모바일 네트워크의 구조와 기술: 4G에서 5G까지

 

모바일 네트워크 - 휴대 단말기, 기지국, 교환국을 연결하는 시스템

모바일 네트워크는 휴대전화나 이동 통신에 사용되는 광역 무선 네트워크를 의미합니다. 이 네트워크는 휴대 단말기, 기지국, 교환국으로 구성되어 있으며, 휴대 단말기의 통신은 디지털화되어 있습니다. 이러한 구조는 사용자에게 원활한 통신을 제공하며, 현대 사회의 필수 요소로 자리 잡고 있습니다.

 

5G

 

무선과 전용 회선을 사용하는 모바일 네트워크

모바일 네트워크는 세 가지 주요 노드인 휴대 단말기, 기지국, 교환국으로 구성됩니다. 휴대 단말기와 기지국은 무선으로 연결되어 음성이나 데이터를 주고받습니다. 기지국과 교환국은 일반적으로 전용 회선(유선)으로 연결되어 있습니다. 교환국은 전화번호(가입자 식별 번호)를 통해 연결 상대방의 교환국을 찾고, 해당 상대방과 연결할 수 있는 기지국에 연결합니다.

모바일 네트워크에서는 휴대 단말기가 어떤 기지국과 통신할 수 있는지를 파악해야 하며, 교환국은 이 정보를 이용하여 연결을 설정합니다. 단말기는 이동 중이기 때문에 통신할 수 있는 기지국을 적절히 전환할 필요가 있습니다. 이 과정을 핸드오버라고 하며, 이는 통신의 연속성을 유지하는 데 필수적입니다. 핸드오버 기술은 통화 중 이동 시에도 끊임없이 통신할 수 있도록 돕습니다.

 

모바일 네트워크의 통신 방식

모바일 네트워크의 모든 통신은 디지털화되어 있으며, 패킷 교환망을 기반으로 운영됩니다. 이는 공중전화교환망(PSTN)과는 다른 방식입니다.

 

통신 방식으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• FDMA(주파수 분할 다중 접속) : 반송파를 특정 주파수 대역의 채널마다 분할하여 신호를 송신하는 방식입니다. 주로 아날로그 통신 방식의 모바일 네트워크에 사용되었습니다.
• TDMA(시간 분할 다중 접속) : 시간별로 채널을 분할하여 다수의 패킷을 전송하는 방식입니다. 이 중 같은 주파수 대역을 사용하는 TDMA/TDD와 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 TDMA/FDD가 있습니다.
• CDMA(코드 분할 다중 접속) : 동일한 주파수 대역에서 여러 신호를 전송하는 방식으로, 스펙트럼 확산을 통해 노이즈와 간섭에 강한 특징을 가지고 있습니다. CDMA는 특히 통신 품질을 유지하는 데 효과적입니다.

 

4G/5G - 모바일 네트워크 통신 규격

모바일 네트워크는 4G와 5G라는 통신 규격을 사용합니다. 이 통신 규격은 세대별로 특징이 있으며, AI 개발 및 IoT 기기의 보급에 대응하기 위해 더 많은 기술 발전이 요구됩니다.

• 1세대 이동통신시스템(1G) : FDMA를 이용한 아날로그 통신 방식의 모바일 네트워크로, 자동차 전화(카폰) 등이 포함됩니다.
• 2세대 이동통신시스템(2G) : 해외에서는 GSM, 일본에서는 PDC(TDMA/FDD)를 이용한 모바일 네트워크로, 2G부터 패킷 교환 방식을 사용하였습니다.
• 3세대 이동통신시스템(3G) : 주파수와 전송 속도를 개선한 모바일 네트워크로, TDMA와 CDMA를 모두 활용합니다. 3G를 기반으로 하는 HSPA나 LTE도 존재합니다.
• 4세대 이동통신시스템(4G) : 주파수와 변조 방식 등을 개선하여 더욱 빠르고 대용량의 모바일 네트워크를 제공합니다. 4G는 HD 비디오 스트리밍과 같은 고속 데이터 서비스를 가능하게 하였습니다.
• 5세대 이동통신시스템(5G) : 10Gbps의 전송 속도, 1밀리초 이내의 통신 지연, 100만 대(1km당)의 동시 다수 접속을 실현한 모바일 네트워크입니다.

4G와 5G는 ITU(국제전기통신연합)와 3GPP와 같은 표준화 단체에서 사용되는 용어로, 각 세대의 모바일 네트워크 성능을 판단하는 지표로 활용됩니다. 5G는 고속, 대용량, 저지연, 동시 다수 접속을 지원하여, 4K/8K 콘텐츠 시청, 로봇 원격 조작, IoT 기기 및 센서 네트워크 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다.

 

로컬 5G - 특정 구역에 구축하는 5G 네트워크

5G에는 일반 모바일 네트워크 외에 IoT 기기나 로봇 제어와 같은 특정 용도를 위한 로컬 5G가 있습니다. 공장이나 창고, 상업 시설과 같은 제한된 구역에서 서비스에 이용할 수 있습니다.

로컬 5G는 4.5GHz 및 28GHz와 같은 높은 주파수 대역을 사용하여 고속 및 대용량 전송을 실현합니다. 높은 주파수의 전파는 장애물에 약하고 송수신에 높은 전력이 필요하므로, 기지국(안테나)을 4G보다 세밀하게 설치해야 합니다. 특정 지역에 5G 네트워크를 구축하면 정비가 쉬워지며, 저지연 특성을 통해 실시간 로봇 제어, 자율주행, 공장 내 기계 제어에 효과적입니다.

예를 들어, 노선버스 경로에 5G 네트워크를 구축하여 자율주행 또는 원격 조종으로 버스를 운행할 수 있습니다. 공장이나 창고에서는 로봇과 드론이 지속해서 통신하여 자동화를 진행할 수 있습니다. 상업 시설에서는 방문 고객을 대상으로 VR이나 AR 서비스를 제공할 수도 있습니다. 또한, 로컬 5G는 사업자별로 모바일 네트워크를 구축할 수 있어 보안을 강화할 수 있는 장점도 가지고 있습니다.

모바일 네트워크는 다양한 통신 기술과 규격을 통해 빠르고 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하며, 4G와 5G의 발전은 우리의 생활과 산업 전반에 걸쳐 큰 변화를 가져오고 있습니다. 로컬 5G와 같은 특정 용도의 네트워크 구축은 기업과 시설에 맞는 최적의 솔루션을 제공하여, 더욱 스마트한 환경을 조성하는 데 기여하고 있습니다. 이러한 발전은 향후 IoT 환경에서도 중요한 역할을 하며, 사용자에게 더 나은 경험을 제공할 것입니다. 모바일 네트워크의 진화는 앞으로도 계속될 것이며, 우리의 삶을 더욱 편리하고 연결된 세상으로 변화시키는 데 크게 기여할 것입니다.