::: (주)에스앤티에스에 오신것을 환영합니다 :::

[1] Digital Cellular System

기존 아날로그 시스템의 제한된 용량 및 낮은 서비스 품질과 성능등으로 인하여 새로운 시스템의 출현이 필요하게 되었다. 아날로그 시스템으로는 AMPS, TACS, NMT등이 있고 디지탈 시스템으로는 GSM, CDMA, TDMA, PDC, DAMPS등이 있다.
디지탈 시스템은 음성이 모두 코드화 되므로 보안성이 높고 에러 정정이 용이 하며(음성 품질이 높음) 간섭에 강하고 아날로그에 비해 용량이 크다는 장점이 있다. 디지탈 방식에서 사용되는 다중 접속 방법으로는 CDMA와 TDMA가 있으며 각 채널의 용량은 주파수 대역폭과 할당된 시간에 의해 제한된다.
디지탈 방식의 셀룰라 이동 통신에도 Multipath와 Fading, 주파수 재사용에 의한 문제가 발생할 수 있다. CDMA는 주파수 재사용의 제약을 받지 않지만 TDMA의 경우 주파수를 재사용하기 위해서는 동일한 주파수를 사용하는 셀간의 거리가 간섭의 영향을 받지 않을 만큼 충분히 멀어야 한다.

1. GSM

GSM은 1928년부터 개발되기 시작했으며 최초의 GSM(Group Special Mobile)은 CEPT(Conference of European Posts and Telegraph)가 구성한 개발 그룹의 명칭이었다. GSM은 범유럽에서 사용 가능한 900MHz 대역에서 운용되는 셀룰라 시스템으로 특징은 아래와 같다.

- 높은 음성 품질
- 저렴한 서비스 비용
- International Roaming 지원
- 주파수 대역 사용 효율 향상
- ISDN 호환

GSM은 ETSI(European Telecommunication Standards Institute)가 1989년에 승인하여 이후 크게 상용화 되었다. GSM은 MS(Mobile Station), BSS(Base Station Subsystem), NSS(Network & Switching Subsystem), OSS(Operation Subsystem)으로 구성된다.

1) MS는 단말기와 SIM(Subscriber Identity Module)로 구성되며 SIM에는 가입자 정보가 저장되어 있다. SIM을 이용하면 자신의 단말기가 아니더라도 통화가 가능하게 된다.
2) BSS는 BSC(Base Station Controller)와 BTS(Base Transceiver System)으로 구성되며 NSS에 연결된다.
3) NSS는 MSC(Mobile Switching Center)와 HLR(Home Location Register), VLR(Visitor Location Register)로 구성되며 가입자의 통화를 위한 대부분의 기능을 수행한다. HLR과 VLR은 모두 데이타 베이스이지만 HLR은 홈교환국의 가입자용이고 VLR은 타교환국의 임시 방문 가입자용이라는 점에서 다르다.
4) OSS의 기능은 Network Operation and Maintenance, Subscription Management, Charging and Billing Management로 요약된다.

GSM은 TDMA 방식을 사용하며 통화를 Time Slot 단위로 분리한다. GSM 한 채널은 200KHz의 대역폭을 가지며 8개의 Time Slot으로 분할된다. GSM을 Upbanded시킨 PCN은 DCS1800으로 불리기도 하며 1800MHz 대역에서 운용된다. 기본적으로는 GSM방식에 기초하고 있으며 DCS1800과 프로토콜은 같지만 운용 주파수 대역만 다른 DCS1900도 있다. DCS1800도 SIM을 사용하므로 이론적으로는 GSM과 로밍이 가능하다.
PCN과 GSM 모두 단문 수신 기능(SMS)과 SMS를 응용한 OTA, CBC(Cell Broadcasting), 데이타 전송과 인터넷 접속을 위한 데이타 서비스 기능등을 지원한다.
GSM에서는 Frequency Hopping 방식이 사용되므로 도청이 매우 어렵고 사업자는 각 가입자별로 보안 등급을 설정할 수 있다. GSM의 음성 압축 기술 특성상 Round Trip Delay가 존재하는데 약 100ms정도의 지연 현상이 발생한다. 이러한 지연 현상은 사용자가 인지할 만큼 심각하지는 않지만 크게 말할수록 지연이 많이 생길 가능성이 있다.(약 200ms) 또한 TDMA의 특성상 Multipath에 의한 Phase Cancellation은 Fading을 발생시키고 Signal Power를 낮춤으로 해서 신호 품질의 저하를 가져올 수 있다.

