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브런치북 다시 쓰는 한국 이동통신 연대기3 19화

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by 김문기 Aug 04. 2023

(76) 'LTE-A 프로' 진입, 기가비트 목표 달성

16부. LTE, 진화의 끝에 서다

4세대통신(4G) 롱텀에볼루션(LTE)에서의 주요 과제 중 하나는 파편화된 주파수를 얼마나 효율적으로 활용할 수 있는가였다. 이미 할당된 주파수의 용도와 대역폭이 천차만별이었기 때문에 수평적으로는 이동통신에서 어떻게 결합시킬 수 있는지, 수직적으로는 제한된 대역폭에서 속도와 용량을 늘릴 수 있는지가 관건이었다.

2016년 이통3사는 이러한 LTE의 주요 과제 마지막 관문으로 'LTE-A 프로'를 상용화했다.1) 그간 수평적인 주파수를 엮는 캐리어애그리게이션(CA) 방식에서 더 나아가 수직적인 효율성 달성에 집중했다.

우선 수평적으로는 다운로드 속도뿐만 아니라 업로드 속도를 높일 수 있는 '업링크CA'를 도입했다. 기존 콘텐츠의 경우 사용자가 소비하는 경우가 많았으나 소셜네트워크서비스(SNS)의 활성화와 1인 미디어 MCN 등 개인 사용자가 네크워크를 점유하면서 업로드 속도도 다운로드만큼 중요해졌다.

'업링크 CA'는 다운로드와 마찬가지로 두개 이상의 주파수를 엮어 최대 속도를 높이는 기술이다. LTE 주파수 10MHz 대역폭에서 낼 수 있는 업로드 속도는 25Mbps다. 광대역으로 지칭되는 20MHz 대역폭에서는 50Mbps로 2배 향상된다. 업링크 CA는 10MHz 대역폭을 엮어 마치 광대역을 사용하는 듯 속도를 높여준다.

SK텔레콤은 지난 2016년 2월 수도권과 광역시를 시작으로 업링크CA를 확대 적용했다. 기지국 소프트웨어 업그레이드 기술을 통해 전국망까지 빠르게 전이시켜나갔다. LG유플러스도 비슷한 시기에 업링크 CA 기술 개발을 완료해 도입했다. KT는 같은해 2월 상용망 시험을 마치고 본격적인 망 구축에 돌입했다.

수직적으로는 변/복조 기술을 통해 속도를 높일 수도 있다. 동일 주파수 대역별 전송속도를 개선하는 업링크 64쾀(QAM)이 도입됐다. 단순하게는 한번에 보낼 수 있는 데이터 사용량을 늘림으로서 속도를 높인다고 표현할 수 있다. 기존 전송속도 대비 약 50% 속도가 향상된다.

동일 주파수 대역 내 비연속 대역을 동시에 활용할 수 있는 MC-PUSCH 기술도 도입됐다. 이를 통해 업로드 속도는 더 올라갔다.

변/복조 기술은 다운로드에도 적용된다. 6비트에서 8비트로 전송되는 데이터량을 늘려주는 다운링크 256쾀이 도입됐다. 이 기술을 통해 다운로드 속도를 약 33% 더 올릴 수 있다.

송신과 수신부의 안테나 수를 늘려서도 속도를 높일 수 있다. 4x4 MIMO가 대표적이다. 안테나는 통상적으로 하나의 주파수 대역에 대응하기 때문에 지원 가능한 주파수에서 속도를 2배로 올려준다.

이러한 LTE-A 프로 기술의 도입으로 업링크의 경우 이론상 최대 150Mpbs 속도까지 올라갔다. 다운로드의 경우에는 1.2Gbps까지 오른다. 이 때부터 업계는 기가 속도를 달성했다는 의미로 '기가비트 LTE'라 부르기도 했다.

네트워크가 준비됐다고 해서 곧바로 혜택을 보는 것은 아니다. 단말이 이를 지원해야 한다. 삼성전자의 엑시노스9810과 퀄컴 스냅드래곤845가 이를 지원했다. 즉, LTE-A 프로를 온전히 지원하는 단말은 삼성전자 갤럭시S9과 LG전자 G7 등부터 쓸 수 있었다.

국내는 주파수 제한으로 인해 다운로드의 경우 최대 900Mbps 속도 달성이 가능했다. 광대역 LTE 2곳에서 각각 낼 수 있는 기본 속도는 150Mbps로 다운링크 256쾀을 도입하면 200Mbps로, 여기에 4x4MIMO가 적용되면 2배인 400Mbps까지 가능하다. 하지만 국내 이통사는 광대역은 2곳을, 나머지는 협대역을 운영하고 있었기 때문에 한계가 있었다.

