3G Wireless

휴대형 기기를 위한 아주 새로운 시도

세지금 우리는 3G 시스템으로 다시 모든 것을 시작해야만 한다. 그 이유는 그 표준들 중에서 몇 가지가 이용되기 때문이다. 3G 셀룰러 접속을 제공하려는 휴대형 기기개발자들은 구현될 수 있는 표준들에서 선택해야만 한다. 수많은 다른 국가들이 수십억 달러의 사업자 비용으로 발표한 3G 라이선스는 FDD 페어드(Paired) 스펙트럼 및 이 시스템에 적합한 언페어드(Unpaired) 대역 모두를 포함하고 있다.

글 : 더그 그랜트(Doug Grant),아나로그디바이스

 불과지난 몇 년 사이, 보다 손쉬운 무선 접속이 가능해짐에 따라 휴대형 디바이스 사용량은 급증해 왔다. 이에 따라 휴대형 기기 개발자들도 이러한 무선 기술을 휴대용 디바이스에 속속 채택해왔다. 단거리 무선 접속은 초당 서브-메가비트(Sub-Megabit-Per-Second) 접속 범위에서 링크를 제공하는 블루투스에서부터 초당 11~54메가비트 접속 범위 내에서 더 향상된 로컬 데이터 링크를 제공하는 다양한 종류의 802.11 기술 등을 아우른다. 셀룰러 기술을 기반으로 하는 광범위한 지역은 데이터 속도가 초당 최고 2 메가비트에 이르는 cdma2000의 다양한 버전(주로 미국, 한국 및 중국과 일본의 일부 지역에서 이용 가능)을 선택할 수 있으며, 또한 초당 200킬로비트의 GPRS/EDGE 망(일본과 한국을 제외한 전세계에서 가능)을 선택할 수도 있다. 그러나 유감스럽게도 cdma-2000과 GPRS/EDGE 표준은 듀플렉싱 및 멀티플-액세스 구조뿐만 아니라 채널 대역폭에서 구현되는 변조(Modulation)에 이르기까지 전혀 호환이 되지 않는다.cdma2000 및 GPRS/EDGE 두 표준을 위한 칩셋과 소프트웨어는 현재 이용이 가능하나 두 가지 작동 모드를 실현시키는 일부 칩셋들은 고 하이엔드급 디바이스를 제외하고는 사용하기에는 가격이 너무 비싸다. 따라서 설계자들은 최종 제품 수용 시장을 기반으로 휴대형 기기에 통합시킬 셀룰러 인터페이스를 선택하거나 2가지 동작 모드를 가진 제품을 개발해야만 한다. 이 방법이 불편해 보일 수는 있으나 5년 전 5가지 비호환형 표준이었던 CDMA,TDMA, GSM, iDEN 및 AMPS를 다루었던 북미시장을 생각해 보면 어쩔 수없는 일이다. 그리고 지금 우리는 3G 시스템으로 다시 모든 것을 시작해야만 한다. 그이유는 그 표준들 중에서 몇 가지가 이용되기 때문이다. 최초이자 짧은 역사가 여기 있다.

