4G Mobile 신 규격인 UMB는?
| 이번 테마는 「UMB」. 고속열차에서 FTTH보다도 쾌적한 Mobile Broadband를 즐길 수 있다라는 말 그대로 울트라 모바일 브로드밴드 시대가 바로 앞까지 와 있다! |
UMB（Ultra Mobile Broadband）라는 것은 제3세대 휴대전화(3G)의 사양을 만드는 표준 Project 3GPP2（3rd Generation Partnership Project 2）가 2007년 4월에 발표한 차세대 이동통신 방식이다. 현재 3.5G （CDMA2000 1xEV-DO Rev.A方式）인 CDMA 1X WIN통신 서비스의 최대 전송속도는 하향 3.1Mbps, 상향 1.8Mbps이지만, UMB는 EV-DO Rev.A에서 진화시킨 규격으로 20MHz의 대역폭을 이용한 경우의 최대 전송속도는 하향 288Mbps, 상향 75Mbps를 실현할 수 있다. 또한 UMB의 Packet delay는 16ms로 억제할 수 있고, 시속 350km의 고속 이동 환경에서도 높은 전송속도를 유지할 수 있는 구조이다. 현재 UMB의 상표권은 CDMA Development Group（CDG）이 보유하고 있다.
| 1-1 | | UMB 실제 체험！ |
UMB개발을 이끌고 있는 퀄컴은 UMB 기능과 성능을 검증하기 위한 Proto type을 이미 개발하였고 실제로 유저에게 UMB를 체험할 수 있게끔 데모를 실시하고 있다. 퀄컴 본사가 있는 샌디에고에 복수의 UMB기지국을 설치하여 100Km/h의 속도로 달리는 실험차량에서 HDTV영상 전송, 화상 회의, FTP Data 전송 등의 브로드밴드 서비스가 가능한 UMB드라이브를 체험할 수 있다.
국제전기통신연합（ITU）에서 IMT-2000이라고 하는 3G의 세계적 표준화의 흐름이 결정되고 그 요구조건에 따라 3G가 급속하게 보급되기 시작한 것은 2000년대에 들어서이다. IMT-2000규격의 하나인 CDMA2000 1x는 현재 그 확장방식인 EV-DO REV A까지 상용화되어 있다. 또한 아래 그림과 같이 EV-DO는 향후 REV B로까지 진화해갈 기술이기도 하다.
제 1세대 휴대전화(1G)는 아날로그 휴대전화로 등장했기 때문에 2G에서 디지털 휴대전화로 바뀌었을 때로 주파수대역은 아날로그시대의 것과 같은 것을 써왔다. 즉 디지털에서도 종래의 협소한 주파수대역을 써야했었고, 그 결과 대역간의 시스템 상호 간섭의 영향이 적으면서도 데이터 용량이 큰 방식인 CDMA가 보급되었다.
하지만 근래에 들어 3G이용 확대와 4G로 발전되는 것과 함께 주파수 수요가 커질 것으로 예측되어 1.7GHz대, 2.5GHz대역을 중심으로 휴대전화 주파수로 재편이 진행되고 있으며 주파수 할당 상황이 크게 변화해 가고 있다. 그 결과로 아날로그 휴대전화 시대부터 좁게 잘라져 왔던 대역을 하나로 합쳐, 5MHz, 10MHz, 20MHz로 사용하게끔 하는 방향으로 나가고 있다. 이처럼 새로운 휴대전화용 주파수 대역에 대한 상황이 변화해가고 있는 지금, 주파수의 효율을 고려했을 때 CDMA가 가장 좋은 Solution이라고 말할 수는 없게 되었다.
그래서 새롭게 주목을 받고 있는 것이 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：직교주파수 분할다중）/OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access: 직교주파수 분할다원접속）이다. OFDM은 복수의 연속한 Sub-Carrier를 이용하여 Multi-Bus지연이 커지는 것을 막는 특징과 함께 유저별로 시분할 방식으로 반송파를 할당하는 것이 가능하다.
