차량 사물 통신(V2X)

과학(Science)/산업 (Industry)

차량 사물 통신(V2X)

SURPRISER - Tistory 2023. 5. 2. 06:01

0. 목차

'차량 사물 통신(V2X)'이란?
'차량 사물 통신(V2X)' 기술 분석
'차량 사물 통신(V2X)' 산업 동향
'차량 사물 통신(V2X)' 관련 기업

1. '차량 사물 통신(V2X)'이란?

1-1. ADAS의 한계

자율주행차는 차량의 전후방 상황을 인지하고, 충돌 위험이 있을 시 스스로 판단하여 속도를 제어할 수 있는 센서 기반 인식 기술인 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)'이 설치되어 있다. '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)'이란 운전 중 발생할 수 있는 다양한 상황을 차량이 스스로 감지하고 판단하는 운전자 지원 시스템이다. '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)'에는 자율주행 중 사고 위험을 사전에 알려줄 수 있도록 최첨단 센서들인 '카메라(Camera)', '레이더(Radar)', '라이다(Lidar)' 등이 장착되어 있다. 이러한 센서들은 인지 거리와 범위에 한계가 있어서, 주변 환경에 따라 정확도가 크게 떨어질 수 있다는 단점이 있다.

일례로 2016년 5월, 대만에서 자율주행 모드로 주행하던 '테슬라(Tesla)' 차량이 좌회전하던 트럭과 충돌하여 운전자가 사망하는 사고가 발생하였다. 이 사고는 자율주행차의 센서들이 주변 환경을 정확히 인지하지 못하여 발생되었는데, '역광(Backlit)'으로 인해 테슬라 차량의 카메라가 트럭의 존재를 인식하지 못한 것이 직접적인 원인이었다.

1-2. 연결기반 통신기술의 중요성

자율주행차는 '첨단 센서' 및 '전자 제어 장치'를 기반으로 시작하였으나, 최근에는 통신 기술을 결합하여 '차량 대 차량', '차량 대 인프라' 등 'V2X(차량 사물 통신)' 기술을 반영한 '커넥티드 카(Connected Car)' 형태로 발전하고 있다. V2X란 운전 중 다른 차량 및 도로 인프라 등과 통신하면서 보이지 않는 곳에서의 교통상황 정보를 수집하거나 공유하는 통신 기술을 말한다. V2X에서 X는 '모든 것(Everything)'을 의미하며 '차량(Vehicle)', '인프라(Infrastructure)', '보행자(Pedestrians)', '네트워크(Network)' 등이 해당된다.

차량 간 통신(V2V: Vehicle to Vehicle): V2V는 '차량(Vehicle)'과 '차량(Vehicle)'간 통신 기술이다. 이동 중이거나 정차 중인 차량 간 신호와 데이터를 송수신하여 일정 범위 내에 있는 자동차들이 각자의 위치와 속도 정보, 주변 교통상황 등을 교환하고 돌발 상황을 대처할 수 있도록 한다. 즉, V2V 통신 기술 이용 시 앞차와의 사고 등 운전하면서 발생할 수 있는 정보들을 뒤에 오는 차량에게 전달함으로써 연쇄 추돌을 방지할 수 있는 것이다.
차량과 도로 인프라 간 통신(V2I: Vehicle to Infrastructure): V2I는 '차량(Vehicle)'과 도로 '인프라(Infrastructure)' 간 통신 기술이다. 차량 내 설치된 단말기와 도로에 설치된 '노변 기지국(RSE: Roadside Equipment)' 간 통신으로 차량으로부터 주행 정보를 수집하여, 중앙 서버에서 분석한 뒤, 교통상황 및 도로 상황을 차량에게 제공하는 데 사용한다. V2I를 통해 차량에서는 실시간 교통상황 및 돌발 상황을 제공받을 수 있어, 교통정체나 교통사고를 사전에 예방할 수 있다.
차량과 보행자 간 통신(V2P: Vehicle to Pedestrian): V2P는 '차량(Vehicle)'과 '보행자(Pedestrian)' 간 통신 기술이다. '모바일 기기를 지낸 개인 혹은 보행자'나 '이륜차', '탑승자'와의 정보 교환을 의미한다. 특히 스마트폰이나 이어폰을 사용하느라 차량을 인지하지 못한 보행자, 사각지대를 달리고 있는 자전거 등과의 사고를 예방한다.
차량과 개인 단말 간 통신(V2N: Vehicle to Network Devices): V2N은 '차량(Vehicle)'과 '네트워크(Network)' 간 통신이다. 네트워크를 통해 교통사고 상황, 도로 정체구간 등의 정보를 실시간으로 제공받을 수 있어 운전자가 유연하게 대처할 수 있도록 한다.

1-3. 자율주행 서비스 고도화를 위한 핵심기술

이동통신 표준화 기술 협력 기구인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)'에서는 고도화된 자율주행 서비스를 '군집 주행(Vehicle Platooning)', '고도 주행(Advanced Driving)', '센서 확장(Extended Sensor)', '원격 주행(Remote Driving)'의 4가지로 분류하고 있다.

군집 주행(Vehicle Platooning): '군집 주행'은 동일한 목적지로 이동하는 일ㄹ련의 차량이 아주 짧은 간격으로 대형을 이루고, 후행 차량이 선행 차량을 따라 주행하는 서비스를 말한다.
고도 주행(Advanced Driving): '고도 주행'은 자율주행 차량들이 현재의 운행 상태와 향후 예상되는 진행 경로 등을 교환하고 이를 기반으로 차량 간 협력·조율을 수행하여, 사고 위험이 낮아지고 교통상황에 도움이 되도록 운행계획을 수립하는 서비스를 의미한다.
센서 확장(Extended Sensor): '센서 확장'은 자율주행차의 카메라로부터 촬영한 영상이나 '노변 기지국(RSE)'에서 수집한 데이터를 주변에 공유하여 차량의 상황 인지 영역을 확장하는 서비스를 의미한다.
원격 주행(Remote Driving): '원격 주행'은 차량 외부에 있는 운전자가 통신 기능을 이용하여 원격으로 차량을 운전하는 서비스이다.