이동통신의 세대별 차이

1세대 셀룰러 시스템은 1970년대로 거슬러 올라간다. 1세대 셀룰러 시스템은 1980년대에 들어서야 광범위하게 이용되기 시작했으며 아날로그 FM 변조 기술을 기반으로 했다. 이는 FM 방송 라디오에서 사용하는 것과 유사했다. 전세계적인 표준은 없었으며(로우-비트-속도 패킷 데이터 기능이 일부 시스템에 나중에 추가되었다 하더라도)주된 애플리케이션은 음성이었다.2세대 셀룰러 시스템은 디지털화된음성을 사용하기 위해 설계되었으며 데이터 서비스를 추가하기 위해 추상적인경로 포워드를 포함했다. 2G 시스템은‘유럽형 표준’GSM과‘미국 표준 IS-54/TDMA 및 IS-95 CDMA’그리고‘일본 표준’PDC가 사용되었다. 이러한 시스템 모두 각국의 후원을 통해 이루어 졌으며 전혀 호환되지 않았다. 그러나 이 표준들은 모두 디지털이었으며‘2G’시스템으로 자격을 갖추고 있었다. 그리고 음성이 주요한 데이터 유형이었다.1990년 대 초에 들어서, FPLMTS(Future Public Land Mobile TelecommunicationsSystem)로 일컬어지는 용어가 사용되기 시작했다. 이것은 다소 장황한 두문자어(Acronym)로셀룰러 시스템을 하나의 상호 운영 가능한 시스템으로 통합하려는 시도를보인 것이다.따라서 하나의 단말기가 동일 주파수대역에서 동일 서비스를 갖추고 전세계에게서 사용될 수 있었다. 당연히 전세계적인 일치를 이루기 위해서는 시간이걸렸다. 주파수 할당에 대한 국가간 동의 및 무선 통신 시스템을 위해 핵심 지적 재산 소유자들간 기술사용 동의가필요했기 때문이다. 이와 함께 명칭이‘IMT-2000’으로 변경되었으며‘3세대 무선 시스템’으로 정의되는 목적을달성하게 되었다. 그 후로 3G 정의는다음과 같이 데이터 속도를 지원할 수있는 무선 서비스로 집결되었다.

- 피코셀 (일반적으로 도시) 환경에서이동하지 않는 사용자에게 초당 2메가비트 실현

- 모바일 사용자에게 초당 384 킬로비트 실현

- 도시 외곽의 사용자에게 초당 144킬로비트 실현

 우리 모두가 끈질기게 3G의 실현을기다리는 동안, 다른 한편에선 2G 시스템의 일부 성능이 향상되었다. 예를들어, GSM의 데이터 주도형 패킷 스위치 버전(GPRS, General PacketRadio Service) 이 등장한 것이다IS-95 CDMA 제품군은 진화되어원래 제안된 2가지 버전을 갖춘cdma2000으로 발전되었다. 그 2가지버전 중 하나는 cdma2000 1XRTT로단일 캐리어를 이용한다. 또 하나는cdma2000 3XRTT이며, 이것은 3개의 캐리어를 사용해 고속 데이터를 전송하며 3G 서비스 정의와도 부합된다.이렇듯 완전한 3G가 아닌 시스템은2.5G로 알려졌다. 2.5G는 음성 보다는 데이터 사용에 더욱 초점을 맞추고있으나 3G가 정의한 데이터 속도에 비해 조금 떨어지는 편이다. 혼돈스러운것은 EDGE 표준(E-GPRS로도 알려짐)은 GPRS에 비해 고속 데이터를 제공하나 EDGE도 여전히 3G 데이터 속도에 비해 약간 뒤쳐져 있으며 흔히2.75G 시스템으로 알려져 있다.그러나 이것은 기존의 GPRS 대역과채널에서 작동하며 GSM/GPRS 망에서 고속 데이터 서비스를 제공하는 저비용 경로의 특징이 있다. 보고서에 따르면, EDGE는 384kb/s이나 실제 최대 데이터 속도는 반-이중(Half-Duplex) 시스템용으로 236.8kb/s이며 전-이중(Full-Duplex) 시스템용으로 473.8 kb/s이다.

3G 표준

그 후, ITU는 지상 통신망에서 IMT-2000 제품군으로 총 5개의 무선 인터페이스를 채택하고 승인했다.(위성전송을 위해 고안된 다른 인터페이스 들도 있으나, 그것은 또 다른 문제이다.) 다음은 5개의 지상 통신망을 이용한 무선 인터페이스이다.

- IMT-2000 CDMA 직접 확산(DirectSpread).

UTRA FDD, WCDMA,UMTS로 알려진 이 시스템은 와이드밴드 CDMA 기술 및 주파수분할복신방식(FDD: Frequency DivisionDuplexing)을 사용하며 쌍으로 이루어진 대역/채널에서 할당된 필수 스펙트럼을 사용한다. 그 중 하나는 기지국으로 전송하며 나머지 하나는 단말기로 전송한다. 이 표준은 3GPP(Third Generation PartnershipProject)라는 조직이 관할하고 있으며 전세계 대부분 지역의 대표들이참가하고 있다. 이 표준은 일본, 유럽, 한국에서 사용되며 북미에서도사용되기 시작하고 있다.

