connecting the dots
이동통신의 발전 과정(3) LTE와 OFDMA 본문
이번 포스팅에서는 휴대전화 네트워크 용량과 속도가 크게 증가한 LTE에 대해 알아보겠습니다. 이동통신의 발전 과정을 간단하게 정리하는 포스팅 시리즈이다보니 구체적인 기술보다는 흐름을 중심으로 작성해보겠습니다!
LTE란?
LTE란 Long Term Evolution의 약자로 HSDPA보다 한층 진화된 휴대전화 고속 무선 데이터 패킷통신규격입니다. 지난 포스팅에서 언급한 HSDPA의 진화된 규격인 HSPA+와 함께 3.9세대 무선통신규격으로 불립니다. 여기서 의문이 드실 수 있습니다. "LTE는 4G 아닌가요?" 라는 물음이 나올 수 있어요. LTE 기술이 나오던 초기에, 표준화 기구가 설정한 규격과 비교해 LTE는 4G 요구사항을 완벽하게 만족시키지 못했습니다. 따라서 3G 중에선 진화되었고 4G라기엔 부족한 부분이 있던 것이죠. 이후 LTE는 LTE-Advanced 등으로 발전하며 4G의 요구사항을 맞춰나갔습니다. 따라서 이 포스팅에서는 LTE를 4세대 기술이라고 칭하겠습니다!
3G vs 4G
그렇다면 이전 세대와의 가장 큰 차이는 무엇일까요?
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접속 방식
3G와 4G의 가장 큰 차이점은 다중 접속 방식입니다. 3G는 다중접속을 위해 CDMA를 이용하는 반면 4G는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용합니다. OFDMA은 조금 이따가 다시 다뤄볼게요.
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속도 차이
이 부분은 3G에서 4G로의 변화 중 사용자가 가장 체감할 수 있었던 부분입니다. 4G에서는 속도가 비약적으로 빨라져 영상통화와 고화질 동영상은 물론 온라인 게임도 끊김없이 이용할 수 있습니다. 이론상으로는 현재 통신사가 서비스 중인 유선 광랜 속도와 맞먹는 정도입니다.
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MIMO
MIMO(multiple-input and multiple-output, 미모 또는 마이모)는 송신과 수신에서 안테나를 여러 개 이용해 신호를 보내는 것입니다. 당연히 송수신 안테나가 많을 수록 더 많은 데이터를 동시에 보내게됩니다. 3G에서는 다중 안테나를 쓰지 않았지만, 4G에서는 다중 안테나를 사용했기에 데이터를 보내는 속도가 더욱 빨라질 수 있었습니다.
LTE 관련 용어
다음은 LTE와 관련된 용어입니다. LTE 관련 문서에서 자주 등장하니, 알아두시는게 좋습니다!
- E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access), Air Interface를 말하는 무선 접속 기술
- E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network), 무선 네트워크 노드와 무선 접속기술을 포함하는 무선 네트워크
- EPC(Evolved Packet Core), LTE의 코어 네트워크
- EPS(Evolved Packet System), EPC와 E-UTRAN으로 이루어진 전체 시스템
- eNB, 이동단말과의 물리적인 무선접속(무선물리채널 설정, 채널코딩, 변복조 등)을 담당하는 기지국
OFDM 기술
OFDM에 대해 설명하기 이전에 신호에 대한 이야기를 해보겠습니다. 신호는 전달될 때 각 신호간의 간섭(Inteference)에 의해 잡음이 생기고 왜곡되기도 합니다. 그래서 우리는 신호를 전달하는 Carrier Frequeny(중심 주파수)를 바꿔서 전달합니다. 서로 다른 Carrier Frequency를 통해 전달할 경우 해당 부분을 Filter를 통해 잘라내면 다른 신호와 구분이 쉽기 때문입니다.
주파수는 고주파로 향할수록 직진성이 강해져 투과특성이 좋지 않아 장애물이 있을 경우 전달이 힘듭니다. 따라서 신호간의 간섭을 피하기 위해 무한정 주파수를 올릴 수도 없는 노릇입니다.
이렇게 유한한 특성을 가지는 한정된 주파수 내에서 수많은 사람들에게 전달되는 신호들을 구분하는 방법 중에 하나가 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 입니다.
OFDM은 디지털 다중 반송파 변조 방식으로 사용되는 주파수 분할 다중화(FDM) 방식으로, 주파수를 직교성을 갖도록 배치해서 서로 간섭이 없도록 다중화하는 것입니다. 주파수를 Orthogonal하게 배치한다면 기존 FDMA와 달리 OFDM에서는 각각의 신호를 겹쳐서 전송하더라도 신호를 잘 복원할 수 있어 주파수 효율성이 좋습니다.
그림을 보면 윗부분이 일반적인 FDMA 방식입니다. 인접한 주파수끼리의 간섭을 피하기 위해 일정한 여백을 두고 쪼개었습니다. 이러한 분할은 효율성이 떨어지지만, 주파수 간섭이 생길 경우 손실이 더 크므로 어쩔 수 없는 선택이었습니다. 하지만 아래쪽의 OFDMA 방식은 주파수를 겹치면서도 서로 직교하는 간격으로 데이터를 전달함으로써 직교하는 파동끼리는 간섭이 없게됩니다. 따라서 Bandwidth 공간도 적게 차지합니다.
'Orthogonal' 하다는 의미가 아직은 완전히 와닿지는 않지만 직교성을 이용하면 더욱 효율적으로 신호 전송이 가능하다는 것은 알 것 같습니다. 추가적인 공부를 통해 이 개념은 나중에 따로 보완하도록 할게요!
출처
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