6. 무선통신 기술

1. 6. 무선통신 기술

2. 목차(1/1) • 1. 무선통신의 기초 • 2. 1세대 무선통신 • 3. 2세대 무선통신 • 4. 2.5세대 이동통신 • 5. 3세대 무선통신 • 6. 차세대 무선통신

3. 무선통신의 기초 • 이동통신 • 전파라는 매체를 이용하여 이동하면서 통신을 하는 새로운 형태의 통신 서비스 • 이동통신을 이용한 다양한 서비스

4. 이동통신의 발달과정 • 1960년대 후반에 높은 주파수의 전파를 만들어 내는 발진 기술의 발전과 전파 장치의 소형화가 이루어지면서 시작 • 주파수는 유한한 공공 자원 • 주파수를 여러 사람이 같이 쓰고, 또 재사용할 수 있는 기술을 필요로 함 <이동통신 기술의 역사>

5. 이동통신의 발달과정 • 1960년대 말, 벨 연구소에서 서비스 제공 영역을 셀(Cell)로 잘게 나누고, 주파수를 재사용할 수 있도록 하는 셀룰러(Cellular) 이동통신의 개념이 개발 • 1983년에 제1세대 이동통신 시스템인 아날로그 방식인 US AMPS(Advanced Mobile Photo Services) 탄생 <벨연구소 전경>

6. 이동통신의 발달과정 • 1991년 제2세대 이동통신 시스템인 디지털 방식의 US 디지털 셀룰러(IS-54) 서비스 • FM/FDMA방식인 AMPS의 30kHz 채널당 세 명의 사용자를 할당할 수 있는 DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) 디지털 변조 방식을 이용한 시분할 다중접속 방식의 시스템 • 디지털 신호처리와 병행하여 하프 레이트 코딩(half rate coding) 기술을 적용, 동일한 30kHz 대역폭에 6명의 사용자를 처리할 수 있게 함

7. 이동통신의 발달과정 - 유럽 • 1981년 스웨덴의 콤빅(Comvik) 시스템에 의해 최초로 아날로그 셀룰러 서비스 시작 • ETSI를 중심으로 디지털 이동통신 시스템은 TDMA 방식인 GSM을 개발 • 개인 통신용 서비스는 1900MHz 대역을 할당, 800MHz 대역에서 사용하는 GSM의 기능을 향상시킨 PCS 1900 시스템 개발 <ETSI 전경>

8. 이동통신의 발달과정 - 일본 • 1979년 NTT에 의해 세계 최초로 600개의 FM 채널(한 방향으로 채널 25kHz)을 800MHz 대역에 할당하여 이동통신 서비스를 시작 • 북미의 VCDC와 비슷한 PDC(Pacific Digital Cellular) 방식으로 서비스 • TDMA 방식인 PHS(Personal Handyphone System)을 이용한 저이동성 개념의 개인통신 서비스

9. 이동통신의 발달과정 - 대한민국 • 최초의 일반 가입자용 이동전화 서비스는 1961년 8월, 80여명의 가입자를 대상으로 제공 • 일반 유선전화로 시외교환을 호출하여 차량 전화번호를 알리고 교환원이 선택 호출장치 버튼을 누르면 전파신호가 발사되어 차량 전화의 벨이 울리는 방식 • 통화품질도 나쁘고, 이동전화 수요에도 충분히 대처할 수 없었음 • 특별한 신분의 사용자만이 가입하고 이용, 가능한 상태 • 1973년 기계식 IMTS(Improved Mobile Telephone Service) 도입 • 1975년 NMRS(New Mobile Radio System) 도입 • 1976년에는 반전자식 IMTS를 도입

10. 이동통신의 발달과정 - 대한민국 • 1984년 3월 한국이동통신 서비스 주식회사가 설립되면서 그 해 5월부터 AMPS(Advanced Mobile Photo Services) 셀룰러 시스템이 도입 • 주로 차량전화 서비스를 개시하여 실질적인 이동전화의 대중화가 시작 • 1988년 7월부터 88올림픽의 영향 때문에 이동전화의 보급 및 가입자가 급격히 증가 • 차량전화에서 실질적인 이동전화인 핸디폰(Handy Phone)의 개념으로 전환 • 1996년에는 300만 가입자를 돌파하는 대규모 통신 시스템이 됨 <전화 교환기>