자율주행의 V2X 기술은 최초 'C-ITS(Cooperative Intlligent Transportation System)'에서 정의하는 자율주행차의 위치·상태 정보, 도로 인프라가 전송하는 도로 상태 등의 메시지를 전달할 목적으로 설계되었다. 그러나 사용자가 요구하는 자율주행 서비스 수준이 높아짐에 따라, 주행 판단을 돕고 편의를 더욱 증대하는 등 새로운 서비스가 도입될 것으로 전망되었다. 이들 서비스를 위해 더 많은 데이터를 신뢰성 있고 신속하게 전달할 수 있도록 V2X가 발전 중이다.

2. '차량 사물 통신(V2X)' 기술 분석

2-1. IEEE802.11p 기반 표준기술 'WAVE'

V2X 표준은 IEEE 802.11a의 대역폭을 반으로 줄여 만든 IEEE 802.11p로부터 시작되었다. 이는 PHY 계층과 MAC 계층 표준이 북미와 유럽 V2X 표준을 수립하는데 기반이 되었고, IEEE 802.11p 위에 각각의 계층을 정의하여 사용하기 시작하였다. 5.8GHz 주파수를 사용하는 'WAVE(Wireless Access in Vehiclular Environment)'는 '전기전자 공학자 협회(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers)'에서 주도하여 IEEE 802.11p 규격과 IEEE 1609 규격을 사용한다.

'WAVE(Wireless Access in Vehiclular Environment)'는 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)' 방식을 이용하고 있다. WAVE는 '무선랜(wireless LAN)' 기술을 차량 통신에 적합하도록 개선하여, 10Mhz 대역폭 기준 최대 27Mbps의 전송속도와 10ms 이내의 지연시간을 구현한다.

주요 특징	내용
통신대역폭	5.855~5.925 GHz
채널 수	7개
채널 대역폭	10 MHz
최대 전송 속도	27 Mbps
전송 범위	최대 1km
지원 가능한 차량 이동 속도	최대 200km/h

2-1-1. WAVE의 계층 구조

IEEE 802.11p와 IEEE 1609는 각각 '물리 계층(Physical Layer)'과 상위 '응용 계층(Application Layer)'을 담당하는데, 아래의 그림에서처럼 'WAVE의 계층 구조'는 안전 관련 계층에 통신 연결 시간이 긴 TCP/IP가 아니라 'WSMP(Wave Short Message Protocol)'를 사용하도록 설계됨을 알 수 있다. 'WSMP(Wave Short Message Protocol)'란 차량 통신환경을 고려하여 상위계층에서 발생한 짧은 메시지를 빠르고 자유롭게 전송하기 위한 '프로토콜(Protocol)'이다.

2-2. 차세대 V2X 표준기술 'NGV'

'전기전자 공학자 협회(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers)'에서는 '무선랜(wireless LAN)' 기술의 지속적인 발전에 IEEE 802.11p 성능을 향상할 필요가 있어, 2018년부터 IEEE 802.11p와 호환하면서 성능을 증가시킨 IEEE 802.11bd 표준을 진행하였다. 2021년에 표준화가 완료된 차세대 V2X 표준 기술 'IEEE 802.11bd'는 'NGV(Next Generation V2X)'라고 부르며, 5.8Ghz 대역을 기본적으로 사용하되, '밀리미터파(Millimeter Wave)' 대역인 60Ghz 대역도 선택적으로 사용하게 되어 있다. 차세대 V2X 표준 기술인 'NGV(Nex Generation V2X)'의 목표 성능은 다음과 같았다.

IEEE 802.11p 대비 2배 이상의 전송 속도
차량 이동속도는 최대 250km/h(근접 시 500km/h)
IEEE 802.11p 대비 최소 3dB 감소 향상
위치 추정 기술 지원
OCB 디바이스와 상호 호환성 및 공존, BackWard compatibility 지원

IEEE 802.11bd는 'IEEE 802.11p 대비 2배 이상의 전송속도', '위치 추정 기술' 등이 지원된다. 또한 'BSM(Basic Safety Message)', '멀티채널 동작', '인프라 서비스와 같은 기존 IEEE 802.11서비스와 센서 정보 공유', '차량의 위치 정보 제공', '자율주행 지원 등 자율주행차 서비스', '기차간 통신 서비스'를 제공한다.

물리계층(Physical Layer): IEEE 802.11bd의 물리 계층은 무선 전송 속도를 2배 이상 증가시키기 위하여 '256QAM 변조 기술'과 '20Mhz 채널'을 사용한다. '256QAM'은 64QAM에 비해 데이터 속도가 2배 높은 디지털 변조 기술이다. 20Mhz 주파수 대역은 이웃한 10Mhz 주파수 채널 2개를 묶어서 전송하는 기술을 사용하며, 무선 채널로 인한 수신 성능 개선을 위해 'LDPC(Low Density Parity-check Code)' 코딩과 '패킷 반복 전송', 두 개의 안테나를 사용하는 'MIMO(Multi Input Multi Output)' 기술을 사용한다. 또한 'OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)' 신호의 PAPR(Peak to Average Power Ratio)' 개선을 위해 'DCM(Double Carrier Modulation)' 방식이 적용된다.
MAC 계층(MAC Layer): 'MAC 계층'에서는 자동차의 안전과 자동차 간 상대 거리를 인지하는 것이 반드시 필요하여 Ranging 기능을 지원한다. Ranging 기능이란 5.8Ghz 주파수 대역에서 cm급의 정밀한 측위를 지원하는 기능을 말한다. 또한 IEEE 802.11와 IEEE 802.11bd 패킷 프레임 간 '패킷(Packet, 네트워크를 통해 전송하기 쉽도록 자른 데이터의 전송 단위)'을 구분하고, 상호 통신이 가능하도록 프레임 구조를 규정하며, '패킷 전송 신호(Packet Transmission Signal)'는 '패킷 초기 동기(Packet Initial Synchronization)'와 '동작 모드 세팅(Operation Mode Setup)'을 위해 Training Sequence와 Signal 정보를 포함한다. IEEE802.11db의 전송 신호 규격은 아래의 그림과 같다.

