Chapter     2
차량용 무빙 네트워크 시스템

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정희상  ||  한국전자통신연구원 책임연구원


I. 결과물 개요

개발목표 시기 2022. 10. 기술성숙도 (TRL) 개발 전 개발 후
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결과물 형태 SW-System, Patent 검증방법 자체검증, 3자 검증, 시범사업
Keywords 밀리미터파 백홀, 이동통신 시스템, 5G 통신, 빔 스위칭, 공공 와이파이, Millimeter Wave Backhaul, Mobile Communication System, 5G Communications, Beam Switching, Public Wi-Fi
외부기술 요소 100% 개발기술, License 이용 권리성 특허, SW, 설계도

 

*   본 내용은 정희상 책임연구원(☎ 042-860-6115, hschung@etri.re.kr)에게 문의하시기 바랍니다.

**   본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

***   정보통신기획평가원은 현재 개발 진행 및 완료 예정인 ICT R&D 성과 결과물을 과제 종료 이전에 공개하는 “ICT R&D 사업화를 위한 기술예고”를 2014년부터 실시하고 있는
  바, 본 칼럼에서는 이를 통해 공개한 결과물의 기술이 전, 사업화 등 기술 활용도 제고를 위해 매주 1~2건의 관련 기술을 소개함



II. 기술의 개념 및 내용

1. 기술의 개념

기지국과 차량을 무선으로 연결하는 통신 시스템


[그림 1] 기술개념도


- 밀리미터파 주파수의 광대역을 통해 차량에 기가(Giga)급 통신 용량을 제공하는 통신 시스템

- RSU(Road Side Unit)와 차량 간에 V2I(Vehicle-to-Infra) 인터페이스를 제공하는 통신 시스템으로 사용 가능

- MNS(Moving Network System) 기지국과 차량 간에 V2N(Vehicle-to-Network) 인터페이스를 제공하는 통신 시스템으로 사용 가능

- 차량과 차량 간에 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 인터페이스를 제공하는 통신 시스템으로 사용 가능


 


III. 국내외 기술 동향 및 경쟁력

1. 기술의 특성 및 성능

용도미지정1) 주파수인 22~23.6GHz 주파수를 사용하는 차량용 통신 시스템
차량이 실제 운행하는 도로 환경에 최적화하기 위한 설계 및 구현

- 기지국은 고정 빔포밍(Fixed Beamforming), 차량 단말은 3개의 Beam을 적용

- 밀리미터파 주파수 및 도로 주행 환경에 적합한 핸드오버 알고리즘을 채택

- MNS(Moving Network System) 기지국과 차량 간에 V2N(Vehicle-to-Network) 인터페이스를 제공하는 통신 시스템으로 사용 가능

- 차량과 차량 간의 통신을 이용하여 기지국 Beam Blockage 상황에서 릴레이

주파수 분할에 따라서 기지국과 차량, 차량과 차량에 적용하는 주파수를 분리
기지국과 차량 간에 600MHz 대역폭을 할당하면 기지국 용량 6Gbps(2 Cell)

- 하나의 차량에 1Gbps 용량 제공이 가능

- 기지국과 차량 간의 거리 500m까지 1Gbps 용량 제공이 가능


2. 경쟁기술/대체기술 동향 및 현황

경쟁 기술로는 자율주행 및 C-ITS 서비스를 위한 WAVE와 C-V2X 기술이 있음

- WAVE는 Wi-Fi 계열인 IEEE 802.11p 규격을 기반으로 하는 기술

- C-V2X는 Cellular 기술인 LTE와 5G NR을 차량에 특화한 기술

WAVE는 오랜 검증 기간을 통해 제품의 안정화와 가격 경쟁력을 확보
전송 용량, 전송 거리, 지연 시간 등의 성능 측면에서 C-V2X가 우위

- LTE 기반의 C-V2X는 3GPP 규격이 완성되었고 칩셋이 공급되는 상황

- 5G NR 기반의 C-V2X는 2020년 3월에 Release 16 기반의 규격을 배포할 예정

- 2022년 초반에 5G NR 기반의 칩셋 공급을 예상


3. 우수성 및 차별성

경쟁기술 본 기술의 우수성/차별성
WAVE, C-V2X

- 본 기술은 밀리미터파 대역을 사용하는 V2X로서, 대용량 데이터 제공이 가능(5G NR 기반의 C-V2X는 밀리미터파 사용을 배제하지 않으나, 6GHz 이하 주파수 제품이 우선적으로 개발되고 있음)

- 본 기술은 선도적인 개발을 통해 차량 운행환경에 최적화된 작업을 통해 밀리미터파의 실외(outdoor) 환경 사용에 따른 문제점 파악과 해결책을 확보


4. 표준화 및 특허

표준화 동향

- C-V2X는 3GPP Release 16, 17의 표준화 일정을 참고

- Release 16
※ 2018년 Study Item 시작, 2020년 3월 Work Item 종료(예정)
※ 차량 간 직접 통신을 위한 Sidelink의 물리계층과 상위 프로토콜 위주 규격화
※ Unicast, Groupcast, Broadcast 등을 지원하며 LTE 기반의 V2X 연동을 지원

