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사람뿐 아니라 사물까지 영역 확대하는 이동통신EMBEDDED BASICS
정환용 기자 | 승인 2018.06.05 14:26

[EPNC=정환용 기자] 이동통신은 일반적으로 약 10년을 주기로 세대의 변화를 겪고 있으며, 1980년대 1세대 아날로그 이동통신을 시작으로, 1990년대 2세대, 2000년대 3세대를 거쳐, 2010년 4세대 LTE, 그리고 2020년대 5G의 시대를 앞두고 있다.

3G, 4G, 5G, 그리고 LTE, IMT-2000, CDMA, GSM, PCS, WCDMA, 와이브로, HSDPA 등, 우리에게 익숙한, 그리고 익숙했지만, 이제는 과거 속으로 사라져버린 수많은 표준과 기술들은 바로 이동통신과 관련된 것들이다.

카폰에서 시작한 국내 이동통신의 역사
1984년 한국이동통신에 의해 국내에서 처음 도입된 1세대 이동통신 서비스는 바로 카폰 서비스였다. 이 당시 이동통신은 아날로그 방식으로 단순 음성 통화만 가능한 수준이었음에도 가격이 매우 비쌌지만, 1996년 290만 명의 가입자 수를 기록했다. 이후 디지털 방식의 2세대 이동통신에 자리를 넘겨주면서 1999년 완전히 서비스를 종료했다.

1세대 이동통신은 FDMA(Frequency Division Multiple Access)라는 다중접속 기술을 사용하는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service)라는 기술 표준을 기반으로 운영됐으며, AMPS 등장 이후 다양한 아날로그 방식이 출현하면서 호환성에 문제가 발생하기 시작했다. 이런 문제를 해결하고자 표준화의 필요성이 대두되기 시작헀으며, 결국 유럽을 중심으로 GSM(Global System for Mobile Communications) 기술이 등장하게 됐다. 이들이 모여서 만든 단체가 바로 전 세계 이동통신의 표준화를 이끌고 있는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 된다.

우리나라를 제외한 대부분의 국가들이 2G의 기반 기술로 GSM 방식을 도입할 때, 우리나라는 퀄컴이 주도한 2세대 이동통신 규격인 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식을 채택했다. CDMA는 코드를 이용해 하나의 셀에 다중 사용자가 접속할 수 있게 하는 기술이다. 반면 GSM은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식으로, 시분할을 통해 다중 사용자를 지원하는 방식이었다.

우리나라가 CDMA를 채택함으로써 이후 이동통신 분야에서 앞서 나갈 수 있는 기반이 되기는 했으나, 전 세계에서 우리나라만 사용하는 기술이다 보니 많은 시행착오와 함께 해외 로밍의 제한 등의 문제가 있었으며, CDMA 관련 기술에 대한 특허를 갖고 있는 퀄컴에 대한 기술 종속과 로열티 등의 문제가 불거졌다. 2G부터 데이터 통신이 가능하기는 했으나 느린 속도와 비싼 비용으로 인해 데이터 통신은 문자 서비스 정도에 불과했다.

[그림 1] 1 983년 출시된 AMPS 기반의 휴대폰 모토로라 다이나텍 8000X.
[표 1] ITU 인증 이동통신 기술.

본격적인 데이터 통신이 시작된 3G
3세대 이동통신 기술인 WCDMA은 GSM 기반의 기술이지만, CDMA 기술의 가입자 수용능력에 대한 우수성을 인정해 다중 사용자 지원에 있어서는 기존의 TDMA 방식을 버리고 CDMA 방식을 받아들였다. WCDMA는 초기 영상통화를 강조했으나 프라이버시 문제와 비싼 요금, 빈약한 커버리지 등으로 거의 사장되다시피 했다.

WCDMA의 초기 단계인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)는 GSM이 발전된 형태로, 다운로드 최고 속도가 384kbps였다. 이런 속도의 한계를 극복하기 위해 등장한 것이 3.5세대 기술로 불리는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)다. 이 기술은 다운로드 속도를 크게 개선해 이론상 14.4Mbps의 고속으로 데이터를 전송할 수 있었다. HSPA+, DC-HSDPA 등이 등장하면서 28~42.2Mbps의 고속 다운링크 속도를 제공했으나, 국내에서는 HSDPA에서 바로 LTE로 넘어가면서 사용되지 않았다.

[표 2] 국내 이동통신 진화 과정
[그림 2] 3G 시대를 대표하는 스마트폰, 애플의 아이폰 3G.

 

오늘날 이동통신의 정점에 선 LTE
3GPP에서 개발한 4세대 이동통신 기술인 LTE(Long Term Evolution)은 LTE의 표준화가 시작된 2004년에, 2020년까지의 긴 시간 동안의 이동통신 수요를 지원하자는 의미에서 ‘Long Term’을, 그리고 당시 사용 중이던 WCDMA를 진화시킨 기술이라는 의미에서 ‘Evolution’이라는 용어를 사용했다.

엄밀히 말하면 LTE는 무선 기술 부분을 얘기하는 것이며, 무선접속 기술은 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access), 무선 네트워크는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network), 코어 네트워크는 EPC(Enhanced Packet Core)이다. 그리고 EPC와 E-UTRAN으로 이뤄진 전체 시스템을 EPS(Enhanced Packet System)이라고 부른다.

LTE는 기존의 TDMA나 CDMA가 아닌 Wi-Fi 쪽에서 사용하던 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)을 사용한다. 이는 연산량이 많아 시스템에 부담이 많이 가는 기술이나, 기술의 발전에 힘입어 AP의 성능이 향상되면서 충분히 단말에 적용할 수 있는 수준이 됐기 때문에 이제는 전 세계적으로 LTE가 가장 대중적인 이동통신 기술로 자리 잡고 있다.

