LTE는 도대체 얼마나 빠른걸까?

앞서 1G > 2G > 3G > 4G > 5G로의 발전을 얘기드렸습니다. 이러한 이동통신 기술의 발전 방향을 요약하면 더 싸게 더 빠르게 더 많은 사람에게 라고 요약할 수 있습니다. 오늘은 속도에 대해 얘기를 해보고자 합니다.

 

제가 90년도 중반에 회사생활을 시작했을 무렵 인터넷을 사용하려면 다이얼업모뎀을 실행시키고 그다음에 넷스케이프(두둥... 전설의 넷스케이프)를 구동했었습니다. 그때 전화 모뎀의 속도가 약 50~60Kbps 정도 되었습니다. 그래도 인터넷에서 그림 다운로드 받고 만화도 보고 온갖 서비스를 썼었어요. 그러다가 2000년 초에 하나로통신(지금은 SK브로드밴드로 합병됨)이 ADSL 기술을 세계 최초로 도입하게 됩니다. 속도가 무려 10Mbps 꺄악... 신세상이 열렸어요. 그러다가 2000년대 중후반부터 FTTH(Fiber To The Home)로 광인터넷이 깔리면서 이론적 속도가 100Mbps에 도달합니다. 최근엔 기가인터넷(KT 브랜드이긴 하지만)으로 300Mbps급으로 서비스되고 있지요. 대단하죠? 근데 이동통신의 기술 발전은 더 놀랍습니다. 사실 유선기술보다는 무선기술이 기술적으로 더 까다롭습니다. 그런데 전송속도의 발전 차원에서는 이미 유선을 추월해버렸어요. CDMA가 처음 도입되던 1996년에는 데이터 전송속도가 9.6Kbps ~ 14.4Kbps 수준이었다가 CDMA 1x가 도입되면서 153.6Kbps가 됩니다. EVDO에서 Rev.0 기준으로 2.4Mbps를 지원하게 됩니다. WCDMA는 뭐 가만히 있었겠습니까? 이 녀석이 사실은 더 빠르게 변모합니다. 최초의 Rel.99 규격에서는 EVDO Rev.0와 비슷한 수준이었어요. 그러다가 HSDPA가 나오면서 14.4Mbps를 지원하더니 급기야 HSPA+가 나오면서는 21Mbps까지 급격히 상승합니다. 그런데 강호의 이동통신기술을 한번에 발라버린 기술이 등장하였으니 그게 바로 LTE입니다. 75Mbps~300Mbps급을 지원하면서 유선인터넷 속도를 능가하게 됩니다.   

 

이동통신에서 얘기하는 속도는 크게 두 가지가 있습니다. 첫번째는 기지국에서 단말기로의 전송 속도이고 두번째는 단말기에서 기지국으로의 전송 속도가 있습니다. 기지국에서 단말기로의 채널(또는 링크)을 Downlink(DL이라고 표기)라고 표현하고 반대로 단말기에서 기지국으로의 채널을 Uplink(UL이라고 표기)라고 표현합니다. 우리 말로는 Downlink를 하향링크(또는 순방향링크)이라고 하고 Uplink를 상향링크(또는 역방향링크)라고 합니다. 신문 기사에서 LTE 속도가 어쩌구 저쩌구 할때는 대부분이 다운링크를 의미합니다.   

 

이동통신 기술은 3GPP와 같은 표준화 기관에서 목표 성능과 이론적인 최대 수치 등을 정하게 되는데 LTE에서는 속도별로 Category(카테고리)를 정해두었습니다. 즉 카테고리 1, 카테고리 2, 카테고리 3.... 등으로 정의되는데 현재는 카테고리 10까지 정의되어 있습니다. 통상 카테고리가 높을수록 전송속도가 높음을 의미합니다. 간혹 Cat.1, Cat.4 이런 식으로 표기되기도 하고 이건 발음할때 캣원, 캣포 이렇게 읽습니다.

 

표로 보여주는게 제일 깔끔하죠? 정리하면 아래 표와 같습니다

Category	DL Data Rate	UL Data Rate	MIMO
Cat.1	10	5	1
Cat.2	50	25	2
Cat.3	100	50	2
Cat.4	150	50	2
Cat.5	300	75	4
Cat.6	300	50	2 or 4
Cat.7	300	100	2 or 4
Cat.8	3000	1500	8
Cat.9	450	50	2 or 4
Cat.10	450	100	2 or 4

 

아... 누군가 저에게 사기꾼이라고 욕하는게 들립니다. 아까는 카테고리가 높을수록 전송속도가 높음을 의미한다고 하더니 표를 보니 아니잖아? 라고 버럭 화를 내시는 분들이 계실듯 하네요. 너무 쉬우면 재미없잖습니까? ㅎㅎ 예외가 있죠. 예외가...

