지난 4월 5G 상용화 이후 소비자들의 불만은 5G가 잘 잡히지 않는다는 것에 그치지 않았다.
간혹 데이터 송수신 속도에서도 LTE보다 느리다는 불만이 제기됐다. 5G는 LTE와 비교했을 때 약 2배 넓은 주파수 대역폭(다운로드 기준)을 사용하고 있고 주파수 효율성도 LTE보다 높은데 왜 이런 일이 발생할까.
KT는 25일 발간한 5G 뉴스레터 '매거진5'에서 이와 관련한 통신 속도의 특성을 설명했다.
샤논의 채널용량(정해진 오류 발생률 내에서 채널을 통해 최대로 전송할 수 있는 정보의 양, 측정 단위는 초당 전송되는 비트의 수) 공식에 따르면 채널용량은 대역폭에 비례하고, 잡음이 적고 신호가 클수록 커진다. [C＝BWlog2(1＋S/N)bps) C=채널용량, BW=대역폭, S/N=신호 대 잡음비] 통신 속도에 대역폭이 중요한 역할을 하지만, 통신 환경에 잡음이 많다면 아무리 대역폭을 넓히더라도 채널 용량이 커지는 것은 제한적이다.
또 신호의 세기가 약하면 오류 없이 전송할 수 있는 최대 통신속도가 느려질 수 있다.
현재 5G 통신에 쓰이는 주파수 대역은 3.5GHz인데 LTE에서 쓰인 주파수 대역에 비해 높은 대역이다. 이에 따라 동일한 위치의 기지국에서 출발한 LTE와 5G 전파 세기를 동일한 이동 거리에서 측정했을 때 5G 신호 세기가 작아질 수 있다.
모든 전파는 매질을 통해 이동할 때 신호의 세기가 필연적으로 작아지는데, 전파의 주파수가 높을수록 감쇄 폭도 커지기 때문이다.
예를 들어 대역폭이 80㎒인 5G와 대역폭이 60㎒인 LTE의 채널용량을 5G 신호 세기가 매우 낮아진 상황을 가정해 계산해 보면 다음과 같이 나타난다. LTE 신호의 크기가 5G 대비 10배인 상황을 가정하고 잡음 전력은 동일한 기준을 사용했다.
5G의 C = 80MHz×log 2(1+ 1(W)/0.05) = 351Mbps LTE의 C = 60MHz×log 2 (1+ 10(W)/0.05(W))= 405Mbps 이동통신사들은 신호 세기가 빠르게 감쇄하는 5G 특성을 극복하기 위해 빔포밍 기술을 도입해 사용하고 있다.
빔포밍은 전파를 한 곳으로 집중시켜 신호의 세기를 강화하는 기술이다. 업계 관계자는 "빔포밍 기술을 이용해 기본적으로 신호 전력을 더 높게 하더라도 감쇄가 심해 LTE보다 신호 세기가 작을 수 있다"며 "때문에 사용자와 가까운 곳에 더 많은 기지국을 깔아야 한다"고 설명했다.