LTE 이동통신서비스는 네트워크의 속도와 용량을 증가시킨 4세대 이동통신기술을 향항 3G 이동통신기술의 진화형 서비스로, 유럽주도로 개발된 GSM-WCDMA 기반기술로 발전된 서비스이다. 다만, 현재 국내에서 제공되고 있는 LTE는 3GPP에서 정하고 있는 4G 이동통신기술의 기술규격을 충족시키지 못하기 때문에 본격적인 4세대 이동통신(LTE-Advanced)과의 구별을 위해 3.9G 서비스라고 불리기도 한다. LTE는 VoIP, 비디오 스트리밍, 음악 다운로드, mobile TV 등 다양한 응용서비스의 제공이 가능하다. 국내에서 제공되는 LTE는 음성서비스는 3G 이동통신망을 통해 음성채널을 구성하고, 데이터 서비스만 LTE 이동통신망을 통해 제공하는 방식으로 제공되고 있지만, 향후에는 VoLTE 기술을 통해 음성서비스 제공하면서 LTE가 이동통신서비스의 주요 트랜드가 될 것으로 기대하고 있다. 하지만, 이러한 only LTE 서비스가 제공되는 경우, 현재의 법체계 하에서 몇몇 이슈가 발생할 것으로 예상된다. 첫째, VoLTE 서비스의 역무 및 해당 통신사업자 지위문제이다. 현행 전기통신사업법에서는 VoIP인 인터넷전화에 대해서 PC를 이용하지 않고 서비스가 제공되는 경우에는 기간통신역무로, PC를 통한 소프트폰 형식의 서비스에 대해서는 부가통신역무로 규정하고 있기 때문이다. 둘째, 기존 3G 이동통신 단말기의 가입자인증 모듈(USIM)의 이동성 보장 여부로서, 현재의 법체계는 USIM 잠금장치 해제(USIM unlock)를 3G 이동통신에 대해서 적용하도록 하고 있기 때문에, 이를 LTE서비스에도 적용할 수 있는지에 대한 논란이 일고 있다. 이에 본고에서는 LTE 서비스의 기술적 특징과 다양한 법제도적 이슈에 대해서 살펴보았다.
본 고에서는 차세대 5G 이동통신 무선접속 후보 기술에 대해 살펴본다. 4G 이동통신 기술은 OFDM 전송 기술의 적용으로 인해 데이터 전송률 향상 및 서비스 다양화 등의 측면에서 큰 성능 향상을 이루었다. 하지만 4G에 비해서도 월등히 향상된 성능을 추구하는 5G 이동통신 구현을 위해서는 근본적으로 주파수 효율성 향상이 필요하다. 본 논문에서는 주파수 효율성 향상을 위한 연구 중 하나로서 새로운 무선접속(Air Interface) 기술에 대한 최근 연구 동향을 살펴보고 후보 기술들이 OFDM 기술을 비롯한 다른 방식들에 대해 갖는 장단점을 분석한다.
3세대 이동통신은 정차 새로운 멀티미디어 서비스를 제공하는 Systems beyond IMT-2000 이라 불리우는 4세대 이동통신 시스템으로 그 영역을 넓혀가고 있다. 4G 이동통신은 3G IMT-2000의 진화, Systems beyond IMT-2000을 위한 기술적인 capabilities 향상뿐만 아니라 이종 시스템간의 interworking도 모두 포함하게 된다. 이러한 4세대 이동통신 환경에서 모바일 상거래 등의 다양한 응용서비스를 활성화하기 위해서는 무엇보다도 정보보호 기술이 필수적으로 제공되어야 한다. 이를 위해, 핵심 정보보호 기반 기술인 암호화, 무결성, 인증, 익멱성 보장 등을 위한 알고리즘과 프로토콜 및 인터넷환경에서의 제반 응용 보안 기술에 관해 살펴보고자 한다.
4세대 이동통신인 LTE의 성공적인 도입과 함께 최근 유럽, 중국, 일본 등 주요국은 2020년 5세대 이동통신 상용화를 목표로 기술, 표준화, 시장 주도를 위해 경쟁적으로 연구 개발 및 투자를 본격화하고 있다. 본 논문에서는 5G 이동통신의 향후 발전 방향을 가늠해보기 위해서 현재 국내외에서 진행되고 있는 5G 이동통신시스템의 전반적인 동향과 함께 각 국가에서 설정하고 있는 시스템 요구사항에 대해서 살펴보고자 한다.