11. 이동통신의 발달과정 - 대한민국 • 무선호출기 • 1982년 12월에는 1만 회선으로 최초의 서비스를 개시 • 1989년 4월에는 100만 가입자 돌파 • 1996년 1월부터 CDMA 방식을 도입하여 세계 최초로 인천과 부천 지역에서 그리고 그 해 4월에 서울 전 지역에 서비스를 개시 • 국가 정책으로 TDMA보다 여러 가지 장점이 많은 CDMA를 채택 • 1997년 10월 1일부터 한국통신 프리텔, 한솔 PCS, LG 텔레콤 등 3개 사가 동시에 016, 018, 019 등의 번호로 PCS 상용서비스를 실시 <무선호출기> <CDMA칩>

12. 이동통신의 발달과정 • 전송방식은 아날로그 신호 통신에서 디지털 신호 통신으로 발전 • 단말은 차량 적재형에서 개인용으로 변화 • 주파수 대역도 초기 400MHz대에서 준 마이크로파(3000MHz) 대역으로 전이 • 셀 구성 형태 또한 반경 20km의 커다란 셀에서 반경 1km 이내인 마이크로 셀 형태로 변화

13. 이동통신 기술의 진화

14. 1세대 무선통신 • 1세대 시스템 및 구조 • 이동통신은 1978년 시카고에서 시작 • 800MHz대역을 사용하는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 기술 • 일본에서는 1979년 AMPS 상용화 • 유럽에서는 1981년에 스웨덴, 노르웨이, 덴마크, 핀란드 등의 국가에서 시작 • 450MHz 대역의 NMT(Nordic Mobile Telephony)를 사용 <AMPS 지원 단말기>

15. 2세대 무선통신 • 디지털 방식을 사용 • 1세대 시스템의 문제점을 보완하기 위해 • 수용량 증가 • 도청에 대한 보안 • 몇 가지 발전된 서비스를 제공 • GSM, FDMA, TDMA, CDMA 등이 있음 • GSM(Global System for Mobile communications) • 유럽 전기통신 표준협회(ETSI)에서 제정한 디지털 셀룰러 이동통신 시스템의 표준 규격 • 표준화를 통하여 호환성 유지 • 디지털화를 통하여 전송 품질을 향상 • 범유럽 로밍 가능 • 시스템의 대용량화를 통하여 급증하는 가입자 수용 • 음성과 데이터 통신을 유연하게 제공 <GSM 폰>

16. 2세대 무선통신 • FDMA(Frequency Division Multiple Access) • 중계기의 주파수 대역을 분할해서 각국에 할당하는 방식 • 지구국은 자국에 할당된 주파수로 신호를 송출하고 수신국은 수신 신호의 주파수로 송신국을 식별

17. 2세대 무선통신 • FDMA(Frequency Division Multiple Access) • 장점 • 기지국 안테나, 증폭 및 변조를 위한 장치 간단 • 복잡한 동기가 불필요 • 단점 • 다수의 전파를 하나의 중계기로 공통 증폭하는데 따른 변조 방해의 경감을 위해 중계기당 전송 용량이 적고 회선 이용 효율이 낮음 • 다양한 속도를 갖는 디지털 전송과의 호환성이 부족

18. 2세대 무선통신 • TDMA(Time Division Multiple Access)

19. 2세대 무선통신 • TDMA • 하나의 중계기로 다수의 지구국이 모두 동일한 주파수대를 사용해서 시간적으로 중복되지 않도록 분할하여 할당된 시간 슬롯 내에 디지털 신호를 송출하는 방식 • 각국으로부터 송출된 신호는 중계기에서 시분할되어 전송 • 수신국에서는 해당 신호를 복조하여 할당된 시간 슬롯으로부터 송신국을 식별 • 중계기가 증폭하는 반송파가 하나뿐이기 때문에 변조의 문제가 없어서 중계기의 송신 전력을 100% 사용 • 다양한 속도의 디지털 신호 전송이 용이 • 주파수 이용 효율을 높일 수 있고 운용상의 유연성을 확보할 수 있음

20. 2세대 무선통신 • CDMA(Code Division Multiple Access)

