셀룰러 통신의 정의와 특징

셀룰러 통신 

 셀이란 말은 영어 사전적 의미로 작은 방, 독방, 독립한 단위로 세포, 벌집의 구멍 등으로 다양하게 풀이되고 있습니다. 일본에서는 이동전화의 셀이란 표현을 존(Zone)으로 쓰기도 합니다. 셀룰러 개념에 대한 초기 시스템 설계자들은 모든 셀을 같은 형태로 구체화하는 것이 시스템의 설계와 배치를 체계화하는데 도움이 된다고 여겼습니다. 전파의 특성을 고려한다면, 셀의 형태는 원에 가까워야 하지만, 설계 등의 디자인에는 비실용적이었습니다. 셀의 모양은 다양한 모양이 존재할 수 있으나 기본적으로는 삼각형, 사각형, 육각형 형태의 셀이 사용됩니다. 셀 모양을 비교해 보면 육각형 형태의 셀이 중첩되는 영역이 가장 적어, 가장 경제적인 셀 배치를 할 수 있다는 것입니다.

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 셀룰러 이동 전화는 한국에서 1984년 최초로 아날로그 방식이 상용화되었지만, 미국이나 유럽에서는 2년 전인 1982년부터 상용화되었습니다. 셀룰러 시스템은 서비스 지역 내의 고출력 단일 무선 기지국 시스템입니다. 그렇기 때문에 무선전파의 성질상 건물이나 산의 뒷면 등과 같은 지역은 전파가 도달하기 어렵고, 통화가 거의 불가능합니다. 또한, 할당된 주파수 대역 내에서 사용할 수 있는 통화 채널의 수자 정해져 있기 때문에 수요가 증가하여도, 그만큼의 통화 회선을 증설하지 못합니다. 예를 들어서 남산에 하나의 기지국을 설치하면, 서울시 반경 30km 이내에서는 통화를 할 수 있습니다. 이 시스템에 가입된 사용자가 수원으로 이동하면, 통화가 끊어집니다. 수원에 설치된 기지국에서는 적용되지 않는 주파수였기 때문에 그 지역에 맞는 주파수를 맞추어 다시 전화를 걸어야 했습니다. 또한, 서울의 기지국 하나로 수용할 수 있는 가입자의 수는 일정하기 때문에, 가입하여 통화를 하려면 다른 가입자가 해약하기를 바라는 수밖에 없었습니다. 이런 문제를 해결하기 위해서 디지털 방식의 셀룰러 이동전화 시스템이 개발되었습니다.

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 전파에는 몇 가지 주요한 성질이 있습니다. 그중 고주파로 갈수록 전달 거리가 짧아지는 특징은 어느 거리 이상으로 멀어지면 수신이 불가능하다는 것입니다. 이러한 특징을 역이용하면 일정 거리를 띄운 상태라면 동일한 주파수를 다시 사용하여도 혼신과 같은 문제가 발생하지 않는다는 것입니다. 따라서 전파가 도달하는 일정한 거리를 하나의 구역으로 설정하고, 이것을 셀(Cell)이라고 칭하였습니다. 이러한 셀을 여러 개를 만들고 주파수대역을 넓힌 시스템을 셀룰러 시스템이라고 합니다. 이런 셀룰러 시스템은 현재의 이동통신에 있어서 기본적으로 채택하고 있는 시스템입니다. 이와는 반대로 셀 개념을 도입하지 않은 시스템을 광대역 시스템이라고 합니다. 쉽게 말하자면, 전자파와 제한된 주파수 자원을 효율적으로 활용하기 위해서 주어진 이동통신 서비스 지역을 셀이라는 작은 영역으로 분리하여 서비스를 제공하고 있습니다. 이웃하지 않은 셀들은 동일한 주파수를 사용함으로 주파수 효율을 높이고 일정 서비스 지역 내에서 많은 가입자에게 서비스를 제공할 수 있습니다.

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특징

 이런 셀룰러 통신에는 4가지의 특징이 있습니다. 주파수 재사용, 셀 분할, 핸드오프, 로밍서비스입니다. 가입자 용량을 극대화하기 위해서 같은 주파수를 다른 셀에서 사용하는 것을 주파수 재사용이라고 합니다. 주파수 재사용의 거리는 지형이나, 안테나의 높이, 전송 출력 등과 같은 변수에 의해 좌우됩니다. 텔레비전 방송의 경우 같은 번호가 지역에서 다른 채널을 가리키는 것을 볼 수 있습니다. 한 지역의 기지국에서 채널의 송신 출력을 제한하여, 다른 지역까지 미치지 못하게 하기 때문입니다. 셀룰러 시스템도 셀 단위의 작은 통화권을 형성하여 인접한 셀에 영향을 미치지 않게 출력을 제한하여서 운용하면, 그만큼 많은 가입자를 수용할 수 있습니다. 

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 셀 분할 기법은 가입자의 용량을 극대화하기 위해 사용하는 방법입니다. 셀 분할의 종류로는 영구 분할과 동적분할이 있습니다. 현재 사용되는 셀은 기본적인 셀과 매크로 셀, 마이크로 셀 등이 있습니다. 즉, 셀은 크게 Umbrella Cell(반경 100km, 위성통신), Hype Cell(반경 20km, 도시 외곽 지역), macro Cell(반경 1~20km, 고속도로 주변), Micro Cell(50~300m, 도심 지역), Pico Cell(~100m, 건물 내)로 구분할 수 있습니다. Umbrella Cell은 GSM망에서는 쓰이지 않습니다. GSM의 최대 반경이 35km이기 때문입니다. 하지만 셀을 너무 세분화하면 다른 문제들이 발생합니다.

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[그림 1] - 셀 분할 기법. 기본적인 셀과 매크로셀, 마이크로 셀의 크기를 시각적으로 나타낸 것입니다.

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 핸드오프는 통화 중인 가입자가 현재의 기지국 서비스를 벗어나 새로운 기지국 서비스 지역으로 진입할 때 모바일 스위칭 센터를 통해서 통화의 단절이 없이 계속 통화가 될 수 있게 하는 기능입니다. 로밍 서비스는 이동전화 가입자가 자신의 각종 정보가 저장된 홈 교환국을 벗어나 타 교환국에 있어도 이동전화 서비스를 받을 수 있는 것을 의미합니다. 좀 더 범위를 넓히면 국가 사이의 로밍도 가능합니다. 서비스 국가는 통신사에 따라 약간의 차이가 있지만, 공통으로 미국, 일본, 캐나다, 중국, 호주, 대만, 홍콩 등이며, 통신사에 따라서 아랍, 유럽 지역 등의 국가에 대해 로밍 서비스를 지원하기도 합니다.

 

 

이동전화의 정의와 국가별 발전

 

다중 접속 이론, FDMA, TDMA, CDMA