[네트워크 기초] 12. 네트워크 통신의 발전사 (5) 4세대 이동통신

 

1️⃣ 4세대 이동통신

: 고용량, 고품질, 고속 데이터 서비스 시작

 

2000년대 3세대 이동통신의 등장 이후, 모바일 기기에 대한 보급률이 증가하면서 멀티미디어 서비스에 대한 수요와 이에 대한 트래픽이 폭발적으로 증가한다. 

특히 국내의 경우, 통신사별로 3세대 이동통신 가입자 유치 경쟁이 벌어지면서 데이터 무제한 요금제까지 등장하는데, 

이 역시 트래픽 증가의 원인이 되었다. 

결국 3세대 이동통신 시스템이 처리할 수 있는 데이터 수용량은 생각보다 빨리 한계에 다다르게 된다. 

 

이런 트래픽의 폭증은 데이터 처리 속도 저하뿐만 아니라 통신 품질에도 악영향을 미친다. 

특히 통화 끊김 현상이 대표적이다. 

결국 각 통신사는 3G 과부하를 해소하기 위해 다양한 대책을 내놨는데, 그 중 하나가 바로 4세대 이동통신의 도입이었다. 

 

국내에서는 2011년 SK 텔레콤과 LG U+가 4세대 무선 이동통신 기술인 LTE(Long Term Evolution)를 적용한 4세대 이동통신 서비스를 시작하였으며, kt는 2012년 2세대 이동통신 서비스를 공식 종료하고 LTE 기반의 4세대 이동통신 서비스를 시작했다. 

 

2011년 3GPP를 통해 LTE 기술을 개선한 LTE-A(Long Term Evolution - Advanced) 라는 기술 규격이 등장하고 국내에서는 sk 텔레콤이 세계 최초로 2013년 6월 상용화한다. 

LTE-A는 CD 한장짜리 즉, 700MB 크기의 데이터를 9초만에 내려받았으며, 이동중에도 3D Full HD 영상을 전송받을 수 있는 빠른 데이터 전송 속도를 보여주었다.

 

이전 3세대 이동통신 표준 기술인 WCDMA와 비교하면 40배나 빨랐다. 

이런 성능 개선을 통해 4세대 이동통신은 한번에 수용 가능한 총 트래픽 용량이 확대되어 그 만큼 안정적인 데이터 통신이 가능해졌고, 빠른 데이터 처리를 위해 전송 속도도 대폭 향상되었다. 

 

고용량, 고품질, 고속의 4세대 이동통신 서비스가 시작된 것이다. 

 

이런 4세대 이동통신 시스템 기반으로 대용량의 빠른 데이터 처리속도가 요구되는 네트워크 서비스에 대한 수요도 증가하게 된다. 

 

 

❗ OTT(Over The Top)

Top은 TV에 연결되는 셋톱박스를 의미하며 OTT 서비스를 제공받는 하위 단말장치들이 여기에 속한다. 
Over는 상위에서 미디어 콘텐츠를 인터넷을 통해 하위 단말장치에 제공되는 서비스 형태를 의미한다. 

예를 들어 스마트폰, 태플릿 pc, TV 등의 하위 단말장치들이 상위 미디어 콘텐츠 서버에서 인터넷을 통해 미디어 서비스를 제공받는다고 보면 된다.

 

미디어 콘텐츠 서버에는 TV 방속 프로그램과 영화, 1인 미디어 콘텐츠들이 포함되며 이동통신 단말뿐만 아니라 인터넷을 이용하는 모든 데이터 통신 장비에 서비스를 지원한다. 

 

과거 3세대 이동통신의 OTT 서비스 초기에는 PC 인터넷 환경에서만 주로 미디어 콘텐츠 서비스가 제공되었다. 

이동통신 단말로는 대용량 미디어 콘텐츠를 처리하기 위한 용량도 부족했으며, 고화질의 HD급 해상도를 지원하기 위한 데이터 전송 속도에도 많은 한계가 있기 때문이다. 

 

하지만 고용량, 고품질, 고속의 4세대 이동통신 시스템이 등장하자 PC에만 국한되어있던 OTT 서비스가 스마트폰, 태블릿, PC, 게임기 등 다양한 이동통신 단말장치로 까지 확대된다. 

 

이처럼 4G 기반의 네트워크 서비스는 인터넷 접속은 기본이고, 게임 서비스 및 멀티미디어 스트리밍 서비스까지 제공하는 안정화된 TCP/IP 기반의 패킷데이터 중심 솔루션으로 확장해간다. 

 

 

 

2️⃣ 4세대 표준 IMT-Advanced 등장 

국제전기통신연합(ITU) 은 2000년대 3세대 이동통신 표준인 IMT-2000을 발표하면서 함께 'IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications - Advanced)' 라는 차세대 이동통신 시스템의 기술규격에 대해 본격적인 논의를 시작한다. 

ITU에서도 3세대 이동통신만으로도 폭발적으로 증가하는 트래픽을 감당하기에 한계가 있을 거라고 전망한 것이다. 

 

4세대 이동통신 'IMT-Advanced'의 전송 효율 및 대역폭 등의 기술 규격을 논의했으며, 최대 600Mbps의 전송 속도 제공이 가능하도록 기술규격이 결정된다. 

