5G 통신 시스템은 28GHz가 답이냐?????

위성 통신에 쓰기에도 강우 감쇠 때문에 잘 안쓰는 주파수 대역을 이동통신을 위해 쓰겠다니. 대역폭 효율을 극한으로 끌어올려라 당신들이 통신 시스템 표준을 만들고 설계하는 이들이라면. 어떤 이들은 심지어 이동통신과 위성통신을 동시에 할 수 있는 주파수이며 기술이라는 기가막힌 발상을 하던데 내가 보기로는 28GHz에서 5G를 해야한다는 특정 이익집단에 소속된 광신도가 아니면 할 수 없는 이야기라고 생각한다.

반송파 주파수 (Carrier frequency)가 올라가면 data rate가 덩달아 올라가게 되는 것 같은 착각을 하는 사람들도 있는데, 절대 그렇지 않다. 반송파 주파수는 내가 보내려는 신호를 실어보내는 주파수다. 반송파 주파수가 올라가면 전파의 특성상 광에 가까와져서 직진성이 좋아지는 반면 파동처럼 반사/산란/회절을 잘 하지 않는 성질을 갖게 된다. 더 큰 문제는 대기 성분인 산소와 수증기에 의해서 전파의 세기가 크게 줄어들게 된다는 것이다. 다시 말해서 전파를 쏘면 레이저광선처럼 직진할 뿐 좌우로 퍼져나가는 정도가 심하게 줄어들고 대기 성분에 의해서 세기가 약해지는 것이라고 보면 된다.

이런 비유가 적합할지 모르겠는데 이통사가 매우 좋아하는 황금 주파수인 700MHz와 28GHz를 비교하면 700MHz는 당구로치면 당구대에 1쿠션 2쿠션 3쿠션 맞아서 날아가도 쌩쌩한 반면, 28GHz는 당구대 바닥에 끈끈한 걸 발라놔서 아무리 세게 쳐도 얼마 굴러가질 못하고 당구대 모서리에 부딪치면 그대로 공이 죽는 다고 보면 될까? 공을 빛의 속도로 움직인다고 치면 700MHz 신호는 단번에 온 당구대를 다 돌아다니는 반면 28GHz 신호는 당구대 일부분을 살짝 돌다가 끝난다고 보면 된다.

정작 데이터를 많이 보내는 문제는 내가 가용할 수 있는 주파수의 폭과 여기에 날려보내는 신호의 대역폭 효율, 즉 주파수 1 Hz당 1초에 얼마나 많은 데이터 (number of bits)를 날려보낼 수 있느냐가 중요한 것이다.

대역폭 효율은 아무리 수신기를 잘 만들어봐야 그 한계가 매우 명확하고, 혹세 무민하는 것들이 떠드는 Massive MIMO와 같은 이론가들이 떠들어대는 대역폭 향상 기술은 실제의 무선 기지국과 단말에 적용하기에 너무 복잡한 것이다. 흔히 생각하듯, 안테나를 2개 달면 1개 달 때보다 전송률이 2배가 되고, 3개달면 3배가 되고 하는 게 아니다. 안테나가 많아져도 들어오는 신호들이 서로 섞여있어 유사하게 들어오고, 이것들을 분리해내고 하다보면 실제로 건져먹을 게 없어지는 것이다.

먹는 것으로 비유하자면, 한꺼번에 산해진미를 모두 맛보려고 한 그릇에 이것 저것 죄다 섞어 담아놓으면, 우리 입이 그 식재료들 각각의 맛을 제대로 느끼긴 커녕 ‘으웩 맛이 왜 이래?!’ 하는 것과 같은 것이다. 혀의 개수를 늘린다고 다 뒤섞여버린 맛을 식재료 별로 분해해서 느낄 수 있을까? 웃기는 얘기다.

이론가들은 한계를 연구하는 것이다. 정말로 수천만분의 일의 확률로 이 잡탕 요리에 들어간 모든 식재료의 맛을 느낄 수 있다면, 할 수 있다고 하는 것이다. 다시 말해 아무리 희박한 확률이라도 안테나의 개수를 늘려서 엄청난 양의 데이터를 한꺼번에 보낼 수 있으면, 그게 채널 용량이 되는 것이다. 100% 못하는 게 아니라 0.0000000000001%의 확률이라도 할 수 있는 것이니까 말이다.

어쨌든 반송파 주파수가 높아지면 기지국 한 개가 커버하는 영역은 심각하게 줄게 되고, 이통사가 너무너무 사랑하는 700MHz주파수 밴드처럼 반사/산란/회절을 잘 하지 못하기 때문에 음영지역이 엄청나게 생겨난다. 다 뭘로 메울 거냐? 왜 이통사가 천문학적인 비용을 들여 700MHz를 사들이고 하는지 이해를 못하는 것인가? 이통사가 바보들 집단인 줄 아는 건가?