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승윤 매
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1 포커스 포커스 4 세대이동통신 (4G) 후보기술동향분석 장재득 * 박형준 ** 방승찬 *** 세계통신업계는 2008 년초부터시작될 4 세대이동통신 (4G) 의표준화가결정되면오는 2012 년경에는 4G 이동통신서비스상용화가가능해질것으로보고있다. 현재 4G 이동통신의후보기술로는 3GPP LTE 진영이가장유력하고, 삼성전자가주도하는와이브로에볼루션이있으며퀄컴이주도하는 3GPP2 UMB 진영도후보기술로내놓고있다. 4G 이동통신은이동중 100Mbps 급속도, 정지중에는 1Gbps 급속도를제공해유선과무선, 통신과방송이융합되는차세대이동통신기술로서 2012 년에상용화가시작될것으로예측하고있다. 본고에서는 4G 이동통신기술, 그리고 4G 이동통신후보기술로대두되고있는 3GPP LTE 기술, WiBro-Evolution 기술, 3GPP2 UMB 기술의최근동향에대하여살펴보고자한다. 목 차 I. 서론 I. 서론 II. 4G 이동통신기술 III. 3GPP LTE 기술 IV. WiBro-Evolution 기술 V. 3GPP2 UMB 기술 VI. 결론 * ETRI 초고속단말모뎀연구팀 / 책임기술원 ** ETRI 초고속단말모뎀연구팀 / 팀장 *** ETRI 무선전송기술연구그룹 / 그룹장 세계통신업계는 2008 년초부터시작될 4 세대이동통신 (4G) 의표준화가결정되면오는 2012 년경에는 4G 이동통신서비스상용화가가능해질것으로보고있다. 현재 4G 이동통신의후보기술로는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 진영이가장유력하고, 삼성전자가주도하는와이브로에볼루션이있으며퀄컴이주도하는 3GPP2 UMB(Ultra Mobile Broadband) 진영도후보기술로내놓고있다. 차세대이동통신기술인와이브로에볼루션을비롯해 3GPP LTE, 3GPP2 UMB 등은 4G 이동통신표준화를향한가장대표적인후보기술이다. 4G 이동통신표준이아직정해지지않은상황에서어느한기술에만주력해서는안되고, 4G 이동통신이실제로구현되었을때보다경쟁력을높이기위해서는 11

2 주간기술동향통권 1333 호 상기 3 가지 4G 이동통신후보기술모두를적극적으로발전시켜 4G 이동통신으로가는과정에있는새로운기술과시스템을모두구비하고있어야한다 [1]. 4G 이동통신은이동중 100Mbps 급속도, 정지중에는 1Gbps 급속도를제공해유선과무선, 통신과방송이융합되는차세대이동통신기술로서 2012 년에상용화가시작될것으로예측하고있다 [2]. 본고에서는 4G 이동통신기술, 그리고 4G 이동통신후보기술로대두되고있는 3GPP LTE 기술, WiBroevolution 기술, 3GPP2 UMB 기술의최근동향에대하여살펴보고자한다. II. 4G 이동통신기술 4G 이동통신의핵심기술은크게주파수, 액세스네트워크, 코어네트워크, 애플리케이션등 4 개의구성요소로이루어진다. 주파수부분은 4G 이동통신이사용하게될주파수를효율적으로송ㆍ수신할수있는기술로써에어인터페이스, 디지털과아날로그신호의변ㆍ복조, 그리고한채널을모든이용자가상호접속할수있는다중접속등의기술을포함한다. 액세스네트워크는사용자들이 4G 이동통신네트워크에접속할수있는기술로셀방식을중심으로메시 (Mesh) 네트워크나애드혹 (Adhoc) 네트워크등의기술을포함하고있다. 또한, 4G 이동통신의핵심이될코어 (Core) 네트워크는 All-IP 네트워크가될것으로보인다 [3]. 애플리케이션부분은사용자들이 4G 이동통신단말기를통해유비쿼터스브로드밴드서비스를이용할수있도록모바일플랫폼과각종응용프로그램을포함한다. 