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이동통신

2세대 이동통신(2G)

이동통신의 정의

이동통신이란 가입자 단말기에 이동성(Mobility)을 부여하여 가입자가 장소를 이동하였거나 이동중인 경우에도 서비스가 가능한 통신을 말합니다.

일반전화망(PSTN)은 전화기와 교환기는 가입자 회선(고정)으로 연결되어 있고, 교환기는 다른 교환기와 유선으로 연결되어 송신자가 수신자에게 통신을 할 때, 교환기를 거쳐 유선통신을 하는 구조로 되어 있다.

이동통신망은 전화기가 무선화 되어, 전화기는 기지국과 무선으로 송수신하고, 기지국은 교환기와 연결된다. 교환기는 HLR(이동통신 가입자의 위치를 확인 및 가입자의 각종 정보등을 제공하는 이동통신망의 기본장비이다.)이 내재된 교환기로 중계회선을 거쳐 다른 가입자와 통신이 가능하도록 구축된 형태이다.

이동통신의 특징

※ 이동통신 교환기는 항상 가입자 단말기와 신호를 주고받아 단말기의 최근 위치를 가입자위치등록기(HLR)에 기록하고 이를 이용하여 로밍, 페이징, 핸드오프를 구현함

로밍(Roaming) : 가입자가 이동(수용국 밖으로 이동)하여도 전화를 걸고 받을 수 있는 기능
페이징(Paging) : 착신 전화호의 경우 가입자가 어디에 있는지 위치를 파악하여 호출하는 기능
핸드오프(Hand-off) : 통화중인 가입자가 계속 이동을 하여도 호(Call)가 끊어지지 않도록 하는 기능

시스템 구성

무선망은 무선전화기와 기지국이 통신하고, 기지국은 BSC를 거쳐 교환기(MSC), 데이터망으로 송신한다. 교환기(MSC)에는 부가장비로서 SMC와 VMS가 내재되어 있다. 교환기는 전문교환기(GSC)를 통해 PSTN 또는 타 이동통신망으로 내용을 전달한다. 데이터망은 패킷데이터교환서버(PDSN)을 통해 패킷데이타전문장비(HA)를 통해 Internet망으로 통신한다.

- BSC : Base Station Controller
- MSC : Mobile Switching Center
- HLR : Home Location Register
- SMC : Short Message Center
- VMS : Voice Mail System
- PDSN : Packet Data Service Node
- HA : Home Agent(데이터망의 HLR)

국가별 주파수 분배 현황

국가별 2세대 이동통신 주파수 분배 현황을 정리한 표. 가로축은 800메가헤르츠(㎒)부터 2170메가헤르츠(㎒)까지의 주파수를 나타내며, 세로축에는 한국, 미국, 유럽, 일본, 중국이 순서대로 나열되어 있다. 상단 중앙에는 ‘2세대 이동통신’이라는 큰 붉은 글씨가 표시되어 있다. 한국은 824~849메가헤르츠(㎒)와 869~894메가헤르츠(㎒)에서 Cellular, 1710~1755메가헤르츠(㎒)와 1805~1850메가헤르츠(㎒)에서 PCS, 1920~1980메가헤르츠(㎒)와 2110~2170메가헤르츠(㎒)에서 IMT(FDD)를 사용한다. 미국은 824~849메가헤르츠(㎒)와 869~894메가헤르츠(㎒)에서 Cellular, 1710~1755메가헤르츠(㎒), 1850~1910메가헤르츠(㎒), 1930~1990메가헤르츠(㎒)에서 PCS, 2110~2155메가헤르츠(㎒)에서 AWS를 사용한다. 유럽은 880~915메가헤르츠(㎒)와 925~960메가헤르츠(㎒)에서 GSM, 1710~1785메가헤르츠(㎒)와 1805~1880메가헤르츠(㎒)에서도 GSM, 1920~1980메가헤르츠(㎒)와 2110~2170메가헤르츠(㎒)에서 IMT(FDD)와 IMT(TDD)를 사용한다. 일본은 1429~1454메가헤르츠(㎒)와 1477~1502메가헤르츠(㎒)에서 PDC, 1885~1920메가헤르츠(㎒)에서 PHS, 1920~1980메가헤르츠(㎒)와 2110~2170메가헤르츠(㎒)에서 IMT(FDD)를 사용한다. 중국은 825~845메가헤르츠(㎒)와 870~890메가헤르츠(㎒)에서 AMPS, 890~915메가헤르츠(㎒)와 935~960메가헤르츠(㎒)에서 GSM, 1710~1785메가헤르츠(㎒)와 1805~1880메가헤르츠(㎒)에서도 GSM, 1900~1920메가헤르츠(㎒)와 2010~2025메가헤르츠(㎒)에서 IMT(TDD), 1920~1980메가헤르츠(㎒)와 2110~2170메가헤르츠(㎒)에서 IMT(FDD)를 사용한다. 그림 하단에는 약어 설명이 포함되어 있으며, PCS는 Personal Communication System, PDC는 Personal Digital Cellular, TDD는 Time Division Duplex in IMT-2000, PHS는 Personal Handy System, GSM은 Global System for Mobile Communication, FDD는 Frequency Division Duplex in IMT-2000을 뜻한다. 이 표는 각 국가별 이동통신 세대별 주파수 대역의 구성을 비교해 보여준다.

