이동통신사 4.5G 서비스, 어떤 것들이 있나?

이동통신 네트워크가 3G에서 4G로 넘어온 지 이제 6년이 지났습니다. 2002년 12월 상용화 된 3G가 15년 동안 현역이라는 것을 생각하면 그 역사는 짧고, 앞으로도 10여 년은 더 사용하게 될 기술이라는 뜻이기도 합니다.

그리고 4G 통신 기술은 지금도 발전하고 있으며 현재는 4.5G라 부르며 최대 전송 속도가 초기 75Mbps에서 13배 이상 빨라진 최대 1Gpbs까지 제공하고 있습니다. 5G와 함께 공존할 4세대 이동통신의 미래, LG유플러스에서는 어떤 것들을 준비하고 있을까요?

이동통신사의 4.5G 기술과 특징을 자세히 알려드리겠습니다.

LTE-A Pro

LTE-A Pro는 ‘LTE-Advanced Pro’의 약자입니다. LTE-A라면 2개 이상의 주파수를 하나로 묶어 속도를 높이는 캐리어 어그리게이션(CA)가 대표적인데요. 현재 기술로는 최대 5개까지의 주파수를 묶어서 사용할 수 있습니다.

이론상 10MHz의 주파수로는 최대 75Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. 그리고 1개의 주파수는 최대 20MHz까지 사용할 수 있으므로 20MHz x 5 = 100MHz의 대역폭으로 750Mbps의 속도를 낼 수 있습니다.

<유플러스 LTE 주파수. 출처 유플러스 블로그>

그런데 이상하죠? 국내 이동통신사 중에는 100MHz의 주파수를 보유하고 있는 곳이 없습니다.

800MHz = 10MHz

2.1GHz = 20MHz

2.6GHz = 20MHz

총 50MHz (다운링크 기준)

<유플러스 LTE 주파수 보유 현황>

예를 들어 LG유플러스는 총 50MHz의 주파수로 최대 375Mbps의 속도를 낼 수 있지만, 몇 가지 기술이 더해지면 총 900Mbps의 속도를 낼 수 있게 됩니다. 

<SKT 4.5G 서비스 로드맵>

SKT도 총 70MHz의 주파수를 보유하고 있으며 525Mbps의 최대 속도를 낼 수 있으나 LTE-A Pro 기술을 적용하면 최대 1.2Gbps까지 낼 수 있습니다.

다운링크 256 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

QAM이란 디지털 신호를 네트워크 망을 통해 전송할 때 사용하는 변조 방식 중 하나로 기존 LTE망에서는 64QAM을 사용했었습니다.

하지만 LG유플러스는 지난 2015년 MWC에서 다운링크 64QAM 대신 256QAM을 선보였고 이를 통해 약 33% 빨라진 전송 속도를 제공할 수 있게 됐습니다. 64QAM 방식에서는 6bit 단위였으나 256QAM에서는 8bit 단위로 올라가면서 2bit 증가한 것인데요. 이는 SKT에서도 활용하고 있으며 KT 역시 사용 중입니다.

현재 LTE에 사용하는 3개의 주파수 대역에 이것을 모두 적용하면 약 33% 정도 빨라진 전송 속도를 제공할 수 있게 됩니다.

그래서 U+의 375Mbps는 500Mbps가 되고 SKT의 525Mbps는 700Mbps가 됩니다. 단지 256QAM을 적용하기만 해도 말입니다.

4x4 MIMO (Multiple Input Multiple Output)

주파수를 수신할 때 이를 수신할 안테나가 필요합니다. TV도 그렇고 라디오도 그렇고 스마트폰에서도 안테나가 필요합니다.

만약 이 안테나 수를 늘린다면 동시에 더 많은 전파를 송수신 할 수 있고 데이터도 그에 비례해 더 많이 주고 받을 수 있지 않을까요? 그래서 등장한 것이 ‘MIMO’입니다.

여기에 기지국 안테나를 4개, 단말기 안테나를 4개 배치한 4x4 MIMO를 이용해 전송 속도를 2배 높일 수 있습니다. LG유플러스는 2.6GHz 주파수 대역에 4x4 MIMO를 적용하여 150Mbps인 다운로드 속도를 300Mbps까지 높일 예정입니다.