특히플랫폼부분은한국의위피 (WIPI) 를비롯해노키아의심비안, 마이크로소프트사의포켓 PC, 선마이크로시스템즈의자바등이경쟁하고있다. 이러한 4G 이동통신기술에서주파수대역을효율적으로사용하기위한핵심기술은직교주파수다중분할 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 기술, 다중입출력 (Multiple Input Multiple Output: MIMO) 기술, 소프트웨어기반이동통신 (Software Defined Radio: SDR) 기술, 스마트안테나 (Smart Antenna: SA) 기술등이다. 1. 직교주파수다중분할 (OFDM) 기술 OFDM 은이미유럽의디지털오디오방송 (Digital Audio Broadcasting: DAB), 디지털 TV 방송 (Digital Television Broadcasting: DVB), 그리고 5GHz 무선랜대역에정식규격으로채택되었다. OFDM 기술은주파수와시간을나누어서할당하는방식으로하나의채널을여러개로나누어데이터를전송할수있고, 서브채널간오버래핑으로대역폭을절약할수있다. 또한, 주 12

3 포커스 파수대역을수백개로나누어주파수간섭을최소화하고다수의대용량데이터를동시에고속 으로전송하는기술이다. 2. 다중입출력 (MIMO) 기술 MIMO 기술은모바일환경에서다수의안테나를사용해데이터를송수신하는다중안테나신호처리방식으로여러개의안테나로데이터를동시에송ㆍ수신함으로써무선통신의범위를넓히고속도를크게향상시켜전송효율을높여주는기술이다. 이와같이 MIMO 기술을이용해송신단에 N 개의안테나를배열하고수신단에도 N 개의안테나를배열해서신호를보내면 N 배의전송률증가를낼수있다. 특히, OFDM 기술과함께사용하면전송속도의고속화와데이터의대용량화가가능해져멀티미디어서비스에최적화된환경을구축할수있다. 3. 소프트웨어기반이동통신 (SDR) 기술 SDR 기술은이동통신시스템을구성하는기지국과단말기에서하드웨어를통하여 RF(Radio Frequency) 를지원하던것과는다르게주파수범위, 변조방식, 무선출력등주요무선특성을소프트웨어로업데이트또는변경할수있는모뎀기술이다. 국가마다다른주파수대역, 동기와비동기로구분된 3G 망사이의호환성, 2G 와 3G 망사이의호환성, 다양한무선네트워크와통신방식간의호환성을보장해준다. 따라서이용하고자하는서비스에따라시스템을유동적으로전환할수있는 SDR 기술을기지국에적용하면기술이발전할때마다기지국하드웨어를교체하지않고새로운프로토콜에필요한모듈을소프트웨어다운로드를통하여업데이트가가능하기때문에시간과비용이절감되는효과가있다. 4. 스마트안테나 (SA) 기술 SA 기술은기지국이단말기에서보내는신호를근거로사용자위치를파악해서해당사용자에게전파신호를집중해서전송함으로써송수신성능을높이는역할을한다. 스마트안테나는안테나빔형성기술을이용해특정사용자의신호를선택적으로송수신하고, 간섭신호의영향은최소화함으로써데이터전송용량과품질을크게높여주는기술이다. 간섭신호를제거하여전송용량을증대시키고다중경로반사파의영향을적게받아우수한품질을유지하는반면에하드웨어복잡도가증가하고비용이많이드는단점이있다. 13

4 주간기술동향통권 1333 호 III. 3GPP LTE 기술 1. 3GPP LTE 개요 3GPP LTE 는미래요구사항을극복하고 UMTS(Univervsal MobileTelecommunication Service) 휴대전화단말기표준을향상시키기위한제 3 세대협력프로젝터에서주어진명칭이다 [4]. 3GPP LTE 는현이동통신망에서진화되는기술로전세계무선기술표준화단체중하나인 3GPP 가지난 2004 년부터본격적인연구에착수하였다. 현재에릭슨, 퀄컴, NTT 도코모등세계적으로명성을얻고있는통신업체들이워킹그룹에참여하고있다. 3G LTE 는 2010 년경이면 4 세대가규정하는서비스속도인이동중 100Mbps, 정지시에는 1Gbps 구현으로상용화가가능할것으로예상된다. 