d라이브러리

지리적 한계에 갇혀있던 인간의 통신 욕마은 전파가 발견된 이래 1백여년 동안 끝없이 확장돼 왔다. 그리고 이제 또다시 10년 안에 '언제 어디서나 누구와도' 통화할 수 있는 꿈의 텔레토피아가 전개된다.

인류의 역사를 바라보는 다양한 관점 중 커뮤니케이션 수단의 발달에 초점을 맞춘 해석법이 있다. 이는 끊임없이 자신의 의사를 남에게 전하기 위한 인간의 노력이 어떻게 진화해왔는지를 살피는, 매우 중요한 시도다.

의미를 공유할 수 있는 수단으로 언어가 등장한 이후 인류는 자신의 뜻을 효과적으로 퍼뜨리기 위해 여러 가지 방법을 고안해냈다. 특히 이 과정에서 중요하게 대두된 것은 시간과 공간의 제약을 허무는 일이었다. 이를 위해 지역의 여건에 따라 약속된 방식으로 연기를 피워 신호를 전달하는 봉화나 북소리를 이용한 방법이 개발됐다. 하지만 이같은 원시적 방법은 19세기 들어 전기를 이용한 통신 방법이 등장하면서 역사의 전면에서 완전히 사라지고 말았다.

전파, 모르스 부호, 그리고 무선전신기

1837년 모르스 유선 전신기를 발명하고, 1976년 그레이엄 벨이 전화기를 발명한 이후에도 인간은 선에 얽매이지 않는 통신을 위해 다양한 연구를 진행했다. 이 과정에서 무선통신의 중요한 자원인 전파가 발견된 것은 통신에 일대 혁신을 가져온 중요한 사건이었다.

1888년 독일의 헤르츠는 직선모양으로 배열한 2-3m 길이의 두 줄을 라이든병(전기실험을 위해 고안된 콘덴서, 즉 전기를 저장하는 전기 기구)의 안쪽과 바깥쪽에 각각 붙인 전파 발생 장치를 만들었다. 이 발생 장치로부터 10여m 떨어진 곳에 직사각형 모양의 수신장치를 설치한 뒤 전파발생장치의 양끝 부분을 접근시켜 수신장치에서 전파를 검출했다.

하지만 전파의 존재를 처음 발견한 헤르츠는 이것이 통신에 이용될 수 있을 것이란 사실은 전혀 생각하지 못했다. 이 때문에 본격적인 이동통신의 시발점은 이탈리아의 마르코니가 전파를 이용한 무선전신기 실험에 성공한 1895년으로 삼는다.

1900년 초 모르스 부호에 의해 신호를 주고받는 통신 수단인 전신이 무선으로도 가능해졌다. 이에따라 무선전신은 고립된 환경인 바다를 운항하는 선박에서 가장 먼저 이용됐다. 그리고 무선전신은 제 1차 세계대전 후에는 음성 통화를 할 수 있는 무선전화로 진화하면서 통신에 일대 혁신을 불러온다.

일반적으로 통신은 크게 유선과 무선, 또 이동식과 고정식으로 구분해서 살펴볼 수 있다. 유선통신은 전선을 이용해 신호를 주고받는 통신이고, 무선통신은 전파를 이용하는 통신이다.

이동통신은 자동차나 열차, 선박, 비행기를 타거나 직접 사람이 움직이면서 하는 통신으로, 고정된 양쪽의 지점간을 연결하는 고정통신의 상대되는 개념이다.

이처럼 다양한 형태의 통신 가운데, 요즘 우리의 관심사는 이동통신에 집중돼 있다. 이동하면서 통신하려면 무엇보다 선으로부터 해방돼야 한다. 만일 이동하면서 선으로 통신한다면 아마 사람마다 엄청나게 길고 무거운 전선을 메고 다녀야 하고 이리저리 선이 꼬여 움직일 수 조차 없게 될것이다.

이동통신은 셀룰러 이동전화(휴대폰, 핸드폰, 차량전화, PCS), 무선호출기(삐삐), 코드리스폰(가정용 무선전화, CT-1), 코드리스폰에서 진화된 CT-2(시티폰), 무전기, 무전기에서 진보된 주파수 공용통신(TRS), 무선데이터통신, 위성통신 등을 모두 아우르는 개념이다.

