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모바일 통신 기술의 과거와 현재, 미래차세대 모바일 기술 ②
정환용 기자 | 승인 2017.12.04 13:16

[EPNC=정환용 기자] 대륙 간의 이동이 여의치 않았던 시절에는 ‘함께 한다’는 말의 정의가 지금과 다르지 않았을까 싶다. 이동수단의 발달로 지구는 점점 1일 생활권으로 좁아졌고, 통신망이 점점 진화하며 전 세계가 연결됐다. 1988년 국내에 휴대전화가 첫 선을 보인 지 30년이 지난 지금, FHD 화질의 영화 한 편을 스마트폰으로 보는 것은 굳이 다운로드를 받지 않고 스트리밍으로도 가능하게 됐다.

휴대폰이 처음 사람들의 손에 쥐어졌을 때, 기기의 버튼은 숫자와 통화·종료 버튼이 전부였다. 그 이상의 다른 기능이 없었기 때문이다. 기술적인 한계와 더불어 당시의 통신망으로는 음성신호를 송·수신하는 것이 한계였다. 음성과 메시지는 물론 온갖 거대한 데이터들을 무료로 주고받는 지금까지 30여 년이 걸렸는데, 그 속도와 범위는 5G 통신망의 개발로 더욱 빨라지고 넓어질 전망이다. 국내에 휴대폰이 보급되던 1990년대 중반부터 지금까지, 통신망이 어떻게 발전해 왔는지 알아보자.

 

WCDMA, 세상이 연결되기 시작했다

고등학교 시절 처음 손에 넣었던 휴대폰 ‘어필’은 손가락 두 개 크기로 무척 작았다. 손이 컸던 기자는 문자를 보내기가 불편해 주로 전화 기능만 이용했다. 휴대폰의 출시 초기보다는 저렴했지만, 그래도 호출기보다는 비싼 편으로 보급률이 높지 않았다. 당시 휴대폰의 번호 앞자리는 3자리 중 유선 지역번호와 겹치지 않는 01X로 배정됐고, 011과 017이 먼저 등장한 뒤 1997년 016, 018, 019가 PCS(Personal Communication Service)로 시장에 뛰어들었다.

두 그룹은 CDMA 방식을 사용한다는 점은 같았지만, 사용하는 주파수 대역이 각 800MHz, 1.8GHz로 달랐다. 800MHz의 경우 전파가 도달하는 거리가 길어 기지국의 숫자가 적어도 괜찮았지만, 다른 전파로부터의 간섭이 많았고 대역폭이 좁아 한계가 있었다. PCS는 반대로 주파수 대역이 높아 타 전파의 간섭이 적고, 이로 인해 주고받을 수 있는 데이터의 양이 넉넉해 부가서비스를 제공받을 수 있었지만, 전파의 도달 거리가 짧아 기지국이 많이 필요한 것이 단점이었다.

두 종류의 주파수를 사용하면서 발생하는 장단점을 보완한 것이 ‘광대역’이 추가된 3세대(3G) 이동통신망 WCDMA다. ITU 기준으로 저속 이동 시 384kbps, 고속 이동 시 144kbps의 속도를 충족시켜 인증을 받았고, SK텔레콤과 KT(구 KTF)가 글로벌 통용 주파수인 밴드 1, 2.1GHz를 사용하며 본격 3G 시대를 열었다.

 

3G, 모든 세상을 연결하다

3G로 전환됐을 당시 가장 큰 변화는 번호의 통합이었다. 총 5종류의 앞자리로 나뉘어 있던 통신사는 향후 SK텔레콤, KT, LG U+ 3강 체제로 바뀌었고, 통신망을 전환하며 기존의 5개 식별 번호는 기업이 국가에 반납했다. 사실 앞의 3자리 번호는 통신사 소유가 아니라 국가의 소유고, 통신사에 이를 대여해준 형태로 운영해 왔다. 그러나 기업들이 이 번호를 무단으로 브랜드화시키면서 정부와 갈등을 빚었고, 결국 2003년 시작된 3G 서비스는 신규가입자들에게 010 번호를 부여했고, 기존의 01X 번호 이용자들은 오는 2021년 CDMA 주파수의 할당기간이 완전히 끝나면 번호를 강제로 반납해야 한다.

3G의 초기 단계 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)의 최고 다운로드 속
도 384kbps는, 3.5세대 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)에서 최대 42.2Mbps의 속도를 낼 수 있게 개선됐다. 원래 HSDPA 다음으로 이론상 최대 100Mbps의 속도를 낼 수 있는 HSPA+ 기술도 선보였으나, 국내에선 곧장 LTE로 넘어가면서 해당 기술은 국내 통신망에 적용하지 않았다.

