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연재 중 록키박사 전파이야기 09화

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by 따뜻한 꼰대 록키박입니다 Apr 13. 2024

모바일 통신에서 왜 지지_5G, 6G...

이동통신의 진화: 1G부터 6G까지 세대별 기술 발전사

이동전화에서 'G'는 '세대(Generation)'를 의미한다. 각 'G'는 이동통신 기술의 주요 발전 단계로 1G는 첫 번째 세대를 나타내며, 주로 아날로그 통신 방식을 사용했다. 2G는 두 번째 세대로, 디지털 신호로 전환하면서 문자 메시지와 낮은 속도의 데이터 전송이 가능해졌다. 3G는 세 번째 세대로, 인터넷 접속과 더 나은 데이터 서비스를 제공함으로써 스마트폰의 사용을 가능하게 했다. 4G는 네 번째 세대로, 높은 데이터 전송 속도와 개선된 통신 품질을 제공하여 HD 비디오 스트리밍과 고속 인터넷 접속을 가능하게 했다.

5G는 현재 상용화 단계에 있는 다섯 번째 세대로, 훨씬 빠른 속도, 거의 즉각적인 반응 시간, 그리고 사물인터넷을 위한 대규모 기기 연결성을 제공한다. 6G는 더 발전된 속도와 기술을 예고하고 있어 각 세대는 이전 세대보다 상당한 기술적 진보를 이루었으며, 새로운 세대의 이동통신망은 일반적으로 더 빠른 데이터 전송 속도, 더 넓은 범위, 더 효율적인 스펙트럼 사용, 그리고 사용자 경험의 전반적인 향상을 목표로 하고 있다.

Ⅰ이동전화의 세대별 구분

1세대 이동전화: 1세대(1G) 이동통신은 1970년대 등장한 최초의 상용 이동통신 기술이다. 이 기술은 아날로그 전기 신호를 사용하여 사용자의 음성을 전달했다. 이러한 기술의 개발은 1973년 모토로라의 마틴 쿠퍼가 최초의 핸드헬드 이동전화를 발명하면서 시작되었다. 쿠퍼의 발명품은 사람들이 무거운 무전기를 이용하지 않고도 휴대가 가능한 전화기를 사용할 수 있는 길을 열었다. 1979년 일본 NTT가 세계 최초의 상용 셀룰러 네트워크를 론칭하면서 1G 이동통신이 상용화되기 시작했다. 한국에서는 1984년에 상용화가 시작되었다. 1G 이동전화는 아날로그 방식으로 서비스 품질이 좋지 않아 자주 끊어지고 잡음도 심했다. 이때까지만 해도 '이동전화는 무선이기 때문에 품질이 열악하다. 자주 끊어질 수밖에 없다.'라는 관용으로 모든게 용서가 되는 시기였다. 1G 휴대폰은 대중에게 '벽돌폰'으로 불릴 만큼 크고 무거웠으며, 통화 품질과 비싼 가격 때문에 대중화에는 제한적이었다. 또한 서비스도 오직 음성통화만 가능하였다. 단말기 종류도 극히 제한적이어서 모토로라의 마이크로텍과 같은 경우에는 몇달을 기다려야 할 정도로 귀한 몸값을 하였다. 1990년대 중반 2G 서비스가 나오기 전까지만 해도 이동전화 대리점에서 근무하는 영업사원이 모토로라 단말기 한대를 판매하면 거의 한달 급여를 챙길 수있다는 얘기가 떠돌았다.