Cat.8의 경우는 LTE가 이론적으로 낼 수 있는 최대 속도를 정의했을 뿐입니다. 근데 이론적인 최대 속도를 내려면 MIMO를 8 x 8으로 해야 하는데 이게 기술적으로 너무 어려운 얘기입니다. 응? 수학 시간도 아닌데 8 x 8? 조금만 기다려 주십시오. 이건 나중에 MIMO 설명할 때 다시 설명드리겠습니다. Cat.8이 이론적 최대 속도이고 현재 기술로는 구현하기가 아주 어려워서 Cat.8이 정의된 이후에 Cat.9과 Cat.10이 나오면서 현실적인 속도를 제시하게 됩니다.

 

어쨌든 이런 속도는 어떻게 나오느냐를 설명드리려고 하는데, 사실 이것을 수식으로 증명하려면 리소스 블락이 어쩌구 저쩌구 TTI가 어쩌구 저쩌구 완전 복잡한 얘기를 드려야 해서 여기서는 생략하고 여러분들이 이해하실 수 있는 수준에서 말씀드리겠습니다.

하나만 기억하죠... LTE는 10MHz 채널대역폭에서 최대 75Mbps(다운링크 기준)를 지원한다더라... 일단 이것만 기억하시지요.

어? 그럼 10MHz 채널대역폭이 아니라 5MHz인 경우는요? 라는 질문을 하시는 분에게는 그냥 75Mbps를 반으로 나누시면 된다고 답변드리고 싶습니다.

 

그런데 4G는 전송속도의 증가에 초점이 맞춰진 기술이니 속도가 어떻게 증가하는가가 관건이겠죠? 그래서 나온 것이 CA(Carrier Aggrigation)입니다. CA도 뒤에 다시 설명드릴게요. 간단히만 말씀드리면 CA는 떨어져 있는 주파수를 하나로 묶어주는 거다 정도만 파악하고 계시면 됩니다. 아까 말씀드린 10MHz 채널대역폭이 아니라 만약 채널대역폭이 20MHz이면 다운링크는 얼마나 될까요? 75Mbps x 2 = 150Mbps가 됩니다.

 

LTE에서는 채널 대역폭을 여러개로 정의하고 있는데 규격상 하나의 채널이 가지는 최대 대역폭은 20MHz입니다. 어라? 요즘 광고보니 225Mbps 뭐 이렇게 광고 나오던데 그건 사긴가? 아닙니다... 20MHz를 CA 기술을 통해 묶어서 쓸 수 있습니다. 예를 들어 이동통신 사업자가 10MHz와 20MHz의 두 개 주파수를 LTE로 CA하는 것을 가정하면 10MHz + 20MHz = 30MHz가 됩니다. 10MHz일때 75Mbps라고 했으니 30MHz일때는 얼마가 되나요? 225Mbps가 됩니다. 오오~ 이해가 되려고 해!!!

 

근데 CA도 무한정할 수 있을까요? 불행히도 규격에서는 최대 5개까지의 CA를 지원합니다. 그렇다면 LTE 규격상 최대 속도를 계산해보시죠. 그래 1개 채널대역폭이 최대 20MHz라고 했고 20MHz를 5개까지 CA한다고 치면 총 100MHz가 되는 것이니 750Mbps!!! 

 

이걸로 오늘은 끝!!! 이라고 했으면 좋겠지만 눈치 빠르신 분들은 조금 전에 봤던 표에서 Cat.8은 분명히 다운링크가 3000Mbps라고 되어 있었는데 산수를 해보니 750Mbps밖에 안되잖아?라고 의아해하실 겁니다. 제가 기억해달라고 말씀드린 LTE는 10MHz 채널대역폭에서 최대 75Mbps(다운링크 기준)를 지원한다는 것은 2 x 2 MIMO 기준입니다. 즉 하향과 상향에 각각 안테나가 2개씩 있다는 뜻입니다. 표를 다시 자세히 보시면 가장 오른쪽 칸에 MIMO라고 적혀 있고 2, 4, 8 등의 숫자가 있죠? 4 x 4 MIMO를 쓴다는 얘기는 2 x 2보다 2배의 안테나를 구현해야 한다는 뜻이고 MIMO에서는 안테나의 숫자가 늘어나면 늘어날수록 전송속도는 선형적으로 증가합니다. Cat.8에서 이론적으로 최대 몇개의 안테나를 쓸 수 있나요? 8 x 8이라고 되어 있으니 2 x 2의 4배죠?

따라서 750Mbps x 4 = 3,000Mbps 즉 3Gbps가 됩니다.

 

그런데 말입니다... 현실적으로 20MHz를 5개씩이나 CA할 수 있는 이동통신 사업자는 없습니다. 가지고 있는 주파수가 충분치 않기 때문에 그렇습니다. LTE에서 주파수 전쟁 어쩌구 저쩌구 하는 용어를 많이 보셨을거에요. 즉 주파수를 많이 가질수록 속도를 빠르게 할 여지가 높아집니다. 아... 쉽다고 하더니 점점 미궁으로 빠지고 있어!!! 주파수와 채널에 대해서는 다음 시간을 기약하죠. 저도 일좀 하구요. ㅋㅋ