관련 통계자료 다운로드 UMB 프로토콜 기술계층별 규정
지금은 이동통신 기술이 3세대(3G)에서 4세대(4G)로 진화하는 과도기다. 애초 2G에서 3G로 발전하는 과정에서 전세계 이동통신 표준은 유럽의 GSM 방식을 기반으로 한 ‘UMTS로 통일되는 경향이었다. 이에 대응해 미국을 중심으로 하는 cdma2000 진영도 CDMA 기술을 바탕으로 발빠르게 3G 시장에 대응하고 있다. cdma2000 진영은 데이터 전송속도를 단계별로 높여가고 있고, 각 단계별 표준들을 통틀어 cdma2000 표준계열(family of standard)이라고 칭한다. 여기에는 멀티미디어 방송을 지원하기 위한 ‘BCMCS(Broadcast Multicast Services)’와 ‘Enhanced BCMCS’도 포함한다. 그러나 최근 모바일 와이맥스 통신표준을 계기로 새로운 광대역 무선 통신 기술이 등장하면서 높은 주파수 효율에 보다 빠른 전송 속도를 제공하는 차세대 이동통신에 관심이 고조되고 있다. 이에 따라 각 기술진영별로 보다 진화한 이동통신 시스템을 개발하는데 경쟁적으로 나서고 있다.
현재 cdma2000 진영은 데이터 전송속도를 500Mbps까지 구현할 수 있는 ‘UMB(Ultra Mobile Broadband)’ 표준화 작업을 진행중이다. UMB에서 구현하는 500Mbps급의 데이터 전송속도는 영화 한편(700MB, 1Byte=8bit)을 12초이내에 전송할 수 있는 수준이다.
UMB 표준화 활동은 ‘3GPP2’에서 진행하고 있다. 3GPP2는 비동기식 3G 이동통신 표준을 주도하는 유럽의 ‘3GPP’에 대응, 동기식 차세대 이동통신 표준화를 위해 미국의 주도하에 만들어진 단체다. 비록 UMTS 기반의 차세대 이동통신 시스템인 ‘3GPP LTE’보다는 늦게 시작됐지만, 지난해 1월 UMB를 구현하기 위한 최소 기술요구서(SRD)가 승인되면서 행보가 빨라지고 있다. 지난해 7월 몬트리올 회의에서는 LG전자를 비롯해 퀄컴·삼성전자·루슨트 등 11개 회사들이 합의한 제안서를 UMB의 프레임워크로 승인했다. 이어 지난해 9월에는 이 프레임워크에 기반한 각 요소기술들을 각 업체들이 최종 제출했다. 기술 및 성능 검증을 마치고 일정대로 표준화가 순조롭게 진행된다면 오는 4월이면 UMB 표준이 최종 출간될 예정이다.
3GPP2 동기식 기술표준에서 제시하는 호환성은 기존 이동통신 표준을 지원하는 단말기가 새로운 기술표준의 시스템에서도 원활하게 동작함을 의미한다. 동시에 새로운 표준을 지원하는 단말기 역시 기존 시스템에서 제대로 작동해야 하는 것은 물론이다. 즉 UMB 표준이 하위 호환성을 가지려면 기존의 ‘HRPD Rev. 0’ 단말기가 UMB 시스템에서 원활하게 동작해야 하며, UMB 단말기 역시 기존의 HRPD Rev. 0 시스템에서 동작해야 한다. UMB의 경우 이전 표준과의 하위 호환성이 매우 바람직하지만 성능 향상 및 용량 증대도 고려하지 않을 수 없다. 따라서 UMB 표준은 하위 호환성을 기술 의무규격으로 제시하지 않는 최초의 이동통신 표준이다. UMB는 종전 cdma2000 기술들과 비교해 아래와 같은 일반적인 기술 사항들을 요구한다.
·인터넷 전화(VoIP)를 이용한 통화량 증대
·최고 전송률 및 시스템 용량 증대-이동시 하향 100∼500Mbps, 상향 150Mbps급
·주파수 효율성 증대
·시스템간 연동시 지연시간 감소
·셀 영역 확대
·셀 경계 영역에서의 성능 개선
·탄력적인 주파수 할당 지원 및 비연속 주파수 대역 지원
·단말기 배터리 소모량 감소
·사용자의 무선 접속 성능 향상
또한 UMB에 대한 평가방법문서(EMD)는 지난해 9월 이미 완성된뒤 향후 이를 기반으로 각 요소 기술들에 대한 시뮬레이션 수행 및 검증 작업이 이루어질 예정이다. UMB 프레임워크는 순방향 ‘OFDMA’를 채택하는 한편, 역방향 OFDMA 및 CDMA의 조합으로 구성된다. 순방향 최고 전송률은 260Mbps, 역방향 최고 전송률은 70Mbps를 지원한다. 이와 함께 양방향에 대한 최고 지연 시간은 대략 7ms 정도다. UMB 프레임워크에서 채택한 주요 기술들은 다음과 같다.