21. 2세대 무선통신 • CDMA • 디지털 이동통신 방식의 일종 • 스펙트럼 확산 기술을 채택 • 미국 퀄컴(Qualcomm)사에서 북미의 디지털 셀룰러 자동차/휴대 전화의 표준 방식으로 대역폭 1.25MHz의 CDMA 방식을 한국의 전자통신연구원의 기술 지원을 받아 제안 • 1993년 7월 미국 전자공업 코드 협회(EIA)의 IS-95로 제정 • 복수의 사용자가 동일한 주파수 대역을 공유 • 사용자를 구분하기 위해 사용자 통신 채널 고유의 의사 잡음 부호(PN 부호)를 사용 • 송신측은 음성 데이터 주파수 대역폭의 수십 배 이상인 PN 부호를 음성 데이터에 곱하여 주파수 대역을 확산

22. 2세대 무선통신 • CDMA • 수신측은 동일한 PN 부호를 곱하여 원래의 신호로 복조 • TDMA 방식이나 FDMA 방식에 비해 대역폭당 사용자 채널을 10~20배 증가 가능 • 송신 주파수가 광대역이므로 다중 경로 신호에 의한 주파수 선택성 페이딩에 강함 • 대용량이므로 대도시에 적합 • 서비스 지역의 광역화에 따른 셀 수를 감소시킬 수 있음

23. 2.5세대 이동통신 • 2세대 이동전화 방식을 개량하여 3세대에 가깝게 서비스를 고도화시킨 방식 • 2세대 인프라를 그대로 이용하여 3세대 통신 서비스를 제공하는 것 • 디지털 데이터의 전달 속도가 빠름 • 새로운 서비스를 쉽게 제공 • 3세대로의 전환이 용이 • CDMA2000, GPRS, CDMAOne

24. 2.5세대 이동통신 • GPRS(General Packet Radio Service) • 스웨덴 에릭슨사가 중심이 되어 개발한 세계 최초의 무선 데이터 통신 서비스 • 유럽 전기통신 표준협회(ETSI)가 표준화한 유럽 디지털 이동 전화 방식 GSM망을 기초로 한 패킷 통신 서비스 • 이동통신 환경에서 웹 브라우징 등 각종 인터넷 프로토콜(IP) 기반 서비스와 데이터 통신 서비스를 제공 <GPRS 방식의 폰>

25. 2.5세대 이동통신 • EDGE(Enhanced Data GSM Environment) • GSM 통신망에서 최고 384Kbps 속도의 정보를 전송할 수 있는 표준 • GPRS보다도 세 배나 빠르고, MMS(멀티미디어 메시징 서비스) 등 멀티미디어 데이터 통신 기능이 크게 개선된 통신 방식

26. 2.5세대 이동통신 • CDMAOne(Code Division Multiple Access One) • CDMA 방식의 디지털 셀룰러 자동차/휴대 전화 시스템의 표준화를 추진하는 국제 단체인 CDG(CDMA Development Group)가 1997년 6월에 규정한 CDMA 방식 • 1993년 7월에 미국 전자공업협회/통신 산업 협회(EIA/TIA)가 작성한 CDMA 방식의 디지털 셀룰러 시스템 표준 규격인 IS-95와 내용이 동일 • IMT-2000의 CDMA 방식으로 광대역 CDMA를 제안 • 광대역 CDMAOne(Wide-band CDMAOne)

27. 2.5세대 이동통신 • CDMA2000 1x • IS-95C망을 이용하여 최고 144Kbps로 무선 인터넷이 가능한 서비스 • 음성 및 WAP 서비스 품질의 향상 및 각종 멀티미디어 서비스(AOD, VOD 등)의 제공도 가능

28. 3세대 이동통신 • 2세대 시스템의 한계 • 음성 서비스에 초점 • 데이터 통신에 적합하지 않음 • 3세대 시스템 • 대역폭: 이동 서비스 144Kbps, 고정 서비스 2Mbps • 멀티미디어 서비스 제공 • 가변적인 가입자 수용 네트워크 시스템 • 2GHz대역을 이용할 것을 명시 • ITU가 선택한 5가지 기술 • WCDMA(Wideband CDMA) • CDMA2000(IS-95 CDMA에서 진보) • TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CDMA) • UWC-136(IS-136에서 진보) • DECT

