<제 1 부> 표준화 동향

전 세계 주요국 표준화 단체가 1998년에 시작한 3GPP는 2008년 12월 Release 8을 공개했다. Release 8에서는 LTE 기술과 함께 무선 네트워크와 코어 네트워크의 새로운 아키텍처도 포함됐다. LTE는 패킷 통신을 지원하며 보다 유연한 주파수 이용을 실현하여 고속의 광대역 통신을 가능하게 한다. 최근 들어 스마트폰, 태블릿 PC 등 새로운 모바일 기기의 증가로 인해 늘어나는 트래픽을 수용하기 위해 4G LTE 상용화가 계획보다 앞당겨 추진되고 있다.

현재 이동통신 네트워크는 한정된 주파수 자원으로 인해 액세스 네트워크의 효율화와 용량 확대를 위해 4세대(4G)로 전환을 서두르고 있다. 국제전기통신연합(International Telecommunication Union, ITU)은 지난 2005년 4G 이동통신 기술을 IMT-Advanced로 명명하고, 4G 이동통신은 고속 이동 시 100 Mbps 이상, 저속 이동 시나 정지 시에 1 Gbps 이상의 전송 속도가 보장돼야 한다고 규정했다. 4G 이동통신 기술은 LTE, WiMAX, UMB 등 3개의 기술로 시작했으나 최근 몇 년 사이 WiMAX와 LTE로 좁혀졌고, 다시 다수의 이동통신사들이 지지하는 LTE가 거의 표준으로 입지를 굳혀가고 있다.
스웨덴의 텔리아 소네라(Telia Sonera)는 이미 2009년 말부터 유럽의 일부 지역을 대상으로 LTE 서비스를 제공해 왔다. 국내에서는 SK텔레콤이 2011년 7월부터 서울 지역을 중심으로 LTE 상용 서비스를 시작했고 올 4월까지 전국 84개 도시로 서비스 영역을 확대할 예정이다. LG유플러스는 올 3월까지 전국망을 갖출 계획이다.
일본의 NTT도코모는 2010년 12월 LTE 서비스를 시작했다. 현재 데이터 통신 속도는 실외에서 37.5 Mbps, 일부 실내에서는 최대 75 Mbps까지 가능하다. 2014년에는 통신 속도를 100 Mbps까지 끌어올릴 방침이다. 미국 1위 이동통신사인 버라이존 와이어리스(Verizon Wireless)에 따르면, 자사의 4G LTE 서비스는 현재 179개 도시와 114곳의 대규모 공항에서 제공되고 있으며 1억 8,600만 명이상을 커버하고 있다. 버라이존은 4G LTE 네트워크를 확장해 올 중반까지 미국 인구의 3분의 2를 커버하고 2013년 말까지 기존 3G 서비스 커버 지역을 모두 4G로 대체할 계획이다(표 1).



LTE 동향을 주시하고 있는 곳은 비단 이동통신사업자나 핸드폰 제조업체만이 아니다. PC 관련 기기와 소비가전, 자동차, 산업용 기기 업체들도 깊은 관심을 나타내고 있다. 이유는 LTE 서비스를 적용해 자신들의 제품을 차별화할 수 있기 때문이다. 현재 넷북 등 PC 관련 기기뿐 아니라, 차량 인포테인먼트, 디지털카메라 등 각종 기기에 LTE가 도입되고 있다. M2M(Machine-to-Machine) 시장에서도 LTE가 위력을 발휘할 것으로 기대를 모으고 있다.

장기적으로 진화시킨 기술
기존 3세대(3G) 이동통신 시스템은 아날로그 기술을 기반으로 한 1세대(1G), 디지털 기술을 도입한 2세대(2G)를 거쳐 보다 고속 통신을 이용할 수 있도록 개발이 진행돼 왔다. 한국, 중국, 일본, 유럽, 미국의 표준화 단체는 처음부터 전 세계 이동통신사업자, 통신업체가 이용할 수 있는 표준 시스템으로 IMT-2000으로 명명된 3세대 이동통신 시스템의 개발을 목표로 3GPP를 설립했다.