현재 이동통신 서비스는 TV 및 비디오를 서비스하는 3세대(3G) 이동통신이 이루어지고 있다. 그리고 향후 보다 낮은 비용과 빠른 전송속도를 갖는 4세대(4G) 이동통신이 도래할 것이다. 따라서 본 논문에서는 4세대 이동통신을 위한 기술기준 요소 중 송수신단의 공통 기술기준인 점유 주파수 대역폭을 FDD기반으로 설계하였다. 이동통신의 전송특성은 상/하향의 비대칭적인 통신 트래픽이 예상된다. 따라서 본 논문에서는 상/하향의 점유주파수 대역폭을 1:3과 1:6인 경우를 고려하여 물리계층 파라미터를 제안하였다. 또한 설계된 물리계층 파라미터를 모의실험을 통해 검증하였다. 본 논문의 결과를 4세대 이동통신을 위한 점유주파수 대역폭으로 제안한다.
2000년대 초반부터 한국의 이동통신시장은 급속하게 팽창해 왔으며, 최근 들어 그 성장 속도가 둔화되고 있으나 성장은 계속 진행 중에 있다. 이와 같은 환경에서 4세대 이동통신 서비스가 2011년 10월부터 시작되어 3세대 서비스와 4세대 서비스가 함께 존재하고 이를 통해 이동통신시장의 경쟁구도가 더욱 복잡하고 치열한 상황이 되었다. 본 연구는 다세대 확산 모형을 활용하여 3세대 및 4세대 이동통신 서비스 가입자 규모를 예측하는데 목적이 있다. 이를 위해 세 개의 파라미터, 즉 Norton and Bass 모형[11]에서 사용되는 혁신계수, 모방계수 및 포화수준계수의 값을 추정하기 위해 3세대에서 4세대로 대체되는 서비스 대체의 유사 사례를 역추적하는 방법을 사용하였다. 시뮬레이션 결과, 다세대 확산모형과 유사사례 추론을 통해 신규서비스인 4세대 이동통신서비스 시장규모를 성공적으로 예측할 수 있었다는 결론을 얻었다.
아이폰을 비롯한 새로운 스마트 기기의 도입으로 촉발된 폭발적인 데이터 트래픽의 증가는 사회.경제적으로 큰 변화를 가져 왔으며, 앞으로도 그 추세가 계속될 것으로 예측되고 있다. 국내의 경우 증가하는 데이터 트래픽을 수용하기 위해 10MHz의 LTE 시스템을 도입하여 상용 서비스를 시작한 바 있으며, 올해 하반기부터는 20MHz의 광대역 LTE 서비스와 함께 2개의 반송파를 집성하는 CA(Carrier Aggregation) 기술이 적용된 LTE-Advanced, 즉 4G 상용 서비스를 이미 개시하였다. LTE 상용 서비스가 본격화 되기 시작하면서 제조업체와 대학, 연구소 등을 중심으로 다음 세대 이동통신 기술에 대한 관심이 보다 높아졌으며, 최근 LTE-Advanced 상용 서비스 개시를 계기로 5G 이동통신에 대한 논의가 본격적으로 시작되고 있다. ITU-R WP(Working Party) 5D는 2012년 7월에 개최된 제13차 회의에서 2020년 및 그 이후의 미래 IMT 시스템을 위한 비전(Vision) 및 기술동향 연구를 수행하기로 결정하였으며, 2013년부터 본격적인 연구에 착수하여 미래 IMT 기술동향 보고서와 미래 IMT 비전 권고를 각각 2014년과 2015년까지 개발할 계획이다. 이와 관련하여 3GPP와 IEEE 802도 현재 표준화가 진행되거나 진행 예정인 최신 기술들을 중심으로 미래 IMT 기술동향 보고서에 대한 기고를 제출하였다. 향후 ITU-R WP 5D는 전례로 볼 때 현재 진행 중인 2020년 및 그 이후의 미래 IMT 시스템을 위한 비전 및 기술동향 연구 작업이 마무리하면, 4G인 IMT-Advanced의 경우와 마찬가지로 5G의 기술적 요구사항을 정의하고, 5G 후보 기술규격을 외부 표준화 기구들로부터 제안 받아 5G 기술로 승인하는 과정을 밟게 될 것이며, 이후 이 요구사항을 만족하는 시스템을 5G 이동통신 시스템이라고 명명하게 될 것이다. 5G 이동통신 시스템에 대한 요구사항은 다양한 의견 교류를 통해 큰 틀에서 컨센서스를 이루어가는 중이며, 이러한 내용이 ITU-R WP 5D의 기술적 요구사항에 반영되어 보다 구체화 될 것이다. 반면 5G에 대한 기술적 접근방법에 대해서는 여러 시각들이 존재하는 것이 사실이나, 현재 이에 대한 논의가 활발히 진행되고 있으며, 결국은 관련 표준화 기구들에서의 논의를 통해 그 접근방법이 최종적으로 결정될 것으로 보인다. 본 고에서는 먼저 5G 이동통신 요구사항과 4G 이후의 표준화 기술에 대해 살펴 본 후, 향후 이동통신 기술이 어떤 시나리오에 따라 발전할 것인지, 5G 네트워크는 어떤 구조를 갖게 될지, 그리고 어떤 기술이 적용될 지 등에 대해 개인적인 시각에서 전망해보고자 한다.