처음 ITU는 2000년대 초반 3세대 이동통신에서 'IMT-2000'이라는 하나의 단일화된 국제통신 규격을 제정하고자 했다. 

하지만 큰 틀에서는 IMT-2000의 요구사항을 따르면서도 북미 중심의 CDMA2000, 유럽중심의 WCDMA라는 두가지 기술 표준으로 나뉘게 된다. 

이는 4세대 이동통신 시스템의 기술 표준화 과정에서도 그대로 이어진다. 

 

4세대 이동통신 기술 표준화 과정에서도 큰 틀은 ITU의 4G 기술 표준규격인 IMT-Advance의 요구사항을 따르지만, 세부적으로는 두가지 기술 표준으로 분류된다.

 

하나는 3세대 이동통신 표준인 WCDMA의 표준화를 위해 결성된 3GPP에서 개발한 무선 통신 기술 규격인 LTE다. 

초기 LTE는 IMT-Advanced의 성능 요구사항을 만족하지 못해 3세대와 4세대 중간 성격의 이동통신 표준으로 불렸다. 

후에 LTE는 LTE-A라는 기술 규격으로 발전하면서 IMT-Advanced 의 성능 요구사항을 만족하게 된다.

 

두번째 4세대 이동통신 기술표준은 국내 ETRI와 삼성전자가 주도해 기술개발 및 표준화가 이뤄진 WiBro(Wireless BroadBand)이다. 

국내에서는 Wibro라는 이름으로 2006년 서울을 포함한 일부 수도권 및 도시 지역에서 KT와 SK 텔레콤을 통해 세계 최초로 상용화되었다. 

하지만 일부 구간에서만 서비스를 지원하는 지역적인 한계와 LTE 이동 통신 가입자의 증가로 많은 가입자를 확보하지 못했다. 

 

하지만 Wibro 기술을 대체할 수 있는 LTE 가입자의 증가, Wibro 단말장치와 관련 장비 생산 및 공급 부족 등이 있으며 이는 국내 뿐만 아니라 해외 가입자의 지속적인 감소로도 이어진다. 

결국 국내의 경우에는 추가적인 Wibro 가입자 확보의 어려움으로 인하여 서비스를 종료하게 된다. 

 

최초 4세대 이동통신 ITU의 IMT-Advanced라는 표준규격으로 시작햇으나 세부적으로는 유럽 중심의 LTE 기술과 국내 중심의 Wibro 기술 규격으로 나뉜다. 

하지만 Wibro는 선도적인 기술 성능에 비해 많은 가입자 수를 확보하는데 실패하면서 4세대 이동통신 시스템 표준의 대표 주자 자리는 LTE가 차지한다. 

 

 

3️⃣ 4세대 이동통신 시스템의 구조 

4세대 이동통신 시스템은 Wibro 서비스의 공식적인 종료와함께 3GPP를 통해 기술규격이 정의된 LTE가 공식 상용 표준으로 인정받는다. 

 

LTE구조가 3세대 이동통신과 비교하여 달라진 점은 데이터 타입에 상관없이 모든 네트워크 서비스들이 IP 기반으로 고속 데이터 통신이 이루어지는 ALL-IP 기반 네트워크 구조라는 점이다. 

 

3세대 이동통신 시스템에서는 데이터 타입이 음성데이터냐 패킷데이터냐에 따라 네트워크 구조가 구분되었지만,

LTE 시스템은 모든 단말장치가 고유 IP 주소를 가지며 해당 IP를 기반으로 통신이 이루어지는 ALL-IP 네트워크이기 때문에 LTE 구조만으로는 음성 서비스를 지원할수가 없다. 

 

그래서 패킷 교환기를 통해 LTE 기반의 고속 데이터 네트워크 환경에서도 음성서비스를 지원하는 VoLTE(Voice over LTE, 간단히 줄여 볼테 또는 볼티) 기술이 개발된다. 

데이터 통신을 통해 음성서비스를 지원하여 이전보다 고음질 음성통화가 가능하고, 음성통화 도중 영상통화도 바로 이어 가능하다는 특징이 있다. 

 

 

4️⃣ 4세대 이동통신의 한계 

현재까지도 4세대 이동통신은 가입자가 꾸준히 늘고 있으며 이에 따른 총트래픽양도 마찬가지로 증가하고 있다. 

현재까지는 아무 문제가 없지만 트래픽이 계속 증가하게 되면 4세대 이동통신 시스템만으로는 총트래픽양을 수용하는데 한계가 발생할 수밖에 없다. 

 

 

5️⃣ 정리 

- 4세대 이동통신은 2010년대 시작되었으며, IMT-Advanced 혹은 LTE라고 부른다. 
- 4세대 이동통신은 고용량/고품질/고속 데이터 네트워크 기반의 다양한 멀티미디어 스트리밍 서비스를 지원한다. 
- IMT-Advanced는 국제전기통신연합ITU에 의해 채택된 4세대 이동통신 국제 표준이다. 
- IMT-Advanced 는 3GPP를 통해 표준화가 진행된 LTE/LTE-A 와 IEEE를 통해 표준화가 진행된 Wibro 같은 세부 기술 표준이 있다. 
- 상용화에 성공한 4세대 이동통신 표준은 LTE와 기존 성능을 개선한 LTE-A이다.