LTE의 채널 대역폭

아... 너무 오랜만에 글을 쓰네요. 오늘은 간단하게 LTE의 채널에 대해서 알아보겠습니다.

이전 글에서 LTE의 주파수 대역에 대해서 알아보았습니다. 이동통신 사업자가 주파수를 소유하고 있는 것은 아니라는 점, 잘 아시죠? 이동통신 사업자는 정부로부터 일정 기간동안 특정 주파수 대역을 특정 용도로 사용할 수 있는 사용권을 임대받게 됩니다. 그런데 말입니다... 이동통신 사업자가 정부로부터 특정 주파수 대역을 할당받은 이후에 그냥 할당받은 그대로 쓰느냐? 그렇지 않습니다. 이동통신 사업자는 할당된 주파수 대역을 기술 표준에 맞게 일정 구간으로 나누게 됩니다. 2G에서는 한 채널의 대역폭이 1.25MHz이고 3G에서는 한 채널의 대역폭이 5MHz입니다. 예를 들어 보면 SK텔레콤이 3G에 60MHz의 대역폭을 확보하고 있다는 것은 기지국 송신과 단말기 송신 각각 30MHz씩 Total 60MHz를 가지고 있다는 의미입니다. 이건 국내의 3G가 FDD 방식이기 때문인데 FDD와 TDD는 나중에 다시 설명드리도록 하지요. 이동통신 사업자가 정부로부터 할당받은 주파수 대역을 기술 표준에 맞게 잘게 쪼개는 작업을 하게 되는데 이렇게 쪼개진 이후의 주파수 대역을 FA(Frequency Allocation)이라고 부릅니다.

 

문제를 하나 낼까요? 그렇다면 SK텔레콤의 3G는 최대 몇 FA까지 지원이 가능할까요? 정답은 6FA입니다. 총 60MHz에서 FDD니까 이것을 반으로 나누면 30MHz가 되고 WCDMA의 채널대역폭이 5MHz라고 했으니 30 나누기 5하면 6FA가 되는 것이지요. 그렇다면 FA는 왜 존재하느냐? 주파수 자원을 더 효율적으로 사용하기 위해서입니다. 여러분도 잘 아시다시피 서울과 같은 밀집지역이 있는 반면에 강원도에 가면 산도 많고 논이나 밭도 많지요? 도심 밀집 지역을 영어로 Dense Urban이라고 하고 농어촌이나 산악지역을 Rural Area라고 합니다. 도심 지역의 경우는 가입자가 많기 때문에 1FA로 커버가 되지 않는 경우가 많습니다. 그럴 경우에는 1FA에서 2FA, 그것도 모자라면 3FA로 용량을 증대시키게 되는데 이것을 기지국 증설이라고 부릅니다. Rural 지역의 경우는 가입자 용량이 많지 않아도 되기 때문에 굳이 2FA나 3FA를 설치할 필요가 없이 1FA로 충분히 커버가 되겠지요. 당연히 1FA를 2FA로 바꾸는데는 돈이 들게 됩니다. 이동통신 사업자는 어떻게든 시스템 투자비를 아껴야 하니까 가입자가 밀집된 지역이 아닌 경우 굳이 돈이 많이 드는 2FA나 3FA를 설치할 필요가 없다는 뜻입니다.

 

그렇다면 LTE는? LTE의 채널 대역폭은 하나로 고정되어 있지 않습니다. 이게 무슨 얘기냐구요? 앞서 CDMA와 WCDMA는 각각 1.25MHz와 5MHz로 채널 대역폭이 고정되어 있습니다. 즉 표준에서 하나의 채널 대역폭만 정의했다는 의미입니다. 내가 WCDMA에 10MHz를 가지고 있다고 해서 내 마음대로 채널 대역폭을 10MHz로 할 수 없고 5MHz짜리 두 개로만 쓸 수 있다는 얘기입니다. 그런데 LTE에서는 처음부터 표준에서 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz 이렇게 총 6개를 정의했습니다. 사업자의 형편에 따라 채널의 대역폭을 가변적으로 선택할 수 있다는 의미입니다. 쉽게 설명드리면 A라는 사업자와 B라는 사업자가 똑같이 20MHz를 할당받았더라도 사업자의 전략에 따라 20MHz를 통으로 하나로 쓸 수도 있고 아니면 10MHz 2개로 나누거나 그것도 아니면 5MHz 4개로 나눠서 쓸 수 있다는 의미입니다.

조금만 더 생각해보면? 어? 만약 어떤 기지국은 1.4MHz 채널 대역폭을 쓰고 또다른 기지국은 5MHz를 쓸 경우 단말기는 어떻게 해야하냐는 의문을 가지실 수 있는데, 초기 동기나 핸드오프에 관련된 필수적인 정보는 전체 대역폭 중 중앙인 1.4MHz에 모두 포함되어 있기 때문에 인접 기지국 간 주파수 대역폭이 다르더라도 문제가 없습니다.

 

우리나라에서 사용하는 LTE 채널 대역폭은 10MHz, 15MHz(Uplink), 20MHz 이렇게 세 종류가 있습니다. 2011년 처음에 LTE가 도입될 시점에는 5MHz 채널 대역폭도 있었는데 그 이후에 주파수 대역이 많이 확보되면서 지금은 5MHz 대역은 사용되지 않고 있습니다. 5MHz 채널 대역폭을 사용하는 시스템과 10MHz 채널 대역폭을 사용하는 시스템은 전송속도가 이론적으로 2배 차이가 납니다. 마찬가지로 10MHz를 사용하는 시스템보다는 20MHz 채널 대역폭을 사용하는 시스템이 전송속도가 2배가 빠르지요. 이것을 광대역 LTE라고 부르는데, 광대역 LTE에 대해서는 CA(Carrier Aggregation) 부분에서 다시 설명드리도록 하겠습니다.

그럼 이만...