이동통신의 3G가 음성통화 품질을 높이기 위한 기술이었다면 4G의 초점은 데이터 통신에 맞춰졌습니다.
LTE(Long Term Evolution)라는 이름으로 선보인 4G 이동통신 기술이 국내에 서비스한 지 얼마 안 된 것 같은데 벌써 2,000만 가입자를 넘어설 정도로 빠르게 보급 중입니다.
그런데 현재 국내에 적용된 LTE가 완전한 4G가 아닌 미완성의 4G 기술이라는 것을 알고 계십니까? 현재도 빠른 데이터 속도로 3G에서 LTE로 바꾼 이용자들은 찬사가 이어지고 있지만, LTE Advanced(LTE 어드밴스드)에서는 이론상으로는 지금의 10배인 최대 750Mbps까지 가능합니다.
LTE Advanced가 뭐길래 저런 엄청난 속도로 무선 데이터를 쓸 수 있을까? 이제부터 LTE Advanced에 대해 알아보겠습니다.
1. LTE Advanced란
LTE Advanced(또는 LTE-A)는 여러 개의 주파수(frequency)를 하나로 묶어 사용하는 기술입니다.
주파수 파형은 사인(sine) 곡선으로 되어 있고 'Hz'라는 단위로 표시합니다. 1Hz는 1초에 한 번 왕복하는 것을 의미하고, 100Hz는 1초에 100번 왕복한다는 뜻입니다.
<고정된 시간(1초)에 몇 번 왕복하느냐로 성능이 결정됩니다. 출처:wikipedia>
이 주파수에는 데이터를 실어 나를 수 있습니다. 보통 1Hz로는 1bit를 보낼 수 있고 10Hz에는 10bit를 보낼 수 있습니다. 국내에서 서비스하는 LTE는 10MHz에 75Mbit를 전송할 수 있습니다. 만약 10MHz가 아니라 20MHz를 사용한다면 150Mbit를 보낼 수 있다는 이론이 나옵니다.
LTE Advanced는 이렇게 여러 개의 주파수를 하나로 묶어 데이터 전송속도를 올린 기술입니다. 앞으로 설명할 내용도 이를 구현하기 위한 것입니다. 여러 개의 주파수를 이용하는 기술(Multi-Carrier)과 여러 개의 주파수를 하나로 묶어 주는 기술(Carrier Aggregation)입니다. 두 가지 중 가장 핵심 기술은 캐리어 애그리게이션(Carrier Aggregation)입니다.
2. 멀티 캐리어 (Multi Carrier)
멀티 캐리어란 여러 개의 주파수 중 가장 양호한 신호를 보내주는 것 하나를 이용해서 통신하도록 해주는 기술입니다.
국내 이동통신사들은 LTE를 위해 2개의 주파수를 사용하고 있습니다.
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LG U+ |
SKT |
KT |
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확보 주파수 |
800MHz 대 2.1GHz 대 (MC) |
800MHz 대 1.8GHz 대 (MC) |
900MHz 대 (MC) 1.8GHz 대 |
<국내 이동통신사 LTE 주파수 밴드 사용 현황>
LG U+와 SKT는 800MHz 대역을 주력으로 사용하고 각각 2.1GHz와 1.8GHz는 멀티 캐리어로 활용하고 있습니다. 반면 KT는 1.8GHz 대역을 주력으로 사용하고 900MHz 대역을 멀티 캐리어로 사용합니다.
멀티 캐리어는 이용자의 위치에서 두 개의 주파수 중 품질이 좋은 것을 골라 사용하게 됩니다. 그러나 멀티 캐리어는 두 개의 주파수 중 하나를 선택하는 것이기에 품질에는 영향을 끼쳐도 이론상 속도인 75Mbps를 넘길 수는 없습니다.
하지만 멀티 캐리어가 되지 않는다면 이어서 설명할 캐리어 애그리게이션 자체가 불가능하므로, LTE Advanced의 기본 기술이라 할 수 있습니다.
3. 캐리어 애그리게이션(Carrier Aggregation)
LTE Advanced의 핵심이 캐리어 애그리게이션입니다. 2개 이상의 주파수를 묶어 하나처럼 사용할 수 있기 때문에 데이터 전송속도는 주파수 대역폭이 늘어나는 만큼 빨라지게 됩니다.
현재 국내에서 사용하는 LTE 주파수의 대역폭은 10MHz입니다. 10MHz의 대역폭으로는 최대 75Mb/s로 데이터 전송이 가능합니다. 가정에서 사용하는 초고속인터넷이 100Mbit/s 라는 것을 고려하면 결코 느린 것은 아닙니다.
하지만 앞으로 도입할 LTE Advanced에서는 두 개의 주파수에서 각각 10MHz의 대역폭을 하나로 묶어 20MHz 대역폭으로 만든 뒤 여기에 150Mbit까지 데이터를 보낼 수 있습니다.
<캐리어 애그리케이션. 이미지 출처 : 퀄컴>
그리고 캐리어 애그리케이션은 최대 5개의 주파수를 사용하여 대역폭은 100MHz까지 올릴 수 있으므로 '75Mbit * 10(10MHz / 100MHz) = 750Mbit'라는 공식이 성립됩니다.