LTE 비전 이뤘다…꿈의 기가비트 4G 현실화

2008년 국제전기통신연합(ITU)은 4G 비전에 따른 목표 속도를 1Gbps라 선언했다. 이후 우리나라는 2011년 7월 LTE를 상용화했다. 당시 속도는 이론상 다운로드 최대 75Mbps. 비전 목표와 그 차이가 상당했다.

4G 기술표준 중 결과적으로 승자가 된 기술은 롱텀에볼루션(LTE, Long Term Evolution)이다. 그대로 직역하면 ‘오랜 기간동안의 진화’. 그 의미에 걸맞게 LTE를 초기 부족했던 속도와 품질을 갖고 태어났으나 매년 진화를 멈추지 않았다. 주파수가 늘어나면 늘어날수록 속도는 배가됐고, 안테나와 변복조 기술의 발전으로 품질은 지속적으로 향상됐다.

SK텔레콤 LTE-A 프로 테스트 성공 [사진=SK텔레콤]

그리고 2018년 2월 스페인 바르셀로나. 모바일월드콩글레스(MWC) 2018을 통해 마침내 4G 비전 속도를 달성할 수 있는 열쇠가 공개됐다. 삼성전자가 발표한 ‘갤럭시S9’은 국내 최초로 기가비트 LTE 속도를 달성할 수 있는 기반을 갖고 제작됐다.2)

당시 박진효 SK텔레콤 ICT기술원장은 현장에서 “갤럭시S9은 SK텔레콤을 통해 1Gbps LTE 속도를 달성할 수 있다”고 선언하기도 했다.

1Gbps 속도는 1GB 용량의 영화 한편을 8초 만에 내려받을 수 있는 속도다. 일반적인 LTE보다 13.3배 빠른 속도다. 일반 LTE 속도로는 1분50초가 걸린다. SK텔레콤은 자신만만했다. 이통3사 중 가장 넓은 주파수 대역을 확보하고 있었다. 1.8GHz과 2.6GHz 광대역 LTE 주파수 2개와 800MHz, 2.6GHz 일반대역 주파수 4개를 엮어 속도를 낼 수 있다.

보통 일반 LTE 하향 속도는 75Mbps다. 다운링크256쾀으로 속도를 33%, 4x4 MIMO 도입으로 각 주파수 속도를 2배 늘릴 수 있다. 일반대역 LTE 하향 속도는 100Mbps, 광대역에서는 200Mbps 속도가 가능하다. 4X4 MIMO가 적용된 광대역LTE와 일반대역 2개를 더하면 총 1Gbps 속도가 계산된다. 이 기술은 현장에서 직접 시연되기도 했다.

당시 공개된 갤럭시S9은 삼성전자의 차세대 모바일 플랫폼(AP) 엑시노스9810이 장착됐다. 이 AP에는 6개의 주파수를 엮을 수 있는 통신모뎀이 장착됐다. 총 12개의 데이터 스트림을 쓰는 모뎀으로 업링크64쾀과 다운링크256쾀, 4x4 MIMO 등을 지원해 LTE 카테고리18에 해당하는 이론상 다운로드 최대 1.2Gbps 속도를 낼 수 있다.

SK텔레콤 갤럭시S9 출시 행사 [사진=SK텔레콤]

SK텔레콤은 갤럭시S9 출시와 함께 보다 공격적인 커버리지 구축에 나섰다. 서울,인천, 부산, 광주 등 주요 광역시 트래픽 밀집 지역부터 서비스를 제공하기로 했다. 강남역, 가로수길, 명동, 종로, 신촌, 홍대, 이태원, 인천 부평, 부산 서면, 대구 동성로, 광주 충장로, 대전 시청을 꼽았다. 2018년말에 85개시, 28개군까지 커버리지를 구축하겠다는 것.

뿐만 아니라 '외곽지역 LTE 품질 향상 3개년 계획'을 수립, 지난해부터 외곽지역 통화 품질을 향상시켰다. 오는 2019년까지 3년 간 전국 약 1천400개의 읍면 단위의 행정구역, 100대 주요 명산 등산로, 유인 도서지역, 군부대 등에 기지국 추가 설치, 용량 증설 등에 나서기로 했다.