이번주는 이동통신의 역사에 대해서 간략히 알아보고자 한다.
사실 5G에 대한 이야기를 하고 싶어서 선정했던 건데, 그러려면 이전 세대부터 얘기를 할 수밖에 없다보니, 먼저 짚고 넘어가고자 한다. 5G에 대한 자세한 이야기는 나중에(...언제가 될지 모르겠지만..) 이전에 공부했던 메타버스나 블록체인, AI 등은 모두 5G가 나오면서부터 붐이 일어나기 시작한 거다. 많은 양의 데이터를 빠른 속도로 주고받아야 가능한 일이기 때문이다. 아무튼, 저런 것들을 가능하게 한 하드웨어적인 부분도 알 필요가 있어보여서 주제를 선정하게 되었다.
5G의 'G'는 Generation에서 따온 거다. 여지껏 Gbyte인줄...^^
이제 본격적으로 시작해볼까요.
1세대 이동통신
1세대 이동통신은 음성통화만 가능한 아날로그 통신 시대를 말하며, 1983년 모토로라(사)에서 다이나택 휴대폰을 통한 최초의 1G 네트워크를 시작하였다. 아날로그 이동통신 시스템은 음성전송에는 주파수 변조(FM)를, 신호전송에는 주파수 편이 변조(FSK) 방식을 이용한다. 우리나라에서는 1984년부터 상용화되기 시작했다.
* FM 기술(Frequency Modulation, 주파수 변조): 음성이나 신호에 따라서 주파수를 바꾸는 방식
* FSK (Frequency-Shift-Keying, 주파수 편이 변조): 반송 정현파의 주파수 변화를 통해 디지털 정보를 전송하는 디지털 변조 방식
2세대 이동통신
1990년대 중반부터는 이동통신 기술이 아날로그에서 디지털로 전환되기 시작한다. 휴대전화는 기존의 음성통화뿐만 아니라 텍스트 데이터 전송이 가능해졌고, 카메라나 MP3 재생, 영상통화 등의 다양한 부가 기능도 탑재되었다. 기존의 투박한 벽돌 디자인에서 벗어나 폴더형이나 슬라이드형 같이 크기도 작아진 새로운 디자인이 인기를 끌었다.
2세대는 크게 두 개의 이동통신 표준 기술로 나뉜다. 미국식 CDMA(Code Division Multiple Access)와 유럽식 GSM(Global System for Mobile communications)이다.
둘의 차이점은 이렇게 볼 수 있다 !
국내에서는 미국식 CDMA가 채택되어 운영됐다. 2G 초기에는 주파수 800MHz를 사용했으며, 이후 1.7GHz대의 주파수를 사용하는 PCS 서비스가 도입되었다. 2021년 5월, LG유플러스까지 과학기술정보통신부 측에서 폐업 신청하면서 우리나라 이동통신 3사의 2G CDMA 서비스는 모두 종료되었다.
* PCS(Personal Communication Service): 개인휴대통신. 이동전화와 가정용 무선전화(코드리스폰)를 혼합, 발전시킨 차세대 통신 서비스
3세대 이동통신
3세대 이동통신은 음성 데이터와 비음성 데이터(데이터 다운로드, 메일 주고 받기, 메시지 보내기 등)를 모두 전송할 수 있게 한다. 이동통신사들이 설치한 기지국으로부터 데이터를 받아오는 방식으로 기지국이 촘촘하기 때문에 이동 중일 경우 편리하다. 3세대는 국제 전기 통신 연합(ITU)이 지정한 IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000) 표준을 준수하는 모바일 장치 및 이동 통신 사용 서비스/네트워크에 사용되는 일련의 표준을 기반으로 한다.