 

4G LTE, 더 빨리 연결하다

2011년 당시 SK텔레콤에서 75Mbps 속도의 LTE(Long Term Evolution) 서비스를 시작하면서 ‘4G’란 단어를 붙였는데, 엄연히 따지면 진짜 4세대 이동통신망은 아니었다. 이전 세대인 WCDMA보다 5배 빠른 75Mbps를 표방했지만, 국제전기통신연합(International Telecommunication Union, ITU)에서 제안한 진짜 차세대 이동통신망으로 인정받기 위한 조건을 만족시키지는 못했다. ITU의 4G 달성 조건의 핵심은 저속 이동시 최대 1Gbps, 고속 이동시 최대 100Mbps를 지원해야 했는데, 당시 통신사들이 내세운 LTE는 이 조건에 미치지 못한 것. 이 내용이 사람들에게 알려지고 ‘4G가 아니라 3.9G 정도인 것 아니냐’는 의견이 일자 SK텔레콤은 TV CM의 로고에 배치했던 ‘4G’ 단어를 삭제하기도 했다.

추후 ITU는 당시의 LTE를 기존의 3G와 비교했을 때 상당한 기술적 향상이 있었고, 나중에 나오게 될 4G 통신망과 혼동할 우려가 있다고 판단해 이를 4G로 인정했다. 현재는 통신 모뎀이지원하는 최대 속도에 따라 최대 다운로드 1Gbps 속도를 내는 카테고리 16(Cat.16)까지 적용돼 있다. 향후 5G가 나온다해도 4G 시절 일부 지역에서 음성통화 시 3G로 전환해 사용한 것처럼 LTE가 서비스를 종료하진 않을 것이다. 게다가 5G의 출시 초기에는 통신사의 서비스 가격이 만만치 않을 것으로 예상돼, 지금의 LTE처럼 보급되기까지는 더 오랜 시간이 필요하다.

 

범용 네트워크, 어디서든 연결하다
모바일 기기가 단어 그대로 높은 이동성을 강점으로 갖게 된 계기는 통신망과 더불어 범용 네트워크 기술 덕분이다. 현재 가장 높은 비중으로 사용되는 범용 네트워크 기술은 ‘무선인터넷’이란 단어를 정착시킨 ‘Wi-Fi’(Wireless Fidelity), 그리고 근거리 무선 통신 기술 ‘블루투스’(Bluetooth)다. 이 2가지 기술은 현재 사용되는 모든 모바일 기기에 적용돼 있으며, 특히 Wi-Fi는 데이터 무제한 요금제를 쓰지 않는 사람들에게 없어서는 안 될 기능이다. 향후 국제표준이 될 수도 있는 여러 네트워크 기술에 대해 알아보자.

 

와이기그(WiGig, Wireless Gigabit)

지난 2009년 발표된 와이기그는 상당히 높은 60GHz 이상의 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 기술이다. 802.11ad 규격을 대표하기도 하고, 멀티 기가비트 속도를 낼 수 있는 통신 기술을 추진하는 단체의 이름이기도 하다. 와이기그의 대역폭은 2160MHz, 최대 전송속도는 7Gbps로, 720P 화질의 영화 한 편을 몇 초 만에 전송받을 수 있는 기술이다. 혹자는 현재의 Wi-Fi를 대체할 수 있는 기술이라 하고, 어떤 사람은 무선으로 전송할 수 있는 유선 통신망의 한계 때문에 시기상조라고 한다. 실제로 Wi-Fi보다 10배 이상 빠르지만, 장애물이 있을 때는 속도나 범위가 현저히 떨어지는 단점도 있다.

 

지그비(Zigbee)

원래 지그비는 작고 전력 소모가 적은 디지털 라디오를 통해 개인 통신망을 구성하기 위한 표준이다. 그러나 지그비가 무선 메시 네트워크의 표준으로 자리를 잡은 것은, 고유의 메시 네트워크를 이용해 공간 내 여러 개의 노드를 통해 넓은 범위의 통신이 가능하기 때문이다. 전송 속도는 2.4GHz 주파수 대역에서 250kbps 정도로 느린 편인데, 이는 지그비가 Wi-Fi와는 다른 방식의 네트워크로 활용되기 때문에 문제가 되지 않는다. 지그비는 스마트폰에서 인터넷에 연결하는 용도가 아니라 센서나 기기 간의 사물인터넷 연결에서 빛을 발하는 통신 표준이다. 전력 소모가 굉장히 적어 배터리 하나로 수개월 이상 사용할 수 있고, 보안과 신뢰도, 유연성 모두 높아 상시 연결돼 있어야 하는 스마트 팩토리의 센서 표준으로 활용할 수 있다.

 

로라(LoRa)

롱 레인지(Long Range)의 약자인 로라 역시 Wi-Fi보다는 지그비에 더 가까운 기술이다. 이름처럼 저전력 설계로 10km 이상의 거리에서도 사용할 수 있고, 테스트 상으로는 50km까지도 이용할 수 있는 것으로 분석된다. 지난 10월 열린 사물인터넷 국제전시회에서 시스템베이스가 소개한 ‘로리넷’이 로라를 이용한 사설 이동통신 시스템이다. 2km 거리를 기준으로 125kHz 대역폭에서 5470bps의 속도를 내며, 지연 시간은 56ms로 짧은 편이다. 로라 기술 연합 ‘로라 얼라이언스’에서도 10마일(16km) 이상의 거리에서 통신할 수 있다고 소개하고 있다. 더불어 100만 개의 노드로 10억 개의 센서를 연결할 수 있다는 것도 장점이다.

#스마트폰#차세대#모바일#네트워크

정환용 기자  hyjeong@epnc.co.kr

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