[테마특강] PCS 혁명-디지털 휴대통신..TDMA.CDMA "양대산맥"

미 연방법원은 지난 84년 당시 세계 최대 기업인 AT&T의 시장독점을 해체하기 위해 전화서비스부문을 장거리와 지역으로 분할하는 조치를 단행했다.

이로인해 미국 통신체제에 일대변혁을 가져왔으며 이후 10년간 통신시장과통신망 변화에도 큰 영향을 끼쳤다. 장거리 및 셀룰러 시장의 경쟁체제 도입으로 서비스사업자가 증가하면서 새로운 첨단 서비스가 등장한 것을 비롯해재래식 서비스의 품질향상, 서비스요금 인하 현상을 불러일으켰다.

미 94년부터 사업권 경매특히 무선통신분야가 비약적으로 발전했다. 미 연방통신위원회(FCC)가 83년 8백MHz 대역의 이중화채널을 6백66개 배정하면서시작된 셀룰러 서비스는 87년에 가입자수가 1백만명을 돌파했다. FCC는 늘어나는 수요를 수용하기 위해 89년 1백66개 채널을 추가 배정하기도 했다. 무선통신 가입자 수는 87년 1백23만명에서 매년 50%이상 성장해 92년 1천1백만명, 94년에는 2천2백만명에 달할 정도로 늘어났다. 이에 따라 사업수익도94년 약 1백40억달러로 늘어났다. 개인통신산업협회는 앞으로 2003년까지 모든 무선서비스에 대한 청약건수가 1억6천7백건이상 될 것으로 예상하는등 성장 유망성을 보여주고 있다.

FCC는 지난 94년 7월 과거 AT&T 분할보다 통신시장에 더 큰 영향을 끼칠개인휴대통신시스템(PCS)서비스에 대한 사업권 경매작업을 시작했다. 9백MHz대의 협대역 50~1백KHz PCS 허가권부터 시작된 PCS사업권 경매는 같은해 12월1.9GHz대의 광대역 MTA(Major Trading Area) 30MHz A와 B 사업권에 대해서도경매했다. 이를 통해 협대역 전국 사업권 10개, 지역 사업권 30개, 광대역부문 51개, MTA 99개등의 사업권이 경매됐다. 경매대금은 예상과 달리 협대역 통신의 경우 10억달러, 광대역통신의 경우 70억달러에 달했다. 광대역 통신의 최대 낙찰가격은 LA지역이 4억9천3백만달러, 뉴욕지역이 4억4천2백만달러였다.

FCC는 앞으로 4백93개의 BTA(Basic Trading Area)에 대한 PCS사업권과 D,E, F 10MHz 광대역 허가건도 경매할 계획이어서 궁극적으로 각 지역마다 4~5개의 PCS 및 셀룰러 전화공급회사가 생겨날 전망이다.

현재 미국 셀룰러 망은 대부분 AT&T 벨연구소가 개발한 아날로그 셀룰러전화시스템인 AMPS 기술에 바탕을 두고 있으나 6년전부터 디지털 기술을 이용하려는 움직임을 보이고 있다. 기존 통신서비스와 새로 고안된 서비스의확장에 따라 주파수 대역 추가요구에 직면한 FCC는 셀룰러사업자들에게 할당된주파수 대역을 보다 효율적으로 사용하도록 종용하고 있다. 아날로그서 디지털로지난 88년 셀룰러 통신산업협회는 차세대 디지털기술에관한 셀룰러 사업자의 요건을 정의한 사용자 성능요건을 발표했는데 주요 내용은 용량이 아날로그 시스템의 10배이며 수명이 길고 충분한 발전성이 있는차세대 기술,신규 기능을 채택할 수 있는 능력, 품질개선, 사생활 보호, 기존 아날로그시스템으로부터 전환의 용이성및 호환성, 이중모드 무선과 셀이사용 가능하고 비용이 저렴할 것 등이다.

TDMA와 CDMA는 디지털 셀룰러및 PCS기술의 양대 축을 이루고 있다. TDMA기술은 89년 에릭슨사가 처음 제안한 것으로 현재 IS54표준으로 알려진 기술이며, CDMA기술은 퀄콤사가 TDMA의 대안기술로 89년 개발을 시작, 92년 IS95표준으로 통합한 기술을 말한다. TDMA의 표준에는 IS54, IS136(IS54를 1.8GHz대역에 맞춘 표준), GSM(Global System for Mobiles:신규 셀룰러 표준)및 DCS1800(GSM을 1.8GHz 대역에 맞춘 표준)이 있다. GSM은 유럽 셀룰러 망을 통일하기 위해 유럽에서 개발한 표준으로 1981년 유럽에서 처음 채택한 것이다.

