[네트워크 기초] 12. 네트워크 통신의 발전사 (3) 2세대 이동통신

 

1️⃣ 2세대 이동통신 

: 음성과 문자 서비스, 저속 데이터 통신의 시작 

 

1세대 이동통신의 가장 큰 문제점은 높은 단말기 가격과 이용 요금, 그리고 낮은 휴대성이었다. 

특히 1세대 아날로그 통신 신호는 간섭으로 인한 왜곡이 심했고, 이는 낮은 통화 품질의 원인이 되었다. 

 

결국 가입자들의 문제점 개선 요구가 증가했고, 아날로그 음성 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리하는 디지털 셀룰러 시스템이 등장했다. 이것이 바로 2세대 이동통신이다. 

 

디지털 신호는 0과 1만을 값으로 가지기 때문에 아날로그에 비해 데이터 처리 용량이 적다. 

그리고 0과 1로만 데이터가 표현되기 때문에 다른 주파수 신호의 간섭으로 신호가 왜곡되더라도 간섭 신호를 쉽게 제거해 원래의 디지털 신호로 복원할 수 있다. 

즉, 2G 이동통신에서는 1G 이동통신보다 적은 데이터 처리로도 높은 품질의 음성통화를 보장한다는 것이다. 

 

2세대 이동통신에서는 1세대의 아날로그 음성신호를 디지털 신호로 전환하고 이를 전송 매체로 전달하여 단말장치 간 데이터를 주고 받는다. 

1세대 이동통신이 아날로그 기반의 음성 데이터만 송,수신했다면 2세대 이동통신에서는 0과 1로 표현할 수 있는 모든 형태의 디지털 데이터를 송,수신한다. 

 

따라서 음성뿐만 아니라 이미지, 영상, 문자 등 다양한 데이터를 송 수신하는 서비스가 2세대 이동통신에서 처음 시작되었다. 

물론 2세대 이동통신망의 전송 속도가 고속의 데이터 송 수신을 보장하는 것은 아니었기에 주로 음성과 문자 메시지 서비스가 지원되었으며, 그 외 멀티미디어 서비스는 지원은 하엿지만 느린 전송 속도와 비싼 이용 요금 때문에 이용자가 많지는 않았다. 

 

1세대 아날로그 셀룰러 시스템은 뚜렷한 표준 규격이 없었기 때문에 나라마다 다양한 형태로 적용되었다. 

하지만 각 시스템 간에는 주파수 변조 방식과 주파수 대역, 채널 대역폭 등이 서로 달라 아날로그 셀룰러 시스템 간 호환성이 떨어지는 문제점이 존재했다. 

-> 즉, 해외 로밍을 통한 음성 통신에는 한계가 있었다.

이렇기 때문에 이동통신망의 표준화 요구가 꾸준히 증가하였고, 2세대 이동통신에 이르러 등장한 기술이 바로 이동통신 글로벌 시스템 GSM Global System for Mobile Communication 과 부호 분할 다중 접속 CDMA Code Division Multiple Access 이다. 

 

 

2️⃣ 2세대 이동통신 기술표준의 등장 

이동통신 글로벌 시스템 (GSM)은 1990년 유럽통신표준협회를 통해 처음 개발된 디지털 셀룰러 시스템 기반의 비동기식 2세대 이동통신 표준규격이다. 

 

비동기식이라고 부르는 것은 GSM을 통한 이동통신 단말들의 동기화 방식이 하나의 메인 시스템을 두고 각 단말들이 시간을 동기화하는 것이 아니라, 이동 통신 단말들이 속해있는 셀 영역의 기지국을 통해서 시간을 동기화하기 때문이다. 

이로 인해 GSM 을 지원하는 이동통신 단말들은 각각 동기화한 기지국이 서로 달라서 몇초 정도의 시간 오차를 보인다. 

 

그리고 GSM에는 1세대 이동통신에서 적용된 주파수 분할 다중접속 FDMA와 다르게, 특정 시간을 기준으로 전 대역의 가용주파수를 활용할 수 있는 시분할 다중접속 기술 TDMA Time Division Multiple Access 이 적용되어 1세대 이동통신보다 주파수 이용률이 증가하였다. 

 

TDMA는 다중 접속 기술 중 하나로 특정 시간을 정하고 해당 시간 동안 전체 대역의 가용 주파수를 전부 약속된 이동통신 단말에 할당하는 기술, FDMA보다 채널 대역이 훨씬 넓고 모든 단말이 가용주파수 전체 대역을 할당받기에 FDMA방식과는 다르게 인접 주파수 대역 간 간섭에서도 자유로운 편이다. 

 

 

- 2세대 이동통신 기술표준 IS-95 등장

부호분할 다중 접속 CDMA 는 미국 최대의 무선통신 연구개발 기업인 퀄컴에 의해 처음 개발된 기술이다. 

CDMA는 디지털 셀룰러 기반의 동기식 통신 방식이라고도 불린다. 

이는 이동통신 단말들이 셀 영역 내 기지국들과 시간을 동기화하는 GSM과는 다르게 위성확인 시스템 GPS 을 기준으로 신호를 수신하여 기지국 간 신호를 동기화하여 기지국과 연결되는 단말들이 모두 오차없이 동일한 시간 값을 가지게 하기 때문이다. 