2-3. 셀룰러 기반 V2X 표준기술 'C-V2X'

2017년, '3GPP(3rd Generation Partnership Project)'에서는 LTE Direct 기술을 발전시켜, 차량 통신용으로 최적화한 C-V2X를 소개하였다. C-V2X는 '모빌리티(Mobility)' 기술을 기반으로 하여, 자동차나 건물 등 시야를 가리는 '비가시선(NLOS: Non Line of Sight)' 상황에서도 탁월한 성능을 발휘하는 등 안전성을 보장하고, 'V2V(차량 간 통신)', 'V2I(차량-인프라 간 통신)', 'V2P(차량-보행자 간 통신)'를 모두 포괄한다.

C-V2X의 무선 기술은 기존 LTE 통신 기술보다 지연시간을 줄이고 '트래픽(Traffic)'을 효율화하여 차량 통신에 적합하도록 되어 있다. 가장 중요한 특징은 'V2V(차량 간 통신)'가 가능한 '사이드링크(Sidelink)' 기술의 도입이다. Sidelink란 '상향 회선(Uplink, 차량탑재장치 등이 노변장치로 정보를 전송하는 통신 채널)' 및 '하향 회선(Downlink, 노변 장치가 차량탑재장치 등에 정보를 전송하는 통신 채널)'과 대응되는 개념의 '차량 간', 혹은 '차량-보행자 간'의 '직접 통신(Direct Communication)'을 의미한다. 이 외에도 eMBMS 기능이 차량 통신에서 사용될 수 있도록, '지연시간 단축' 및 '서비스 검색 기능'이 개선되었고, '기지국(Base Station)' 단위의 '브로드캐스팅(Broadcasting)'이 가능한 'SC-PTM(Singe Cell-Point to Multipoint broadcasting)', '고속 이동 지원', '지연시간 단축' 등 다양한 기술들이 적용되었다.

C-V2X의 '사이드링크(Sidelink)' 물리 계층에는 '동기화 기능', 무선자원 제어·할당을 위한 '시그널링 기능' 등이 추가되었으나, 차량 속도 및 커버리를 고려하여 '64QAM', '256QAM'의 고차원 변조 방식은 지원하지 않는다. 이는 기존의 이동차량의 더 높은 속도를 지원하고 빠른 채널 환경 변화에 대응하기 위함이다.

또한 '동일 주파수(Common Frequency)'에서 'V2V(차량 간 통신)' 동작과 LTE 동작 방법, 다른 주파수에서의 '주파수 집성(Carrier Aggregation)' 기술이 추가되었다. 또한 각국 규제에 따른 6GHz 이하의 단말 RF 성능 요구사항과 차량용 근거리 통신 기술인 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)'과의 공존을 위한 무선 출력 규격 등이 정의되었다.

2-4. V2X 통신을 위한 차량용 안테나 기술

자율주행차는 신뢰도 향상을 위해 V2X 통신에 최적화된 안테나가 탑재된다. V2X용 안테나는 수백 대의 차량이 주행하고 있는 도로에서 안테나를 차단하는 장애물이 있더라도 'V2V(차량 간 통신)', 'V2I(차량과 도로 인프라 간 통신)'이 원활하게 이루어져야 한다. 또한 '노변 장치(RSU: RoadSide Unit)'와 '차량 탑재 장치(OBU: On Board Unit)'가 공통적으로 5.8Ghz 대역을 사용하기 때문에, 해당 주파수의 짧은 파장 특성을 이해하여 안테나 기술을 적용한다.

이에 따라 V2X 통신을 위한 '차량용 안테나'가 국내외에서 활발히 연구되고 있다. 그런 가운데 V2X 토인을 위한 안테나 기술로 '재구성 안테나(Reconfigurable Antenna)'와 '원형 편파 기술', '주파수-편파-빔 패턴'을 동시에 재구성할 수 있는 기술이 제안되었다. 그리고 최근에는 5G-V2X를 고려한 'MIMO 안테나(Multi Input Multi Output Antenna)' 기술이 연구되고 있다.

'재구성 안테나(Reconfigurable Antenna)'란 필요에 따라 '주파수(Frequency)', '방사 속성(Radiation Properties)' 등 안테나 특성 일부를 바꿀 수 있는 안테나로, 기존 특성은 유지한 채 '중심 주파수(Center Frequency)', '방사 패턴(Radiation Pattern)', '패킷(Packet)' 등을 바꿀 수 있는 '동적 수정(Dynamic Correction)'이 가능한 안테나를 말한다. '동적 응답(Dynamic Response)'을 제공하기 위해 '재구성 안테나'들은 RF 전류를 안테나 표면에 의도적으로 재분산시키는 내부 메커니즘을 연동하여 속성을 되돌릴 수 있다. '재구성 기능'은 변화하는 요건을 충족시키거나 시나리오를 변경할 때, 안테나 성능을 극대화할 때 사용된다.

