| OFDM·MIMO·SDR·스마트안테나 등 3세대 한계 극복할 기술로 각광받아
4G의 핵심 기술은 크게 주파수, 액세스 네트워크, 코어 네트워크, 애플리케이션 등 4개의 구성 요소로 이루어진다.
현재 각 부문의 연구개발은 기존 3G 이동통신 기술의 한계를 극복하기 위해 주파수 효율성 향상, 가격대비 전송률 최적화, 기존 통신·방송 시스템과의 융합 등을 고려해 진행되고 있다.
이 가운데 주파수 부문은 4G가 사용하게 될 주파수를 효율적으로 송·수신할
수 있는 기술을 담고 있다. 주파수 송·수신에 대한 규약을 담은 에어 인터페이스(Air Interface), 디지털과 아날로그
신호의 변·복조(Modulation/Demodulation), 한 채널을 모든 이용자가 상호접속할 수 있는
다중접속(Multiple Access) 등의 기술이 여기에 속한다.
액세스 네트워크는 사용자들이 4G 네트워크에 접속할 수 있는 기술로, 셀
방식을 중심으로 메시(Mesh) 네트워크나 애드혹(Adhoc) 네트워크 등의 기술을 포함하고 있다. 또, 4G의 핵심이 될 코어
네트워크는 All-IP 네트워크가 될 것으로 보인다.
애플리케이션 부분은 사용자들이 4G 단말기를 통해 유비쿼터스 브로드밴드
서비스를 이용할 수 있도록 해주는 모바일 플랫폼과 각종 응용프로그램을 포괄한다. 특히, 플랫폼 부문에서는 한국의
위피(WIPI)를 비롯해 노키아의 심비안, 마이크로소프트의 포켓PC, 선마이크로시스템즈의 자바 등이 경쟁하고 있다.
전문가들은 이러한 4G 기술 가운데서도 주파수 대역을 효율적으로 사용하기
위한 ‘무선 다중접속 및 다중화’와 ‘고속 패킷 데이터 전송방식’을 핵심 기술로 꼽는다. 현재 ‘무선 다중접속 및 다중화’
방식은 OFDM(직교 주파수 다중 분할)이, 고속 패킷 전송은 MIMO(다중입출력)가 대세를 이루고 있는 상황이다.
한편, 4G를 실현할 주요 서비스로는 크게 우리나라가 가장 먼저 상용화한
와이브로 에볼루션과 이동통신에서 발전하는 WCDMA LTE(Long Term Evolution) 그리고 고속의 이동중에도 데이터
서비스가 가능한 MBWA(Mobile Broadband Wireless Access)가 꼽힌다. 이들 3가지 서비스 기술은 이미
국제전기통신연합(ITU)이 4G의 유력 서비스 후보로 선정하고 각 진영별로 상용화 경쟁을 유도하고 있는 실정이다.
ITU가 선정한 4G의 기반 서비스인 와이브로 에볼루션, WCMDA LTE 그리고 MBWA 서비스를 구현할 촉망받는 4G의 기술들을 소개한다.
◆다중입출력 기술(MIMO:Multiple Input Multiple Output)=MIMO
기술은 모바일 환경에서 다수의 안테나를 사용해 데이터를 송수신하는, 다중 안테나 신호처리 방식이라고 할 수 있다. 여러 개의
안테나를 사용해 동일한 무선 채널에서 두 개 이상의 데이터 신호를 전송함으로써 무선통신의 범위를 넓히고, 속도도 크게 향상시키는
기술이다.
전문가들은 “MIMO 기술을 이용해 송신 단에 N개의 안테나를 배열하고
수신 단에도 N개의 안테나를 배열해 신호를 보내면 N배의 전송률 증가를 낼 수 있다”고 말한다. 특히 OFDM 기술과 함께
사용하면 전송 속도의 고속화와 전송 데이터의 대용량화가 가능해져 멀티미디어 서비스에 최적화된 환경을 만들 수 있다.
◆직교주파수다중분할 기술(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)=OFDM
은 주파수와 시간을 나누어서 할당하는 방식으로 하나의 채널을 여러 개로 나누어 데이터를 전송할 수 있고, 서브 채널 간의
오버래핑으로 대역폭을 절약할 수 있다. 또, 주파수 간섭의 영향을 덜 받는 것으로 얘기된다. 이러한 장점 때문에 광대역
전송시스템에 매우 유리하다.
