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휴대용 인터넷의 시대를 연 3세대 이동통신 - 3G(3rd generation mobile telecommunications)

김영우

가지고 다니며 전화 통화를 할 수 있는 ‘휴대전화’라는 장치가 1973년, 미국 모토로라(Motorola)사의 마틴 쿠퍼(Martin Cooper)에 의해 처음 개발되었다. 다만, 당시에는 휴대전화 자체만 나왔을 뿐, 이를 이용해 여러 장소로 이동하며 통화를 할 수 있을 정도의 넓은 통신망도 갖춰지지 않았으며, 서로 다른 휴대전화끼리, 혹은 휴대전화와 기지국(통신 중계소)끼리 통신을 할 때 호환성을 보장하는 이동통신 기술의 표준도 제대로 갖춰지지 않은 상태였다.

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하지만 1981년, 스웨덴의 에릭슨(Ericson)사를 중심으로 개발된 NMT(Nordisk Mobil Telefoni, Nordiska Mobil Telefoni-gruppen) 기술, 1983년에는 미국의 벨 연구소(Bell Laboratories)에서 개발한 AMPS(Advanced Mobile Phone System) 기술 등이 발표되었다. 그리고 이들 기술이 유럽 각국 및 미국의 표준 이동통신 기술로 채택되면서 휴대전화 단말기 및 통신망의 보급이 본격적으로 시작되었다. NMT나 AMPS 등은 1세대 이동통신 기술(이하 1G)로 분류되는데, 아날로그 방식을 통해 신호를 전달한다. 적은 수의 기지국으로도 넓은 지역을 커버할 수 있는 것이 장점이지만 통화품질(주로 음질)이 좋지 않고 음성 통화만 가능한 것이 단점이다.

디지털 이동통신의 시작, 2G

이에 반해 1982년에 유럽통신관리협회에서 처음 개발하고 1989년에 표준으로 인정받은 GSM(Global System for Mobile Communications) 기술, 그리고 미국 퀄컴(Qualcomm)사에서 1989년에 처음 개발하고 1995년에 첫 번째 표준 규격(cdmaOne / IS-95)이 등장한 CDMA(Code Division Multiple Access) 기술과 같은 2세대 이동통신 기술(이하 2G)은 아날로그가 아닌 디지털 방식의 신호를 사용한다. 아날로그 방식에 비해 많은 수의 기지국을 필요로 하는 것이 단점이지만, 통화품질이 우수하고 음성 외의 다른 디지털 데이터(문자, 이미지 등)도 전송할 수 있는 것이 장점이다.

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다만, 2G 기술의 경우, 최대 데이터 전송속도가 14.4 ~ 64kbps로, 1990년대까지 PC에서 주류를 이루던 전화모델 수준이었기 때문에 문자를 보내는 것 외에는 다양한 데이터를 주고받기가 사실상 불가능에 가까웠다. 이러한 2G 기술의 한계를 극복하기 위해 나온 것이 바로 3세대 이동통신 기술(이하 3G)이다. 통신 기술의 표준은 국제전기통신연합(ITU, International Telecommunication Union)에서 지정한다. ITU는 1999년, IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000)이라는 이름으로 고속 무선 기술 5가지를 3G 공동 표준으로 승인했다. 그 중 대표적인 것이 GSM을 발전시킨 ‘W-CDMA(Wideband-CDMA)’기술, 그리고 CDMA 방식을 발전시킨 ‘CDMA2000’ 기술이다.

가장 많은 사용자를 보유한 비동기식 3G, W-CDMA 방식

W-CDMA는 GSM 방식을 개발한 유럽 업체들이 내놓은 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 기술의 한 갈래다. 전 세계에서 가장 많이 사용하는 3G 규격으로, 사실상의 3G 표준이라 할 수 있다. 기본적으로 하향(내리기)/상항(올리기) 모두 최대 2Mbps의 속도로 통신을 할 수 있다. 하지만 여기에 HSPA(High Speed Packet Access) 기술이 더해져 추가로 속도 향상을 기대할 수 있다.

HSPA 기술은 하향 속도를 높인 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)과 여기에 상향 속도까지 높인 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)로 나뉜다. HSDPA가 적용된 단말기는 최대 14.4Mbps의 하향 속도를 기대할 수 있으며, 이와 더불어 HSUPA가 적용된 단말기는 하향 속도를 5.8Mbps로 높일 수 있다.

그 외에도 기존 HSPA 기술을 한층 발전시킨 ‘이볼브드 HSPA(Evolved HSPA)’ 기술도 나와있다. 이볼브드 HSPA는 HSPA+라는 이름으로 더 많이 불리는데, 일반적으로 하향 속도 22Mbps, 상향 속도 11.5Mbps를 지원하며, 이론적으로는 하향 84Mbps / 상향 23Mbps의 속도까지 가능하다. 다만, HSPA+는 당초에는 기존 3G의 발전형인 3.5G, 3.9G로 불리다가 2010년부터 ITU에서 4G(4세대 이동통신)로 인정을 받았다. 따라서 일부 제조사 및 통신사에서는 HSPA+가 적용된 이동전화를 4G폰이라 홍보하는 경우도 있다.

W-CDMA 규격의 또 다른 특징이라면 동기식 데이터 전송방식을 채택하고 있는 CDMA2000와 구별되는 비동기식(asynchronous) 규격이라는 점이다. 위성을 이용해 단말기와 기지국 사이의 시간을 일치시켜 양방의 신호 오차 발생을 막는 CDMA2000과 달리, W-CDMA 방식은 위성을 거치지 않고 프로그램적인 처리로 기지국과 단말기 사이의 신호를 정확히 인식하도록 한다. 이렇게 양쪽의 시간을 일치시키는 과정이 없기 때문에 동기식과 구분, 이를 비동기식이라고 한다.