'다중 입출력(MIMO: Multi Input Multi Output)' 기술은 송수신 단말이 여러 개의 안테나를 사용해 안테나 수가 늘어난 만큼, 통신할 수 있는 용량을 늘리거나 신뢰성을 높일 수 있는 안테나 기술이다. 무선통신에서는 채널 손실과 사용자 간 간섭을 최소화할 수 있는 기술로 분류되며, V2X에서는 차량용 저복잡·고효율 '다중 입출력(MIMO: Multi Input Multi Output)' 송신 기술이 연구 중이다. 중국 '화웨이(HUAWEI)'의 유럽 기술센터 연구팀은 '기기 간 통신(D2D: Device to Device)' 환경에서 사용자가 8×8 MIMO의 지향성 '빔 형성(Beamforming)' 기술을 활용할 경우, 전 방향 송신 D2D 환경 대비 약 7배의 D2D 연결이 증가된다는 것과, 이를 달성하기 위한 '간섭인지 무선자원 할당 방법'을 제안하여, 밀집된 '기기 간 통신(D2D)' 환경해서 MIMO 방향성 '빔 형성(Beamforming)' 기술의 활용 가능성을 보였다.

2-5. V2X 무선통신 보안 기술

V2X 무선통신 보안에서 자장 큰 문제는 '허가되지 않은 데이터가 차량 내부 네트워크로 침투되는 것'과 'DDoS 등의 공격을 통해 통신자원의 가용성을 침해하는 것'이다. V2X'의 보안 위협 요소에는 '무선통신망 해킹', '위장 OBU, '위장 RSU'등이 있으며, 이에 대한 보안 기술로는 'V2X 메시지 인증·암호화', '차량용 PKI(Vehicular PKI)' 등이 있다. PKI는 '공개키 기반 구조(Public Key Infrastructure)'의 약자로, 메시지의 암호화 및 전자서명을 제공하는 복합적인 보안 시스템을 의미한다.

V2X 보안 기술은 IEEE 1609.2와 CAMP VSC3 표준을 기반으로 기술 개발이 이루어져, 현재 국내외 '테스트베드(Test Bed)'를 구축·실증하는 단계이다. IEEE1609.2는 '차량 간 통신(V2V)', '차량 대 도로 인프라 간 통신(V2I)'의 보안 규격으로, '메시지 인증(Message Authentication)', '무결성', '기밀성 보장'과 자동서 인증 관련 내용을 포함한다. '차량 간 인증'은 'IEEE 1609.2'와 'CAMP VSC3'에서 정의한 'SCMS(Security Credential Management System)'라고 하는 '차량용 PKI(Vehicular PKI)' 기술을 적용한다.

차량 간 V2V 메시지 전송에 대한 성능 요구사항은 '미국 자동차 기술자 협회(SAE: Society of Automotive Engineers)'의 J2945에 정의되어 있다. '미국 자동차 기술자 협회(SAE)'에는 차량 간 통신 시 주기적으로 브로드캐스팅하는 안전 메시지를 '100ms(0.1초)' 주기로 전송하도록 요구하고 있다. 즉, 1초당 10개의 안전 메시지를 브로드캐스트 하도록 되어 있다. 만약 특정 차량 주변에 100대의 차량이 있다면, 1초에 1000개의 메시지를 수신하게 된다는 의미이다. 이처럼 V2X 통신에 있어서 메시지 고속 처리는 매우 중요하며, 보안 관점에서는 차량 간 메시지의 '서명 검증 고속화'가 큰 이슈가 된다.

분류	보안 위협
전장 플랫폼	ECU 소프트웨어 결함, ECU 리버스 엔지니어링
	ECU 펌웨어 해킹 및 위변조
	위장 ECU 장착
	'IVI(In-Vehicle Infortainment)' 해킹
	악성 감염 스마트 센서 물리 공격(블라인딩, 스푸핑, 재밍)
내부 네트워크	차량 내부 네트워크에 악의적인 제어 메시지 주입
	정상적인 내부 네트워크 방해 (패킷 삽입·삭제, 임의조작, 지연 등)
	도청
	'Dos', '리플레이', '스푸핑', '패킷' 폐기 공격
외부 네트워크	무선 통신망 해킹, DoS 공격
	위장 '차량 탑재 장치(OBU: On Board Unit)'
	위장 '노변 장치(RSU: RoadSide Unit)'
	악의적인 차량(Misbehavior Vehicle)
	'거짓 정보(Fake Message)' 제공
	차량 접속 기기 해킹
관리·진단	프라이버시 침해, OBD-II 해킹
	원격 업데이트 진단 및 진단 프로토콜 해킹
	해킹에 의한 사고원인 분석의 어려움
	해킹에 의한 사고원인 증거 보존의 어려움

분류	보안 기술
전장 플랫폼 보안	시큐어부트(Secure Boot)
	시큐어 소프트웨어 플래싱(Secure Software Flashing)
	시큐어 진단(Secure Diagnosis)
	애플리케이션 샌드박스(Application Sandbox)
	플랫폼 가상화(Platform Virtualization)
	하드웨어 보안 모듈(HSM: Hardware Security Module)
	부채널 방지
	Autosar CSM(Cryptographic Security Manager), SecOC(Secure Onboard Communication)
내부 네트워크 보안	침입 탐지 시스템(IDS: Intrusion Detection System)
	침입 방지 시스템(IPS: Intrusion Prevention System)
	차량용 방화벽(F/W)
	ECU 인증·키관리·암호화
	위협탐지(Rule-Based, Machine Learning-Based)
외부 네트워크 보안	V2X '메시지 인증(Message Authentication)'
	차량 PKI(Vehicular PKI)
	V2X 메시지 서명 고속 검증
	IEEE 1609.2, CAMP VSC3
관리·진단 보안	'보안 모니터링(Security Monitoring)', '보안 취약성' 분석
	'차량 이상징후', '비정상 행위' 분석
	원격 SW/FW 보안 업데이트
	J2735 기반 보안성 평가
	'포렌식' 및 '사고 원인 분석' 기술