[그림 모토로라 어깨폰 Shoulder Phone]

2세대 이동전화: 2세대(2G) 이동통신은 1990년대 중반부터 시작된 디지털 방식의 통신 기술이다. 1992년 WARC-92까지만 해도 FPLMTS(Future Public Land Mobile Telecommucaion Service)라고 불리웠다. 2G는 아날로그에서 디지털로 전환하여 통신의 품질을 개선했다. 이 기술은 문자메시지, 이메일 등 데이터 전송을 가능하게 했고, 휴대폰에 카메라와 MP3 기능이 추가되었다. 휴대폰의 크기와 무게가 줄어들어 이동성이 향상되었으며, 다양한 모델이 시장에 출시되면서 휴대폰 사용 인구가 급증했다. GSM 같은 2G 기술은 보안성 향상과 통화 음질 개선, 데이터 서비스 제공이 가능했다. 이 시기에는 '이건희 폰', '초콜릿폰', '샤인폰', '롤리팝' 등이 등장했다. 특히 동남아에서는 노키아 단말기는 모두의 로망이었고 젊은이들은 단말기 모델번호를 모두 꿰차고 있을 정도였다.

[최초 2G 이동전화 단말기]

3세대 이동전화: 3세대(3G) 이동통신은 2000년대 초반에 등장했다. 음성 통화와 문자 메시지 전송 뿐만 아니라 멀티미디어 서비스도 제공하기 시작했다. 유심칩 도입으로 다양한 기기에서 서비스를 자유롭게 이용할 수 있게 되었고, 고속 인터넷 접속이 가능해졌다. 고품질의 음성 및 영상 통화, 글로벌 로밍 서비스 등이 제공되었다. 2006년부터는 3.5세대 서비스가 시작되어 빠른 데이터 전송이 가능해졌고, 아이폰 3Gs와 갤럭시 S 시리즈의 출시로 스마트폰 시대가 도래했다. 우리나라에서는 2G의 상용화 이후 3G기술의 국산화 성공으로 한국의 정보통신 기술의 위상에 세계 최고의 수준으로 성장할 수 있었다. 하지만 시장의 협소로 인하여 기술의 우위에도 불구하고 성장에 한계를 극복하지 못하였다. 결국 중국이 세계 수준으로 도약하였다.

{삼성전자 PDA타입 단말기]

4세대 이동전화: 4세대(4G) 이동통신은 2011년에 시작된 LTE 서비스로 대표된다. 이 기술은 '장기간 진화'를 의미하며 3G 대비 획기적으로 속도가 개선되었다. 대용량 데이터를 효율적으로 전송할 수 있게 되었고, OLED 디스플레이와 고해상도 FHD 스크린이 탑재되어 더욱 선명한 화질을 제공했다. 모바일 기기의 대중화와 데이터 사용량 증가에 따라 등장한 4G는 고속 인터넷 접속, HD 비디오 스트리밍, 고화질 음성 통화 등을 가능하게 하여 사용자 경험을 크게 향상시켰다.

5세대 이동전화: 5세대(5G) 이동통신은 인간 중심 통신을 넘어 모든 사물을 연결하는 통신 기술이다. 2020년대 초에 상용화된 이 기술은 4차 산업혁명의 주요 인프라로서 AI, 자율주행차, VR·AR, IoT, 드론 등 새로운 기술의 발전을 가능하게 했다. 네트워크 슬라이싱 기술을 사용하여 대기시간을 줄이고, 원격 영역으로의 서비스 범위를 확대하며, 대규모 데이터를 즉각적으로 처리할 수 있는 능력을 갖췄다. 이는 교통, 의료, 농업, 공공 등 다양한 분야에서 서비스 혁신을 가능하게 할 것으로 기대된다.

6세대 이동전화: 6세대(6G) 이동통신은 UN의 지속 가능한 발전 목표를 실현하기 위한 기술로 주목받고 있다. 연구 개발 중인 이 기술은 훨씬 더 높은 속도와 용량, 새로운 응용 분야를 탐구할 것으로 기대된다. 6G는 초광대역, 초고속 처리량, 초저지연 등을 특징으로 하며, AI 기술이 내재화되고, 공중 및 수상을 포함하여 전 지구적인 서비스 범위를 확장할 것이다. 저궤도 위성을 이용해 지상뿐만 아니라 우주까지 커버할 수 있는 서비스를 제공할 것으로 보이며, 자율주행차, 에어택시, 초실감 메타버스, 인공위성 기반 우주 인터넷, 실시간 원격 수술 등을 지원할 것이다. 전 세계적으로 6G 연구와 개발이 활발히 진행되고 있으며, 각국은 6G를 미래 산업 발전의 핵심 요소로 보고 경쟁적으로 기술 개발에 집중하고 있다.