이 가운데 최근들어 가장 각광받고 있는 이동전화가 첫 선을 보인 것은 1921년, 미국 디트로이트 경찰국의 순찰차에 설치된 차량전화용 이동 라디오 서비스였다. 물론 이 서비스는 직접 전화번호를 다이얼할 수도 없었고 교환수를 통해서만 상대방과 통화가 가능했기 때문에 전화기라기보다는 무전기로 보는 편이 어울린다.

역시 교환이 통화를 연결하는 방식이긴 하지만, 1946년 미국의 세인트루이스에서는 차량전화에 부착한 시스템을 통해 개인용 서비스가 개시됐다. 참고로 1960년 서울 및 수도권 일부지역에서 정부기관을 대상으로 서비스되면서 우리나라의 실질적인 이동전화의 모태가 된 기술도 바로 이 방식이다.

이듬해부터 미국의 AT&T사의 벨 연구소를 중심으로 연구가 진행된 끝에 1964년에는 교환을 통하지 않고 직접 전화를 걸고 자유스럽게 통화할 수 있는 최초의 자동화된 이동전화서비스가 시범적으로 실시됐다. 그러나 이 시스템은 통화 회선이 제한된 상태에서 수요가 늘어나면서 문제가 발생했다. 이동전화의 설치가 쉽지 않은데다가 통화자가 기지국에서 멀어질수록 혼신이 심해졌으며, 한 기지국에서 다른 기지국으로 이동하면 통화가 끊기는 등 불편한 점이 한 둘이 아니었던 것이다.

1978년 미국의 AT&T사는 이러한 문제점을 해결해 시카고에서 2천명의 가입자를 대상으로 아날로그 방식의 셀룰러 이동전화를 실용화했다. 그리고 이로부터 1년 뒤 일본이 세계 최초로 일반인을 대상으로 요금을 받는 상업 서비스에 돌입하면서 세계 각국이 본격적인 이동전화 시대를 열었다. 우리나라에서는 1984년부터 서비스가 시작됐다.
 

잘게 나누어 여럿이 함께

이동전화의 연구 개발은 크게 기존 시스템의 성능을 더욱 향상시키는 것과 한정된 전파(주파수)를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 기술의 두가지 방향에서 줄기차게 이어져왔다. 특히 두번째 방향 가운데 주파수를 동시에 여러 가입자에 의해 사용하도록 하는 ‘다중접속방식’의 개발은 한때 소수의 전유물로 치부되던 이동통신을 대중화시킨 견인차 역할을 했다.

이동전화의 생명은 ‘때와 장소를 가리지 않고’ 원할 때 언제라도 연락을 주고 받는데 있다. 일단 서비스 지역이 아니거나, 이동전화 기지국의 시설 용량을 초과하는 통화 폭주 현상이 발생하면 단말기는 짐이 되고 만다. 이같은 문제를 해결하려면 시설을 늘리는 것이 가장 확실한 방법. 그러나 여기에는 한계가 있으며, 주파수 역시 한정돼 있다. 따라서 동일한 자원을 어떻게 사용할 것인가 하는 문제는 그야말로 서비스회사의 사활이 걸린 안건이다.

아날로그 이동전화는 주파수 분할 다중접속방식(FDMA:Frequency Division Multiple Access)을 사용한다. 하나의 주파수 대역이 유선으로 말하면 하나의 회선 역할을 하는 것이다. FDMA 방식은 각 사용자마다 사전에 고정된 채널을 부여하는 것이 아니라 통화를 할 때에만 다른 사람이 사용하고 있지 않은 채널을 할당해 연결함으로써 효율을 높인다.일단 주파수 대역폭을 좁게 하면 할수록 회선수는 증가하며, 더많은 가입자를 수용할 수 있다. 그러나 사람의 목소리는 3백-3천4백Hz이기 때문에 이를 실어 보내려면 주파수 대역폭도 3천4백Hz 이상 돼야 한다. 물론 이는 이론상의 수치일 뿐, 실제로는 다른 주파수 대역의 간섭을 받지 않도록 어느 정도 다른 주파수 대역과 간격을 두어야 한다. 따라서 주파수 변조에 따른 대역폭 증가를 감안해 미국의 아날로그 셀룰러 시스템은 한 회선을 30kHz대로 나누어 사용하고 있으며, 일본은 25kHz로 사용하고 있다.