LTE는 최대 다운링크 속도 75Mbps로 이전 세대의 기술에 비해 이론상 5배 이상 빠른 기술이다. 또한 All-IP를 완벽하게 구현한 첫 패킷 기반 이동통신 기술이기도 하다. 따라서 모든 것이 PC의 네트워크와 마찬가지로 패킷 형태로 데이터가 오가며, 음성 또한 기존의 서킷망이 아닌 패킷망을 사용한다. 즉 VoIP(Voice over IP) 방식으로 음성을 전송하는 것이 기본이다. 하지만 통신사의 환경이나 제반 여건에 따라 음성은 기존 3G망의 음성 서킷망을 그대로 사용하는 경우도 있다.

LTE는 상용화 초기에는 통신사들이 할당된 주파수의 대역폭 문제로 최대 75Mbps의 다운링크 속도를 제공했으나, 2016년 Cat.3, Cat.4, 그리고 심지어 Cat.12까지 발전하면서 LTE-A(LTE Advanced)로 진화해 300Mbps 이상의 다운링크 속도까지 지원할 수 있게 됐다.

LTE는 초창기부터 음성까지 패킷 전송하는 콘셉트로 개발이 진행됐지만, 초기에는 이를 지원하는 통신 칩셋이 열악해 음성은 3G 서킷망으로 통해 사용했다. 국내의 경우 2014년 7월 1일부로 완전한 VoLTE 유심이동제도가 실시됐기 때문에, 이후 출시된 모든 휴대폰은 VoLTE를 지원해야만 판매할 수 있는 구조가 됐다.

[표 3] 4G와 5G의 비교.

VoLTE는 WCDMA 대비 30% 수준의 주파수 자원만으로도 더 고음질의 통화가 가능하다. 서킷망에서는 통화시 대역폭과 상관없이 전체 서킷망을 점유해야 하지만, 패킷망은 필요한 패킷만 보내면 되기 때문이다. 이는 통신업체들에게 원가절감의 기회이기도 하며, 최근 통신사들이 음성통화나 문자메시지 무제한 서비스를 하는 이유도 바로 이런 원가절감 요인이 있기 때문이기도 하다.

LTE는 이외에도 다양한 용도로 사용하기 위한 기술 개발이 이어져, 해상무선통신망을 LTE로 대체하기 위한 LTE-M(LTE-Maritime), 철도 보안장비와 통신 장비를 연결하기 위한 LTE-R(LTE-Railway), 그리고 재난안전통신망을 위한 PS-LTE(Public Safety LTE) 등의 다양한 기술이 등장하고 있다.

 

IoT와 새로운 콘텐츠 서비스를 위한 5G
2016년 기술 정의 작업을 시작한 5G는 2020년 최종 권고안 발표를 목표로 표준화가 진행되고 있다. ITU는 지난 2015년 5G의 정식명칭을 IMT-2020으로 정의하고 초고속(Enhanced Mobile Broadband, eMBB), 저지연(Ultra Reliable Low Latency Communication, URLLC), 초연결(Massive Machine Type Communication, mMTC)를 5G의 비전으로 제시했다.

3GPP는 ITU의 비전 권고에 따라 2018년 9월까지 eMBB와 URLLC 주요 기능을 중심으로 한 1단계 기술 규격을 확정할 예정이며, 2020년 3월에 mMTC를 포함한 모든 기능에 대한 기술 규격을 완료할 계획이다. 따라서 5G는 아직 표준화가 완료되지 않은 상태며, 현재 5G라고 하는 각종 시범 서비스들은 5G의 비전 중 일부를 충족시키는 데 그치고 있는 상황이라고 생각하면 크게 틀리지 않는다.

5세대 이동통신은 기존 4G에 비해 최대 100배 이상의 데이터 속도, 그리고 최대 100배 이상 많은 가입자(사람 또는 IoT 기기), 최대 10배 낮은 지연, 최대 1000배 이상의 데이터 크기를 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

그렇다면 이렇게 향상된 속도와 동시 접속 수로 무엇을 할 것인가, 그리고 5G의 보급을 위한 킬러앱은 무엇이 될 것인가에 관심이 집중될 수밖에 없다. 이는 과연 5G의 도입으로 인해 우리 주변에서 무엇이 어떻게 바뀔 것인가에 따라 수많은 비즈니스 기회가 창출될 수 있기 때문이다.

우선 5G에서 많은 관심을 갖고 있는 분야는 IoT다. 동시 접속할 수 있는 기기의 수가 크게 늘어남에 따라 주변의 다양한 기기를 서로 연결하는 데 필요한 여유를 확보할 수 있게 된 것이 IoT의 확산에 큰 영향을 줄 것으로 예상된다. 따라서 이제 이동통신은 사람만을 위한 것이 아닌 사물까지 같이 포용하는 큰 그림을 그리게 될 것이다.

또한, 지연 시간이 크게 줄어들고 신뢰성이 높아질 뿐 아니라, 고속에서도 충분한 대역폭을 제공할 수 있게 됨에 따라 자율주행차나 V2V, V2I와 같은 교통이나 운송 분야의 자동화에서도 큰 힘을 발휘하게 될 것으로 예상된다. 짧은 접속 불안이나 초단위의 상황 판단으로 사고를 방지할 수 있는 교통이나 운송 분야는 5G의 핵심 공략 분야 중 하나가 될 것으로 예상되고 있다. 이외에도 이전에 비해 크게 확장된 대역폭을 통해 AR이나 VR, 360도 영상 등 새로운 콘텐츠 서비스를 제공하려는 시도도 일어나고 있다.

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정환용 기자  hyjeong@epnc.co.kr

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