CDMA의 주 표준은 IS95와 PCS-CDMA(IS95를 1.8GHz 대역에 맞춘 표준)이다.

CDMA는 모든 셀에서 모든 주파수를 재사용하므로 특별히 주파수 계획을 세울필요가 없다는게 큰 장점이다. CDMA는 높은 스펙트럼 효율과 함께 우수한 음질을 제공해 대화가 활발할 경우 8Kbps로 코드화한다. 대화가 적을 때나 대화 중단, 배경 소음 상태에서는 코드화 비율이 4.2Kbps로 낮아지는데 1Kbps까지 떨어질 때도 있다. 따라서 필요할 때에는 8Kbps까지 높이면서도 평균데이터율을 4Kbps이하로 유지하므로 더 많은 사용자가 스펙트럼을 공유할 수있는 것이다.

무선통신의 신호를 심각하게 저하시키는 페이딩 현상은 구릉 지대와 도심지역에서 특히 심하다. CDMA는 다른 경로상의 페이드의 독립성을 활용한 레이크 리시버(Rake Receiver)를 사용함으로써 통신및 음성의 품질을 높이는멀티패스페이딩의 장점을 얻을 수 있다. 또 핸드오프 기능이 우수하고 핑퐁(Ping Pong)효과를 제거할 수 있다. CDMA는 특히 소프트 핸드오프를 채택해통화중이던 셀과의 접속을 유지하면서 신규 셀과 접속이 가능하다. 이처럼셀간 전환이 원활히 이루어져 가입자의 통화가 분명하게 유지되는데 이를 선연결후 단절방식(Make Before Break Connection)이라 한다. 반면 TDMA및 AMPS시스템은 연결전 차단하는 접속방식(Break Before Make Connection)으로 핸드오프 잡음과 통화중단의 기회가 증가한다.

CDMA신호에 요구되는 신호대 잡음 비율은 FM이나 TDMA보다 상당히 낮아 CDMA의 장점이 많다. 우선 CDMA 셀로부터의 신호는 FM이나 TDMA에 비해 멀리전달되고 접속품질이 좋으며 가입자 수용범위가 넓다. 또 상당히 낮은 출력으로 전송이 가능해 휴대용 단말기에 단순한 저가 출력증폭기를 채용할 수있어 단말기를 소형화 할 수 있다.

GSM.CDMA "한판승부〃CDMA의 용량이 증가하는 것은 여러 콜이 스펙트럼공유를 통해 스펙트럼 효율을 높이는 광대역 속성 때문이다. 자체 간섭이 제한된 상태에서 CDMA의 용량은 모든 시스템 가입자로부터 전파및 안테나 아이솔레이션에 의한 감쇄 후에 유발되는 평균 신호대 간섭비에 의해 결정된다.

이점은 동일 주파수를 사용하는 인접 셀들에서 최악의 공유채널 간섭에 근거한아날로그나 TDMA시스템과 분명히 다르다. 공유채널 간섭의 제한을 받는 시스템은 용량이 포화상태에 이를때 품질이 크게 저하된다. 수신한 CDMA신호에대한 순간섭은 각 사용자로부터 수신한 평균 출력을 가입자의 수로 곱한 값이 되고, 수신한 신호출력대 잡음출력비가 일정 기준 값보다 크면 채널의 신호품질은 양호하게 유지된다.

CDMA시스템은 불균등한 셀간의 부하 상태를 분배시킴으로써 망의 균형을잡는다. 통상 주간 트래픽 패턴이나 트래픽 교란으로 인해 셀 로딩이 일시적으로 증가하는 경우가 종종 있는데 인접 셀로의 트래픽이 감소되면 로드된셀의 용량도 일시적으로 증가하여 증가된 로드를 수용하게 된다.

물론 CDMA시스템에도 단점은 있다. CDMA 단말은 계속적인 출력 제어가 필요하고 스펙트럼에 아날로그 사용자를 포함한 다른 신호가 없어야 하므로 아날로그 사용자나 사양을 벗어난 다른 CDMA단말로 인해 여러 CDMA섹터의 트래픽에 영향을 주어 용량을 감소시킬 수 있는 것이다. TDMA는 여러 사용자가동일한 망장비를 사용할 수 있는 반면 CDMA는 각각의 부호화된 통화가 서로다른 베이스 스테이션 모뎀장치를 필요로 한다. 또 여러 셀로부터의 이동단말출력을 모니터하기 위한 출력 제어에 자원을 배정해야만 하는게 단점이다.