OFDM은 이미 유럽의 디지털오디오방송(DAB), 디지털TV방송(DVB)에
채택됐을 뿐 아니라, 5GHz 무선랜 대역에서도 정식 규격으로 채택됐다. 802.11b가 최대 11Mbps의 데이터 전송속도를
내는 것과 달리, 802.11a/g가 54Mbps의 속도를 내는 것도 OFDM 기술이 적용돼 다수의 서브채널에서 동시에 데이터를
전송하기 때문이다.
현재 개발된 대부분의 디지털 라디오 방송 기술이 OFDM을 기반으로 하고
있는데, 이는 “대륙별·국가별로 존재하는 다양한 방식의 서비스를 모두 제공할 수 있는 새로운 형태의 디지털 라디오 수신기 탄생을
의미한다”는 것이 전문가들의 얘기다.
◆초광대역 기술(Ultra Wide Band:UWB)=초
광대역 기술은 디지털 부호 정보를 나노세컨드 이하의 매우 짧은 폭을 가지는 임펄스(충격전파) 신호로 바꿔 무선으로 전송하는
기술로 광통신과 같은 수백Mbps급 초고속 통신을 할 수 있다. 송신을 위한 전력 소비가 극히 적어 기존 무선통신방식에 비해
배터리를 수십 배 오래 사용할 수 있고, 송수신 장치의 크기도 획기적으로 줄일 수 있어 기존 무선통신의 여러 한계를 극복할
대안으로 기대를 모으고 있다.
홈 네트워크, 무선랜, WPAN(Wireless Personal Area
Network) 구축이나 자동차용 ITS(Intelligent Transport System) 통신, 공장기계 컨트롤, 자동차
충돌방지, 산업용 거리측정기, 재난구조 및 의료기기, 보안감시 등에 폭넓게 적용될 전망이다.
UWB 기술은 1990년대까지 미 국방성의 ‘블랙프로젝트’ 레이더 기술에 적용되었던 것으로, 미 연방 통신위원회가 2002년 2월 상업적 사용을 허가하면서 본격적인 상용화가 시작됐다.
◆소프트웨어 기반 이동통신 기술(SDR:Software Defined Radio)=SDR
은 일반적으로 통신시스템을 구성하는 기지국과 단말기에서 하드웨어를 통해 RF를 지원하던 것과 달리, 이를 소프트웨어 형태로
바꿔주는 기술이다. 현시대의 기술로 가능한 거의 모든 통신수단을 하나의 단말기에서 구현할 수 있도록 해준다.
국가마다 다른 주파수 대역, 동기와 비동기로 구분된 3G망 사이의 호환,
2G와 3G망 사이의 호환성을 보장해주며, 다양한 무선 네트워크(블루투스, 무선랜, 셀룰러, 위성통신 등)와 무선 네트워크
안에서의 다양한 통신방식(GSM, UMTS, IS95 등)간에도 호환성을 보장해주므로 4G의 핵심기술 중 하나로 꼽힌다.
이용하고자 하는 서비스에 따라 그때그때 시스템을 유동적으로 전환할 수
있다는 SDR 기술의 장점을 기지국에 적용하면 기술이 발전할 때마다 기지국 하드웨어를 교체하던 불편함이 사라지고, 새로운
프로토콜에 필요한 모듈을 소프트웨어 다운로드를 통해 업데이트만 하면 되기 때문에 시간과 비용이 크게 절감된다.
◆스마트 안테나 기술=스마트 안테나(Smart Antenna)는 안테나 빔 형성 기술을 이용해 특정 사용자(원하는 방향)의 신호를 선택적으로 송수신하고, 간섭 신호의 영향은 최소화함으로써 데이터 전송 용량과 품질을 크게 높여주는 기술이다.
간접신호를 제거해 전송 용량을 증대시키고 다중경로 반사파(fading)의 영향을 적게 받아 우수한 품질을 유지할 수 있는 반면, 하드웨어의 복잡도가 증가하고 비용이 높아진다는 것이 단점으로 지적된다. |
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