2. CDMA

CDMA는 간섭에 강하고 도청이 불가능하다는 특성으로 인하여 원래 군용 통신에서 사용되었다. CDMA에서 각 가입자는 주파수나 시간에 의해 구분되지 않고 고유한 Code에 의해 구분이 되며 모든 가입자는 동일한 주파수 대역을 공유한다. CDMA에서 코드는 단말기와 기지국이 서로 알고 있는 것이며 Pseudo Random Code Sequence라 한다.
1993년 TIA에 의해 승인된 CDMA는 IS-95 규격을 따르며 각 반송파는 1.25MHz의 대역을 가진다. CDMA는 대역 확산 방식을 사용하는데 원래의 신호보다 훨씬 넓은 대역으로 정보를 확산시켜 전송한다. 즉 9600bps의 신호가 1.25Mbps로 확산되는 것이며 이때 확산이란 원신호에 또 다른 디지탈 코드를 적용하는 것을 의미한다. 수신단에서는 1.25Mbps로 확산된 신호에 다시 송신단에서 적용하였던 똑같은 디지탈 코드를 적용하여 9600bps의 원신호로 복구하게 되는 것이다. 신호를 넓은 대역으로 확산하므로 확산된 이후에는 단지 Noise Floor 처럼 보일 뿐이며 확산시에 적용한 디지탈 코드를 모르면 복조가 불가능 하므로 도청이 어렵다.
한 네트웍내의 기지국들은 서로를 구분하기 위해 주어진 시간에 서로 다른 코드의 일부분을 전송한다. 다시 말하면 기지국은 PN Code의 Time Offset Version을 전송하며 이 Time Offset이 상호 독립적이기 위해서 기지국은 모두 동기화된다. 동기화에는 GPS(Grobal Positioning System)가 사용되며 위성에서 기준 시간, 위도, 경도등의 정보를 받는다. CDMA의 장점은 아래와 같다.

- AMPS에 비해 8~10배, GSM에 비해 4~5배의 용량을 가진다.
- 음성 품질이 높다.
- 모든 셀이 동일한 주파수를 사용하므로 주파수 계획이 용이하다.
- 보안성이 높다.
- 주파수 대역 이용 효율이 높다.

3. 기타 디지탈 이동 통신 방식

1) CT2 : CT2는 Codless Telephone 2nd Generation의 약자이며 가정용 무선 전화용으로 개발되었다. 기지국에서 반경 300m 정도까지 통화가 가능하며 핸드오프 기능은 지원하지 않는다. 즉 셀룰라 이동 통신과는 달리 기지국 가까이에 있어야만 통화가 되며 최초에 통화를 설정한 기지국의 반경을 벗어나면 통화는 절단되는 것이다. CT2는 옥외형 이동 통신용이라기 보다는 빌딩내 사무실용으로 적합하다. CT2는 1GHz 대역의 주파수를 사용하며 디지탈 음성 코딩을 사용하므로 보안성이 높고 음성 품질이 매우 우수하다.

2) DECT : DECT는 Digital European Cordless Telecommunications의 약자이고 CT2보다 서비스에 유연성이 많다. CT2가 40개의 반송파에 반송파당 1개의 음성 채널로 총 40개의 음성 채널을 갖는데 비해 DECT는 10개의 반송파에 반송파당 12개의 채널을 가지므로 총 120개의 음성 채널을 가진다.

3) PHS : PHS는 Personal Handyphone System의 약자로 일본에서 개발되어 동남아 지역으로 보급된 시스템이다.

[2] Cellular System의 기본 개념

1. How Wireless Works?

당신이 이동 단말기로 통화를 시도하게 되면 저출력의 무선 신호가 가장 가까운 곳에 위치한 기지국으로 전송되고 기지국은 교환기로 신호를 전송한다. 무선 통신에서는 각 가입자를 무선 주파수로 구분(FDMA 방식)하게 되며 서비스 지역은 작은 셀로 구분되어 있다.
셀은 반경이 아주 작은 것부터(빌딩) 수십 마일에 이르는 큰 셀이 있으며 각 셀에는 무선 송수신기와 안테나 장비를 갖춘 기지국이 있다. 주파수는 인접 셀에 간섭을 주지 않는 범위내에서 재사용 될 수 있는데 이는 출력을 최소로 유지함으로써 가능한 것이다.
채널이 100개라는 것은 100 가입자의 통화를 동시에 지원하는 것을 의미하며 주파수 재사용으로 인하여 수용 가능한 가입자 수는 채널수에 비해 훨씬 많게 된다. 가입자가 셀의 가장 자리 지역으로 가면 기지국은 신호가 약해짐을 인식하여 자동으로 다른 셀로 호를 전환시켜 준다.(Handoff) 또한 가입자가 홈교환국의 범위를 넘어 다른 교환국으로 이동하게 되면 로밍 서비스가 제공된다.
최근에는 위성을 이용한 이동 통신 방식이 시도되고 있으며 위성을 이용하게 되면 전세계 어디에서도 서비스를 받을 수 있게 된다.

