1G부터 5G까지…어떤 변화가 있었나?

[더구루=홍성일 기자] 2019년 4월 3일 23시 대한민국은 세계 최초로 5세대(5G) 이동통신 상용화를 시작했다.

초고속, 초저지연, 초연결로 대표되는 5G 시대가 시작된 것이다. 5G 기술은 4차혁명의 중요한 토대가 될 기술로 평가받는다.

4차혁명 모든 사물을 연결하기 위해 필요한 통신망을 구축할 수 있게 된 것이다.

그러면 지금까지 우리 삶 속에서 이동통신 기술을 어떻게 발전해왔을까?

한국의 이동통신 서비스는 1988년 7월 1일로 거슬러 올라간다.

SK텔레콤의 전신인 한국이동통신은 미국 벨 연구소가 개발한 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 이라는 아날로그 기술을 이용해 1세대 이동통신을 시작하게 된다.

흔히 '벽돌폰'이라고 불리는 전화기를 들고 다니던 시절이 바로 1세대 이동통신 기술이 사용되던 시기이다.

1G는 단순 음성통화 기능밖에 없었고 통화품질도 좋지 않았다.

더군다나 1채널 당 통화 가능한 사용자가 1인을 제한되는 아날로그 전송 시스템은 이동통신 이용자가 늘어나며 한계를 보이기 시작했다.

2세대 이동통신 상용화는 1996년으로 코드분할다중접속(CDMA) 기술을 표준으로 했다.

2G는 음성통화뿐 아니라 문자와 저속 인터넷까지 가능해졌다.
 

2G 통신시장의 표준은 미국 주도의 CDMA와 유럽주도의 TDMA(GSM) 방식으로 분화됐다.

두 기술은 데이터 전송방식에 큰 차이를 보였다.

TDMA는 데이터별로 시간차를 두어 데이터를 전송하는 방식이고 CDMA는 데이터를 디지털 암호화 한 후 모든 데이터를 방송사에서 방송을 송출하듯 모두 뿌려서 복호화 할 수 있는 사람이 받게 되면 디지털 데이터를 아날로그 목소리로 변조해서 들려주고 나머지 데이터를 흘러지나간다.

2002년 3세대 이동통신이 본격적으로 시작됐다.

3G 시절부터는 간단한 동영상을 볼 수 있게 된 시기이기도 한다.

CDMA기술을 기반으로 2000MHz 주파수 대역 사용하여 국제규격의 이름은 IMT-2000 이었다.

무선접속 표준은 CDMA2000, W-CDMA등의 기술이 사용됐다. 기존 2G에서 데이터 전송속도가 14.4kbps정도였던 것에 비교하면 3G는 최대 2Mbps의 속도를 자랑했다.

W-CDMA는 유럽을 중심으로 했으며 CDMA2000은 미국을 중심으로 한 표준이었다.
 

국내 이통 3사 중 KT와 SK텔레콤은 W-CDMA를 LG는 CDMA2000을 도입하게 된다.

3G기술은 지속적인 기술개발을 통해 3.5세대로 넘어가기도 한다. 당시 W-CDMA는 7배 빠른 HSDPA, HSUPA 등으로 넘어갔으며 LG는 CDMA2000 EV-DO 등으로 발전했다.

2011년 7월 현재 사용되는 LTE가 국내에서 상용화됐다.

ITU는 4G의 규격으로 저속이동시 1Gbps, 고속이동시 100Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있어야 한다고 규정했다.

LTE은 음성 통화를 비롯한 모든 서비스를 인터넷 프로토콜(IP)을 기반으로 사용했다.

처음 LTE가 등장했을 때 데이터 전송속도는 75Mbps에 불과했다.

이에 처음 LTE는 3.9세대로 불리기도 한다. 이후 등장한 광대역 LTE, LTE-A부터 진정한 4G가 시작됐다.

한개의 LTE 주파수 채널은 10Mhz 대역으로 최대 75Mbps의 전송속도밖에 나오지 않았다.

광대역LTE는 연결돼있는 10Mhz 대역 두개를 붙여 대역폭을 20Mhz로 만들어 최대 150Mbps의 전송속도를 만든 것이다. 하지만 LTE 1개 채널의 폭이 20Mhz에 불과했기 때문에 속도에 한계가 있었다.

이에 이통사들은 떨어져 있는 주파수를 묶는 기술을 개발했고 이것이 LTE-A로 명명된다.

LTE-A는 광대역 LTE 망에 떨어져있는 10Mhz 주파수를 연결해 225Mbps를 만들어냈다.

이처럼 이통사들은 떨어져있는 주파수 대역을 묶어서 사용하기 위한 기술 개발에 매진했고 LTE의 속도는 점점 빨라졌다.
 

5세대 이동통신의 주파수 대역은 고주파 대역인 3.5GHz, 초고주파 대역인 28GHz를 사용한다.

높은 대역에 주파수를 사용하는 만큼 데이터 전송속도는 최대 20Gbp에 이른다.

또한 지연속도도 1ms로 기존 4G가 10ms였던 것에 비해 지연시간이 10분의 1수준에 불과하다.

5G 주파수 경매에는 3.5GHz 대역은 280MHz 폭이 28GHz에서는 2400MHz 폭이 나왔다. 총 2680MHz가 경매에 나온 것이다.

지난해 6월 경매가 이루어졌고 LG유플러스가 3.42~3.5GHz 대역에 80MHz를 8095억에 낙찰받았고 KT가 3.5~3.6GHz 대역 100MHz 폭을 9680억, SK텔레콤이 3.6~3.7GHz 대역 100MHz 폭을 1조 2185억에 낙찰받았다.

28GHz 초고주파 대역은 800MHz씩 나눠가져갔다.

주파수는 대역이 낮을수록 회절률이 높아 장애물을 피해갈 수 있는 장점이 있다. 하지만 5G는 3.5GHz, 28GHz 등 높은 대역의 주파수를 사용하기 때문에 직진성이 높고 속도는 빠르지만 장애물이 있다면 음영지역이 생기며 통신이 되지 않는 지역이 나오게 된다.

그렇기 때문에 더 많은 기지국을 세워 이 문제를 해결하고 나아가서 인구밀집지역 등 사용자가 많은 곳에 초고주파대역을 사용해 트래픽을 해소할 수 있다.

그래서 이통사들은 3.5GHz를 기본적인 전국망으로 사용하고 28GHz를 추가해 더 빠른 속도와 더 많은 트래픽을 해결한다는 계획이다.

하지만 아직 갈길이 멀다.

5G망은 아직 수도권에 국한돼 있기 때문이다. 더군다나 28GHz 네트워크에 대한 투자도 남아 있어 진정한 상용화까지 꽤 시일이 걸릴 것으로 보인다.










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