29. 3세대 이동통신 • WCDMA(Wideband CDMA) • 국제전기통신연합(ITU)이 표준화를 추진하고 있는 국제이동통신-2000(IMT-2000)을 위해 부호분할 다중접속(CDMA) 방식의 대역폭을 확장한 기술 • WCDMA 방식은 스웨덴, 영국 독일, 프랑스 등 유럽의 주요국가 및 일본 등 기존 GSM 방식을 채택중인 전 세계 80%의 지역에서 채택 • 특징 • 종단간 서비스 품질 보장 • 주파수 효율성 높음 <노키아의 WCDMA 폰>

30. 3세대 이동통신 • DECT(Digital European Cordless Telephone) • 1992년 유럽 전기 통신 표준 협회(ETSI)가 규격 발표 및 표준화한 디지털 무선 전화 표준 • 잠정 유럽표준(I-ETS)으로 1991년에 채택된 바 있는 CT-2를 개선, 발전시켜 핸드오버(hand-over)와 자동 로밍(roaming) 기능 추가 • 개인 휴대 통신 서비스(PCS) 기능을 위한 유연한 저가격을 목표로 함 <아크로텔레콤의 DECT 핸드셋>

31. 3세대 이동통신 • UMTS(Universal Mobile Telecommunications Systems) • 유럽 전기통신표준협회(ETSI)가 장기적인 계획으로 추진 중인 시스템 • 목표는 셀룰러 방식 이동통신, 무선 전화, 무선 LAN 및 무선 호출 등 모든 종류의 이동통신을 결합한 통합 이동통신 시스템 구축 • 이용자의 위치와 시스템의 용량에 따라 데이터 전송 속도에만 제한이 있을 뿐 장소에는 아무런 제한 없이 동일한 종류의 서비스를 제공할 수 있게 하는 것 • CDMA, 멀티미디어 등 신기술을 결합 • 혼합 셀 구조를 실현 • 최고 2Mbps의 전송 속도를 제공하는 범용 이동통신 시스템을 개발하고자 함 <UMTS 폰>

32. 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project) • ETSI, ARIB/TTC, T1, TTA가 결성한 협의체 • 비동기식 WCDMA 기술 • 현재 릴리즈 7 규격이 진행 중 • 릴리즈 5인 WCDMA 기반의 HSDPA의 변화를 최소화하는 방향으로 진행

33. CDMA2000 1x EV-DO(CDMA2000 1x Evolution Data Only) • 동기식 3세대 이동통신 서비스 방식의 고속 무선 데이터 전송규격 • CDMA2000 1x로는 고속의 하향 데이터 전송에 제약이 있기 때문에 이를 보완하기 위하여 고속 하향링크 규격을 정의한 것 • 기지국에 별도의 액세스 포인트를 두어야 함 • 단말기는 CDMA2000 1x와 CDMA2000 1x EV-DO 규격을 모두 수용하여야 함 • 최대 전송 속도는 2.4Mbps • TDM(Time Division Multiplexing) 방식 사용

34. CDMA2000 1x EV-DO(CDMA2000 1x Evolution Data Only)

35. CDMA2000 1x EV-DV(CDMA2000 1x Evolution Data & Voice) • 멀티미디어 정보를 전송하는 동기식 3세대 이동통신 전송규격 • 고속 데이터와 음성을 동시에 지원 • 실시간 데이터 서비스 및 고속 데이터 서비스를 위해 최적화된 기술 규격 • 전송속도는 3Mbps CDMA2000 1x EV-DV 지원하는 노키아의 폰

36. 차세대 무선통신 (4세대) • 의미 • 3세대 이동통신 IMT-2000 뒤를 잇는 차세대 이동통신 시스템 • 목표 • 휴대용 단말기를 이용하여 전화를 비롯한 위성망 연결, 무선 랜 접속이 가능 및 끊김 없는(seamless) 이동 서비스의 제공 • IMT-2000 보다 전송속도가 수십배 이상 되는 빠른 통신 속도를 바탕으로 동영상 전송, 인터넷 방송 등의 다양한 멀티미디어 서비스 지원 • 수십~수백 Mbps의 전송속도의 대용량 데이터의 송.수신 • 유비쿼터스(Ubiquitous), 컨버전스(Convergence), 브로드밴드(Broadband)라는 3가지 기술을 융합, 유선과 무선, 정지 영역과 이동 영역이 결합하여 새로운 차원의 이동통신 서비스 인프라 구축 • 광대역 무선이동 통신서비스(WMBS: Wireless Mobile Broadband Service) 인프라가 구현됨을 의미