2. Cell의 개념과 셀룰라 시스템의 기본 구조

Citizen Radio의 경우 고출력의 기지국이 넓은 지역을 커버하며 한개의 안테나로 서비스를 하므로 안테나는 도시의 가장 높은 지역에 설치되어야 한다.(Broadcasting 방식) 이와 달리 셀룰라 이동 통신에서는 서비스 지역을 작은 지역적 단위인 "셀"로 나누게 되는데 셀은 한 기지국이 커버하는 영역을 의미한다. 셀의 크기는 가입자의 밀도에 따라 변화될 수 있으며 통상 가입자의 밀도가 높아질수록 셀의 크기는 작아진다. 하지만 가입자 수용 용량을 늘리기 위해 셀의 크기를 무한정 줄이는 것은 인접 셀간의 간섭으로 인하여 불가능하다.
셀의 용량을 증가시키기 위해서 셀을 쪼개는 Cell Splitting 방법도 있다. 셀의 모양을 육각형으로 나타내는 이유는 평면에 겹치는 공간이 없이 도식화 하기 위한 것이며 실제로는 육각형 형태를 띄지는 않고 주위의 환경 조건에 따라 계속 변한다. 이상적으로 셀의 모양은 원형이며 육각형은 원형에 가깝게 도식화 하는데 편리하다.
가입자는 기지국의 신호를 수신하는 지역에서만 통화가 가능하고 이때 기지국의 신호는 일정 품질의 통화가 가능할 만큼의 세기를 가져야 한다. 가입자가 셀간을 이동하더라도 호는 핸드오프 되므로 통화는 끊기지 않는다. 통화가 이루어지는 동안 기지국은 단말기로부터의 신호 레벨을 계속 감시하는데 가입자가 셀의 경계 지역으로 이동하여 신호 레벨이 임계치에 도달하면 기지국은 이 사실을 MSC로 알린다.
MSC는 주위의 기지국에 단말기의 신호 레벨을 측정하도록 지시하고 가장 신호가 강한 기지국이 이를 제어하도록 한다. 핸드오프 과정이 완료되면 가입자의 새로운 위치 정보가 MSC로 보내어져 HLR에 저장된다. 핸드오프는 보통 0.4초내에 이루어지므로 가입자는 통화의 단절을 느끼지 못한다.
통화를 위한 모든 신호의 전송과 연결을 담당하는 것은 MSC(Mobile Switching Center)이다. 이 MSC는 PSTN과 연결되며 통화의 연결 뿐 아니라 통화의 제어 기능도 한다. 즉 MSC의 주요 기능은 Call Processing, Traffic Management, Call Transferring이다. MSC에는 HLR(Home Location Register)이 연결되어 가입자가 현재 어디에 위치하고 있는지 파악할 수 있으며 각 기지국은 교환기에 연결이 되어 MSC의 제어를 받는다. 기지국의 무선 신호는 안테나를 통해 전송되고 기지국은 단말기와의 Interface를 담당한다. 단말기는 송수신기와 제어부로 구성되고 송수신기는 전기적 임펄스 신호를 무선 신호로 상호 변환하는 역할을 한다.

3. Call Flow

이동 통신에서 호발신 과정은 다음과 같다.

- 이동 단말기가 통화를 원하는 번호로 다이얼링을 한다.
- 기지국은 단말기의 무선 신호를 받는다.
- 교환기는 기지국으로 부터 신호를 받아 다른 셀이나 PSTN으로 Call을 Switching한다.

위 과정에 대해 좀더 자세히 알아 보도록 한다.

1) Scan Control Channel : 단말기는 인접 기지국에서 발송되는 가장 강한 신호를 찾는다.
2) Choose Strongest Signal : 가장 강한 신호를 찾아 접속을 결정한다.
3) Send Origination Message : 가입자는 번호를 다이얼링 하는데 이때 MIN(Mobile Identification Number)와 ESN(Electronic Serial Number)이 함께 전송된다.
4) Get Channel Assignment : 교환기가 가입자의 인증 과정을 거친 후 기지국은 단말기로 채널 할당 메세지를 전송한다.
5) Begin Conversation : 단말기는 할당된 채널을 사용하여 통화를 시작한다.

호의 수신 과정은 아래와 같다.

1) 이동 통신 가입자나 PSTN 가입자가 이동 가입자에게 전화를 하면 MSC는 그 번호가 어느 가입자의 번호인지를 판단한다.
2) MSC는 가입자의 위치를 파악하기 위해 기지국으로 하여금 Paging 신호를 발신하게 한다.
3) 단말기는 계속 기지국의 호출을 Scanning하고 있으므로 자신의 번호가 호출되면 가장 가까운 기지국으로 ESN과 MIN을 보낸다.
4) 기지국은 이 ESN과 MIN을 MSC로 보내어 인증 과정을 거치고 MSC는 기지국으로 하여금 채널을 할당하도록 지시한다.
5) 채널이 할당되었음을 통보받은 단말기는 Ring Signal을 발생시킨다.
6) 통화가 개시된다.

