connecting the dots
이동통신의 발전 과정(1) 1G와 2G, 디지털 세상이 오다 본문
현재 이동전화라고 하면 음성통화나 영상통화 뿐만 아니라 게임, 영상시청, VR 등 다채로운 서비스를 떠올릴 수 있습니다. 지금의 Smart 한 스마트폰이 나오기까지, 우리의 이동통신은 어떤 과정을 밟아왔을까요?
대학교 4학년 이동통신 수업을 들을 때 교수님께서는 말씀하셨습니다. "지금의 통신은 어느 날 갑자기 생겨난게 아닙니다. 과거부터 차근차근 발전해온 것입니다."
이번 포스팅부터 다음 포스팅까지는 이동통신의 발전과정과 기술변화에 대해 살펴보도록 하겠습니다!
1G, 아날로그 방식의 이동통신
한국의 이동통신 서비스는 1984년 차량전화 서비스를 최초로 시작되었습니다. 그 후, 1988년 서울올림픽 때부터 휴대전화 서비스를 시작했죠. 1G는 아날로그 기반의 기술이었습니다. 음성을 전기신호로 전달했기에 오로지 음성전화만 가능했습니다.
이 때의 휴대전화는 거의 벽돌폰으로 불렸을 정도로 매우 큰 크기와 무게를 자랑했습니다. 지금 따져보자면 투박한 모양의 전화기지만, 당시에는 약 460만원이라는 비싼 가격이었기 때문에 쉽게 살 수조차 없었죠.
1세대 이동통신에는 FDMA(Frequency Division Multiple Access, 주파수 분할 다중 접속) 방식이 사용되었습니다. FDMA는 접속을 원하는 사용자에게 각각 다른 주파수를 할당해주는 방식입니다. Multiple Access(다중 접속) 방식 중 가장 간단하면서도 오래된 방식이죠.
이러한 FDMA 기술은 주파수 이용 효율에 한계가 있다는 단점이 있습니다. 즉 다수의 사용자가 한번에 접속하기에는 주파수가 부족하다는 뜻입니다. 따라서, 사용자가 많아 주파수 이용 효율이 중요한 이동 통신은 TDMA나 CDMA 방식이 등장하였고, 최근에는 OFDMA 방식을 주로 사용하고 있습니다.
2G, 디지털 시대로의 전환
1990년대에 접어들면서 세계적으로 이동전화 수요가 급증하며 1G 기술인 FDMA의 주파수 한계 문제를 피할 수 없게 되었습니다. 따라서 1990년대 중반부터는 아날로그 시대 다음인 디지털 시대로 전환되기 시작합니다.
그렇다면 '디지털 시대로 전환되었다'는 건 무슨 뜻일까요?
우선 디지털(Digital)이란 비연속적으로 변화하는 물리량을 의미하며, 디지털 신호는 0과 1이라는 2개의 숫자를 조합한 2진법을 통해 표현 가능한 신호입니다.
위 그림과 같이 디지털신호는 0과 1의 값만 가지는 형태입니다. 디지털신호는 0과 1의 값만 가지기 때문에 아날로그 신호에 비해 데이터 처리 용량이 크지 않으며, 다른 주파수 신호의 간섭으로 신호가 왜곡되더라도 쉽게 간섭 신호를 제거해 원래의 디지털 신호로 복원이 가능합니다.
디지털 데이터가 왜곡에 강한 이유
만약 0과 1로 표현된 디지털 신호가 외부 간섭으로 0.2 또는 1.3 등의 값으로 왜곡괴더라도 인식 범위 내에서는 1과 가까운 값은 1로, 0과 가까운 값은 0으로 대체하여 쉽게 왜곡 신호를 제거하고 복구가 가능합니다.
또한 기존에 음성전화만 가능했던 1G와는 달리 문자같은 텍스트 데이터 전송이 가능해졌습니다. 이것이 1G와 가장 차별화되는 진화였죠. 이 모든 건 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 기술이 이동통신에 도입됐기 때문에 가능한 것입니다.
그렇다면 2G 이동통신에 사용된 기술 표준은 무엇일까요 ?
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GSM
먼저 유럽 중심의 2G 기술표준인 GSM에 대해 알아보겠습니다.
GSM(Global System for Mobile Communication)은 1990년 유럽통신표준협회(ETSI)를 통해 처음 개반된 디지털 셀룰러 시스템 기반의 비동기식 2세대 이동통신 표준규격입니다. GSM에는 TDMA(Time Division Multiple Access, 시분할 다중접속) 기술이 적용되었습니다.
TDMA는 시간 축을 여러 시간 구간으로 나누어 특정 시간을 정하고 해당 시간동안은 사용자가 전체 주파수 대역을 사용하는 방식입니다. 가용 주파수 전대역이 할당되기에 FDMA보다 인접 주파수 대역 간 간섭으로부터 자유로운 편입니다. 또한 FDMA에 비해 주파수 효율이 3~6배정도 되죠.
다만, 수신 시에 반송파 동기, 비트 시간 복원, 프레임 동기 등이 필요해 복조가 복잡하며 데이터 프레임화에 따른 오버헤드 부담이 있다는 단점이 존재합니다.
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IS-95
다음은 미국중심의 2G 기술표준인 IS-95가 있습니다. IS-95는 미국 Qualcumm사가 개발한 CDMA(Code Division Multiple Access) 기반의 디지털 셀룰러 표준입니다.
CDMA란 스펙트럼 확산(Spectrum Spread) 기법을 응용해 동일 주파수, 동일 시간대에 복수 개의 신호 중에서 순간적으로 한개의 특정 신호를 인지하는 기법입니다. CDMA에서는 특정 코드를 이용하여 하나의 셀에 다중의 사용자가 접속할 수 있도록 합니다. 구체적으로 설명하자면 가입자마다 서로 다른 고유의 확산 부호(식별 코드)를 할당받아 신호를 스펙트럼 확산 부호화하여 전송하면, 사용자 확산부호를 알고있는 수신기에서만 이를 복원해 해당 주파수 대역을 사용하게끔 합니다.
사용자마다 코드를 부여하는 CDMA는 보안성이 높아 군사용에 많이 사용됩니다. 또한 소수의 셀(이동 통신에서 하나의 기지국이 포괄하는 지역을 가리키는 개념)로 많은 이동전화기의 번호에 서비스를 제공할 수 있게 하므로 CDMA 기반의 규격은 TDMA 기반의 표준 또는 다른 구형 셀룰러 표준보다 경제성을 보유하였습니다.
이번 포스팅에서는 이동통신의 시작이었던 1G와 2G에 대해 알아보겠습니다.
다음 포스팅에서는 3세대 이후에 대한 포스팅을 이어나가도록 하겠습니다. 피드백은 언제나 환영입니다! :)
출처
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