- Release 17
※ Release 16을 기반으로 추가적인 기능 향상을 목표로 Study Item 승인(2019.12.)
※ 단말 전력 소모 감소, 신뢰도 향상, 지연 감소 등의 목표 제시


관련 보유특허
No. 국가 출원‧등록번호(출원‧등록일) 상태 명칭
1 한국 2018-0107736(2018.09.10.) 출원 무선통신 시스템에서의 그룹캐스트 사이드링크 통신 방법 및 이를 위한 장치
2 한국 2018-0116100(2018.09.28.) 출원 무선통신 시스템에서의 그룹캐스트 궤환 방법
3 미국 16/579,924(2019.09.24.) 출원 Method for groupcast transmission and reception and apparatus thereof
4 한국 2019-0057060(2019.05.15.) 출원 이동통신 네트워크에서 스위치드 빔포밍에 의한 신호 전송 방법 및 장치
5 한국 2019-0071968(2019.06.18.) 출원 무선통신 시스템에서의 사이드링크 전력 제어 방법
6 한국 2019-0122896(2019.10.4.) 출원 통신 시스템에서 랜덤 액세스를 위한 방법 및 장치
7 한국 2019-0130030(2019.10.18.) 출원 무선통신 시스템에서의 복조 참조신호 설정 방법
8 한국 2019-0135897(2019.10.29.) 출원 존에 기반한 사이드링크 통신 방법
9 한국 2019-0111789(2019.09.09.) 출원 통신 시스템에서 상향링크 전송 전력 제어 방법 및 장치
10 한국 2019-0145452(2019.11.13.) 출원 무빙 네트워크 시스템에서 반복수신 알고리즘을 적용하는 방법
11 한국 2019-0138153(2019.10.31.) 출원 도로환경에서 핸드오버 지
12 한국 2019-0140825(2019.11.06.) 출원 5G통신 네트워크에서 L2 릴레이를 이용한 차량 간 통신 방법 및 장치
13 한국 2019-0144741(2019.11.13.) 출원 무선통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치

 


IV. 국내외 시장 동향 및 전망

1. 국내외 시장동향 및 전망

자율주행과 C-ITS는 차량용 통신 시스템의 가장 큰 수요처가 될 전망임
차량용 통신 모듈을 탑재하는 세계 커넥티드카 시장 규모는 2017년 2,900만 대에서 2025년 7,200만 대로 커질 것으로 전망(Frost & Sullivan, “Global Connected Car Market Outlook,” 2018. 4.)
커넥티드카 생태계는 자동차 업체만이 아니라 통신사업자, 플랫폼 사업자, 인터넷 서비스 업체와 같은 ICT 기업들이 참여하게 될 전망
(국내)

- WAVE 기술을 적용하여 다양한 C-ITS 시범 사업을 추진 중이며, 2017년 대전 지역 3,000여대 차량에 WAVE 기반 차량용 단말기를 보급하여 시범 운영 중

- 국내 기업들은 LTE 기반의 C-V2X 통신모듈 공급 준비가 된 상태임

- 과학기술정보통신부는 5.9GHz 대역을 기술 중립으로 지정함(WAVE, C-V2X)

(국외)

- 중국의 자동차 시장은 C-V2X 기반으로 서비스, 생태계, 정부가 움직이고 있음

- 미국은 DSRC 기술을 적극적으로 도입하려고 준비하여 2016년부터 차량에 V2V통신장비 의무화 법안 추진으로 2023년 신차에 의무 도입이 예상되나, 최근에는 기업을 중심으로 C-V2X 시험 주행 사업이 진행되고 있음

- 유럽은 5.9GHz 대역을 안전 관련 C-ITS 용도로 배정하고 DSRC 기반의 ITS-G5지원을 의무화하고 있음


2. 제품화 및 활용 분야

활용 분야(제품 / 서비스) 제품 및 활용 분야 세부내용
차량용 통신 시스템
(RSU, OBU)

- 차량용 통신 시스템의 기지국 사이드는 RSU(Road Side Unit), 차량단말 사이드는 OBU(On Board Unit)로 이용 가능

- RSU, OBU를 통해 차량에서 수집한 정보를 OBU에서 RSU로 전송, RSU를 통해서 다양한 정보를 OBU에 전송 가능

- 자율주행, C-ITS의 다양한 서비스가 적용되며, 특히 대용량 데이터 전송을 통한 Infotainment 서비스에 적합


 


V. 기대효과

1. 기술도입으로 인한 경제적 효과

비즈니스 모델에 따라 경제적 효과가 다양하게 나타날 것으로 기대(5G포럼, “교통융합위원회 백서”, 2019.)

- RSU 설치 없이 이동통신사의 4G/5G 네트워크를 이용하는 경우, 커넥티드카의 통신요금을 바탕으로 추정하면 해마다 860~3,443억 원 정도의 통신비용이 발생

- 도로변에 RSU 설치 시 3,500억 원 정도의 장비가, 구축비 및 운영비가 소요


2. 기술사업화로 인한 파급효과

장비 제조사, 망운용 사업자 등에게는 직접적인 경제 효과가 발생하며, 자율주행, C-ITS 서비스가 활성화될 것으로 기대됨


* 본 자료는 공공누리 제2유형 이용조건에 따라 정보통신기획평가원의 자료를 활용하여 제작되었습니다.