CDMA가 무선기술에 사용될 경우 여러 장점을 제공할 것으로 여겨지나 현재미국에서 인가된 첫 디지털 표준은 IS54뿐이며 이것이 가장 먼저 실용화됐다. IS54, GSM및 기타 TDMA기술은 검증된 기술이며 핸드 세트및 기반시설을공급하는 제조원이 많고 CDMA보다 덜 복잡하다는게 장점이다.

현재 GSM가입자는 세계적으로 6백만명이 넘고 IS54가입자는 70만명이 넘으며맥코셀룰러통신.벨 애틀랜틱 모빌.사우스웨스턴 벨 이동시스템.벨사우스셀룰러 등 미국의 통신업체들이 TDMA기술을 채택하고 있다. TDMA의 현대화도이미 진행 중이다. 미국 통신산업협회는 최근 IS136으로 알려진 차세대 TDMA사양을 발표했는데 이 기술을 이용하면 디지털제어채널(DCC)을 통한 지능망기능으로 마이크로 셀 적용이 가능하고 배터리 대기시간이 상당히 증가하며여러 가지 다른 메시지서비스와 더욱 안정된 데이터 전송이 가능하다. 따라서 TDMA를 채택한 통신업체는 DCC만 추가하면 IS54B시스템을 업그레이드 시킬 수 있다.

CDMA는 아직 명확한 방향 설정도 되지 않은 상태이나 94년에 발표된 업체들의 수많은 약속, 기술적 시험운용, 기반시설및 가입자 장비 거래를 근거로판단할 경우 조만간 CDMA는 TDMA와 동일한 점유율을 갖거나 추월할 것으로보인다.

IS95의 상용화가 가능해지면서 CDMA 지지자들이 연합해 기술개발및 시험운용에 나서고 있어 신규 PCS는 GSM과 CDMA사이의 경쟁이 될 것으로 보인다.

현재 대기업인 와이어레스코사와 PCS프라임사가 CDMA를 채택한 반면, 퍼시픽벨모빌서비스, 벨사우스PCS, 옴니포인트 등은 GSM에 근거한 시스템을 구축할예정이다.

PCS는 기술 발전으로 매우 다양한 서비스가 보다 고품질로 제공될 것이다.

무선데이터서비스의 다양화및 활성화(2000년에 5백20만명의 가입자 예상)와PDA시장의 확대가 예상되고, PCS단말기에는 페이저기능이 통합될 것으로 예상된다. 이미 유럽에서 널리 사용되는 스마트카드 서비스 역시 빠르게 확산될것이다. PCS사업자는 셀룰러, 호출기, 장거리및 지역 전화 서비스를 포함한통합서비스를 제공할 계획이어서 기존 셀룰러및 유선 사업자와도 경쟁할것으로 보인다.

가격 측면에서는 현재 셀룰러의 경우 월평균 약 60달러, 유선전화의 경우약19달러인데 PCS가격이 월평균 24달러일때 미국 전화가입자의 약 65%가 가입의사가 있는 반면 그 두배인 48달러가 될 경우 20%로 하락된다는 점으로볼때 서비스 경쟁과 함께 가격경쟁 역시 치열하게 이루어질 것으로 보인다.

업체간 제휴.합병 활발무선통신 기술발전과 FCC 경매에 의한 경쟁의 확대로미국지역은 대부분 4~7개의 서비스업체가 등장, 소비자들은 서비스 품질의향상과 함께 요금하락의 이득을 누리게 될 것이다. 신규사업자의 진입, PCS망 구축을 위한 디지털전송 방식의 활용 등으로 인해 통신망의 총 용량은 현재에 비해 약 50배정도 커지게 될 것이다. 그리고 앞으로 수년간 CDMA와 TDMA와 GSM간, 셀룰러와 PCS간, 그리고 케이블과 유선전화및 무선전화 사이의경쟁이 치열해짐에 따라 통신회사간 제휴및 합병이 활발해지는 등 미국 통신시장은 각 부문간의 혁명적 재편이 시작되는 큰 전환점을 맞이하게 될 것으로전망된다.