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중소기업 기술로드맵 조회결과

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고속 이동체를 위한 초고속 인터넷 제공 기술
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

고속 이동체를 위한 초고속 인터넷 제공 기술 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 고속 이동체를 위한 초고속 인터넷 제공기술은 지하철/열차/버스 등 많은 승객들이 탑승하여 이동하는 대중교통수단에 초고속 이동 무선 백홀을 통한 초고속 인터넷 제공 기술을 의미
  • 범위 : 차량과 기지국 시스템과는 기가급 백홀링크로 연결되고 차량 내부에서는 Wi-Fi AP로 변환하여 일반 사용자들은 본인들이 사용하고 있는 휴대폰으로 댁내 유무선과 동급의 초고속 와이파이서비스를 제공 받을 수 있음
나. 주요 제품

[ 기술분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마기술분류 관점세부기술
고속 이동체를 위한 초고속 인터넷 제공기술 기반 기술 mmWave 무선전송기술
  • OFDM 기술, 동기 기술, MIMO 기술
  • Beamforming 기술, 랜덤 엑세스 기술
기가급 모뎀 기술
  • 기가급 변복조 기술
  • 기가급 채널 코덱 기술, 셀 참색 기술
기가급 상위프로토콜 기술
  • 무선자원제어, 핸드오버 기능
mmWave RF 기술
  • mmWave 광대역을 지원하는 RF 및 안테나 기술
시스템 구성요소 mGW
  • Pulbic 인터넷 망과 이동무선백홀 시스템간 인터페이스 기능, 핸드오버
  • 지원 등
mDU
  • 기지국 모뎀 탑재
mTE
  • 차량용 단말, 모뎀 및 RF 탑재
mRU
  • 기지국 RF, mU와는 광으로 연결됨

[ 응용분야 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마응용분야 관점세부기술
고속 이동체를 위한 초고속 인터넷 제공기술 지하철 열차내 수천 명의 이용자에게 초고속 인터넷을 제공하기 위한 초고속 이동무선백홀 기술
고속철
  • 열차내 수천 명의 이용자에게 초고속 인터넷을 제공하기 위한 초고속 이동무선백홀 기술
  • 최고 300 Km/hr 이상에서도 끊김 없이 데이터 서비스가 가능한 핸드오버 기술
고속도로 하나의 기지국 (mRU)이 여러 대의 고속버스를 지원하기 위한 Multiple Access 기술
시내도로 하나의 기지국 (mRU)이 여러 대의 시내버스를 지원하기 위한 Multiple Access 기술
3. 시장현황 및 전망분석
5G 이동통신은 크게 6 GHz 이하의 주파수를 사용하는 시스템과 mmWave의 광대역을 사용하는 시스템으로 이루어질 예정
6GHz 이하의 주파수는 기존의 LTE-A에서 진화한 NR 방식이 사용될 것으로 보이며 mmWave의 경우 현재 3GPP에서 표준화 진행 중인 mmWave NR 방식이 사용될 것으로 예상
mmWave 기반의 5G 시스템의 경우 앞에서도 언급했듯이 mmWave의 특성상 실내 소형셀과 같은 환경 혹은 LOS가 보장되는 열차환경 혹은 도로환경에서 자동차용 백홀(relay)형태로 사용될 것으로 전망
5G의 경우 허가 주파수(licensed frequency) 뿐만 아니라 비허가 (unlicensed frequency)도 다양하게 사용하는 구조가 될 것으로 보이며 기존의 셀룰라 이동통신 사업자뿐만 아니라 공공와이파이 서비스, Local 임대 서비스 등 별정통신사업자등 다양한 형태의 사업자들이 공존할 것으로 전망
본 절에서는 5G 전체 시장 중 차량용 mmWave 백홀(relay)만 따로 분리할 수가 없어서 5G 전체 시장에 대해 제시

5G 이동통신은 ‘20년 상용서비스가 개시되어, 기존 이동통신 시장을 점진적으로 대체하며 성장(’26년 1조 3,686억 달러)할 전망

[ 세계·국내 이동통신 및 5G 시장 전망 ]

주1) 5G 이동통신 비중 : 과거 3G → 4G 시장전이 비율 고려, '20년부터 5G로 시장전이 가정
주2) 전체 막대크기: 전체 이동통신 시장, 내부 막대크기: 5G 이동통신 시장
* 출처 : ETRI 기술경제연구본부(’16.2월)

[ 세계 5G 이동통신 시장 전망 ]

[ 세계 5G 이동통신 시장 전망 ]
구분2020202120222023202420252026
서비스 3,717 33,925 67,402 210,874 410,858 615,408 865,369
단말 1,824 16,650 33,102 105,312 207,513 313,852 446,069
기지국장비 187 1,786 3,717 12,159 24,788 38,848 57,155
합계 5,729 52,361 104,221 328,345 643,159 968,108 1,368,594

[ 국내 5G 이동통신 시장 전망 ]