2세대 이동통신이란?

이동통신의 세대(Generation) 구분은 세계 전기ㆍ전자 분야의 국제기구인 국제전기통신연합(ITU)이 주관하고 있으며, 전송속도가 얼마나 향상됐느냐에 따라 구분됩니다.

세대별 특징

세대별 특징 표
구분	1세대(1G)	2세대(2G)	3세대(3G)	4세대(4G)
전송속도	10kbps	9.6～64kbps	144kbps～2Mbps	100Mbps～1Gbps
서비스 특징	음성	음성, 저속 데이터	음성, 데이터, 영상	모든 것(everything)

1세대 이동통신은 아날로그 이동통신이라고 불리며, 음성통화만 가능합니다. 우리나라는 지난 1984년 SK텔레콤의 전신인 한국이동통신이 처음으로 아날로그 이동통신 서비스를 상용화했으며, 속도는 10kbps로 데이터 전송은 불가능하고, 사용하는 주파수는 200~900㎒ 대역이었습니다. 아날로그 방식은 통화에 혼선이 생기고 주파수도 효율적으로 관리하지 못한다는 단점이 있었으며, 2000년에 서비스가 중단되었습니다.

아날로그 이동통신의 한계를 극복하며 디지털방식의 2세대 이동통신이 등장합니다. 여기서부터는 유럽식의 GSM과 북미식의 CDMA 등으로 기술방식이 다양화 됩니다. 국내에서는 지난 1996년 CDMA 방식의 2세대 이동통신 시대가 처음 열렸으며, 이 해는 우리나라는 물론 세계적으로도 아주 의미가 깊은 해인데, CDMA 기술을 한국이 최초로 상용화 하면서 CDMA가 GSM과 쌍벽을 이루는 이동통신 기술로 발전하는 전기를 마련했기 때문입니다.

우리나라의 CDMA 방식은 어떤 주파수를 사용하느냐에 따라 셀룰러와 PCS(개인휴대통신) 방식으로 나뉘는데, 셀룰러는 800㎒ 대역을, PCS는 1.8㎓ 대역을 사용하고, 셀룰러 사업자는 SK텔레콤과 신세기통신(SK텔레콤에 합병), PCS 사업자는 KTF, LG텔레콤, 한솔PCS(KTF에 합병)가 해당됩니다.

2세대 이동통신은 음성통화 외에 문자메시지, 이메일 등의 데이터 전송이 가능해진 것이 가장 큰 특징입니다. 데이터 전송속도는 9.6kbps~64kbps 정도로 지금과 비교하면 상당히 느리지만, 이때부터 정지화상 전송이 가능해졌으며, 특히 2세대를 계기로 국내 이동전화 시장이 비약적으로 성장하고 휴대폰 산업도 글로벌 경쟁력을 갖추게 되었습니다.

2세대 이동통신의 주요 통신방식

CDMA(Code Division Multiple Access : 부호분할다중접속방식)

CDMA는 부호분할다중접속방식이라고 하며, FDMA(Frequency Division Multiple Access : 주파수분할다중접속방식), TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할다중접속방식)와 함께 3대 이동통신 접속기술 중 하나로써, 국내에서 세계 최초로 상용화에 성공한 통신방식입니다.

CDMA는 송신할 데이터를 디지털화 한 다음 그것을 가용할 전체 대역폭에 걸쳐 확산시키는 대역확산 방법을 사용합니다. 전파 수신시 여러 통화가 하나의 채널에 겹치게 되면, 각각의 통화는 차례를 표시하는 고유 코드가 부여되어 전파가 혼선되는 것을 막아줍니다. 쉽게 설명하자면, 같은 장소에 많은 사람들이 모여 동시에 대화를 나누지만, 서로 알 수 없는 언어를 사용하기 때문에 자기와 얘기하는 상대방의 말만 알아듣는 것이라고 생각하면 됩니다.

CDMA는 무엇보다도 주파수 효율이 다른 통신 방식에 비해 월등히 높다는 점과 서로 다른 코드를 사용하여 통신을 하기 때문에 무선 구간의 통신 비밀 보호 특성이 매우 우수하다는 장점이 있습니다.

CDMA 통신 방식을 보여주는 그림. 상단에는 'CDMA Users are Separated by Codes’라는 제목이 있고, 왼쪽에는 두 대의 송신 휴대전화가 있다. 첫 번째는 보라색 코드(Purple Code)를 사용해 “HI” 신호를, 두 번째는 초록색 코드(Green Code)를 사용해 “GO” 신호를 전송한다. 두 신호는 중앙의 전송 구간에서 겹쳐 보이며 “H I G O” 형태로 혼합되어 있다. 오른쪽에는 두 대의 수신 휴대전화가 위치해 있으며, 보라색 휴대전화는 Purple Code를 통해 “HI” 신호만 복원하고, 초록색 휴대전화는 Green Code를 통해 “GO” 신호만 복원한다. 그림은 코드 분할 다중접속(CDMA) 방식에서 각 사용자가 서로 다른 코드로 구분되어 간섭 없이 통신하는 원리를 설명한다.