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W-CDMA 방식은 유럽을 중심으로 개발되긴 했지만 전 세계적으로 널리 쓰이고 있으며, CDMA2000의 본거지인 미국에서도 오히려 W-CDMA 방식의 비율이 더 높다. 또한 유심(USIM, 사용자인식모듈) 카드를 기본 지원하므로, 사용자가 단말기를 교체하고자 할 때 전에 쓰던 유심 카드만 빼서 새 단말기에 꽂기만 하면 가입 정보 및 주소록 등의 개인정보가 그대로 새 단말기로 옮겨져 손쉽게 기기 변경을 할 수 있다. 한국에서는 SK텔레콤과 KT에서 W-CDMA HSPA 방식을 중심으로 3G 서비스를 실시하고 있다.

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기존의 CDMA를 발전시킨 동기식 3G, CDMA2000 방식

CDMA2000은 기존의 CDMA 방식을 발전시킨 것으로, 미국을 중심으로 개발된 것이다. 초기 규격인 CDMA2000 1x와 이보다 데이터 전송 속도를 높인 CDMA2000 1x EV-DO(Evolution Data Only)로 나뉜다. CDMA2000 1x는 상향 / 하향 모두 153.6kbps의 데이터 전송속도를 낸다. CDMA2000 1x EV-DO의 경우, 몇 가지 하위 규격으로 나뉜다. 릴리스 0(Rel.0) 규격은 하향 2.4Mbps / 상향 153.6kbps의 속도를 내며, 리비전 A(Rev.A) 규격은 하향 3.1Mbps / 상향 1.8Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있다.

그리고 리비전 B(Rev.B) 규격은 하나의 휴대전화에서 여러 개의 주파수 채널을 동시에 사용해 통신할 수 있는 것이 특징으로, 이론상 하향 73.5Mbps / 상향 27Mbps까지 속도를 높일 수 있다고 한다. 다만, 이는 어디까지나 이론적인 것으로, 실제 이동전화에서는 하향 9.3Mbps / 상향 5.4Mbps 정도가 실질적인 최고 속도로 알려져 있다.

CDMA2000의 또 다른 특징이라면 바로 동기식(synchronous) 데이터 전송방식을 채택하고 있다는 점이다. 이는 휴대전화와 기지국 사이에 통신을 할 때 서로 주고받는 신호에 오차가 없음을 보장하기 위해 GPS(Global Positioning System: 위성을 이용한 위치 확인장치)를 통해 양측의 시간대를 정확하기 동기(일치)시키는 과정이 필요하기 때문이다.

CDMA2000 방식은 또 다른 3G 기술인 W-CDMA 방식에 비해 사용 국가가 적은 편이고, 유심 카드를 지원하지 않기 때문에 사용자가 기기 변경을 하는 과정이 다소 번거로운 것이 단점이다. CDMA 2000은 ITU에서 3G로 인정하고 있긴 하지만, 기술적으로 기존의 CDMA와 공통점이 많다. 특히 EV-DO 이전에 나온 CDMA2000 1x의 경우, 데이터 전송 속도가 느린 편이라 3G가 아닌 2.5G로 분류되기도 한다. 한국에서는 LG유플러스에서 CDMA2000 1x EV-DO 리비전 A 방식을 중심으로 3G 서비스를 하고 있다.

4G 등장 이후에도 한동안은 3G와 공존 계속할 것으로 예상

CDMA2000 방식은 또 다른 3G 기술인 UMTS 방식에 비해 사용 국가가 적은 편이고, 유심(USIM, 사용자인식모듈) 카드를 지원하지 않기 때문에 사용자가 기기 변경을 하는 과정이 다소 번거로운 것이 단점이다. CDMA2000은 ITU에서 3G로 인정하고 있긴 하지만, 기술적으로 기존의 CDMA와 공통점이 많다. 특히 EV-DO 이전에 나온 CDMA2000 1x의 경우, 데이터 전송 속도가 느린 편이라 3G가 아닌 2.5G로 분류되기도 한다. 한국에서는 LG유플러스에서 CDMA2000 1x EV-DO 리비전 A 방식을 중심으로 3G 서비스를 하고 있다.

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2000년에 한국의 SK텔레콤에서 CDMA2000 1x 서비스를 세계최초로 상용화했으며, 2001년에 일본의 NTT 도코모(DoCoMo)가 세계최초의 W-CDMA 서비스를 시작하면서 3G가 본격적으로 보급되기 시작했다. 서비스 초기의 3G는 빨라진 데이터 통신 속도를 기반으로 한 영상통화 서비스를 주요 콘텐츠로 내세웠으나 그 외에는 2G와 차별화에 어려움을 겪기도 했다. 하지만 2008년 전후로 인터넷 서핑을 편하게 할 수 있는 스마트폰이 본격적으로 보급을 시작하면서 3G의 수요 역시 폭발적으로 늘어나기 시작했다. 2012년 현재, 이동통신 시장은 3G보다 데이터 전송 속도가 한층 향상된 4G로의 전환이 진행되고 있으나, 이후에도 한동안은 3G와 4G는 공존을 계속할 것으로 전망되고 있다.

글 / IT동아 김영우(pengo@itdonga.com)