3G LTE 는 ALL IP 를백본으로음성망과데이터망을하나로통합하며, 현이동통신망에서진화되는점을고려해볼때 4 세대로거론되는기술중가장유력한후보기술로대두되고있다. 이기술은대역폭을 1.25MHz 에서 20MHz 까지변화가능하도록하고있으며 [5], 주파수대역을효율적으로사용하기위하여무선다중접속및다중화방식은 OFDM, 고속패킷데이터전송방식은 MIMO, 그리고스마트안테나기술을기반으로한다. 2. 규격및방식 3GPP LTE 규격및방식은다음을포함한다. - 20MHz 대역폭기준하향링크최대전송속도 100Mbps, 상향링크 50Mbps - 채널대역폭 : 1.25~20MHz - 다중접속 / 변조방식 : 하향링크는 OFDMA, QPSK/16QAM/64QAM, 상향링크는 SC- FDMA, QPSK/16QAM - 채널코딩 : 길쌈부호 (convolution Code), 터보부호 (Turbo Code) - 주파수효율 : 하향링크 5bps/Hz, 상향링크 2.5bps/Hz MHz 부터 20MHz 까지의다양한대역폭지원 - 셀경계에서의전송효율향상 - 저속의이동국에최적화되면서 350km/h 의고속이동국지원을위한무선전송기술 - 동시에수용할수있는사용자수 : 200 가입자이상 - Cell Coverage: 5km 의최적셀크기, 30km 셀크기, 100km 최대셀크기 14

5 포커스 - 낮은전송지연 (5ms latency), 패킷데이터전송기반, 그리고가격경쟁력을가지는시스템 3. 서비스 3GPP LTE 에서제공되는서비스는 3GPP 에서정의한패킷기반의다양한서비스로써 VoIP (Voice over Internet Protocol), 비디오스트리밍, 웹브라우징, FTP(File Transfer Protocol) 등의모든서비스가인터넷기반으로이루어져무선으로음성, 영상, 그리고데이터를한꺼번에처리할수있는트리플플레이서비스 (Triple Play Service: TPS) 가가능해진다. 3GPP LTE 는 4 세대가규정하는서비스속도인이동중 100Mbps, 정지시에는 1Gbps 구현으로상용화가가능할것으로예상된다. 이는현재상용화된 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 의 50 배, 초고속인터넷 VDSL(Very high speed Digital Subscriber Line) 의 2 배에해당하는것으로, HDTV(High Definition TeleVision) 급대용량멀티미디어컨텐츠구현이가능하다. 즉, CD 1 장 (700Mbyte) 짜리영화 1 편을다운로드할경우 56 초이면가능한기술이다. 3GPP LTE 의가장큰특징은기존 3G 서비스인 WCDMA, HSxPA 서비스와하위연동이가능하다. 즉, 3GPP LTE 를선택할경우기존 3G 망과 4G 망의연동이가능하다. 결국휴대폰하나로모든미디어와통신을이용할수있게되는것이다. IV. WiBro-Evolution 기술 1. WiBro-Evolution 개요와이브로에볼루션 (IEEE802.16m) 은한국의순수기술로개발된휴대인터넷와이브로 (IEEE802.16e) 의업그레이드버전으로모바일브로드밴드표준시장을주도할것으로예상된다. 와이브로에볼루션에는기존와이브로 MIMO 기술외에다양한하향링크 MU(Multi-User) MIMO 기술, 용량및커버리지를증대시키고사용자편의성을높이기의한 Self Configuration (SC) 기술이적용될것으로예상된다. 와이브로에볼루션에서는시속 300km 의고속이동성멀티안테나기술, IPv6 지원, 모바일 IP 도입, 멀티ㆍ브로드캐스팅서비스지원, 전송효율성, 오버헤드등의성능개선에초점을맞추고있다. 아울러, 와이브로에볼루션기술에서는스루풋 (throughput) 증대기술, 셀경계에서의간섭제거기술, IPv6 를고려한고속이동성제공기술등이국내외표준화대상항목으로집중개발될것이다. 이를위해국내에서는와이브로에볼루션 (IEEE m) 기술표준을 TTA 의휴대인터넷프로젝트그룹 (PG302) 을중심으로제조 15