4. Frequency Reuse

D >= (3M) ^ (1/2)
M = i^2 + ij +j^2

R : 셀의 반경
D : 간섭 거리
M : Cluster Size
i, j : Shift Parameters

간섭을 피하기 위해서는 주파수를 재사용하는 셀과 충분한 거리로 띄워져야 하고 동일한 클러스터 내에서 주파수는 재사용될 수 없다. 즉 셀간 거리가 D 이상이면 주파수 재사용이 가능하다. Cluster는 통상 7개 또는 12개의 셀로 구성된다.

5. Eavesdropping

셀룰라 이동 통신은 무선을 이용하므로 유선을 이용하는 일반 전화기에 비해 도청될 가능성이 높다. 이를 방지하기 위해 사업자는 각 가입자에게 MIN을 할당하며 단말기 제조 업체는 각 단말기에 ESN을 부여한다.

1) MIN(Mobile Identification Number) : MIN은 보통 10 digit의 숫자를 가지며 유선 가입자의 전화번호 체계와 동일하다. 사업자는 MIN을 바꿀수도 있다.
2) ESN(Electronic Serial Number) : ESN은 32 bit binary number이며 한번 할당되면 변경이 불가능하다.
서비스에 가입을 하게 되면 가입자의 MIN이 할당되고 단말기의 ESN과 함께 데이타 베이스에 저장된다. 이로써 가입자가 통화를 시도할 때마다 인증이 가능하게 된다.

[3] Cellular Communications 개요

Cellular 이동통신은 저출력의 송신기로 "Cell"(가장 기본적인 서비스 지역)을 커버하는 시스템으로 가입자 밀도에 의해 출력 레벨이 조절될 수 있다.
가입자가 셀간을 이동할때 Call은 "Handoff"되므로 끊김없이 서비스를 받게 되며 Channel 주파수는 일정 거리를 띄우면 재사용할 수 있다. Cell은 가입자 증가에 따라 용량을 늘일수 있으며 겹치는 형태로 구성이 가능하다.

1. 이동통신의 원리

각 가입자는 통화를 위해 분리된 임시 할당 채널을 사용하며 한대의 기지국은 다수의 가입자를 지원한다. 보통 채널은 송신과 수신을 위한 두개의 채널로 구성되는데 기지국에서 단말기로의 송신 채널을 Forward Link라고 하고 단말기로부터의 수신 채널을 Reverse Link라고 한다.
초기의 이동통신 서비스는 TV 방송처럼 한개의 고출력 송신기를 높은 지역에 위치시켜 두고 넓은 지역을 커버하는 형태였지만 Cellular의 개념이 도입되기 시작하면서 부터 여러개의 저출력 송신기가 서비스 지역 전역에 걸쳐 분포하게 되었다. 즉, 한개의 고출력 송신기 대신 여러개의 송신기를 사용함으로써 용량의 증가를 가져오게 되었고 주파수를 재사용함으로써 주파수 이용 효율을 높이게 된 것이다.

2. Cellular 개념

모든 셀에서 주파수는 재사용되며 인접 셀간의 같은 주파수는 서로 간섭을 일으킬수 있으므로 간섭을 일으키지 않을 만큼 이격거리를 둬야한다. 그러나 간섭은 셀간의 거리에 따라 발생한다기 보다는 송신기의 출력에 의해 좌우된다.
송신기의 출력은 서비스 커버리지를 결정하는 중요한 요인이며(출력과 커버리지는 비례) 서비스 커버리지를 줄이면 셀내의 가입자는 증가된다. (커버리지와 가입자수는 반비례) 셀룰라 이동통신에서는 다수의 저출력 송신기를 이용하여 "Cell"로 분할된 서비스 지역을 커버하며 출력 레벨은 가입자의 밀도나 서비스 커버리지에 따라 조절될 수 있다. 한개의 Cell Cluster에서 사용된 주파수는 다른 셀에서 재사용 될 수 있고 가입자가 셀간을 이동하더라도 Call은 Handoff되므로 계속 통화를 유지할 수 있게 된다. 가입자는 서비스 지역내에 있을때만 통화가 가능하며 단말기는 기지국을 통하여 통화를 할 수 있다. 채널은 송신용 주파수와 수신용 주파수로 이루어 진다.

3. Cellular 시스템의 구조

기존의 이동통신 방식에 대한 용량 부족 현상과 품질 향상 요구은 계속 증대되고 있으나 주파수 스펙트럼은 한정되어 있으므로 셀룰라 이동통신의 발전을 위해서는 주파수의 효율적인 사용이 가장 중요하게 되었다. 셀은 크게 Urban과 Rural용으로 구분될 수 있으며 각 지역의 특성에 맞게 셀의 사이즈나 Cell Splitting이 결정된다. 셀을 설계할 때는 Cluster와 주파수 재사용, Handoff등을 모두 고려하여야 한다.