2-6. 5G-V2X 연계 기술

5G 이동통신은 ITU-R에서 IMT-2020이라 부르며, Cell당 최대 1Gbps 고속 데이터 전송이 가능하고, 1ms 이내의 지연속도를 제공하며, 1km² 당 10⁶개의 '사물인터넷(IoT: Internet of Things)' 단말 통신 수용을 목표로 하고 있다. 이러한 목표에 따라 3GPP는 Rel.16 표준화를 완료하였으며 핵심 기술로는 '초고속 광대역 기술(eMMB: enhanced Mobile Broadband)', '고신뢰 및 초저지연 기술(URLLC: Ultra-Reliable and Low Latency Communication)', '초연결 기술(mMTC: massive Machine Type Communication)'이 있다.

5G 이동통신 분야 중 V2X 관련 서비스로 '지능형 교통 체계(ITS: Intelligent Transportation System)' 서비스와 '자율주행' 서비스를 포함하고 있다. 대표적인 서비스로는 '차량 군집 주행(Vehicle Platooning)', '차량 센서(Vehicle Sensor)', '맵 정보 공유', '원격제어(Remote Control)' 등이며 총 27가지를 제시하였다. 그리고 서비스 제공을 위한 V2X 통신 기술로는 'LTE V2X', 'LTE eV2X', '5G NR V2X'가 있다. 'LTE V2X'는 Rel.12와 Rel.13에서 표준화된 'D2D(Device to Device)' 기술을 바탕으로 한 LTE 기반 차량 통신 기술이다. Rel.14에 명시되어 있으며, 이후 Rel.15의 LTE eV2X, Rel.16의 V2X 기술로 발전하였다.

항목	대표 서비스	End-to-End Latency	PER(Packet Error Rate)
Rel.12 (LTE V2X)	-	-	-
Rel.13 (LTE V2X)	-	-	-
Rel.14 (LTE V2X)	도로 안전 메시지 방송(CAM, DENM, BSM)	100ms	10%
Rel.15 (LTE eV2X)	군집 주행(Platooning), Advnaced Driving, Extended Sensor, Remote Driving	5ms 이내	1% 이내
Rel.16 (5G NR V2X)	Rel. 15 서비스, Unicast 지원, Groupcasting 지원	5ms 이내	1% 이내

Rel.14 (LTE V2X): Rel.14 LTE V2X는 'ITS 서비스'를 지원하며 도로 안전 메시지를 반복적으로 전송하고 운전자에게 경고하는 서비스를 말한다. End-to-End Latency는 100ms 이내이고 PER이 10% 이내의 성능을 제공한다.
Rel.15 (LTE eV2X): Rel.15 LTE eV2X는 'ITS 서비스'와 '자율주행 서비스'를 제공하며, '군집 주행(Platooning)'과 'Advanced Driving', 'Extended Sensor', 'Remote Driving' 서비스를 제공할 수 있도록 End-to-End Latency를 5ms 이내로 하였고, PER도 1% 이내를 만족하는 규격이다.
Rel.16 (5G NR V2X): Rel.16 NR V2X는 Rel. 15 LTE eV2X에 비해 Unicast와 Groupcasting 기능이 추가되었다. 자율주행 서비스를 지원할 수 있도록, '메시지 지연시간'과 '통신 신뢰성'을 크게 향상시키는 기술을 포함하고 있다.

2-6-1. 5G-V2X 물리 계층의 주요 특징

5G V2X 통신 기술은 '직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access)' 무선접속방식을 사용한다. 차량 환경에서 채널 추정이 가능하도록 신호를 주기적으로 전송한다.

5G-V2X의 '물리 계층(Physical Layer)'은 '차량의 고속 이동환경'과 '밀미터파 대역'을 사용하는 것을 고려하였다. '채널 추정'을 위하여 '복조(Demodulation)' 시 위상 추정에 되는 'DMRS(Demodulation Reference Signal)', 밀리미터파 전송 시 위상 보정에 도움이 되는 'PTRS(Phase Tracking Reference Signal)' '상향 회선(Up Link)'과 '하향 회선(Down Link)' 채널 추정을 위한 'SRS(Sounding Reference Signal)'과 'CSI-RS(Channel State Information Reference Signal)' 기술을 포함한다. '5G-V2X 물리계층'의 주요 특징을 표로 정리하면 다음과 같다.

5G V2X 통신기술	사용된 기술
다중 접속	직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
신호 파형	SC-OFDM(Singe Carrier OFDM)
채널 코딩	LDPC Coding
입력/출력	'다중 입출력(MIMO: Multi Input Multi Output)' 기술
프레임 구조	고속 이동 환경을 고려한 프레임 구조

2-6-2. '시간 지연'과 '신뢰성'을 제공하기 위한 기술

'V2N(Vehicle to Network Devices)'은 '차량과 개인 단말 간 통신'을 의미한다. 5G-V2N은 차량과 서버 간 통신에 있어서 5G '코어망(Core Network)'을 통해 접속된다. 여기서 '코어망(Core Network)'을 통한 '접속 시간 지연'이 필연적으로 발생하는데, 이는 짧은 지연시간이 요구되는 서비스 품질을 만족하기 어려울 수 있다. 차량 안전과 자율주행 서비스는 '시간 지연'과 '신뢰성' 제공이 매우 중요하다. 그래서 이를 만족하기 위해 '에지 컴퓨팅(Edge Computin)'과 '네트워크 슬라이싱(Network Slicing)' 기술을 적용한다.