6 주간기술동향통권 1333 호 업체, 사업자, 그리고국내외정부ㆍ연구소ㆍ학계가중심이되어표준화를주도하고있다 [6]. 현 재 ETRI 를포함한업계에서는와이브로에볼루션버전 2.0 국내표준을완성하고이를 m 으로비슷한시기에국제표준화를추진한다는계획이다. 2. 규격및방식 WiBro-Evolution 규격및방식은다음을포함한다. - 사용주파수대 :2.3~2.4GHz - 채널대역폭 : 10/20/40MHz - 최대전송속도 : 하향링크 20Mbps 이상, 상향링크 6Mbps 이상 - 이동속도 : 120km/h 이상 - 변조방식 : 광대역 OFDM 방식 - 핸드오버절단시간 : 100ms 이하 - IP 프로토콜 : IPv4 또는 IPv6 - 셀커버리지 : 도심 1~1.5km, 외곽 3~5km 3. 서비스 2007 년 10 월 18 일한국이세계최초로개발한와이브로기술이국제전기통신연합전파총회 (WRC-07) 에서 IMT-2000 으로통칭되는 3 세대이동통신의 6 번째국제표준으로채택되었다. WiBro 서비스는그이전의인터넷서비스들과다르게노트북, 핸드헬드 PC, 스마트폰, PDA 등다양한단말기로서비스를이용할수있다 [7]. 인터넷접속장소나시간대도세분화되며, 인터넷서비스도가구단위에서개인단위로광범위하게바뀌는추세이다. 결론적으로 WiBro 가상용화되면기존의인터넷환경과는다르게동일한컨텐츠라하더라도단말기별, 속도별로디자인과세부내용등이달라질필요가있기때문에서비스및컨텐츠분야에서새로운비즈니스가많이창출될것이다. 와이브로는 2008 년 4 월 30 일미국이동통신사스프린트넥스텔을통해전미지역에와이브로서비스브랜드인 좀 (Xohm) 을발표하며, 와이브로상용서비스를시작한다. 스프린트넥스텔과와이브로서비스를위해계약을체결한회사는인텔, 모토로라, 삼성전자, 구글등이있다. 인텔은와이브로칩셋을담당하고삼성전자와모토로라는장비를공급한다. 구글은와이브로서비스에차별화된애플리케이션탑재를위해협력관계를맺었다. 16

7 포커스 V. 3GPP2 UMB 기술 1. 3GPP2 UMB 개요 4 세대이동통신기술표준중하나로거론되고, 퀄컴이독자적으로진행하고있는 3GPP2 UMB 는현재의유선초고속인터넷에준하는속도로이동환경에서데이터통신을사용할수있는기술이다. IEEE 으로도불리는이기술은 3GPP LTE 와와이브로에볼루션 (IEEE802.16m) 같이고속의데이터전송속도와주파수효율성, OFDM 을기반기술로하고있다는점은동일하다. 그러나이동성과커버리지의한계를극복한기술적완성도가뛰어나고저전력설계, 광대역네트워크구축의용이성, 이동시데이터전송성공률이뛰어난것이특징이다. 한편, 3GPP2 UMB 기술은현재의이동통신시스템보다 2 배이상높은주파수효율을목표로진행하고있으며, 고주파수효율과낮은레이턴시로고품질무선접속이가능하여이동전화가입자들이유선과동일한품질의무선데이터서비스를이용할수있다. 2. 규격및방식 3GPP2 UMB 규격및방식은다음을포함한다. - 최대전송속도 : 하향링크 280Mbps, 상향링크 68Mbps - 채널대역폭 : 1.25~20MHz - 다중접속방식 : 하향링크는 OFDMA, 상향링크는 SC-CDMA - 사용주파수대역 : 3.5GHz - 이동속도 : 250km/h 이상 - 셀커버리지 : 15km 3. 서비스 2009 년부터 2010 년사이에상용화될차세대이동통신기술인 3GPP2 UMB 는퀄컴이핵심이된 CDMA2000 진영이내세우는 EVDO 리비전기술의최상위플랫폼으로써 5 20MHz 의주파수대역폭을이용하며 [8], 최적화된 OFDMA 기술을채택하고 VoIP 를가능하게하고, FDD(Frequency Division Duplex) 와 TDD(Time Division Duplex) 모드를지원한다. 또다수의안테나로데이터를송수신해전송효율을높여주는 MIMO 기술과공간분할다중접속 (Space Division Multiple Access: SDMA) 기술도지원한다. 3GPP2 UMB 는최고 280Mbps 의하향 17

