5G 통신 이해하기 - Peak throughput 에 대해서

이 글에서는 5G 통신이라는 기술의 이점이 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.  

먼저 아래 그림을 한번 보겠습니다. 

(그림 출처 : 구글 검색)

위 그림에 보면, LTE 에서 LTE-A 라는 것으로 가면서 75Mbps -> 225Mbps 로 숫자가 커지는것을 볼 수 있습니다. 

LTE와 LTE-A 가 무엇이 다른지는 이 글에서 다룰 내용은 아니지만, 이해를 돕기 위해서 간단하게 설명하자면, LTE-A 의 A 는 Advanced 의 약자입니다. 

즉, LTE 보다 어떤 것이 되었든 뭔가 '향상된' 기술이라는 의미입니다. 

그렇다면, 무언가 좋아져야 하는것이고, 그 중 하나가 위에 적힌 숫자가 커지는것이라고 이해하면 됩니다. 

위의 숫자는 Mbps 로 되어있는데 그 의미는 아래와 같습니다. 

"Mega bits per second" 

Mega 는 1000000의 영어 표현이니, 1 Mbps 는 1초에 1백만 bit 라는 속도를 가진다는 뜻이죠.

따라서, 75Mbps 는 1초에 7천 5백만 bit 

225Mbps 는 1초에 무려 2억 2천 5백만 bit 

로 이해하면 됩니다. 

위의 bit 는 0 또는 1 두 값중 하나의 값을 가지는 쫙~ 이어진 sequence 로 보면 됩니다. 즉, 0100100101111000101010....... 와 같은 모양입니다. 

위의 값이 잘 와닿지 않는다면, 아래와 같이 변환해보면 더 쉬울것 같습니다. 

보통 일상생활에서 접할 수 있는 컴퓨터의 하드디스크 또는 SSD 의 용량은 byte 로 표시됩니다. 

1byte = 8 bit 로 정의되어있습니다. 

따라서, 위의 값을 byte 로 변환해 보겠습니다. 

75Mbps = 9.375Mbytes/second

225Mbps = 28.125Mbytes/second 

즉, 75Mbps 의 속도로는, 예를 들어서, 500Mbyte 용량의 ssd 에 들어있는 모든 데이터를 약 53초. 즉 1분 이내에 모두 전송할 수 있습니다. 

엄청나게 빠른 속도는 아니지만, 매우 빠른 속도죠. 

그것도 랜선등의 유선으로 연결된 것이 아니라, 공기중으로 전송되는 속도입니다. 

225Mbps 는 그것보다도 3배의 속도입니다. 

이 글을 작성하는 시점에 사용되고 있는 대부분의 최신 스마트폰은 위의 LTE-A 의 속도를 달성할 수 있습니다. 단, 조건이 있습니다. 

"바로 하나의 기지국에 단 하나의 스마트폰이 접속되어있고, 그 스마트폰이 기지국과의 사이에 아무런 장애물이 없이 최대한 가까이 붙어있을때만" 

"높은 확률로!!!" 위의 속도를 낼 수 있습니다. (언제나 저 속도를 볼수 있다고 기대하면 안됩니다) 

통신사들이 TV 광고등에서 속도를 자랑하는 경우도, 보통 위의 경우를 가정한 속도입니다.

일상적인 상황에서 기지국은 몇백미터 간격으로 설치되어있고 (보통 건물의 옥상에 설치되어있습니다)

기지국 하나가 커버하는 영역내에 최소 몇명~몇십/몇백명까지 있을 수 있기 때문에, 

실제 스마트폰 사용자들이 위의 속도를 경험할 수 있는 경우는 사실상 없다고 볼 수 있습니다. 

그럼 실제로 경험할수도 없는데 위의 속도는 무슨 의미가 있을까요? 

위의 속도는 어떤 통신 기술 (LTE 또는 LTE-A등) 이 하나의 기지국에서 제공할 수 있는 최대의 전송 속도를 나타냅니다. 

이 최대의 전송속도를 달성하기 위해서는 조건이 하나 있는데, 바로 어떤 사용자에게 전달할 데이터가 "무한"하다는 가정입니다. 

이런 상태를 통신이론에서는 보통 "full buffer" 또는 "infinitely backlogged' 라고 부릅니다. 

즉 전송할 수 있는 데이터를 담아놓는 메모리라고 볼 수 있는 buffer 가 언제나 차있거나, buffer 가 비워지더라도 무한대로 그 buffer 를 채울 수 있다는 의미입니다. 

아무리 무선 전송 속도가 높아도, 실제로 그 속도로 전송할 수 있는 데이터가 매우 적다면 결국 최대 속도로 전달되는 데이터를 측정할 수는 없으니까요. 

보통 통신 업계에서는 이 성능을 "Peak Throughput" 이라고 부릅니다. 

이 Peak Throughput 은 이론적으로는 LTE 등의 통신기술을 정의한 "규격" 에서 정의됩니다. 이 규격에 대해서도 글을 한번 써야 겠네요. 

어쨌든, 규격에서 전송할수 있는 최대치를, 실제로 기지국을 만드는 Ericsson, Nokia, Huawei등의 기지국 회사 (보통 업계에서는 vender 라고 부릅니다) 에서 달성할 수 있는지에 대해서는 어떻게 규격에 정의된 전송방식을  충실하게 구현하느냐에 달려있습니다. 

또한, 기지국 혼자서는 통신을 할 수 없으므로, 스마트폰등의 무선통신 단말기에서도 이 전송 속도에 도달 할 수 있도록 잘 설계되고 만들어져야 겠지요. 

따라서, 이 Peak throughput 은 아래와 같은 의미를 가집니다. 

 - 규격이 달성할 수 있는 최대의 속도. 즉, 통신 규격의 기술 수준을 반영합니다. 

 - 기지국/단말이 얼마나 통신 규격을 충실히 구현할 수 있는지를 반영합니다. 

 - 일단, 숫자가 크므로, 통신사가 마케팅에 활용할 여지가 많습니다. 

반면에, Peak throughput 은 실제로 스마트폰을 이용하는 사용자에게는 큰 의미 없습니다. 

기지국과 아주 이상적인 거리와 위치에서 한명의 사용자가 위에서 언급한 "Full buffer"가 가능한 traffic 을 전송하거나 수신할 수 있어야 나오는 성능이니까요. 

(ftp 트래픽을 받아도 full buffer 로 통신하기는 쉽지 않습니다. )

그러니, 통신사에서 몇백 Mbps !!! 라고 광고하더라도 너무 기대하지는 마세요.^^ 그 속도를 그대로 체험하는 것은 일상생활 환경에서는 불가능하다고 생각하면 됩니다. 

그럼, 다음 글에서는 peak throughput 관점에서 5G 통신이 어떤 이점이 있는지 보겠습니다.