에지 컴퓨팅(Edge Computing): '에지 컴퓨팅'이란 '컴퓨팅(Computing)', '메모리(Memory)', '대역폭(Bandwidth)' 등의 지원을 네트워크 주변에 배치함으로써 전송시간을 줄이는 일종의 신기술이다. '클라우드(Cloud)' 기반의 컴퓨팅은 데이터 처리를 '데이터 센터(Data Center)'나 '코어망(Core Network)'에서 하는 반면, '에지 컴퓨팅'은 가급적 단말 인근에서 데이터를 처리하여 시간 지연을 획기적으로 줄일 수 있어, 자율주행과 같은 서비스에 효과적이다.
네트워크 슬라이싱(Network Slicing): '네트워크 슬라이싱'은 하나의 물리적인 코어 네트워크를 'SDN(Software Defined Networking)'과 'NFV(Network Function Virtualization)' 기술을 이용하여 서비스 형태에 따라 다수의 독립적인 '가상 네트워크(Virtual Network)'로 분리하는 기술이다. 독립된 다수의 '가상 네트워크(Virtual Network)'는 각각의 '슬라이스(Slice)'를 통해 자율주행과 같은 맞춤형 서비스를 제공할 수 있어 5G에 필수적인 기술로 분류된다.

3. '차량 사물 통신(V2X)' 산업 동향

영국의 글로벌 시장조사업체 IHS Market의 2019년 보고서에 의하면, 2024년까지 전 세계 승용차의 12%에 달하는 1120만 대의 차량이 V2X를 장착할 것으로 전망하였다. 이는 2019년 15000대에 불과한 V2X 장착 차량이 향후 5년간 연평균 277.5%의 성장률로 증가할 것이라는 의미이다. IHS Market은 V2X 시장이 결국은 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)' 중심으로 형성되겠으나, 초기에는 셀룰러 기반 V2X 표준 기술인 'C-V2X' 차량이 주도할 것으로 내다보았다. 그리고 2가지 기술 모두를 사용하는 '복합적 접근법' 역시 가까운 시일 내에 나타날 것으로 예상했다.

또한 C-V2X를 표준으로 채택한 중국이 세계 V2X 시장을 주도할 것이고, 2024년까지 선두를 유지할 것으로 내다봤다. 유럽은 2번째로 큰 V2X 시장이 될 것으로 전망하였고, 북미 시장은 C-V2X 장착 차량이 2021년부터 생산될 것으로 전망하였다. 한국과 일본은 2021년까지 DSRC 기반 솔루션의 발전과 함께, 약 60000대 이상의 차량 생산을 예측하였다. 인도와 남미 지역은 2024년 이후에나 생산이 가능할 것으로 예측하였다.

'디바이스(Device)' 유형별로는 '노변 장치(RSU: RoadSide Unit)'보다는 '차량 탑재 장치(OBU: On Board Unit)'가 시장 대부분을 차지할 것으로 전망된다. 지역별로는 아시아와 유럽이 전체 시장의 80% 가까이 차지하며, 전체 시장 성장을 주도할 것으로 전망된다.

3-1. '중국'의 V2X 산업 동향

요약: 발 빠른 C-V2X 상용화

중국은 2016년에 C-V2X를 표준으로 채택하였다. 또한 2018년에는 LTE-V2X 기술에 '5.9GHz 대역, 대역폭 20MHz'의 '주파수(Frequency)'를 할당했고, 2025년까지 신차 출시의 50%, 2030년에는 거의 모든 신차의 LTE-V2X 장착을 목표로 하였다. 중국의 LTE-V2X 기술 상용화는 이미 2020년에 시작되었다.

중국은 V2X를 위한 '노변 기지국(RSE: Roadside Equipment)'도 적극적으로 설치하고 있다. 2021년 기준, 예상되는 노변 기지국의 총 숫차는 총 3300여 개 이며, 새로운 지역에 '노변 기지국'이 추가로 설치되고 있다.

3-2. '미국'의 V2X 산업 동향

요약: 발 빠른 C-V2X 상용화

'미국 연방통신위원회(FCC: Federal Communications Commission)'는 지난 2020년 11월 '5.9GHz 현대화(Modernizing the 5.9 GHz Band)'라는 행정명령의 발효에 대한 투표를 시행했다. 투표 결과, C-V2X에만 '5.9GHz 대역, 대역폭 30MHz'의 '주파수(Frequency)'를 할당했다. 또한 기존에 설치된 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)'는 2년 안에 철거하거나 C-V2X로 전환해야 하는 행정명령을 발효하였다.

미국은 V2X 상용화에도 속도를 내고 있다. 가장 대표적인 경우는 '포드(Ford)'사는 2022년부터 출시되는 모든 신차에 LTE-V2X를 장착하겠다고 발표한 바 있다. 추가로 '아우디(Audi)'는 2021년 5월에 'V2X' 기술을 활용한 스쿨버스 감지 기능을 개발했다고 밝혔다. 이 기술을 이용하면 '스쿨버스(School Bus)'와 '스쿨존(School Zone)'에 대한 안전 서비스를 LTE-V2X를 이용해 제공할 수 있다. 미국 전국의 수십만 대 스쿨버스에 대해 적용이 가능할 것으로 생각된다.

3-3. '유럽'의 V2X 산업 동향

요약: 기술 중립성 선언

'유럽'은 '주파수 할당(Frequency Allocation)'을 기술이 아닌 서비스별로 하고 있다. 5.9GHz 대역에 40MHz 대역폭은 '안전 서비스', 20MHz 대역폭은 '통상 서비스', 10MHz 대역폭은 '도시 철도 서비스'로 할당하였다. 기술 측면에서 보면, 2019년에 ITS-G45라는 기술을 단독으로 쓰는 것을 골자로 Delegated Act가 유럽 회원국 투표에 부쳐졌는데, 총 28개국 중 무려 21개국의 반대로 부결되었다. 이에 따라, 유럽은 기술 중립성을 선언한 것이다. 따라서 유럽 정부의 역할은 기술 방식을 정하기보다 시장이 활성화될 수 있도록 중립성을 유지하는 것이며, 기술의 선택은 '5G 자동차 협회(5GAA: 5G Automotive Association)'와 같은 산업계 의견을 수렴한다는 입장이다.