8 주간기술동향통권 1333 호 링크와최고 68Mbps 의상향링크속도를제공하며, 이더넷수준의성능과 IP 서비스의 QoS (Quality of Service) 를보장한다. 3GPP2 UMB 는 2007 년후반에데모, 2008 년상반기샘플칩을출시하고, 2009 년상반기에상용화할예정이다. 퀄컴은 WCDMA 기반의 3GPP LTE 칩상용화에도나서지만 3GPP2 UMB 에초점을두면서 3GPP LTE 가상용화되기전에 3GPP2 UMB 로시장주도권을잡는타임투마켓 (Time to Market) 전략을구사할것으로전망된다. VI. 결론 ITU-R 이 2010 년경에 4G(IMT-Advanced) 이동통신기술표준을확정할예정이다. 3G 표준채택으로 WiBro 진화기술 (WiBro Evolution) 이타 4G 이동통신후보기술과대등한위치에서게되어 4G 이동통신표준채택에유리한위치확보하고있다. 현재 WCDMA 의발전기술인 3GPP LTE 후속기술과 WiBro Evolution 이유력한 4G 이동통신표준기술로부각되고있다. ITU 는 2008 년초부터 4 세대이동통신 (4G) 의표준제안서를받을예정이다. 현재 4G 이동통신후보기술로유력한것은 3GPP LTE 와와이브로에볼루션 (IEEE802.16m), 그리고 3GPP2 UMB(IEEE802.20) 등이다. 상기 3 가지후보기술들은 4G 이동통신표준이정해지지않은상황에서어느한기술도등한시하지말고, 3 가지기술모두적극적으로발전시켜나가야할것이다. ITU 는 2010 년까지이들기술의표준을제정해 2011 년에서 2015 년까지상용화하겠다는계획을가지고있다. < 참고문헌 > [1] 한국정보통신산업협회, 4G, 차세대네트워크가보인다, 정보화사회, Vol.188, Sep/Oct. 2007, pp [2] Suk YU Hui, Kai Hau Yeung, Challenges in the migration to 4G mobile systems, IEEE Communication Magazine, Dec. 2003, pp [3] [4] [5] Ulrich Barth, 3GPP Long Term Evolution/System Architecture Evolution Overview, Alcatel, Sep [6] DaeHyoung Hong, 2.3GHz Portable Internet(WiBro) for Wireless Broadband Access, ITU-APT Regional Seminar 2004, Aug [7] [8] * 본내용은필자의주관적인의견이며 IITA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 18

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<4D6963726F736F667420576F7264202D2032303133303330385FB1E2BCFAB5BFC7E2BAD0BCAE2DB8F0B9D9C0CF20B3D7C6AEBFF6C5A92DC3D6BFCF2E646F6378> 2013-03-08 모바일 네트워크 기술 동향 모바일 네트워크의 개념과 기본적인 배경 지식에 대해 소개하고, 최근 업계 동향을 살펴봄 목차 1. 모바일 네트워크 개요...2 2. 3G 네트워크 기술 소개...4 3. LTE-A 최신 동향...7 최완, wanne@etri.re.kr ETRI 차세대콘텐츠연구소 콘텐츠서비스연구실 ETRI 차세대콘텐츠연구소 콘텐츠서비스연구실