* 4세대 이동통신
1. 개요
스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 광대역 단말기의 등장과 서비스의 활성화는 데이터 트래픽을 급격히 증가시키고 있다.
현재의 모바일 광대역 서비스의 데이터 증가율은 이전 모바일 환경에서 경험하지 못한 수치를 나타내고 있으며, 급격한 데이터 트래픽 증가로 인한 주파수 부족은 본격적인 모바일 광대역 서비스 활성화를 제약할 수도 있게 되었다.
모바일 광대역 서비스는 2000년대 초반까지 통신사업자의 다양한 정책 환경 판단에 의존하여 이루어지면서 활성화가 늦어졌다.
모바일 광대역 서비스를 제공하기 위한 IMT-2000 서비스가 2000년에 시작되었지만 경제적, 기술적인 이유로 실질적인 모바일 광대역 서비스는 2000년대 후반에 이르러서야 본격적으로 시작되었다.
2010년에 들어와 네트워크 용량의 유연성, 전송속도의 증가에 의한 차별화된 서비스 등으로 본격적인 모바일 광대역 서비스가 이루어지기 시작하였다.
모바일 광대역 서비스가 비교적 합리적인 요금으로 본격화되면서 보편적 서비스로 인식되기 시작하였지만, 모바일 광대역 서비스의 지속성은 네트워크의 경제성 및 기술 효율성이 뒷받침되어야 서비스 수용 능력을 만족시킬 수 있었다.
모바일 광대역 서비스의 활성화로 기존 WCDMA, HSPA 기술의 주파수 효율성은 고속의 데이터 서비스를 제공하는데 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 CDMA기술인 HSPA기술을 대체하여 OFDM기술의 모바일 WiMax, LTE기술을 개발하여 서비스를 제공하였다.
이전 퀄컴은 CDMA의 4세대 이동통신 기술인 UMB(Ultra Mobile Bro-adband)를 포기하고 OFDM기술인 GSM-WCDMA기술의 4G 기술인 LTE(Long Term Evolution) 기술 개발에 집중하기로 함으로써 4세대 이동통신은 LTE와 WiMAX(WiBro)와 같은 OFDM기술 중심으로 진행되었다.
기존 LTE기술은 ITU의 IMT-Advanced(4세대 이동통신) 기술 요구조건을 만족하지 못하여 추가적인 기술이 적용된 LTE-Advanced가 개발되었다. ITU는 4세대 이동통신 서비스를 IMT-Advanced라고 정의하였다.
ITU는 4세대 이동통신 서비스를 무선망에서 전송속도 측면에서 ⓐ이동 중에 100Mbps, ⓑ보행 중에 1Gbps의 서비스를 제공하고, 핵심망에서 기존 3G망 등 기존 네트워크에 대해 지원 가능하면서 IP기반의 패킷망구조로 정의하였다.
2. IMT-Advanced 기술 표준
ITU는 2007년 10월 주파수 분배 이전에 이미 IMT-Advanced 표준화를 위한 기본지침을 만들어서 ITU-R RA총회에서 Resolution ITU-R 57로 승인받았다.
주요 내용은 아래와 같다.
첫째 기술제안 주체로 회원국 및 비회원 단체에서 기술을 제안할 수 있고, 둘째 기술평가 범주로 ITU의 최소 기술요구사항 평가지침에 따르고, 셋째 기술평가 주체는 ITU가 진행하되 관련 기관은 참여 가능하고, 넷째 기술 합의는 제안 기술의 종류 수를 최소화하고, 다섯째 초기제안 과정 이후에도 ITU 절차에 따른 신기술의 진입을 허용하며, 여섯째 2010년 기술표준 권고안 초안을 작성하는 것이다.
상기 원칙에 근거하여 2008년 2월에 후보 기술 제안을 요청하고, 제안서는 2009년 10월까지 수신하며, 2010년 6월까지 평가를 완료한 후, 2010년 10월에 기술표준을 확정하고, 2011년 2월 세부 기술 표준을 완성하였다.
ITU는 최소기술사항 문서에서 8가지의 IMT-Advanced 최소기술요구사항 항목을 반드시 만족하여야만 IMT-Advanced기술로 승인하도록 하였다. 4개의 시험 환경(도시광역셀, 도심소형셀, 건물 안 초소형셀교외 광역셀) 가운데 최소 3개의 시험환경에서 최소 기술요구사항을 만족되어야만 IMT-Advanced 기술로 승인하도록 결정하였다.
2009년 10월 IMT-Advanced 후보 기술 접수결과 주요 표준화 단체 가운데 3GPP와 IEEE만 후보기술 제안하였다.
3GPP는 기존 CDMA 기술이 아닌 OFDM 기술을 기반으로 IMT-Advanced 최소 기술 요구사항을 만족하는 LTE-Advanced 시스템을 제안하였다.