2002년부터 본격화된 3G 기술의 큰 특징은 유심칩과 스마트폰으로, 유심 내 회선 정보가 담겨 기기를 교체하더라도 유심 변경만으로 간편하게 새 기기로의 변경이 가능하게 된다. 1세대에서 2세대로 넘어갈 땐 아날로그 방식이 디지털 방식으로 전환됐다면, 3세대부터는 속도가 배가 되기 시작했다. 이전에는 어려웠던 고음질의 음성통화와 고속 데이터 통신이 가능해져 2GHz의 주파수 대역을 이용하고, 2Mbps에 달하는 전송속도로 문자나 음성, 동영상과 같은 멀티미디어 데이터 통신을 당시의 인터넷과 유사한 속도 및 화질로 이용할 수 있게 되었다. 또한 휴대폰도 진화하면서 스마트폰이 탄생했다. 2009년 KT가 처음으로 아이폰3GS를 도입했고, 이후 다른 기업들도 앞다투어 스마트폰을 출시하기 시작했다.
국내의 경우 2세대는 이동통신 3사 모두 CDMA를 채택했지만 3세대는 SK 텔레콤과 KTF(현 KT)가 유럽식 WCDMA로 노선을 달리했고, LG텔레콤(현 LG유플러스)는 그대로 미국식 CDMA를 이어갔다. 이후 SK텔레콤과 KTF는 WCDMA를 확장한 통신규격인 고속하향패킷접속(HSDPA)과 고속상향패킷접속(HSUPA), HSPA+로 점차 진화하였다.
SK텔레콤이 1995년 세계 최초로 코드분할다중접속(CDMA)방식의 2세대 이동통신 서비스를 시작한 데 이어 3세대 이동통신인 HSDPA 상용서비스를 세계 최초로 시작했다. KT도 그 다음달부터 상용서비스한 휴대인터넷(와이브로)도 세계 최초 기록이다.
HSUPA는 HSDPA에서 업로드 속도를 증가시킨 규격이고, HSPA는 고속패킷접속으로 HSDPA와 HSUPA를 결합한 용어이다. 여기서 한 단계 더 진화한 기술이 ‘이볼브드 HSPA(Evolved HSPA)’다. 이는 3GPP 규격인 HSDPA와 HSUPA보다 뒤에 나온 규격인 3GPP 기술표준 Release 7에 기술되어 있다. 이통사나 제조업체에서 3세대 규격 중 가장 빠른 속도를 보여준다는 HSPA+가 이볼브드 HSPA이며, 이론적인 최대 다운로드 속도는 168 Mbps이며 업로드는 22 Mbps이다.
정리하자면 HSDPA → HSUPA → HSPA → 이볼브드 HSPA(HSPA+) 순이다.
와이브로는 대한민국 삼성전자와 한국전자통신연구원이 개발한 무선 광대역 인터넷 기술로, 대한민국에서 통용되는 국제 표준 IEEE 802.16e에 대한 이름이다. 와이브로는 CDMA 기반의 휴대전화가 데이터 속도에 제한 받는 것을 극복하기 위해 고안되었고, 무선 인터넷 접속에 이동성을 더하였다는 점이 가장 큰 기술적 특징이다.
4세대 이동통신
2011년경 스마트폰과 태블릿 PC 등의 모바일 기기의 사용이 급증하면서 기존 3G 무선 이동통신 방식으로는 폭발적으로 증가한 데이터 사용을 감당할 수 없게 되었고, 이런 문제를 개선하고자 2011년부터 데이터 전송속도를 높이기 위한 4G 기술인 LTE(Long Term Evolution) 서비스가 상용화되었다.