4G 이동통신에서는 본격적으로 데이터 중심의 이동통신 서비스를 제공하기 시작했다. 이에 따라 최근 무선 트래픽에서 인터넷, 동영상을 포함한 멀티미디어 등의 서비스가 주된 콘텐츠로 자리 잡게 되었다. 이런 서비스 이용 패턴 변화에 대응하기 위해 현재 더 빠른 전송 속도를 가진 5G 이동통신에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 5G 이동통신은 기존 단말과의 호환성을 위해 4G를 기반으로 구성될 것으로 예상된다. 따라서 본 논문의 시뮬레이션 또한 4G를 기반으로 구성하였으며 시스템의 성능을 높이기 위해 Max throughput 스케줄링 알고리즘을 기반으로 새로운 사용자 스케줄링 기법을 제안한다. 본 논문은 기존의 사용자 스케줄링 알고리즘과 제안한 사용자 스케줄링 알고리즘을 비교하기 위해 주파수 효율과 공정성을 도출한다. 시뮬레이션 결과 모든 상황에서 Max throughput에 비해 향상된 성능을 보였다. 본 논문이 5G 이동통신 기술의 시스템 성능향상을 위한 연구의 참고자료로서 활용되며, 현재도 진행 중인 표준화 작업에 대해 일부 도움이 되기를 기대한다.
5G 이동통신은 4세대 LTE보다 전송속도는 270배 빠르고, 지연시간은 1/30에 불과 할 정도로 빠른 속도와 연결성을 제공하기 때문에 가상현실, 증강현실, 자율주행차 등의 새로운 서비스를 구현할 수 있다. 5G 이동통신이 미래 유망 서비스로 부각되자 이동통신사들은 노키아, 에릭슨, 화웨이, 삼성전자 등 글로벌 장비업체들과 제휴하여 2019~2020년 상용화를 목표로 5G 기술개발에 박차를 가하고 있다. 일본의 NTT도코모, 중국의 차이나모바일, 한국의 KT, SK텔레콤 등 동북아 3국의 통신사업자들이 정부 전략과 공조하면서 가장 앞서 나가고 있다.
LTE (long-term evolution) 를 비롯한 4G 이동통신 기지국 시스템에 있어서 최근에 DU(digital unit)와 RU(radio unit) 로 분리된 형상의 기지국들이 많이 등장하고 있다. 이러한 형태의 기지국에서 DU 는 전화국사에 설치하고 RU 는 옥외에 설치하는 형태로서, DU와 RU 간의 분리 가능한 거리는 이동통신 망 설계를 하는데 있어서 매우 중요한 요소가 된다. 하지만, DU와 RU 간 허용거리는 이동통신의 물리계층 기술에 의해 제약을 받을 수 있다. 본 논문에서는 FDD (frequency division duplexing) 기반의 4G 이동통신 시스템에서 Closed-Loop MIMO (multiple input multiple output) 기술에 의해 제한되는 DU와 RU 간 한계거리에 대해 분석하였다. DU와 RU 간 한계거리는 이동통신 시스템의 동작 주파수에 따라 다른 결과를 나타내며, 2 GHz의 동작주파수를 가정할 경우에는 약 11 km의 한계거리를 가지는 것으로 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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