37. 차세대 무선통신 (4세대) • 모든 이동통신 서비스는 물론 방송, 금융, 전자상거래, 엔터테인먼트 서비스까지 포괄하게 될 전망 • 세계 모든 나라가 동일한 주파수 대역을 사용하기 때문에 글로벌 네트워크 구현이 가능 • 4세대 이동통신 관련 기술 • 주파수(Radio) • 액세스 네트워크(Access Network) • 코어 네트워크(Core Network) • 애플리케이션(Application)

38. 차세대 무선통신 (4세대) • 주파수 • 4세대 이동통신이 사용하게 될 주파수를 효율적으로 송, 수신할 수 있는 기술을 담고 있음 • 주파수 송, 수신에 대한 규약을 담은 에어 인터페이스(Air Interface), 디지털 신호와 아날로그 신호의 변/복조(Modulation/Demodulation), 한 채널을 모든 이용자가 상호 접속할 수 있는 다중접속(Multiple Access) 등의 기술이 포함 • 액세스 네트워크 • 사용자들이 4세대 이동통신망에 접속할 수 있는 기술 • 셀 방식을 중심으로 메쉬 네트워크(Mesh Network)나 애드혹 네트워크(Adhoc Network) 등의 기술을 함께 포함

39. 차세대 무선통신 (4세대) • 코어 네트워크 • 4세대 이동통신의 핵심이 되는 부분 • ALL-IP 개념이 적용될 것이 확실시 • ALL-IP 네트워크 • 인터넷 프로토콜을 기반으로 서로 다른 네트워크들이 통합되는 것을 의미 • PSTN과 같은 유선 전화망과 IMT-2000망, 무선망, 패킷 데이터 네트워크와 같은 기존의 통신망 모두가 IP를 기반으로 하여 망으로 통합 • 음성, 데이터, 멀티미디어 등을 처리하는 패킷 망과 인터넷 전화 방식(IP Telephony)을 기반으로 하는 네트워크 구조를 갖게 됨

40. 차세대 무선통신 (4세대) • UWB(Ultra-WideBand) • 수 GHz대의 초광대역을 사용하는 초고속 무선 데이터 전송 기술 • 기존 IEEE 802.11과 블루투스 등에 비해 빠른 속도(500Mbps/1Gbps)를 제공 • 저전력(휴대폰과 무선 랜의 100분의1) 특성 • 근거리(평균 10~20m, 최대 100m)에서 컴퓨터와 주변기기 및 가전 제품들을 초고속 무선 인터페이스로 연결하는 개인 통신망에 적용 • 건물 벽을 투시하는 벽 투시용 레이더, 고정밀도의 위치 측정, 차량 충돌 방지 장치, 지뢰 매설 탐지, 분실 방지 시스템, 신체 내부 물체 탐지 등 여러 분야에서 활용 가능 • 전파를 이용하므로 다른 무선 주파수와 간섭 현상을 일으킬 수 있으나, 사용 주파수의 범위 제한 등의 조치로 대처 가능

41. 차세대 무선통신 (4세대) • UWB(Ultra-WideBand) <Wisair사의 UWB 칩셋> <UWB 기술의 응용 분야>

42. 차세대 무선통신 (4세대) • 지그비(Zigbee) • 저전력, 저비용, 저속이 특징인 2.4GHz기반의 홈자동화 및 데이터 전송을 위한 무선 네트워크 규격 • IEEE 802.15.4에서 표준화가 진행 • 듀얼 PHY 형태로, 주파수 대역은 2.4GHz와 868/915MHz를 사용 • DSSS(Direct Secure Spread Spectrum) 기술을 사용하며 반경 30m 내에서 20~250Kbps의 속도로 데이터를 전송 • 하나의 무선 네트워크에 최대 255대까지의 기기를 연결, 실내외 대규모 무선 센서 네트워크의 구성이 가능