LTE는 3GPP 컨소시엄에서 개발한 4세대(4G) 무선 통신 기술이다. 전 세대 이동통신 기술에서 단말기와 기지국간의 에어 인터페이스는 CDMA 방식을 기반으로 하고, 그 이전 GSM에서는 TDMA 방식을 기반으로 하였으나, LTE에서는 WiFi 진영에서 사용하고 있던 OFDMA 방식을 기반으로 설계되었다. 대한민국에 구축된 HSDPA, HSUPA 기술보다 이론상 5배 이상 빠른 기술(다운로드 최대 75Mbps)이다. 전 세계 대부분 지역서 통일화된 GSM과 WCDMA와 다르게 주파수가 통일되어 있지 않다. 데이터 폭증을 버틸 수 없게 된 통신사들이 셀을 수요에 맞춰 조정할 수 있는 기술을 요구하게 되면서 대단히 유연한 셀 구성이 가능해졌고 기지국의 네트워크 구조도 개선이 이뤄졌다. 이에 따라 간섭을 제어하기 쉬워지면서 기지국의 커버리지 크기를 줄여 촘촘하게 설치해 트래픽 문제를 해결하였다. LTE에서는 모든 것이 패킷, 즉 PC용 네트워크와 동일한 형태로 데이터가 오간다. 음성통화도 VoIP를 쓰는 것이며 이는 PC에서 스카이프, 카톡의 음성통화로 통화하는 것과 같다.
2013년 6월 말, 한국에서는 LTE Cat.4의 최대 다운로드 속도인 150Mbps는 LTE-A(LTE Advanced)라 취급하였다. LTE-A는 진정한 4G통신 기술이라고 볼 수 있으며, 2011년에 발표한 3GPP release 10부터 해당하는 규격이다.
5세대 이동통신
4세대 이동통신의 후속 차원 기술로, 대한민국에서 세계 최초로 선보인 기술이다. 2019년 4월 기준, 이동통신 표준화기구인 3GPP에 의해 뉴 라디오(New Radio, NR)이라는 명칭이 정해졌으나, 구체적인 기술 명칭 대신 마케팅 용어로는 5G로 알려지고 있다.
2018년부터 적용된 5G 기술은 초고속, 초저지연, 초연결 등을 핵심으로, LTE보다 약 20배 빨라진 속도로 더 많은 주파수 대역이 필요해졌다. 이에 따라 5G시대에는 3.5GHz 대역과 데이터 전송 속도가 빠른 밀리터리 웨이브(28GHz 대역)를 사용한다. LTE 대비 10배 이상 빠른 반응, 10배 더 많은 기기의 접속도 가능하게 하여 이 덕분에 초고화질 실시간 영상 재생, VR/AR 기술, IoT, 스마트 시티, 자율주행 자동차 등 다양한 서비스가 가능해졌다.
5G는 저속 광역망인 6GHz 이하 주파수 대역과(정식 명칭 FR1), 초고속 근거리망에 쓰이는 24GHz 이상(정식 명칭 FR2) 두개로 나뉘어져 있다. 2020년 10월 기준, FR2 서비스는 아직 이루어져 있지 않고 있으며 6GHz 이하 주파수 대역인 3.5GHz으로만 서비스되고 있다.
앞의 내용들을 모두 정리해보자면 아래의 그림과 같다.
5G에 관한 더 자세한 이야기는 삼성에서 작성한 '5G 국제 표준의 이해' 자료를 참고하면 좋을 것 같다.
아직 우리나라는 6GHz 이하의 Sub-6 대역의 3.5GHz망만 설치되어 있어 진정한 의미의 5G통신망은 아닌 셈이지만, 5G망을 계속해서 설치하고 있고 완전히 구축될 경우 더 많은 것들이 연결될 것으로 보인다.
5G와 헬스케어가 만난다면 전에 공부했던 것처럼 개인 건강 정보가 실시간으로 전송 및 분석되고 규제의 범위 내에서 원격의료도 가능해질 수 있다. 모바일과 데이터 기반으로 연구가 진행되면서 공공 헬스케어의 비용이 절감되고 다양하게 활용될 수 있을 것이다.
참고 자료
위키백과 / 나무위키
1G부터 5G까지 총정리
[BY 삼성전기] 친절한 SEM, 이동통신 기술의 변천사를 알아보자이동통신 기술의 세대를 뜻하는 ‘G(Gener...
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