OFDMA는 OFDM를 이용하여 동시에 복수의 유저에게 반송파를 Sub-Carrier의 Group으로 분할하면서 각 유저에 있어 가장 전송효율이 좋은 Sub-Carrier를 할당한다. OFDM/OFDMA는 CDMA만큼 간섭에 강하지는 않지만, MIMO 등의 새로운 안테나 기술을 통해 비약적으로 주파수 이용효율을 올릴 수 있게끔 되었다. 즉 이전에는 실용화하기 어려웠던 OFDM/OFDMA가 디지털 신호기술이 진화함에 따라 사용할 수 있는 주파수 대역이 확대되면서 충분히 실용화할 수 있는 우수한 기술로 성장해 온 것이다. 게다가 통신칩셋의 개발비용면에서도 대역폭이 5MHz를 넘게끔 하면 CDMA보다 Cost performance가 높아지는 장점도 있다. 따라서 광대역을 사용하는 경우에는 CDMA보다 OFDM/OFDMA 쪽이 향후 이통통신 방식에는 최적이라는 결론에 다다라 UMB가 탄생했다.
| 2-1 | | UMB의 기본 기술 |
퀄검은 이전에 매수한 Flarion Technologies사의 FLASH-OFDM의 코어기술을 활용하며, CDMA에서 축적한 기술을 더해 UMB의 기초를 다졌다. 하지만 현재 UMB는 퀄검만의 기술이 아니다. 퀄컴의 독자 기술에 3GPP2에 참가하고 있는 기업들이 요소기술을 융합하여 성능개선을 진행한 결과가 지금의 UMB이다.
FLASH-OFDM라는 것은 종래의 OFDM을 개량한 기술로 주파수가 다른 113개의 반송파를 사용하여 송신하는 데이터를 작게 분할, 직교하게 하면서 전송한다. 동시에 일정주기로 반송파의 주파수를 변화시킴으로써 인접Cell에서도 동일 주파수를 이용할 수 있기때문에 주파수 이용효율이 높아진다.
UMB가 우수한 성능을 발휘할 수 있는 다른 한가지의 요소로써 복수의 최신 안테나 기술을 채용을 들 수 있다. 구체적으로는 MIMO（Multiple Input Multiple Output）, Beam Framing, SDMA의 3가지 기술이다. 먼저 UMB의 MIMO는 단말과 기지국 사이에 채널정보를 계속 교환하며 가장 좋은 MIMO mode를 선택하여 이동단말을 유지할 수 있어서, 시속 350km로 이동중에도 속도의 저하가 적다. 또한 Cell Edge의 채널상태가 좋지 않은 유저의 송수신 특성을 개선시킬 수 있기 때문에 단말과 기지국의 양쪽에 실장되어 있는 복수 안테나 사이에서 전송속도를 최대화할 수 있는 전송모드(Beam)을 형성하는 Beam Framing기술도 채용하고 있다.
그리고 동일Cell내의 동일 Channel을 공간적으로 분리하는 것으로 주파수 이용효율을 높이는 기술이 SDMA（Space Division Multiple Access：공간분할 다원 접속）이다. 동일 Cell내에 복수의 유저가 있는 경우 각각의 유저가 사용하고 있는 전파를 좁은 Beam폭의 지향성을 갖는 안테나로 수신할 수 있다면 서로 통신을 방해하는 일 없이 각각의 통신로를 확보하는 것이 가능하다. SDMA는 이것을 Base로 개발된 기술이다. UMB에서는 위 3종류의 안테나 기술을 사용하여 Sector Throughput을 향상시키고 있다.
UMB실용화를 향한 움직임으로 퀄컴에서는 이미 UMB단말용 칩셋인 MDM8900과 기지국용 칩셋인 CSM8900의 제품화를 발표하였고 2008년 상반기에 Engineering Sample을 출하할 예정이다. 그리하여 통신기기벤더에 의한 기지국 장치와 단말기기 개발과 상호 접속시험이 활발해질 것으로 보여 2009년에는 상용화가 기대되고 있다.