1) Cell
Cell은 셀룰라 시스템의 가장 기본적인 지역적 단위(한대의 기지국이 커버하는 지역)를 의미하며 편의상 육각형으로 표시된다.(실제는 육각형이 아니며 원형에 가까움)

2) Cluster
Cell의 집합을 Cluster라고 하며 동일한 Cluster내에서는 주파수 재사용이 불가능하다.

3) 주파수 재사용
Frequency Reuse의 개념은 주파수를 작은 지역적 단위로 할당하는 것에서 비롯되었다. 각 셀은 인접 셀과는 완전히 다른 채널들을 할당받으며 주파수가 재사용될 수 있는 거리는 간섭이 일어나지 않을 만큼 충분히 멀어야 한다.

Frequency Reuse Factor = 1 / (가용 주파수의 수)

4) Cell Splitting
한 셀의 가입자 용량이 한계에 도달하면 더 작은 셀로 나눔으로써 셀 용량을 증가시킬 수 있다. 보통 가입자 밀도가 높은 Urban 지역은 셀의 크기가 작고 가입자 밀도가 낮은 Rural 지역은 셀의 크기가 크다.

5) Handoff
Handoff는 가입자가 Cell간을 이동할때 발생하며 인접 셀로 자동적으로 Call이 전환되는 것을 말한다. 가입자가 셀의 가장자리 부분으로 갈수록 수신 신호의 세기는 약해지게 되며 이를 감지한 기지국은 교환국에 Handoff를 요구하게 된다. 교환국은 보다 강한 신호를 찾아 그 셀의 신호를 가입자에게 할당한다.

4. Analog Cellular System

Cellular 이동통신 시스템은 1970년대 후반 전화 사업자와 정부, 장비 생산자간에 논의되기 시작했으며 시스템 개발에서는 주파수와 채널 할당, 변조방식, 출력 신호 레벨, 프로토콜, Call Processing Sequence등이 고려되었다.

1) AMPS(Advanced Mobile Phone Service)
AMPS는 1983년 개발되었으며 800MHz~900MHz에서 운용되고 각 채널은 30KHz의 대역폭을 가진다. AMPS는 현재 세계적으로 가장 널리 보급되어 있으며 출력을 낮추어 주파수 재사용의 개념을 최대한 활용한 시스템이다. AMPS의 주요 단점은 저용량이며 데이타 통신에 취약하고 보안성이 약하다는 점이다. AMPS는 주로 북미에 많이 보급되었으며 FM 변조 방식을 사용한다.

2) NAMPS(Narrowband Analog Mobile Phone Service)
NAMPS는 AMPS의 용량 부족 문제를 해결하기 위해 개발되었으며 용량은 AMPS의 3배에 이른다. NAMPS는 AMPS의 30KHz 대역을 10KHz 3개로 나눈 것이며 채널 대역폭이 줄어듦으로써 간섭 발생 확률이 증가한다.

5. Cellular System의 구성

셀룰라 시스템은 다음의 네가지 요소로 구성된다.

- PSTN : Public Switched Telephone Network
- MTSO : Mobile Telephone Switching Office
- Cell Site with Antenna System(Base Station)
- Mobile Subscriber Unit

1) PSTN
PSTN은 Local Network, Exchange Area Network, Long-haul Network등으로 구성된다. MTSO(Mobile Telephone Switching Office)는 교환기이며 MSC(Mobile Switching Center)로 부르기도 한다. MSC는 PSTN 및 기지국과 연결되어 Call Control, Call Monitoring, 과금정보 수집등의 역할을 수행한다.

2) Cell Site
Cell Site는 전원 장비, Interface 장비, 송수신기와 안테나로 구성된다.

3) Mobile Subscriber Unit(MSU)
단말기는 제어부와 송수신기로 구성되며 기지국과 신호를 주고 받는다. MSU는 출력에 따라 Mobile Phone(4.0W), Portable Phone(0.6W), Transportable(1.6W)로 구분할 수 있다. 단말기는 차량용, 휴대용이 있으며 단말기의 크기는 주로 밧데리의 수명에 의해 좌우된다.

6. Digital System

이동통신의 가입자가 점차 증가함에 따라 Call Blocking이 발생할 확률이 증가하였고 이러한 문제는 품질과도 관련되어 있었으므로 시스템의 용량 증가는 필수적으로 되었다. 시스템의 용량 부족을 해결하기 위해 이동통신 시스템을 디지탈화하는 방안이 강구되었으며 그 결과로 TDMA, CDMA, GSM등 많은 방식이 등장하였다. 하지만 사업자들이 이미 많은 자본을 AMPS에 투자한 상태이므로 기존 AMPS 시스템을 활용할 수 있는 DAMPS 같은 방식이 고려되기도 했다.