[ 국내 5G 이동통신 시장 전망 ]
구분2020202120222023202420252026
서비스 649.6 1,292.7 4,032.7 7,849.0 11,744.3 16,495.6 20,411.2
단말 305.1 607.1 1,899.7 3,681.9 5,506.5 7,727.6 9,552.1
기지국장비 87.4 175.9 554.7 1,089.7 1,646.9 2,336.5 2,919.9
합계 1,042.0 2,075.7 6,487.1 12,620.5 18,897.6 26,559.6 32,883.2

주) 5G 이동통신 비율: 과거 3G→4G 시장전이 비율 고려, '20년부터 5G로 시장전이 가정
* 출처 : ETRI 기술경제연구본부 추정(2016. 2)

4.기술분석
가. 기술환경 분석

관련 기술의 국제 표준화 동향

  • 5세대(5G) 이동통신의 요구사항을 만족시키는 IMT-2020 시스템의 개발을 위해 3GPP에서는 5G NR(New Radio) 표준 규격 개발 진행
  • 3GPP에서는 2015년 9월에 RAN 5G 워크샵을 개최하여 5G 표준의 RAT(Radio Access Technology) 규격 개발을 위한 기본 사항들을 정의함
  • 5G NR 시스템은 기존 LTE와 Backward compatibility를 유지하지 않는 새로운 시스템으로 개발하기로 결정하였으며 2017년 6월까지 Study를 진행하며 (Rel. 14) 2018년 6월까지 Phase 1 (Rel. 15) 개발을 마치고 이어서 2019년 12월까지 Phase 2 (Rel. 16) 개발 예정
  • 5G NR 규격 개발 범위는 NSA(Non-standalone)과 SA(Standalone)의 두 단계로 나뉘어 진행

    기존 LTE를 Control plane anchor로 사용하는 NSA 규격을 2017년 12월까지 완성하고 이어서 User plane과 Control plane 모두 5G 규격을 적용하는 SA 규격을 2018년 6월까지 완성하기로 함

  • 5G NR에서는 기존에 이동 통신 규격에서 사용하지 않았던 6GHz 이상의 고주파 대역의 사용 가능

    이를 위해 mmWave 대역을 포함하는 새로운 주파수 대역에 대한 채널 모델 개발

  • 5G의 세 가지 Use case인 eMBB(enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra-Reliable Low-Latency Communications), MMTC(Massive Machine Type Communications)에 대하여 시나리오 및 요구사항을 정의하기 위한 Study 진행

    기존에 포함하지 않았던 새로운 시나리오로는 고속 열차 지원을 위한 High Speed 시나리오, V2X 지원을 위한 Highway 및 Urban Grid 시나리오, 항공기 통신을 위한 Commercial Air to Ground 및 Light aircraft 시나리오 등이 있음

  • 5G NR Study Item은 2016년 3월에 승인이 이루어져 각 WG 별로 약 1년간 진행됨. 이어서 5G NR Work Item이 2017년 3월에 승인되어 규격 작성 작업이 진행 되어 2017년 12월에 NSA 규격 및 TS 문서가 승인 예정
  • 고속열차 지원을 위한 High Speed 시나리오는 5G NR에 처음으로 포함 되었으며 Below 6GHz 및 Above 6GHz를 주파수 대역 모두 포함
  • High Speed 시나리오의 Layout 옵션은 기지국에서 열차 내부의 단말에 직접 접속하는 Macro only layout과 열차에 설치된 Onboard relay가 기지국으로부터 신호를 받아 열차 내부의 단말에 전달하는 Macro+relay layout을 모두 포함함

    4GHz Macro only 시나리오

    - 30GHz Macro+relay 시나리오

  • 3GPP에서의 최초로 V2X를 지원하는 규격은 LTE를 기반으로 하였으며 Rel. 14에 포함되며 Sidelink에 해당하는 V2V에 포커스를 맞춤. 해당 V2V 통신은 D2D 통신 방식을 기반으로 개발
  • V2X에 이어서 Enhancement of V2X(eV2X)에 대한 표준화가 진행되어 Rel. 15에 완료 예정
  • 3GPP 5G NR에서 V2X 지원을 위하여 Highway 시나리오와 Urban grid 시나리

    Highway 시나리오

    Urban grid 시나리오

  • 3GPP 5G NR 기반 V2X Study Item이 승인되어 우선 Evaluation methodology에 대한 논의를 진행 중
5.핵심요소기술 선정
  • 확정된 요소기술을 대상으로 산·학·연 전문가로 구성된 핵심요소기술 선정위원회를 통하여중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정
  • 핵심요소기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업적합성 (10)을 고려하여 평가

[ 대기오염 ]

대기오염
분류핵심요소기술
열차 환경 성능 향상 기술 mmWave 편파 MIMO 기술
동일주파수 멀티플로우 기술
도로환경 핵심 기술 차체를 고려한 도로환경 mmW 채널 모델링 기술
멀티플 엑세스 기술
커버리지 확장을 위한
릴레이 기술
커버리지 확장용 멀티홉 릴레이 기술