Ⅱ 이동전화 세대별 기술 특성

1세대 이동통신(1G, 1980~1990년대): 아날로그 기술을 기반으로 하는 1세대 이동통신은 일반 대중에게 최초로 제공된 셀룰러 모바일 통신 시스템이다. 이 시대의 통신은 주로 음성 통화만을 지원했으며, 아날로그 FM 전송 방식과 FDM, FDMA(주파수 분할 다중 접속)가 특징이었다. 당시 주요 기술로는 북미의 AMPS, 북유럽의 NMT, 영국의 TACS가 있었는데, 이 기술들은 통화의 명료성과 범위 면에서 혁신적이었지만, 데이터 전송은 불가능했다.

2세대 이동통신(2G, 1990년대 초): 디지털 기술로의 전환을 맞이한 2G는 보다 안정적인 통신 품질과 낮은 전력 소비, 그리고 보안성 향상을 제공했다. CDMA(Code Division Multiple Access)와 TDMA(Time Division Multiple Access) 같은 다중 접속 방식이 특징으로, 특히 GSM(Global System for Mobile communications)은 유럽을 중심으로 널리 사용되었다. 이 시기에는 SMS(단문 메시지 서비스)와 MMS(멀티미디어 메시지 서비스)가 등장하며, 음성 이외의 데이터 서비스 제공이 시작되었다. 데이터 속도는 9.6kbps에서 최대 14.4kbps였다.

3세대 이동통신(3G, 2000년대): 3G는 IMT-2000 표준에 따라 광대역 CDMA 방식을 사용해 데이터 속도를 크게 향상시켰다. 최소 144kbps에서 최대 2Mbps의 속도를 제공하며, 전세계적으로 동일한 표준을 사용하는 광대역 접속이 가능해져 국제 로밍이 보다 원활해졌다. 영상 통화와 같은 고용량 데이터 서비스가 가능해졌으며, 보다 풍부한 인터넷 경험을 제공했다. W-CDMA, CDMA2000 등이 주요 기술이었다.

4세대 이동통신(4G, 2010년대): 4G는 주로 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 방식을 사용하여 더 높은 데이터 속도와 향상된 네트워크 용량을 제공했다. LTE(Long Term Evolution)와 LTE-Advanced는 이동 중에도 끊김 없는 고화질 비디오 스트리밍, 더 빠른 데이터 전송 속도(최대 1Gbps)를 가능하게 했다. 이 세대에서는 음성 통화도 패킷 스위칭 기술을 통해 데이터 네트워크를 이용하여 처리되기 시작했다.

[그림: 이동통신 세대별 기술특징]

5세대 이동통신(5G, 2020년대): 5G 기술은 이전 세대 대비 혁신적인 향상을 이루며, 초고용량, 초저지연, 초연결성을 특징으로 한다. 대폭 향상된 속도(최대 20Gbps 이상)와 매우 낮은 지연 시간(1ms 미만)을 제공하며, 수십만 대의 장치를 지원하는 대규모 IoT(Internet of Things) 환경을 가능하게 한다. 스마트 도시, 자율 주행 차량, 원격 의료 등 다양한 분야에서의 혁신적 사용 사례를 제공한다.

6세대 이동통신(6G, 예상 2030년대): 6G는 예상되는 통신 기술로, 5G의 발전을 뛰어넘는 기능을 목표로 한다. 이 기술은 테라헤르츠(THz) 대역의 주파수를 사용하여 극도로 빠른 속도와 거의 실시간의 저지연 통신을 제공할 것으로 기대된다. 6G는 더욱 고도화된 인공 지능, 가상 현실, 확장 현실 및 3D 연결 네트워킹을 통해 새로운 형태의 디지털 상호작용을 가능하게 할 것이다. 초연결된 세계에서는 모든 사람과 모든 것이 효율적이고 지속 가능한 방식으로 연결될 수 있을 것이다.

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