유럽에는 'C-ROADS', 'CONCORDA', 'NordicWay', 'Indid'와 같은 프로젝트들이 있으나, 이러한 프로젝트들을 시장 상황이나 유럽 회원국의 입장이라고 볼 수는 없다. '5G 자동차 협회(5GAA)'는 약 3년에서 5년 사이에 기술 방식이 뚜렷하게 될 것으로 예측하고 있다. 따라서 5GAA는 유럽의 기술 중립을 고려해 '듀얼 모드(Dual Mode)'의 '노변 기지국(RSE: Roadside Equipment)'을 추천하고 있다.

3-4. '한국'의 V2X 산업 동향

요약: 'DSRC'와 'C-V2X'를 두고 표준화 채택 진행 중

중국과 미국은 차세대 자율주행 통신 기술 표준으로 C-V2X를 선정하였지만, 2023년 기준 '한국'은 아직 특정 표준을 확정하지 않은 상황이다. V2X는 검증된 기술인 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)' 기반 'WAVE'와 우수한 특성의 'C-V2X'가 있다. 'WAVE(Wireless Access in Vehiclular Environment)'는 자동차 환경에 적합하도록 개발된 통신 방식이라 고속으로 주행하는 차량 통신 서비스에 특화되어 '차량 간 통신(V2V: Vehicle to Vehicle)' 및 '차량과 도로 인프라 간 통신(V2I: Vehicle to Infrastructure)'에 최적화된 기술로 평가받는다. 한편, C-V2X는 WAVE보다 후발주자이나 처음부터 '모빌리티(Mobility)' 기술로 개발되었기 때문에, 다른 자동차나 건물 등 시야를 가리는 '비가시선(NLOS)' 상황에서 우수한 성능을 발휘하는 것으로 알려져 있다.

한국 정부는 당초 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)'으로 C-ITS를 채택한다는 계획이었으나, C-V2X와 비교 검토 후 '차세대 지능형 교통 체계(C-ITS: Cooperative-Intelligent Transport System)' 국가 표준을 결정하기로 하였다.

4. '차량 사물 통신(V2X)' 관련 기업

세계 V2X 시장의 '핵심 칩셋'과 '소프트웨어'는 '정보통신기술(ICT: Information and Communication Technologies)' 업체들이 주도하고 있고, 하드웨어는 자동차 업체들에게 제품을 공급하는 부품 업체들이 주도하고 있다. '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)'의 경우 공급업체 선택지가 상대적으로 넓은 편이나, C-V2X는 'NXP', '퀄컴(Qulacomm)' 등 외산 제품을 주로 채택하고 있다. 한국의 업체들은 '차세대 지능형 교통 체계(C-ITS: Cooperative-Intelligent Transport System)' 시범사업에 지속적으로 참여 중이며, 최근에는 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)'과 'C-V2X' 겸용 하이브리드 단말기 개발에도 주력 중이다.

4-1. 퀄컴(Qualcomm)

특징: 중국과 미국의 C-V2X 단일 표준 선택으로 입지가 더 확고해질 것으로 전망됨.

미국이 2020년 11월에 '차세대 지능형 교통 체계(C-ITS: Cooperative-Intelligent Transport System)' 표준으로 이동통신 기반의 C-V2X를 택함에 따라, 관련 솔루션을 공급하는 '퀄컴(Qualcomm)'의 입지가 더욱 증가할 것으로 전망하고 있다. 관련 업계에 따르면, 중국의 자동차 회사인 '홍치(Hongqi)'의 차량에 C-V2X를 적용하였고, 중국 '큐텔(Quectel)'의 'AG15' 모듈에는 이미 퀄컴의 C-V2X 기술이 들어가 있어 차량 간 통신(V2V: Vehicle to Vehicle)', 차량과 도로 인프라 간 통신(V2I: Vehicle to Infrastructure)', '차량과 보행자 간 통신(V2P: Vehicle to Pedestrian)' 등에서 연결성을 높일 것으로 보고 있다.

중국은 2016년에 자율주행 관련 기술표준을 확정한 국가이다. 이로 인해 '지능형 교통 체계(ITS)'와 지능형 '커넥티드 카(Connected Car)' 등에 C-V2X 기술을 적극적으로 수용하는 추세이고, 이미 C-V2X를 적용한 차량을 판매하고 있다 '차이나 모바일(China Mobile)' 등 현지 이동통신사뿐 아니라 '커넥티드 카 솔루션(Connected Car Solution)' 분야 기업에서도 '퀄컴'의 솔루션을 채택하는 사례가 늘고 있는 것으로 분석된다. 이에 따라 '퀄컴'의 시장 입지는 더욱 확고해질 것으로 전망된다.

또한 중국에 이어 미국이 C-V2X를 택함에 따라, 다른 국가의 정책에도 파급력을 미칠 것으로 예상된다. C-V2X는 5G NR과도 호환 가능하며 '카메라(Camera)', '레이더(Radar)', '라이다(Lidar)' 등 기타 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)' 센서를 보완하는 역할을 한다. 이로 인해 차세대 자율주행 통신 표준에 적합하다는 평가가 많은 편이다.

