이전 글에 이어서 이번 글에서는 LTE에 대해 알아보도록 하겠습니다.
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LTE부터 6G까지, 통신에 대한 이야기 - (1)
2025년 현재 대한민국에서 스마트폰을 사용할 줄 모르는 사람은 거의 없을 것입니다. 남녀노소 모두 스마트폰을 활용해 사진과 영상을 찍고 공유하며, 게임을 즐기고 방송을 시청하는 것은 물론
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2025년 현재 대부분의 사람들이 사용하는 이동통신 기술은 LTE와 5G입니다.
LTE(Long Term Evolution)는 2009년 유럽의 이동통신사인 텔리아소네라(TeliaSonera)에 의해 최초로 상용화되었으며, 국내에는 약 2년 후 도입되었습니다.
초기에는 LTE가 4G인지 아닌지를 두고 갑론을박이 있었습니다.
ITU(국제전기통신연합)은 원래 LTE-A 이상의 기술을 4G로 규정했지만, LTE가 기존 3G보다 현저히 빠른 속도를 제공하면서 업계에서는 LTE를 4G로 간주하게 되었고, 결국 4G로 지칭하게 되었습니다.
물론 4G 기술에는 LTE뿐만 아니라 와이브로라고 국내에 알려진 Mobile WiMAX라는 기술이 있었지만, 네트워크 효과와 인프라 구축의 차이로 인해 LTE가 압승해버렸습니다.
따라서 LTE를 4G라고 봐도 무방합니다.
이전 글에서도 말했지만 통신의 발전은 데이터 전송속도 상승과 궤를 같이 합니다. 그렇다면 LTE는 어떤 기술을 사용하길래 3G보다 빠른 걸까요?
이동통신에서 말하는 전송속도는 크게 두 가지가 있습니다.
하나는 기지국에서 단말기로의 전송 속도로 Downlink(DL)이고, 다른 하나는 단말기에서 기지국으로의 전송 속도로 Uplink(UL)가 있습니다.
신문이나 광고에서 보통 얘기하는 LTE 속도는 DL을 의미하는데, 우리가 기지국에 주는 데이터(문자, 업로드 파일 등)보다 기지국에서 휴대폰으로 쏴주는 데이터(유튜브 영상, 웹페이지 로딩 등)가 훨씬 많기 때문입니다.
그리고 LTE는 LTE-FDD, LTE-TDD 방식으로 나뉩니다.
FDD는 주파수 대역폭을 송신(Uplink)과 수신(Downlink)으로 절반씩 나누어 사용하며, TDD는 하나의 주파수 대역폭을 시간에 따라 송신과 수신으로 번갈아가며 사용합니다.
예를 들어, FDD에서 800MHz 주파수 대역에서 20MHz의 대역폭을 할당받았다면, UL에 10MHz, DL에 10MHz를 각각 사용하게 됩니다.
참고로 우리나라는 FDD 방식을 많이 사용합니다.
그럼 본론으로 돌아와서 LTE의 전송속도를 빠르게 하기 위해서는 어떤 기술을 사용해야할까요?
바로 MIMO(Multi Input Multi Output)를 사용하는데요. MIMO는 다중 안테나를 활용하여 데이터 전송속도를 증가시키고 신호 간섭을 줄이는 역할을 합니다.
보통 2×2, 4×4로 표시하며 송수신안테나가 각각 2개, 4개 있다는 의미입니다.
이렇게 안테나를 여러 개 사용하니 전송속도가 증가하고 에러 발생 확률이 줄어들어 LTE부터 MIMO를 사용하기 시작했고 현재 스마트폰은 대부분 2×2 MIMO가 도입되었습니다.
안테나 개수가 증가할수록 속도가 향상되지만, 그만큼 기술적 난이도도 증가합니다. 이론적으로는 8×8이 베스트입니다.
앞서 LTE를 4G로 간주할 수 있고고, LTE의 높은 전송속도는 MIMO라는 기술 덕분이라고 했는데요.
하지만 기술적으로는 LTE-A부터를 4G로 보며 그 기준점이 바로 CA(Carrier Aggregation)입니다.
데이터 전송속도는 주파수 대역폭과 비례하기 때문에 대역폭을 키울수록 좋은데요.
하지만 전세계적으로 이통사가 수백, 수천 개에다가 서로 주파수 대역이 겹치면 안되기 때문에 주파수 대역폭을 원하는대로 가져갈 수가 없습니다.
뿐만 아니라 군용, 방송, 공공 안전 네트워크 등 기존 사용자가 주파수를 점유하고 있는 경우도 있으며, 이 경우 이통사는 남은 대역을 할당받아야합니다.
이로 인해 다음과 같은 상황이 발생하게 됩니다.
A 이통사는 800MHz에서 10MHz, 1.8GHz에서 20MHz, 2.1GHz에서 10MHz를 할당받은 반면 B 이통사는 2.6GHz에서 40MHz만큼 가지고 있다고 가정해보겠습니다.
두 이통사 모두 FDD 방식이라고 했을 때, A 이통사는 800MHz에 5MHz, 1.8GHz에 10MHz, 2.1GHz에 5MHz를 가지고 있는 셈입니다.
10MHz = 75Mbps이므로 A이통사가 제공할 수 있는 전송속도는 800MHz에서 37Mbps, 1.8GHz에서 75Mbps, 2.1GHz에서 37Mbps입니다.
반면 B이통사는 2.6GHz에 40MHz이니 FDD 방식을 고려하면 DL로 20MHz를 할당받게 되어 150Mbps의 전송속도를 가지게 됩니다.
결국 A이통사는 어느 주파수 대역에서든 B이통사보다 높은 전송속도가 나오기 어렵습니다.
이걸 해결하기 위해 CA 기술이 도입되었습니다.
CA는 떨어져있는 주파수 대역을 마치 하나의 주파수 대역처럼 묶어줍니다. 그러면 5+10+5=20MHz의 대역폭이 되어 B이통사와 똑같은 150Mbps의 전송속도를 지원하게 되는 것이죠.