1) AMPS
AMPS의 한채널당 대역폭은 30KHz이며 음성 품질이 낮고 보안성도 떨어진다.

2) DAMPS
DAMPS는 AMPS와 동일한 프로토콜을 사용하며 주요 특징은 다음과 같다.

a)IS-54 규격(Digital Voice Channel)
b)AMPS 용량의 3배
c)800MHz~1900MHz까지 다양한 스펙트럼 대역

TDMA는 각각의 Call에 Time Slot을 할당하여 하나의 주파수 대역을 다수의 사용자가 공유할 수 있도록 한다. 정보는 할당된 Time Slot 동안만 전송이 되며 수신단에서 재조합된다. TDMA는 AMPS와 동일한 대역을 사용하며 채널 대역폭도 같지만 NAMPS와 달리 디지탈 압축 기술을 사용한다.

3) ETDMA(Extended TDMA)
ETDMA는 AMPS에 비해 10~15배의 용량을 가지며 이는 통화중 침묵하는 시간을 효율적으로 이용함으로써 가능해졌다. ETDMA는 TDMA보다 할당된 Time Slot이 많다.

4) FWA(Fixed Wireless Access)
FWA는 Rural 지역을 서비스하기 위해 개발되었으며 유선에 비해 가입자당 비용이 줄어든다. 이는 기존의 유선망에서 교환기로부터 가입자까지 연결된 유선을 무선으로 대치한 것이며 TDMA 또는 CDMA 기술을 응용한다.

5) PCS(Personal Communications Services)
PCS는 통상 1900MHz 대역을 사용하며 TDMA 또는 CDMA 기술을 응용하여 구현된다.

6) CDMA(Code Division Multiple Access)
CDMA는 AMPS에 비해 10~15배 정도의 용량을 가지며 Spread Spectrum 방식을 이용한다. 각 가입자는 Code에 의해 구분되므로 동일한 주파수를 사용하게 되고 주파수 재사용 문제가 없다. 모든 셀은 동일한 주파수를 공유하므로 주파수 재사용 계수는 1이며 각 채널은 1.25MHz의 넓은 대역폭을 가진다. 이러한 특징으로 인해 CDMA에서는 Cell Planning이 매우 간단하다.
CDMA는 간섭에 의해 용량이 결정되며 같은 셀내의 가입자는 서로 간섭을 일으킬 수 있다. 만약 셀내에서 어떤 가입자의 단말기가 규정 이상의 출력을 발생하게 되면 이는 셀 전체에 부하를 가중시키게 되므로 CDMA에서는 전력제어가 매우 정교하게 이루어져야 한다. 각 단말기의 출력은 최소로 유지되어야 하며 이상적으로는 각 단말기의 출력이 모두 동일하게 되면 용량이 최대가 된다.

[4] Cellular 이동통신의 세대별 발전

1. 제1세대 아날로그

아날로그 셀룰러 이동전화는 FDMA(Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하였다. 아날로그 방식으로는 북미에서 제안하여 세계적으로 가장 널리 사용되었던 AMPS(Advanced Mobile Phone Service), 북유럽의 NMT(Nordic Mobile Telephone), 영국의 TACS(Total Access Communication System) 등이 있었다. 국내에서도 SK텔레콤에 의해 AMPS 서비스가 제공되었으나 1999년말, 서비스가 중단되었다.
아날로그 방식은 구현이 비교적 간단하다는 장점이 있었으나 증가하는 가입자를 수용할 수 없는 용량상의 문제와 낮은 음성품질, 멀티미디어 서비스의 요구 등으로 인하여 디지털 셀룰러 방식의 출현이 필요하게 되었다.

2. 제2세대 디지털

1세대의 아날로그 이동통신 시스템만으로는 급격히 증가하는 이동통신 서비스 가입자를 수용하기가 어려워졌고, 기술의 발전으로 이전의 음성서비스뿐만 아니라, 다양한 서비스에 대한 요구가 증가하게 되었다. 디지탈 이동통신 시스템은 아날로그 시스템에서와는 달리, 아날로그인 음성신호를 디지탈화하여 음성 부호화를 실시한 후, 디지탈 변복조 방식으로 사용 하며, 800MHz대의 주파수를 사용한다. 다원접속 방식은 TDMA(Time Division Multiple Access)방식과 CDMA(Code Division Multiple Access) 를 사용하고 있는데, 우리나라에서는 CDMA방식을 도입하여 사용하고 있다.

2세대 이동통신 시스템에서는 음성서비스 및 저속 데이터 서비스를 제공하며, 미국의 IS-95(CDMA 방식), IS-54 (TDMA 방식)과 유럽의 GSM방식이 있다.