단 UMB는 기존의 CDMA2000과 호환성이 없기때문에 UMB Infra구축에는 새로운 비용이 발생한다. 물론 REV B와 UMB 양쪽을 지원하는 Dual Mode Chipset이 개발된다면 이런 과제도 어느 정도는 해결될 것이다.
한편, UMB에 대응하는 Mobile시장도 정비되고 있다. 2008년에 제품화되는 Mobile기기 중에는 부하가 많은 영상처리가 가능한 Type도 등장할 것이고 그에 따라 Mobile Network Infra도 Broadband화 하지 않으면 안된다. 즉 UMB의 등장으로 Fixed Broadband와 Mobile Broadband의 흐름이 비로소 같아지는 시대가 오는 것이다. 그렇게 되면 Mobile User에게도 HD영상을 제공할 수 있고 휴대전화로 HD촬영이 가능해지는 등 Mobile Broadband가 Ubiquitous사회로의 문을 열어줄 수 있을것이다.
MIMO● 의미
공간 다중화 방식에 의한 다중화 기술. MIMO에서는 송신회로와 수신회로, 대응안테나를 각각 쌍방이 복수개로 가짐으로써 병렬 데이터의 송수신이 이루어져 다중화 통신을 실현한다. 현재 송수신 회로부를 Chipset화하여 MIMO를 실현할 수 있게 되었다.
● 「 UMB 」와의 연관성？
UMB에서는 최신 안테나 기술이 채용되고 있긴 하지만, MIMO도 사용되고 있다. 복수 안테나를 이용하여 동시에 통신함으로써 데이터통신의 고속화를 꾀하고 있다. SISO도 지원. 퀄컴은 UMB데모에서 기지국 안테나 4개, 이동기지국 안테나 2개로 MIMO를 구성하고 있다.
3G● 의미
ITU가 표준화를 진행하고 있는 IMT-2000규격을 채용하고 있는 휴대전화를 가리킨다. W-CDMA와 CDMA2000방식 모두 IMT-2000에 준거하고 있다.
● 「 UMB 」와 연관성？
UMB는 3GPP2에서 사양이 작성되고 있고 3.9G로 불리운다. 다른 방식으로는 W-CDMA방식의 LTE（Long Term Evolution）이 있고 하향 100Mbps/상향 50Mbps의 고속통신을 목표로 하고 있다.
TDD● 의미
TDD（Time Division Duplex：시분할 복식）는 동시송수신을 실현하기위한 방식의 하나로 통신경로를 시간축으로 구분하여 송신과 수신시간을 고속으로 바꾼다. 송신용의 주파수대역과 수신용의 주파수 대역을 별개로 설계하는 방식은 FDD（Frequency Division Duplex）이다.
● 「 UMB 」와 연관성？
UMB의 최대 하향속도인 288Mbps는 주파수 대역 20MHz를 FDD방식으로 사용할 때의 값이다. ３GPP2에서는 FDD사양이 완성되어 추가로 UMB의 TDD사양 검토가 시작되고 있다. UMB에서는 설계개시 초기부터 FDD와 TDD 양쪽을 지원하는 것을 전제로 하고 있다.
WiMAX●의미
정식 규격은「IEEE802.16-2004」이며, 반경 50km의 광범위 지역에서 최대 70Mbps를 실현하는 무선 통신. 당초 기지국에서 집까지를 잇는 Last 1 mile를 커버하는 고정 무선통신을 상정하고 있었지만 현재는 Wireless Broadband환경을 가능성이 주목을 받고 있다.
● 「 UMB 」와 연관성？
WiMAX는 Wireless Broadband를 실현하기 위해 개발된 규격으로 당초부터 Mobility를 고려하지 않았다. 그 후 Mobile Wimax(IEEE 802.16e)」가 작성되었지만 고속이동 특성과 Capacity는 UMB보다 좋지 않다. 특히 VoIP는 유저수의 증가에 따른 Capacity 면에서 UMB가 우위성을 가진다.
- Nikkei BP기사 번역입니다.
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