GSM(Global System for Mobile communication : 유럽표준통화방식)

GSM은 사실상 유럽에서의 무선 통신방식의 표준이라 할 수 있습니다. 이 통신방식은 TDMA의 변종으로써, CDMA와 더불어 가장 널리 사용되는 디지털 이동통신 기술 중 하나입니다.

GSM은 송신할 데이터를 디지털화 하고 압축한 다음, 그것을 두 개의 커다란 사용자 데이터와 함께 한 채널을 통해 보내는데 각각의 데이터는 약간의 시간차를 두어 고유한 시간대에 보내지는 방식입니다.

유럽표준통화방식은 약 120개국에서 사용되고 있으며, 각 GSM 네트워크 운영자들은 외국의 운영자들과 연계를 통해 로밍 규약을 맺고 있기 때문에, 외국을 여행할 때에도 가입자들은 자신의 휴대폰을 계속 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

GSM(2세대 이동통신)네트워크의 주요 구성 요소와 인터페이스 연결 구조를 보여주는 다이어그램. Structure of a GSM network (key elements)라는 제목 아래 왼쪽에는 휴대전화와 노트북이 있으며, 각각 r과 air (um) 인터페이스가 파란색 글자로 표시되어 있다. 휴대전화는 기지국 송수신기(bts, base transceiver station)와 연결되어 있고, 두 개의 bts가 중앙의 제어기(bsc, station controller)에 bts와 bsc 사이에는 a-bis 인터페이스가, bsc와 이동교환기(msc vlr) a 파란색으로 아래에는 패킷 제어 장치(pcu)가 이는 gb 인터페이스를 통해 교환 서브시스템(sgsn)과 연결된다. 이 영역은 점선 박스로 구분되어 있으며, “base subsystem (bss)”라고 오른쪽 상단에는 “network (nss)” 영역이 여기에는 이동교환기 방문자 위치등록기(msc vlr)가 h e etc 인터페이스로 ss7 네트워크와 네트워크는 가입자 정보 데이터베이스인 hlr, auc, eir과 또한 pstn(일반 전화망)과도 하단에는 “gprs core network” 박스가 상단의 sgsn(serving gprs support node)과 하단의 ggsn(gateway node)이 sgsn과 ggsn은 gn 연결되며, sgsn은 상위 nss 영역의 msc vlr과 gr gs gi “the internet (or a corporate)”이라고 적힌 인터넷 또는 기업 네트워크로 ggsn backbone ip network”라는 문구가 그림 interface names라는 적혀있어 다이어그램 내 인터페이스명(r, air (um), a-bis, a, gb, gr gs, gn, gi)은 구분됨을 나타낸다.

TDMA 통신 방식을 보여주는 그림. 상단에는 ‘TDMA Callers Use Time Slices of a Frequency’라는 제목이 있고, 왼쪽에는 HI를 전송하는 보라색 휴대전화와 GO를 전송하는 초록색 휴대전화가 있으며, 이들이 공통 주파수 채널(Common Frequency Channel)을 시간 단위로 나누어 사용한다. 가운데에는 User 1과 User 2의 신호가 번갈아가며 나타나고, 오른쪽에는 각 코드의 수신기에서 HI와 GO 신호를 각각 받는 모습이 보인다.

이동통신의 발전전망

현재 IMT-2000으로 불리는 3세대 이동통신 시스템은 미래지향적 이동통신 시스템 실현을 목표로 발전해 가고 있으며, 2012년경에는 IMT-Advanced가 고속 멀티미디어 서비스를 개시할 것으로 예상(ITU-R)하고 있습니다.

위성, 이동통신, 휴대인터넷, 무선랜이 IP 백본망으로 연결된 통신망 구조도. 왼쪽부터 위성 IMT-2000망이 표시되어 있으며, 위성체에서 지상 기지국으로 신호가 내려온다. 이 위성망은 선박, 항공기, 도외지역 등과 연결된다. 중앙에는 지상이동통신망(4세대 이동통신, IMT-2000 Enhancement, IMT-2000) 이 있으며, 대도시나 광역 지역을 중심으로 통신 서비스를 제공한다. 오른쪽에는 휴대인터넷망(Portable Internet) 과 무선 LAN(2.4GHz, 5GHz, 60GHz) 이 있다. 휴대인터넷망은 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀로 구분되어 도심 지역 및 주변 지역에서 이동 중에도 인터넷 접속이 가능함을 나타내며, 무선LAN은 건물 내부에서 피코셀과 같은 소형 기지국으로 근거리 통신 환경을 나타낸다.

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