4-2. LG 이노텍(LG Innotek)

국적: 한국
특징: 차량통신 기술 변화의 선도적 대응

'LG 이노텍(LG Innotek)'은 2018년에 LTE 기반 C-V2X 모듈을 출시했다. '커넥티드 카(Connected Car)'와 '자율주행차' 등에 장착 가능한 모듈 단계까지 기술적 완성도를 높인 것은 한국의 기업 중 'LG이노텍'이 처음이고, LG이노텍의 C-V2X 모듈 개발로 완성차 및 부품 업체들은 차세대 통신 플랫폼 구축에 속도를 낼 수 있게 되었다. 이 모듈을 사용하면 V2X 관련 수백 개의 부품을 구입하거나 복잡한 통신 회로와 소프트웨어를 새로 설계할 필요가 없게 된다.

2019년 10월에는 C-V2X 모듈의 통신 칩셋으로 현재 가장 높은 평가를 받는 5G Qualcomm칩 기반 차량용 통신 모듈을 세계 최초로 개발했다고 발표하였다. C-V2X가 전례 없는 신기술이라 '하드웨어(Hardware)'와 '소프트웨어(Software)'를 최적화하기 어렵지만, '독자적인 회로설계 기술'과 '차량부품사업 노하우'로 모듈화에 성공한 것으로 보인다. 또한 국제 기술표준을 준수하여 지역이나 차량에 상관없이 다수의 사업자들이 이 모듈을 사용할 수 있도록 하였다. 모듈 사이즈는 신용카드의 3분의 1 수준이다. 차량 내부 어디든 장착하기 편리하며 '통신 칩셋', '메모리' 등 350여 개의 부품을 탑재한 모듈의 두께는 3.5mm 정도이다.

'LG이노텍'은 차세대 '차량용 통신부품 시장의 지속적인 증가 전망'과 '통신부품이 자율주행차' 등이 미래 자동차 성능과 안전성을 좌우하는 핵심이라 판단하였다. 이에 '유럽(Europe)', '북미(North America)', '아시아(Asia)' 등 여러 글로벌 기업과 V2X를 활용한 통신 플랫폼 개발에 활발히 참여하고 있다. LG이노텍의 기술력을 기반으로, V2X 시장에서 높은 점유율이 기대된다.

4-3. 켐트로닉스(Chemtronics)

국적: 한국

'켐트로닉스(Chemtronics)'는 1983년에 화학 유통 사업으로 시작해, 1997년부터 전자사업까지 영역을 확장하였다. 화학사업은 '삼성전자'나 '삼성 디스플레이'에 'OLED', '폴더블폰 재료'를 공급하고 있다. 전자사업은 중국과 베트남 법인의 제조 경쟁력을 바탕으로 '스마트폰', '자동차', '가전' 등 다양한 분야에 무선 충전 소재와 모듈을 공급하고 있다. 2019년, '삼성전기'의 모바일 무선 충전 관련 사업을 210억 원에 인수하여, 이를 바탕으로 '무선전력전송(Wireless Power Transfer)'과 'NFC 칩코일(NFC Chip Coil)' 사업 관련 '설비', '인력', 'Intellectual Property Right)'을 확보함으로써 경쟁력을 강화하였다. 미래의 첨단 먹거리 산업인 자율주행 분야는 2013년부터 사업을 진행하여, 자율주행의 필수 핵심요소인 V2X 기술 개발에 적극적으로 임하고 있다.

'켐트로닉스(Chemtronics)'는 2014년에 이미 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)'와 'C-V2X' 기술을 모두 지원하는 단말기를 개발한 경험이 있고, 판교 제로시티 자율주행 실증사업에 공급한 바 있다. V2X와 관련된 하드웨어뿐 아니라 소프트웨어 부분도 자체 기술력을 확보하고 있다. 따라서 국내 표준이 어떻게 결정되더라도 빠르게 대처할 수 있는 유연성이 '켐트로닉스'의 큰 강점이다.

4-4. 라닉스(RANIX)

국적: 한국
설립: 2003년

'라닉스(RANIX)'는 '시스템 반도체(System Semiconductor)' 개발과 제조를 목적으로 설립된 기업이다. 2007년 '하이패스(Hi-pass)'용 DSRC '시스템 온 칩(SoC: System on Chip)' 개발 및 상용화 이래, 자율주행 분야의 핵심기술인 V2X Modem 칩세트를 3세대에 걸쳐 개발하면서, V2X 분야에서 국내 우위를 목표로 하고 있다. 또한 2018년 RS232 암호 보안 컨트롤러를 상용화하면서 국가 공공기관 2등급 인증을 획득하였다.

'라닉스(RANIX)'의 주요 매출은 '단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated short Range Communication)' 칩인 'MaaT 시리즈'와 스마트폰 배터리의 보안·인증 칩 등이다. 2020년 3분기 말 MaaT 시리즈 매출은 69억 원으로 전체 매출의 약 70% 이상을 차지하였다.

4-5. 한컴 MDS

국적: 한국
설립: 1998년

'한컴 MDS'는 '임베디드 시스템(Embedded System)'에 필요한 '개발 솔루션', '소프트웨어·하드웨어 솔루션'을 주요 사업으로 하고 있다. Innovation 사업 부문에서 '임베디드 OS(Embedded System OS)'를 포함한 자율주행 및 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)', 'V2X'로 대표되는 자율주행차 S/W개발 솔루션을 제공하고 있으며, 4차산업 혁명의 핵심인 융합과 스마트화를 위한 솔루션을 보유하고 있는 점이 특장점이다.

2020년 7월에는 4차 산업 중심의 '지능형 사업 부문(IoT, AI, 보안, 테스팅, 컨설팅 등)'을 분할하여 '한컴 인텔리전스'를 설립하였다. 2022년에는 '한컴 인텔리전스'의 사명을 'MDS 인텔리전스'로 변경하였다. 현재 자동차 전장화로 현대기아차 그룹의 차량용 임베디드 수주가 증가하는 추세이다. 아울러 LG그룹 및 삼성 계열사의 자동차 사업 진출 확대로 매출을 다변화하고 있다.

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