PCS 시스템은 2.5세대 이동통신 시스템으로 분류 되며, 1.8~2GHz 대역의 주파수를 사용한다. 현재 우리나라에서는 IS-95를 채용한 CDMA 방식의 디지탈 이동통신 시스템 서비스를 제공하고 있다.

3. 제3세대 IMT-2000

기존의 2세대 디지탈 이동통신 시스템과 서비스 제공의 다양화 및 각종 부가기능의 차별화를 개념으로도입될 예정이다. IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) 시스템에서는 고속의 영상, 음성 및 데이터 서비스를 제공하며, 현재의 다양한 이동통신 서비스를 통합, 운영할 예정이며, 2GHz대역의 주파수를 사용하게 된다. PIN(Personal Identification Number)를 부여하여 개인 및 단말기의 이동성을 보장하며, 지능망 서비스를 통해 네트웍간의 연동서비스를 제공할 예정이다.

북미에서 제안한 cdma2000방식과 유럽과 일본에서 제안한 WCDMA방식이 세계 시장을 양분할 것으로 보인다.

[5] Cellular 이동통신의 종류

이동 통신은 넓은 지역에 걸쳐 가입자가 빠른 속도로 이동하는 중에도 통화가 가능하게 하기 위한 것이다. 이동 통신이 더 많이 보급되기 위해서는 기지국의 비용을 낮추고 가입자 수용 용량을 높이고 음성 품질을 높여야 한다.
이 글에서는 셀룰라 이동 통신의 여러 방식을 살펴 봄으로써 이동 통신에 대한 이해를 돕고자 한다.

1. Analog Cellular

아날로그 통신에서 음성 신호는 무선상에서 연속적으로 전송된다. 음성 신호는 공기중을 전파해 가면서 거리에 따라 약해지므로 네트웍내의 장비들이 신호를 원래 신호의 세기로 중계해 주거나 증폭하여 준다.

1) AMPS(Advanced Mobile Phone System)
1970년대 Bell Labs에 의해 개발되었으며 1983년 미국에서 최초로 상용화 되었다. 800 MHz 대역에서 운용되며 현재 세계에서 가장 널리 보급되어 있다.
AMPS에는 총 666개의 채널이 있었으며 이는 Uplink와 Downlink 채널의 합이므로 그의 절반은 333 채널이다. 이중 21개가 Control Channel로 사용되므로 음성 채널로는 312개가 쓰인다. 각 채널은 30KHz의 대역폭을 가지며 주파수 대역을 추가 할당하여 666개의 채널에 166 채널이 더해져 현재는 총 832개의 채널(EAMPS : Extended AMPS)이 되었다. (824~849MHz와 869~894MHz에 각 50MHz씩 할당되어 있음)
각 채널이 주파수로 구분되는 FDMA(Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하며 변조 방식은 FM이 사용한다.

2) C-450
Motorphone이라고도 하며 Vodacom에 의해 남아프리카에 1980년대에 설치되었다.

3) C-Nezt
독일에서 주로 쓰였으며 450 MHz 대역에서 운용된다.

4) N-AMPS(Narrowband Advanced Mobile Phone System)
Motorola가 개발하였으며 AMPS에 비해 3배의 용량을 가지며 800MHz 대역에서 운용된다. AMPS의 각 채널이 30KHz 대역을 갖는데 비해 NAMPS의 각 채널은 10KHz의 대역폭을 가진다.
NAMPS는 Dual-mode를 지원하며 AMPS, EAMPS와 호환성이 있다.

5) NMT450(Nordic Mobile Telephones/450)
Ericsson과 Nokia가 북유럽 지역에 보급하기 위해 개발하였고 450MHz 대역에서 운용된다.

6) NMT900(Nordic Mobile Telephones/900)
NMT450을 900MHz 대역으로 Upband시킨 것이며 NMT450 보다 더 큰 용량을 가진다.

7) NTT(Nippon Telegraph and Telephone)
일본의 아날로그 이동 통신의 표준 방식이며 큰 용량을 가진다고 하여 HICAP이라고도 부른다.

8) TACS(Total Access Communications System)
Motorola에 의해 개발되었고 AMPS와 유사하며 900MHz 대역에서 운용된다. 1985년 영국에서 처음 사용되었으며 일본에서는 이를 JTAC라 부른다. 1000개의 채널을 가지며 각 채널의 대역폭은 25KHz이다.
이후 ETACS(Extended TACS)로 발전되었는데 ETACS는 1320개의 채널(42개의 Control Channel + 1278개의 음성 채널)을 가진다.
ITACS(International TACS)는 영국 이외의 지역에서 사용이 가능하도록 Control Channel 할당에 유연성을 부여한 것이다. 그외 TACS의 변형으로 IETACS(International ETACS), NTACS(Narrowband TACS : TACS보다 3배의 용량을 가짐)가 있다.