- IMT-2000 CDMA MC(Multi Carrier).

이 방식은 cdma2000 3XRTT 시스템으로 퀄컴이 제안했던 것이다. 이표준은 3GPP2로 불리는 기구가 관장하고 있다. 이 글을 쓰는 시점에서이 시스템을 사용하는 네트워크는현재 없다. 이 표준의 단일-캐리어버전은 cdma2000 1X-EVDO(데이터만을 위한1X 진화)와 cdma20001X-EVDV(데이터 및 음성을 위한진화)로 알려진 시스템으로 발전했다. 이러한 시스템이 3G의 특수 데이터 속도를 실현할 수 있기 때문에이 시스템들은 3G 표준으로서 비공식적으로‘장려되고’있으며 현재 북미, 일본, 한국에 보급되어 이용되고 있다.

- IMT-2000 TDD CDMA.

이 시스템은 시분할방식(TDD: Time DivisionDuplexing)을 이용하고 있다.TDD는 기지국과 단말기가 전송을위해 동일 주파수 채널을 이용할 수있게 하는 방식이다. 중국에서 고안된 이 기술은 중국에서 TD-SCDMA(Time-Division SynchronousCDMA)로 알려져 있기도 하다.UTRA TDD의 두 가지 버전이 정의되었다. UTRA-WTDD로 불리는 광대역‘HCR(High Chip Rate)’버전은 5MHz 채널을 기반으로 더욱 빠른 비트 속도를 제공한다. UTRANTDD로불리는‘LCR(Low ChipRate)’버전은 1.6MHz 채널을 이용하며 좀 느린 데이터 속도를 제공한다. 이 LCR 버전은 여러 국가에서선택할 수 있는 버전이 되었다. 이표준은 TDSCDMA 포럼이 담당하고 있다.

- UWC-136으로 알려진 IMT-2000

TDMA SC(Single-Carrier). 이 시스템은 상용화되지 않을 것으로 보인다.

- IMT-2000 FDMA/TDMA(Frequency-Time). 이 시스템은 유럽에서 디지털 무선 전화를 위해 주로 사용되는DECT(Digital Enhanced CordlessTelephone) 시스템을 기반으로 한다. 이 시스템도 3G 셀룰러 시스템용으로는 상용화에 대한 논의가 활발히 이뤄질 것으로 보이지 않는다.

따라서 3G 셀룰러 접속을 제공하려는 휴대형 기기 개발자들은 구현될 수있는 표준들에서 선택해야만 한다.UTRA FDD(WCDMA) 시스템은 저속폴백(Fallback) 모드로써 GPRS와 함께 칩셋 공급업체들이 종종 구현하고있다. 이 시스템은 전 세계 모든 지역에서 사용될 수 있는 도달범위를 갖추고 있으며 다른 시스템 보다 더 광범위한 사용을 위한 것처럼 보인다.cdma2000 시스템은 이미 북미, 일본,한국에서 사용되고 있으나 유럽에서광범위하게 사용될 가능성은 없어 보인다. UTRA TDD 시스템은 중국에서만 사용될 것 같다. 또한 수많은 다른국가들이 수십억 달러의 사업자 비용으로 발표한 3G 라이선스는 FDD 페어드(Paired) 스펙트럼 및 이 시스템에적합한 언페어드(Unpaired) 대역 모두를 포함하고 있다.

4G는 무엇인가?

현재 4세대 셀룰러에 대한 단일 정의는 아직 없다. 일부 제안들은 모바일사용자들을 위해 고속(20Mbits/s 또는그 이상)을 실현시키는 것을 목표로 하고 있다. 나머지 제안들은 네트워크간동일한 핸드오프(Handoff)를 갖춘 멀티모드 3G/WLAN 시스템으로써 4G를 정의하고 있다. 앞으로 몇 년간 이것이 어떻게 진행될 것인지 지켜보는일 또한 흥미로울 것이다.

<자료출처 : 반도체네트워크 2006년 02월호>