·1.2288㎒에 기초하며 9.6K㎐ 부반송파 간격을 가짐
·113.93μs의 OFDM 심볼은 5가지의 FFT크기(128, 256, 512, 1024, 2048)를 지원함
·수퍼프레임 프림블과 파이프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조 지원
·자원 분할/관리 채널 지원
-Distributive Resource Channel(DRCH):전 주파수 대역에 대한 톤 할당
-Block Resource Channel(BRCH):전 주파수 대역에 대한 타일(Tile) 할당. 하나의 타일은 16개의 연속적 부반송파, 8개의 OFDM 심볼, 512 FFT 혹은 그 이상으로 이루어진다
-DRCH와 BRCH의 혼합 지원
·MIMO 지원
-Space Time Transmit Diversity(STTD)
-Single Codeword(SCW)
-Multiple Codeword(MCW)
-Precoding
-Space Division Multiple Access(SDMA)
·VoIP 지원
-VoIP 사용자들에 대한 그룹을 설정하고 공통(Shared) 시간 및 주파수 자원을 할당하여 비트맵 시그널링을 통해 각 사용자에게 자원을 동적으로 할당하는 방식
·Single Frequency Network(SFN) Quick Paging 지원
·역방향 전송
-OFDMA 직교 전송, 준직교(Quasi-orthogonal) 전송 및 Layered Superposed(LS) 지원
-DFT-CDMA 지원:지연 시간에 민감한 간헐적이고 전송률이 낮은 트래픽을 지원하기 위한 기술
·역방향 OFDMA 트래픽 및 CMDA 트래픽에 대한 전력 제어 제공
·소프트 핸드오프 그룹 지원
-동일 핸드오프 그룹에 속한 섹터의 경우, 소프트 핸드오프를 지원
·Rotational OFDM(R-OFDM)
- 높은 부호율하에서 OFDM 전송에 주파수 다이버시티 효과를 제공하기 위한 기술
·Packet Data Control Assignment Message(PDCAM)
-Forward Shared Control Channel(F-SCCH)의 편차가 큰 시스템에서 주파수의 효율적 사용을 위해 제어 채널(F-SCCH)과 트래픽 채널간의 동적 자원 관리를 가능하게 하는 메세지.
이같은 기술적 요구사항들은 3GPP 기반의 비동기식에서 출발한 4G 이동통신 방식인 3G LTE와 상당히 유사하다. 따라서 향후 양 표준 규격이 지역적·사업적 특성에 따라 4G 서비스를 실현하기 위한 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.
3GPP2 TSG-C 산하 WG3는 하드웨어·소프트웨어를 망라한 요소까지 시스템 동작과 알고리듬 전반에 대한 사항을 논의한다. 3GPP2에서 가장 많은 인원이 참석하는 분과이기도 하며, 여기서 지난해 9월 UMB에 대한 체계적인 평가방법을 문서화해 EMD를 만들었다. WG3는 UMB 플레임워크의 주요 기술들을 채택한다. 예를 들면 OFDMA 기반의 데이터 전송률을 지원하기 위한 기술 요소나 짧은 시간에 많은 데이터를 입출력할 수 있는 MIMO 지원 기술들을 정한다. WG2는 UMB 프로토콜의 진화 방향과 구체적인 기술들을 논의하는 작업그룹이다. 지난해 6월 일본 미야자키에서 열린 3GPP2 회의에서 프로토콜의 진화방향에 대한 구체적 논의가 있었다. 첫째 향후 프로토콜의 진화시 과거 표준과의 호환성이 문제가 되지 않도록 유연하게 프로토콜을 디자인하고, 둘째 간소한 디자인을 통해 전체 비용을 줄이자는 것이다. WG2는 이밖에 Medium Access Control(MAC) Layer, Radio Link Layer/Security Layer, Application Layer 등 데이터 플레인과 Connection Control Layer, Session Control Layer 등에 대해서도 규정한다.
기술적인 측면에서 3G와 4G간의 차이는 CDMA와 OFDM 기술이 각각 기반이 된다는 점이다. 상대적으로 안정된 무선 채널에 주로 사용되던 OFDM 기술이 보다 다양한 채널 특성을 가지는 이동통신 환경에서 사용된다는 것이다. 고속 전송을 위해 필요한 광대역의 주파수 폭에서 얻는 기술적 이점 덕분이다. 그러나 주요 핵심 기술은 같더라도 3GPP, 3GPP2, IEEE 802.16 등 각종 표준 단체에서 경쟁적으로 차세대 이동통신 시스템을 개발하는 상황이어서 이전과 같은 단일한 세계 표준의 출현 가능성은 더욱 어려워 보인다. 그럼에도 불구하고 3G와 4G의 과도기적 성격을 지니는 UMB는 오는 2009년을 목표로 실제 개발단계에 들어가면 향후 4G 시스템의 중요한 한 축을 이룰 것이 확실시된다.
서한기자@전자신문, hseo@