물론 이것은 이론일 뿐입니다. 주파수는 공공재이고 국가별로 사용할 수 있는 대역도 한정되어 있습니다. 모든 주파수를 이동통신에 할당할 수 없고, 구매와 관리 비용도 천문학적이므로 5개의 주파수를 한 이동통신사에서 사용한다는 것은 꿈 같은 일입니다.
4. 스몰 셀 (Small Cell)
셀(cell)이란 하나의 기지국에서 커버 가능한 구역을 말합니다. 휴대폰을 초기에 셀룰러 폰(Cellular Phone) 또는 셀 폰(Cell Phone)이라 부른 것도 이 때문입니다.
하나의 기지국에서는 사용할 수 있는 대역폭이 한정되어 있습니다. 사람이 많은 곳에서는 휴대폰 연결이 잘 안 되거나 데이터 전송속도가 떨어지는 것도 이와 같은 이유입니다. 그런데 LTE-Advanced 서비스가 시작되면 데이터 전송량이 많아져 기존의 기지국에서 감당할 수 없는 사태가 발생할 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 스몰 셀입니다. 기존의 기지국은 매크로 셀 (Macro Cell)이라 하며, 스몰 셀은 펨토셀 (Femto Cell), 피코셀 (Pico Cell) 등을 말합니다.
▶ LG U+ LTE 소형기지국 '피코셀' 상용화! ◀
피코셀은 반경 100~200m 범위에 200명 정도의 이용자를 수용할 수 있고, 펨토셀은 10m 범위 내에 20명 정도를 수용할 수 있습니다. 피코셀은 일정 범위에 유용하고 펨토셀은 특정 건물에 유용합니다.
<매크로 셀과 스몰셀 범위. 이미지 출처 : 퀄컴>
위의 이미지는 매크로 셀, 피코셀, 펨토셀의 범위를 보여주는 것입니다. 가장 넓은 원이 매크로 셀로 한 지역을 다 덮고 있으며 2~3개의 건물을 커버하는 원이 피코셀, 가장 짙은 색으로 표현된 작은 원이 펨토셀입니다.
스몰 셀은 부하가 많이 걸리는 지역에만 설치하면 되므로 구축 비용이 적게 들고 매크로 셀과 연동을 할 수 있어 셀과 셀 사이를 이동할 때 생기는 핸드오프(hand-off) 현상이 없어 스마트폰의 배터리 소모를 줄이고 끊김 현상도 없습니다.
이런 이유로 스몰 셀은 LTE Advanced에 반드시 필요한 기술입니다.
5. 국내 LTE Advanced 현황
현재 LTE Advanced에 가장 앞선 곳은 LG U+와 SKT로 이미 멀티 캐리어 기술을 적용하고 있기 때문입니다. 반면 KT는 900MHz 주파수 밴드에서 타 기기와의 혼선 때문에 아직 사용하지 못하고 올해 3분기를 목표로 준비하고 있습니다.
멀티 캐리어가 안되면 캐리어 애그리게이션도 안되기 때문에, 멀티 캐리어 기술이 적용된 LG U+와 SKT가 가장 빠르게 LTE Advanced 서비스를 시작할 수 있습니다. SKT는 2013년 9월에 서비스 시작을 알렸고 LG U+는 정확한 시기를 발표하지 않았지만 비슷한 시기에 시작할 것으로 예상합니다. KT는 3분기에 멀티 캐리어 상용화와 함께 시작할 것이라고 하였지만, 여기에는 중요한 변수가 있습니다.
미래창조과학부에서 이동통신용으로 1.8GHz와 2.6GHz를 할당하고 이것의 분배를 8월에 하기로 했기 때문입니다. 여기에서 1.8GHz 주파수를 누가 가져가느냐가 큰 변수이기 때문에 적어도 주파수 분배가 끝난 이후에 LTE Advanced 서비스 상용화가 급진전 될 것으로 보입니다.
그리고 단말기 문제도 있습니다. 기존 LTE 단말기로는 LTE Advanced 서비스를 받을 수 없습니다. 국내에는 6월에 삼성에서 LTE Advanced를 지원하는 새로운 갤럭시S4가 출시 예정입니다. 그리고 이후 출시되는 타 단말기 제조사들에서도 출시할 것으로 예상합니다.
LTE Advanced가 상용화되면 150Mbps라는 엄청난 속도로 무선 인터넷을 즐길 수 있습니다. 각 가정에 보급된 초고속 인터넷도 100Mbps라는 것을 생각해보면 대단한 기술임이 틀림없습니다. 속도가 빨라지면 스마트폰으로 할 수 있는 것은 더 많아집니다. 초고화질 영상도 실시간으로 볼 수 있고 영상 통화도 풀 HD로 할 수 있게 됩니다. 이 외에 다양한 콘텐츠가 보급될 것으로 보입니다.
지금까지 LTE Advanced에 대한 설명을 마칩니다.
