통신은 LTE와 비교했을 때 5G가 가진 큰 차이점으로 철도 환경에 가장 적합한 통신이라고 할 수 있다. 최근 활발히 진행되고 있는 무선통신 기반의 가상열차 결합에 관한 연구에서는 지연시간이 매우 중요한 요소가 된다. 따라서 기존의 LTE 통신(무선구간 지연시간 10ms)보다 훨씬 뛰어난 성능을 가지는 5G 통신(무선구간 지연시간 1ms 이하)이 필요하다 .그리고 긴급 대피 차량의 원격제어, VR/AR을 이용한 유지보수 등도 5G 통신을 이용하여 실행 가능하다.

 

코어망에서의 네트워크 슬라이싱 기법도 철도에 적용 가능하다. 기존 LTE-R에서는 콜서버, PTT서버, 그룹콜 서버 등을 각각 하드웨어로 구성하였는데 네트워크 슬라이싱 기법을 적용하면 각 서버를 소프트웨어로 변경해 구축 및 유지보수가 훨씬 용이해진다.

 

하지만 5G가 철도에 적용되기 위해서는 아직 많은 어려움이 있다. 우선 주파수 할당 문제가 있다. 무선 주파수는 국가에서 관리하고 있는 매우 귀중한 자원이며, 이미 6GHz 미만의 주파수는 포화 상태이다. LTE-R도 700 MHz 대역의 통합 공공망 주파수를 이용한다. 하지만 단독 사용이 아닌 재난망‧해양망과 공동 사용 중이다. 그리고 28GHz 대역의 5G 시스템은 그 특성 상 전파 감쇠가 매우 심하여 통신 커버리지를 확보하는 데에 어려움이 있다. 따라서 이에 대한 구현 기술이 한창 개발 중이며 실용화를 위해서는 상당한 시간이 필요할 것으로 예상된다.

 

두 번째로, 국토부에서 발표한 LTE-R의 전국망 구축 계획을 들 수 있다. 국토부는 2027년까지 기존의 VHF, TRS 등 여러 통신 시스템이 혼재되어 있는 철도 통신망을 LTE-R로 통합하려는 계획을 가지고 현재 개량 노선이나 신규 노선에 LTE-R을 구축중이다.

 

5G 통신 기술은 아직 완성도가 많이 떨어지고 현재 LTE-R이 철도 통합망으로 구축되고 있는 상황에서 새로이 5G 통신을 철도에 본격적으로 적용시키기는 어렵기 때문에 일부 특정 장소에서 부분 설치하여 5G 서비스를 제공하는 형태의 LTE-R과 5G 융합 시스템 방식으로 5G 통신을 이용하는 방안을 생각해 볼 수 있다. 이런 경우에는 현재 상용망에서 사용하고 있는 NSA 방식과 유사한 방식으로 구현 가능하므로 주파수 할당 문제가 해결되면 철도 환경에 빠른 적용이 가능하다.

기사입력 : 2019-07-09

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