그리고 다운링크 256 QAM까지 적용한다면 300Mbps x 1.33 = 399Mbps가 되어 약 400Mbps까지 끌어올릴 수 있게 되는 것입니다.

최종적으로 유플러스 LTE-A Pro 기술은 256QAM과 4x4 MIMO가 적용되어 최대 약 900Mbps가 되는 것입니다. 그리고 SKT는 최대 1.2Gbps를 목표로 하고 있습니다.

주파수 대역	대역폭	적용 기술	최대 속도
800MHz	10MHz	256QAM	100Mbps
2.1GHz	20MHz	256QAM, 4x4 MIMO	400Mbps
2.6GHz	20MHz	256QAM, 4x4 MIMO	400Mbps

<LG유플러스 LTE-A Pro 적용 시 최대 속도>

LTE-LAA(Licensed Assisted Access)

그리고 또 하나의 4.5G 기술이 있습니다. LTE-LAA라는 다소 생소한 기술인데요.

관련기사 : 1GB 영화 10초에 다운로드…LG유플러스, 국내 최초 저비용 비규제 주파수 현장실험 착수

LTE-LAA란 면허(Licensed) 주파수와 비 면허(Unlicensed) 주파수를 혼용 해 데이터 전송속도를 올리는 것으로, 여기에서 핵심은 비 면허 주파수를 이용한다는 것입니다. 

비 면허 주파수란 기존 3G나 LTE에서 사용하는 800MHz, 1.8GHz, 2.1GHz, 2.6GHz 등이 아닌 허락 없이도 누구나 사용 가능한 주파수를 말합니다. 가장 대표적인 것이 와이파이에서 사용하는 2.4GHz, 5GHz입니다. 제조사에서 와이파이 AP만 만들면 누구라도 집에서 별도의 비용을 지불하지 않아도 사용할 수 있는 주파수라고 생각하면 됩니다.

<LTE-LAA와 기가 멀티패스의 차이점>

LTE 주파수와 와이파이 주파수를 묶어서 사용한다는 설명 때문에 과거 기가 멀티패스(LTE+와이파이)와 같다고 오해할 수 있는데요. 전혀 다릅니다. LTE-LAA는 단지 와이파이에서 사용하는 주파수를 쓴다는 것이지 일반 가정집에 설치되어 있는 와이파이 AP를 사용하는 것이 아닙니다. 

LTE-LAA의 장점은 이동통신사가 추가로 주파수를 할당 받지 않아도 되므로 비용을 절약할 수 있다는 것과 비 면허 주파수 대역폭이 넓으므로 빠른 속도를 제공할 수 있다는 것입니다. 

단점으로는 5GHz 주파수 특성 상 기지국 설치에 들어가는 비용이 만만치 않기 때문에 스몰셀(small cell) 형태로 인구밀집도가 높은 지역부터 우선 설치가 된다는 것입니다.

그럼 속도는 얼마나 나올까요?

면허 대역 : 2.1GHz 20MHz = 200Mbps (256QAM 적용)

비 면허 대역 : 5GHz 60MHz = 600Mbps (256QAM 적용)

현재 LG유플러스는 2.1GHz 대역의 20MHz 대역폭과 5GHz의 60MHz 대역폭을 묶어 최대 800Mbps의 속도를 내는 기술을 국내 최초로 필드 테스트하고 있습니다. 하지만 이 기술은 아직 상용화 여부도 불투명하고 LTE-A Pro만으로도 어느 정도 성과를 낼 수 있기 때문에 시범 서비스로 끝낼 확률이 높습니다.

아무리 비 면허 대역을 사용해서 주파수 이용료가 없다 하더라도 기지국 설치와 유지 비용이 만만치 않기 때문입니다. 오히려 장기적으로 볼 때 이 비용이 더 많이 들어갈 수 있습니다. 그래서 이동통신사에서는 전국망이 아닌 주요 핫스팟에서만 서비스할 계획을 했던 것이랍니다.

지금까지 이동통신사들이 준비하고 있는 4.5G 네트워크 기술에 대한 설명이었습니다.