3GPP는 UTRA(Universal Mobile Telecommunication System Terrestrial Radio Access)와 GSM(Global System for Mobile Communications)을 기반으로 한 코어 네트워크를 기본으로 3세대를 위한 표준사양을 검토ㆍ개발하기 위해 1998년 유럽전기통신표준협회(ETSI), 일본전파산업협회(ARIB), 일본통신기술협회(TTC), 미국통신사업자연합(ATIS), 그리고 한국정보통신기술협회(TTA)에 의해 시작된 파트너십 프로젝트 이후, 중국통신표준협회(CCSA)가 합류하면서 현재의 모습을 갖췄다(그림 1). 처음에는 W-CDMA와 GSM 네트워크를 기반으로 한 코어 네트워크를 기본으로 한 3세대 이동통신 시스템의 표준사양 검토와 개발을 목표로 했지만, 이후 GSM을 기반으로 한 고속 데이터 통신 기술인 EDGE(Enhanced Data GSM Environment)에 대한 표준사양도 작업 범위에 포함시켰다. 또한 2008년에 공개된 Release 8에서는 LTE와 EPS(Evolved Packet System)에 대한 표준사양을 작업 대상에 추가했다.

3GPP는 3세대 이동통신 시스템을 위한 표준사양의 검토와 사양서 책정을 하고 있다. 3GPP에서 책정된 표준 사양서는 3GPP의 파트너 멤버(OP: Organizational Partner라고도 함)인 여섯 개의 지역 표준화 단체에 의해 각국, 각 지역의 표준으로 발행된다. 또한 국제표준으로 만들기 위해 각 OP가 협력해 ITU에 3GPP 사양을 제안하고, ITU가 국제 권고로 발행하도록 활동하고 있다.

3GPP 조직 구성
3GPP는 크게 나누어 네 개의 사양 개발 그룹(Technical Specification Group, TSG)으로 구성되며 각각 TSG-RAN, TSG-GERAN, TSGCT, TSG-SA라고 부르고 있다. 각 TSG는 그 산하에 몇 개의 작업 부회 워킹그룹(WG)을 두고 있다. 여기서 보다 상세한 사양 검토 및 개발이 이루어진다(그림 2).

이동통신 시스템 표준화 동향
이동통신 시스템은 보다 고속, 광대역을 목표로 진화해 왔다. 2세대에서는 수십 kbps이었던 통신 속도는 10년 동안 비약적으로 향상됐고, 2008년에 표준사양이 책정된 LTE는 300 Mbps, 2011년에 규정된 LTE-Advanced(LTE-A)는 최대 1 Gbps를 제공한다. 그림 3은 2세대(GSM)에서 LTE-A까지 무선 기술과 전송 속도의 진화를 보여주고 있다. LTE 및 기타 무선 액세스와의 비교를 표 2에 나타낸다.
그림 4와 같이, 1세대(아날로그)에서 2세대(디지털) 기술로 바뀌면서 주파수 효율은 약 10배 가까이 향상됐다. 그러나 3세대(W-CDMA)의 주파수 효율은 2세대의 약 4배, HSPA+(Enhanced High Speed Packet Access)의 주파수 효율은 3세대(W-CDMA)의 약 2배 감소하고, LTE의 주파수 효율은 HSPA+에 비해 약간 향상된 정도이다. 이 때문에 고속, 광대역화를 실현하기 위한 도전은 계속되고 있지만 주파수의 이용효율 면에서 보면 앞으로 비약적인 향상을 기대하기는 힘들 전망이다(그림 4).
이에 따라, 3GPP에서는 HetNet이라는 Macro/Micro/Pico/Femto 등 다양한 크기의 셀을 계층화해 시스템 전체의 용량을 향상시키는 방식을 검토하고 있다. 즉, Macro Cell 안에 Pico Cell을 중첩하여 추가로 설치해 통신량이 많은 지역의 네트워크를 Macro Cell에서 분산시켜 처리함으로써 네트워크의 전체 효율을 높일 수 있다. HetNet 토폴로지를 그림 5에 나타낸다.
HetNet을 구현하기 위해서는 기존과 다른 셀 선택 방식, 간섭 제어, 핸드오버를 포함하는 이동성 제어에 대한 재검토와 새로운 표준사양의 개발이 필요하다. Release 11(2012년 9월 기능 동결 예정)을 포함해서 향후 굵직한 표준화 과제라고 할 수 있다.
처리량의 향상뿐만 아니라, 새로운 표준사양의 개발 방향으로 데이터 오프로드(off-road)를 꼽을 수 있다. 최근 데이터 통신의 정액제 도입과 스마트폰의 증가로 인해 대량 데이터 통신이 이동통신 시스템에 큰 부하가 되고 있다. 또한, M2M 통신 및 여러 사용자 간에 캘린더 정보와 전화번호 등의 여러 가지 가입자 정보의 동기화를 꾀하는 Sync 서비스 등의 새로운 트래픽이 보다 큰 데이터 통신 부하를 이동통신 시스템에 부과할 것으로 예상된다. 이에 따라 대량 데이터 통신에 대응하기 위한 트래픽 오프로드에 대한 새로운 표준사양 개발이 진행되고 있다. 3GPP에서의 표준화 로드 맵을 그림 6에 나타낸다.



