CDMA 발전과 대역확산 기술, PCS 시스템

PCS 시스템

 아날로그 이동통신 시스템 중에서 가장 대중화에 성공한 시스템이 우리나라에서 사용했던 AMPS 시스템이었습니다. 이는 이동 통신 시스템의 제1세대라고 볼 수 있는 아날로그 방식의 이동 통신 시스템으로 서비스를 원하는 사람이 증가함에 따라서 시스템의 용량 문제가 제기되었습니다. 이러한 문제를 극복하고, 더욱 많은 가입자를 수용할 수 있는 디지털 시스템이 개발되었습니다. 이를 흔히 제2세대 무선 이동통신 시스템, 즉 2G가 개발되었습니다. 2G에는 TDMA, CDMA 시스템이 적용된 방식입니다. 물론 우리나라에서는 CDMA 기술 방식을 채택하였습니다. 기존의 아날로그 방식의 AMPS 시스템과 동일한 주파수를 이용하여서 한동안 아날로그 시스템과 디지털 시스템이 공존하기도 하였습니다. 이후 가입자의 기하급수적인 증가로 800MHz 대역의 CDMA 시스템 서비스만으로는 시스템 용량이 충분하지 못하였고, 서비스 요금 또한 시장원리의 적용을 받지 못하여, 이동 통신 서비스를 이용하는데 부담이 되기도 하였습니다. 이런 문제를 해결하기 위해서 흔히 2.5세대 즉, 2.5G라고 불리는 시스템을 도입했습니다. 2.5G는 셀의 반경을 줄여서 주파수 재사용 효율을 높이고 보행자 중심의 값싼 서비스 요금을 특징으로 하는 PCS, Personal Communication Services 개념이 등장하게 되었습니다. 

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 PCS 통신은 개인번호의 부여와 이동성을 추구하는 시스템으로 가입자 개인에게 부여된 고유번호를 사용하여서 서비스 영역 내에 언제, 어디서든 휴대 단말기로 교신을 할 수 있으며, 어느 지역에서나 번호에 의해 개인 식별이 가능합니다. 따라서 PCS 단말기를 가진 가입자는 다양한 서비스를 받을 수도 있고, 저렴한 이용료와 단말기 소비전력의 극소화로 장기간 사용할 수 있습니다. PCS 시스템에는 Low Tier PCS와 High Tier PCS로 분류하는데, Low Tier PCS는 디지털 무선 전화기의 전화기술을 기본으로 하여, 커버리지가 300m 이하로 저출력이며, 보행자나 차량 속도 30km/h 중심의 서비스를 제공합니다. 그러나 High Tier PCS는 기존의 제2세대 디지털 셀룰러 이동전화 기술을 발전시켜 보행자는 물론 고속차량 중심의 이동전화로 셀의 반경이 크고 고출력이면서, 광대역 서비스를 제공할 수가 있습니다.

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 우리나라의 PCS는 High Tier PCS의 개념으로 성격상 반송파 주파수를 제외하며, 2G 시스템과 크게 다르지 않습니다. 반대로 Low Tier PCS의 개념이 적용된 것은 일본의 PHS 및 미국의 PACS 등을 들 수 있습니다. 미국 표준화 기관은 PCS를 2.5세대 이동 통신 시스템이라기보다는 단말 및 개인의 이동성과 서비스 프로파일을 관리하는 기능의 집합체로 정의하고 있기 때문에 광범위한 개념을 부여하고 있습니다. 우리나라에서는 PCS 이동 통신 시스템 주파수 대역은 순 방향으로 1840~1870MHz를 역방향으로 1750~1780MHz로 송수신 주파수 상호 간의 간격은 90MHz의 오프셋을 가집니다. 또한, 각 단위 FA의 대역폭은 1.25 MHz로 전체 21개의 FA로 구성하였고, 다중 접속 방식은 CDMA 방식을, 변조 방식은 QPSK 방식을 사용합니다. 

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CDMA

 CDMA 시스템은 우리나라에서 1995년 최초로 개발된 디지털 이동통신 시스템으로 순방향은 동기방식, 역방향은 비동기식 방식으로 구성하였습니다. CDMA 기술을 응용한 이동통신 시스템은 1G의 아날로그 방식에서의 문제로 봉착한 시스템의 가입자 수용 용량을 획기적으로 증가시켰습니다. 각종 다이버시티를 사용하여 페이딩 현상을 현저히 줄여 통화 품질도 보다 양호합니다. 또한, 기존의 AMPS 방식에 비해서 통화의 단절이 없이 핸드오프가 이루어지고 비화성도 보장되며, 전력제어가 용이하여 낮은 송신 전력을 사용함에 따라서 경비의 감소가 가능합니다. 이러한 장점으로 통화권 보급과 보급률의 확대 등으로 우리나라에서는 거의 모든 이동전화 시스템에서 채택하고 있습니다. 통신의 디지털화와 CDMA 기술을 응용한 이동통신 시스템의 발전은 기존의 이동전화 네트워크를 이용한 각종 데이터 통신 서비스 및 무선 인터넷과 이를 활용한 이동 전자상거래를 활성화하였습니다. 또한, CDMA 기술은 WLL 시스템 및 개인 휴대전화 등에도 적용되었고, 3G로 알려진 미래 공중 육상 이동통신 시스템 FPLMTS, IMT-2000시스템에서도 활용되고 있습니다. 

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[그림 1] - CDMA의 시간에 따른 주파수 그래프. 코드를 분할하여 동시에 수신 및 원하는 정보만을 수신합니다.

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대역확산 기술 

 CDMA 방식의 기본은 대역확산 기술입니다. 즉, CDMA 기술에서는 PN 시퀀스를 사용하여 송신할 신호를 넓은 대역으로 확산시켜 전송하고, 수신 측에서는 송신 측과 같은 PN 코드에 동기화하여 역 확산으로 신호를 복원시킵니다. 송신 데이터 10에 확산 코드 10110100101을 곱해준다면, 확산 코드는 원래의 데이터보다 훨씬 높은 비트 속도를 가지고 있으므로, 하나의 송신 데이터에 여러 개의 비트를 곱하여 줍니다. 이렇게 곱하여진 원래의 송신 데이터는 확산 코드와 같은 높은 속도의 확산 신호가 만들어져 전자파로 송신을 하게 되고, 수신 측에서는 이 확산 신호에서 송신 측에서 사용된 확산 코드와 동일한 코드를 곱하여서 원래의 송신하고자 하는 신호와 동일한 수신 데이터를 얻을 수 있습니다. 여기서 중요한 것은 코드로 코드가 다르면 기존 데이터를 복원할 수 없습니다. 또 같은 코드를 사용하더라고 그 시간이 맞지 않으면, 다른 결과를 가져오게 됩니다. 즉, 확산 기술은 코드와 시간적인 동기가 중요합니다.