 

이러한 다중 접속 방식은 미국전화공급자협회와 미국전자산업연합의 합병으로 탄생한 미국통신산업협회를 통해 1993년에 IS-95라는 명칭으로 2세대 이동통신 표준 규격이 되었다. 

여기서 헷갈리지 말아야 할것은 GSM 방식을 2세대 이동통신의 표준 규격이라고 부르는것과 다르게 CDMA는 표준이 아닌 다중 접속 기술 자체를 말하는 것이다. 

 

CDMA는 특정 코드를 이용하여 하나의 셀에 다중의 사용자가 접속할 수 있도록 하는 접속 기술이다. 

원리는 간단하게 여러개의 이동통신 단말들이 셀 영역에서 데이터를 디저털화 한 다음, 가용주파수 대역을 통해 특정 코드를 부여하여 보낸다. 그러면 데이터를 수신하는 쪽에서는 그 코드를 기준으로 송신 신호를 구분해 데이터를 수신하는 방식이다. 

 

CDMA 방식은 한 셀에서 여러 이동통신 단말들이 전체 가용주파수 대역을 동시간에 이용할 수 있기 때문에 1세대 아날로그 셀룰러 시스템에 적용된 FMDA와 비교할 때 이론적으로 60배 이상의 가입자를 수용할 수 있다. 

GSM에 적용된 TDMA에 경우에는 CDMA와 같이 전 대역의 가용 주파수를 이용하지만 활용 가능한 시간이 정해져 있으므로 한 셀에서 동시에 많은 통신이 이루어지기에는 제한이 있다. 

반대로 TDMA는 동시간 전대역의 가용주파수를 사용하므로 동시에 많은 데이터 송,수신이 가능하다. 

그리고 특정 코드를 통해서 동일 코드일때만 통신이 성립되기 때문에 도청 등 보안에서도 뛰어난 장점이 있다. 

 

 

 

 

3️⃣ 2G 디디털 셀룰러 시스템의 구조 

2세대 이동통신은 1세대 이동통신과 마찬가지로 셀룰러 시스템을 기반으로 하면서 아날로그 데이터를 디지털로 변환하여 사용했기 때문에 디지털 셀룰러 시스템이라고 부른다. 

 

2세대 디지털 셀룰러 시스템부터는 이동통신망 구조를 세분화하여 크게 엑세스망과 코어망으로 두 네트워크 영역으로 구부하고 있다.

 

엑세스 망은 기지국을 중심으로 가입자 단말장치가 직접 연결되는 구간을 말한다. 

그리고 코어망은 이동통신 교환기를 중심으로 가입자 인증과 관리, 유선 전화망 혹은 다른 부가서비스망으로 망중계를 수행하며 전반적인 망을 총괄하는 구간을 말한다. 

 

엑세스망은 이동통신 단말들이 기지국을 통해 전화나 문자, 데이터 통신 등의 서비스 망에 접근하기 위한 네트워크 구간을 의미한다. 

2세대 이동통신에서는 단말들이 주로 무선채널을 통해 기지국과의 연결을 성립하는데, 이때 액세스망을 무선접속 네트워크 RAN Radio Access Network 라고 부른다. 

 

 

코어망은 이동통신 단말들이 통신 데이터가 액세스망을 거쳐 코어망 내의 이동통신 교환기 MSC의 중계를 통해 다른 곳과 연결 세션이 이루어짐을 알 수 있다. 

이동통신망 가입자는 이동통신 교환기를 통해 액세스망의 다른 셀 영역에 있는 이동통신 단말과 통신을 할수도 있고, 공중 교환 전화망을 통해 외부 유선망에 연결하거나 종합 정보 통신망을 통해 멀티미디어 서비스를 제공받을 수도 있다. 

 

-이동통신 교환기의 역할 

이동통신 교환기는 많은 데이터 신호들이 거쳐가는 일종의 게이트웨이이다. 

이동통신망 가입자 인증과 가입자에게 제공하는 부가서비스를 위한 구성요소들도 이동통신 교환기와 연결된다. 

여기서 구성요소는 크게 홈 위치 등록기 HLR Home Location Register, 방문자 위치 등록기 VLR Visitor Location Register, 인증센터 ACU Authencation Center의 세가지 요소가 있다. 

 

 

HLR은 이동통신 가입자가 최초로 가입할 때 가입자 정보가 저장되는 영구 데이터베이스,

VLR은 가입자의 원활한 통신을 위해 HLR에서 가져온 가입자 정보가 임시로 저장되는 데이터베이스 

그리고 이러한 데이터베이스에 저장된 가입자 정보를 가지고 인증을 수행하는 주체가 바로 AUC이다. 

 

 

 

4️⃣ 정리

- 2세대 이동통신은 1990년대 시작되었으며, 디지털 셀룰러 시스템이라고도 부른다. 
- 2세대 이동통신은 음성, 문자, 저속의 데이터 서비스를 지원하였다. 
- 유럽은 TDMA 기반의 GSM 표준규격으로 2G를 상용화하였고, 국내는 세계 최초로 CDMA 기반의 IS-95 표준 규격으로 2G 상용화를 시작하였다.
- 전 세계 80% 의 국가에서 GSM기반의 통신서비스를 이용하고 있다. 
- 고속의 인터넷 기반 데이터 통신 서비스에 대한 수요가 증가함에 따라 3세대 이동통신이 등장하였다.