43. 차세대 무선통신 (4세대) • 지그비(Zigbee) • 버튼 하나로 집안 어느 곳에서나 전등 제어 및 홈 보안 시스템 등의 제어 기술 제공 • 인터넷을 통한 전화 접속으로 홈자동화를 더욱 편리하게 이용 가능 기술 제공 • 적은 전력소모는 향후 스마트 더스트(smart dust, 초소형 센서)를 가능케 함 • 현재 하니웰과 모토로라, 필립스 등이 적극적으로 지원 듀얼밴드 지그비 단일칩

44. 차세대 무선통신 (4세대) • 지그비폰 • 2004년 팬택앤큐리텔에서 개발에 성공

45. 차세대 무선통신 (4세대) • 와이파이(WiFi) • 2.4GHz대역을 사용하는 무선 LAN 규격(IEEE 802.11b)에서 정한 제반 규정에 적합한 제품에 주어진 인증 마크 • 무선 네트워크 관련 기업이 만든 단체인 WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance)가 자체 시험을 통해서 상호 접속성 등을 확인한 후 인증을 취득한 제품에 한해서 이 마크를 붙일 수 있음 <와이파이 지원 칩셋>

46. 차세대 무선통신 (4세대) • WiMAX (World Interoperability for Microwave Access, 와이맥스) • 인텔의 주도로 휴대 인터넷의 기술 표준을 목표로 개발 중인 무선 기술 • 건물 밖으로 인터넷 사용반경을 대폭 넓힐 수 있도록 기존의 무선랜(802.11a/b/g) 기술을 보완 • 이동 시에 기지국과 기지국간 핸드오프를 보장하지 못함 • 기존 무선랜 기술인 와이파이보다 훨씬 넓은 접속지역과 더 빠른 데이터 전송속도를 지원하는 장거리 무선통신 기술 • 기지국의 반경이 약 70km까지 확장되며 넓은 지역에 100Mbps 속도의 광대역 인터넷 접속서비스를 제공

47. 차세대 무선통신 (4세대) • WiMAX 서비스

48. 차세대 무선통신 (4세대) • 와이브로(Wibro) • 무선(Wireless)과 광대역 인터넷(Broadband Internet)의 줄인 말 • 국제적으로는 모바일 와이맥스(Mobile WiMAX)로 통용 • 휴대용 단말기를 이용하여 정지 및 이동 중에 언제, 어디서나 고속의 전송 속도(약 1Mbps급)로 인터넷에 접속하여 다양한 정보 및 콘텐츠 사용이 가능한 초고속인터넷 서비스 • 실내의 유선 초고속인터넷 서비스를 실외에서 이동 중에도 사용할 수 있도록 확장하는 개념 • 2.3GHz 주파수 대역을 이용, 셀 반경 1Km이내, 이동시 최소 60Km/h 이상에서도 끊김 없는 무선 인터넷 서비스 보장 <와이브로 모뎀>

49. 차세대 무선통신 (4세대) • 와이브로(Wibro)의 특징 • 현재 ADSL(약 1Mbps)정도의 전송속도로 이동통신사의 무선 인터넷이나 3.5G HSDPA보다 데이터 전송에 유리 • 넷스팟 같은 무선랜이나 기존 ‘코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access)’을 이용해 무선 인터넷을 할 수 있지만, 무선랜은 도달거리가 짧아서 이동 중일 때나 실외에서는 서비스가 되지 않음 • 휴대전화에서 사용 가능한 EV-DO 무선인터넷은 사용범위도 넓고 접속도 비교적 잘 되지만, 요금이 너무 비쌈. 하지만 휴대인터넷은 현재의 유선인터넷보다 약간 비싼 월 3~4만 원 정도의 비용만 부담하면, 인터넷을 마음대로 사용 • 현재 CDMA 무선 인터넷은 SK텔레콤 네이트나 네이트닷컴에 입점한 컨텐츠만 주로 볼 수 있지만 와이브로 단말기에서는 유선 초고속 인터넷에서처럼 자유롭게 웹서핑을 할 수 있음.

50. 차세대 무선통신 (4세대) • 와이브로(Wibro) SWOT <와이브로가 사용된 제품들>