LTE 주파수 동향
세계이동통신사업자협회(GSM Association, GSMA)의 조사 부문인 와이어리스 인텔리전스(Wireless Intelligence) 서비스의 2011년 12월 16일자 발표에 따르면, LTE 네트워크의 도입이 빠르게 진행되면서 2015년에는 70개국 이상에서 200개 이상의 LTE 서비스가 전개될 전망이다. 그러나 주파수대의 조정 여부가 향후 LTE 서비스 확산에 결정적 역할을 할 것이란 지적이다.
현재 이용 또는 검토되고 있는 LTE 주파수 대역으로는 과거 TV용으로 사용하던 주파수 대역(700 MHz, 800 MHz 등)과 2.6 GHz와 같은 신규 대역 또는 850 MHz, 900 MHz, 1.7 GHz, 1.8 GHz, 1.9 GHz, 2.1 GHz 등 기존 2G/3G 대역이다.
와이어리스 인텔리전스는 2015년에 38개의 서로 다른 주파수대가 LTE 서비스에 사용될 것으로 내다봤다(그림 7). 주파수대의 분산은 디바이스 및 칩셋의 효율적인 개발을 저해하여 LTE 제품의 가격 상승을 유발할 수 있다. 따라서 주파수대를 조정하고 LTE 에코시스템을 실현하는 것이 중요하다.
와이어리스 인텔리전스에 따르면, 현재 24개국에서 40개의 LTE 서비스가 제공되고 있다. LTE 접속 회선수는 2011년 700만 개에서 2015년에는 3억 개로 확대될 전망이다. 현재의 접속 회선은 3분의 2 이상이 700 MHz 기반으로, 미국 LTE 서비스의 주류가 700 MHz 대역이라는 것이 큰 영향을 미치고 있다. 그러나 아시아-태평양 지역은 일본이 2.1 GHz대, 중국이 2.5 GHz대, 동남아시아가 1.8 GHz대로 각각 다르다. 와이어리스 인텔리전스는 2015년에는 아시아-태평양, 아프리카, 중동의 LTE 접속 회선의 합계가 세계 전체의 절반을 차지한다는 점을 감안한다면 주파수대의 분산은 서둘러 해결해야 할 과제라고 충고했다.
한편, 3G/GSM 네트워크 서비스 사업자 단체인 GSA(Global mobile Suppliers Association)은 이동통신사업자에게 최적의 LTE 주파수 대역은 1.8 GHz 대역이라는 주장을 담은 보고서를 내놨다. 독일 DT, 핀란드 Elisa, 싱가포르 StarHub, 호주 Telstra 등이 공동 발간한 보고서에는 현실성, 경제성, 사업성 측면을 모두 고려하면 1.8 GHz 주파수 대역이 세계에서 가장 일반적인 LTE 대역폭으로 활용될 것이라고 소개하고 있다. 또한 이 보고서는 중간 규모의 이동통신사업자를 기준으로 다양한 모바일 브로드밴드 기술의 조합에 대한 전국 규모의 네트워크 투자를 산정하고 있다. 그 결과 1.8 GHz대의 넓은 커버리지를 LTE에 활용하는 것이 고주파 대역에서 같은 범위를 커버하는 것보다 60% 가량 비용이 절감되는 것으로 나타났다.



에코시스템으로서의 LTE
LTE의 표준화 활동은 단순히 LTE의 기술 요구사항과 프로토콜 사양을 검토하고 개발하는 데 그치는 것이 아니다. LTE를 통신 사업자가 도입하고 유저가 받아들이기 위해서는 다양한 사업 부문의 활성화가 필요하다. 즉 LTE 시장의 위상을 높이고 활성화로 이어질 표준화 활동을 진행시켜 나갈 필요가 있다. 이를 위해서는 단순히 기지국 공급업체, 네트워크 업체뿐만 아니라, 단말기에 탑재되는 칩 개발업체, 서비스 프로바이더, 콘텐츠 프로바이더 등 LTE 시장의 주요 참여 주체들이 이용하기 쉬운 표준사양의 개발이 요구된다. 특히, 기업 및 일반 소비 시장의 활성화도 필요하다. 이것은 인프라 공급업체 및 디바이스 제조업체뿐 아니라, 서비스나 애플리케이션 관련 업체들의 표준화 활동이 향후 더 중요하다는 것을 의미한다. ES