IEEE는 기존 IMT-2000의 OFDM 기술을 기반으로 IMT-Advanced 최소 기술 요구사항을 만족하는 802.16m 기반의 IMT-Advanced 시스템을 제안하였다.
3. IMT-Advanced 망구조
IMT-Advanced 서비스의 망구조는 다양한 Access Network을 지원할 수 있는 IP기반의 핵심망을 기본개념으로 제시하고 있으며 이와 같은 IP기반 네트워크는 기존의 2G, IMT-2000, WLAN, 유선인터넷, 방송망의 호환성 지원 및 IP기반의 네트워크 인지가 가능한 지능망을 제시하고 이와 함께 IMT-2000 Advanced(4G)를 위한 새로운 무선기술개발환경을 제시하고 있다.
IMT-Advanced 서비스는 이동통신 시스템뿐만 아니라 무선랜과 같은 노매딕(Nomadic) 무선접속 시스템과 디지털 방송 시스템까지도 포함하는 내용으로 정의하고 있다.
IMT-Advanced 시스템의 요구사항을 정의하면 아래와 같다.
- 단말과 사용자의 이동성 지원
- 요구된 시스템 용량의 유연한 할당
- 다양한 환경에 대한 적응
- 다른 액세스 기술로의 핸드오프 지원
- 유선 링크와 동일한 수준의 QoS보장
- 대칭/비대칭 서비스를 포함하는 서비스 끊김이 없는 핸드오프 지원
- 경제성 및 서비스 요구에 따라 2～155Mbps의 데이터 전송률을 가지는 광역 데이터 서비스 지원
- 방송 및 분배 서비스의 효과적인 지원
- 커버리지에 따른 최적화된 무선 인터페이스 지원
- 네트워크 구성 요소와 단말의 재구성 가능
4. IMT-Advanced 서비스
IMT-Advanced를 개발하면서 IMT-2000(3세대 이동통신) 기술개발과 가장 큰 차이점은 기술 개발자 위주의 관점에서 사용자 위주의 관점으로 전환하였다는 점이다.
ITU를 비롯한 기술개발들은 IMT-2000의 시장 실패를 반성하고 미래이동통신 기술이 사용되는 사람들의 생활형태부터 연구하여 생활에 필요한 기술을 개발하는 개념으로 전환하였다.
IMT-Advanced 기술은 미래 생활형태에서 필요한 기능 추정하고 이를 해결하는 방향으로 개발하고자 하였다.
5. OFDM 기술 개요
자유로운 영상서비스를 위해서는 3세대 이동통신보다 수십 배 빠른 100Mbps까지 데이터 속도 높일 필요가 있었다.
기존 CDMA 기술은 1초에 수백만 번 이상의 비트를 하나의 주파수에 전송하기 대문에 더 이상 속도를 높이는 데는 한계가 있었다. 비트수가 높아지면 비트의 시간간격이 짧아지고 외부 잡음 등에 의해 정보를 잃을 가능성이 높아지기 때문이다.
따라서 데이터를 여러 주파수로 나누어 데이터를 보내는 OFDM방식이 4세대 핵심기술로 부각되었다.
OFDM은 CDMA와 같이 한 개의 반송파로 넓은 대역폭을 갖는 신호대신에, 각각 직교성을 갖는 여러 주사수에 데이터를 나누어 전송함으로써 더욱 짧은 시간에 비트를 만들어야 하는 어려움도 해결하고, 잡음을 줄일 수 있다.
일반적으로 여러 개의 주파수를 사용하여 데이터를 전송하면 각 주파수간에 가드밴드가 필요하지만, OFDM은 주파수간 직교성을 주어 가드밴드가 필요하지 않게 함으로써 주파수의 효율성을 높인 통신방식이다.
6. 4세대 이동통신에서 OFDM의 활용
4세대 이동통신 시스템 개발에 가장 중요한 것은 높은 전송속도를 갖는 통신 기술을 개발하는 것이다.
IMT 2000에서 핵심 기술로 이용되고 있는 CDMA는 최대 14Mbps(HAPA)속도를 제공하였으나, 더욱 속도를 올리는 데는 한계가 있었다.
따라서 이에 대한 새로운 대안으로써 OFDM을 고려하였다.
- 높은 주파수 효율과 전송용량
- CDMA 시스템과 비교하여 간섭 요인 억제
- QAM 방식의 변조 방식을 사용해도 성능 저하가 없음
- 심벌 간 보호구간으로 다중경로 페이딩에 강함
- 채널 등화를 주파수 영역에서 1-tap을 간단히 구현 가능
- 주파수 선택적 페이딩 환경으로 서브채널별로 적응 변조 방식을 사용하는데 유리
- 기존의 방송, WLAN, BWA 등에서 이미 사용하므로 4세대 이동통신시스템과 융합에서 단말기 개발에 유리
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