2. Digital Cellular

디지탈 통신에서 음성 신호는 1 또는 0으로 변환되어 전송되며 아날로그와 달리 전기 신호의 On/Off 펄스 조합 형태로 전송된다. 디지탈 이동 통신에서 가장 핵심이 되는 것은 음성 신호를 Coding 또는 Decoding하는 Vocoder 기술이다. 이 Vocoding 기술로 인하여 보안성이 높아지고 용량이 증대되는 것이다.

1) CDMA(Code Division Multiple Access)
Qualcomm에 의해 개발되었으며 1993년 TIA가 승인하였다. 대역 확산 통신 방식의 일종으로 저출력의 신호를 넓은 대역폭에 확산시켜 전송한다.
각 가입자는 고유의 Code를 할당받으며 이것으로 가입자(단말기)를 구분한다. 음성 신호가 디지탈화 되면 코드가 입혀지는데 이렇게 확산된 신호는 다른 여러 신호와 함께 하나의 채널에 실려 전송된다. 수신단에서는 발신시에 입혀진 코드와 동일한 코드를 사용하여 복조를 수행하며 만약 이 코드를 모를 경우 복조가 불가능하다.
CDMA는 가입자의 수용 용량이 매우 크다는 장점이 있으며 보안성이 높고 Soft Handoff를 지원한다. 규격은 IS-95이며 TDMA보다 3~6배 용량이 크다.
CDMA에서 가장 핵심이 되는 기술은 전력 제어로서 1.25ms마다 Power Control Bit가 단말기로 전송되어 단말기의 출력을 높이거나 낮춘다.
CDMA는 종종 칵테일 파티에 비유되는데 여러 나라에서 온 사람들이 한방에서 동시에 대화하고 있을 경우 서로 말이 통하는 사람들끼리는 대화가 가능하지만 외국어를 이해하지 못하는 다른 사람들은 이를 잡음으로 인식한다. 설사 잡음으로 인식하더라도 어떤 사람이 너무 큰 목소리로 이야기를 하게 되면 다른 사람들의 대화에 지장을 주므로 적당한 크기를 유지해야 하는데 이는 전력 제어의 원리이다.

2) D-AMPS(Digital AMPS)
AMPS를 디지탈 방식으로 바꾼 것이며 dual-mode를 지원하고 800MHz 대역에서 운용된다.

3) DCS1800(Digital Cordless Standard)
1800MHz에서 운용되며 GSM 방식이다. Dual-mode를 지원하지 않으므로 GSM 단말기로 DCS1800 서비스를 받을 수는 없다.

4) GSM(Global System for Mobile Communications)
범 Europe 표준 방식이며 TDMA에 기초하고 있고 900MHz 대역에서 운용된다. GSM 방식에서는 Frequency Hopping과 Encryption 기능이 사용되며 International Roaming이 가능하다. 이 국제 로밍을 위해서 고안된 것이 SIM(Subscriber Identification Module)이며 신용카드 크기의 플라스틱 카드에 가입자의 정보를 저장하여 어떤 GSM 단말기로도 통화가 가능하게 된다.

5) PCS1900(Personal Communications Service)
1900MHz 대역에서 운용되는 GSM방식이다. Dual-mode를 지원하지 않으므로 GSM 단말기로 PCS1900 서비스를 받을 수는 없다. 미국에서 PCS용으로 사용된다. PCS는 유럽에서 PCN(PErsonal Communications Network)으로 불리기도 하며 음성, 데이타, 팩스등 다양한 형태의 정보 전송이 가능하다.
PCS의 궁극적인 목적은 모든 가입자에게 고유의 번호를 부여하는 것이며 저렴한 비용으로 전세계 어디에서도 이동 통신 서비스를 받도록 하는데 있다.

6) PHS(Personal Handy System)
일본에서 개발되었으며 고속 데이타 서비스에 적합하다.

7) TDMA(Time Division Multiple Access) 또는 DAMPS(Digital AMPS)
1992년 TIA에 의해 채택되었고 1993년 미국에서 최초로 상용화 되었다. 각 가입자의 통화를 서로 다른 Time Slot에 할당하는 방법으로 용량을 늘리는 다중 접속 방식이며 전송 충돌을 방지하기 위해 모든 단말기는 동기화되어야 한다.
규격은 IS-54이며 미국에서는 ADC(American Digital Cellular) 또는 NADC(North American Digital Cellular)라고 한다. 일본에서는 JDC(Japanese Digital Cellular)라고 한다.
TDMA는 여러 명의 사람들이 동시에 한방에 모여 대화를 하려고 할 때 각각의 사람들에게 특정한 시간 동안(Time Slot)만 이야기 하게 하는 것에 비유될 수 있다. 이때 각각의 사람들에게 짧은 시간을 할당하여 순서대로 이야기할 권한을 부여하는 것은 MSC가 하는 역할이다.