그러나 주파수 분할 방식의 아날로그 셀룰러 방식은 갈수록 늘어나는 가입자수를 모두 감당하기엔 근본적으로 한계를 갖고 있을 수밖에 없었다. 이 때문에 등장한 것이 디지털 이동전화와 PCS가 사용하는 시분할 다중접속(TDMA:Time Division Multiple Access), 부호분할 다중접속(CDMA:Code Division Multiple Access) 방식이다. 이들 방식은 신호를 잘게 나눌 수 있는 디지털의 성질에 따라 아날로그 이동전화보다 주파수 사용 효율이 훨씬 높을 뿐만 아니라, 통화품질면에서도 아날로그를 제압하는 일석이조의 효과를 거두게 했다.

다른 사람이 사용하고 있지 않은 채널을 사용하는 FDMA방식과 달리, TDMA방식은 동일한 주파수 대역을 여러 사용자가 거의 동시에 공동으로 사용한다. A, B 두사람이 상대방인 a, b 두사람에게 말하는 순서를 정해준 후 차례로 5초씩 말할 수 있게 한다.A가 5초 말하면 a가 이를 듣고, 그 다음에 B가 5초 말하면 b가 듣고, 다시 A가 a에게, B가 b에게 계속 돌아가면서 말하게 하는 방식이다. 이 방식은 FDMA방식에 비해 3배 정도의 주파수 용량이 증대된다.

한편 1996년 1월 3일 SK텔레콤이 인천, 부천지역에서 세계 최초로 상용화한 기술인 CDMA방식은 현재까지 개발된 이동전화 기술 중 가장 앞선 첨단기술. 원래 CDMA 방식은 도청을 방지하기 위해 1960년대부터 군사용으로 사용되던 통신방식인 이른바 ‘스프레드 스펙트럼’(확산대역)기술에 기반을 둔 것이다.

이 방식은 동일한 주파수 대역을 여러 사람이 동시에 동일 장소에서 사용할 수 있게 한다. 음악회에서 똑같은 노래를 동일한 음색을 가진 소프라노, 알토, 베이스, 바리톤 각 파트마다 수십 명이 동시에 부르게 하더라도 누가 어떤 파트로 어떻게 부르고 있는지를 구별해서 들을 수 있는 방식이다.

이는 송신자 각각의 통화에 대해 특별한 부호를 더해 송신하고, 수신측에서도 부여된 것과동일한 코드에 의해 자기에게 오는 통화를 구별해냄으로써 이루어진다. CDMA는 FDMA나 TDMA보다 주파수 용량 등에서 월등히 우수한 기술로, 디지털 이동전화와 앞으로 우리나라에서 상용화될 PCS는 모두 CDMA 기술을 사용하고 있다.
 

언제 어디서나 누구와도 통화

우리는 통신을 이용하면서 궁극적으로 언제 어디서나 누구와도 즉시 통화하기를 원한다. 이것은 바로 통신이 지향하는 목표이자, 이상이다. 지금까지 전개된 통신의 역사는 바로 이같은 이상을 실현하기 위한 과정이었고, 현재의 이동통신은 여기에 가장 근접한 통신방식이라 할 수 있다.

그렇다면 1세대 이동통신서비스인 아날로그 이동전화를 거치고 등장한 PCS와 디지털 이동전화의 제 2세대 이동통신은 얼마만큼 통신의 궁극적 목표에 부합되는가. 이에 대해서는 아무리 품질 좋은 서비스를 제공하고 있는 회사나 나라라 해도 쉽게 답하지 못할 것이다. 그래서 등장한 것이 동영상 등 멀티미디어 서비스를 제공할 3세대 이동통신, 즉 미래공중육상이통신시스템(FPLMTS : Future Public Land Mobile Telecommuni-cation Systems)이다.

‘IMT-2000’이란 규약으로도 불리는 플림츠는 지금까지 등장한 모든 형태의 이동통신서비스를 총망라해 사용할 수 있는 세계표준시스템. 지구의 저궤도나 중궤도 상공에 위성을 발사해 전세계적으로 송수신이 가능한 이동통신 서비스인 위성이동개인휴대통신(GMPCS: Global Mobile Personal Com-munications by Satellite)까지 포괄하는 개념의 서비스다.

플림츠를 이용하면 외국에 갈 때도 지금 사용하는 이동전화를 그대로 들고 나가 사용할 수 있으며, 전세계 어느 곳에 가있더라도 국가번호를 누를 필요 없이 부여받은 개인번호만 누르면 통화가 연결된다.

또한 히말라야산맥을 등정하면서 고향의 가족들과 안부를 주고받을 수 있으며, 사하라 사막 한복판에서도 서울의 주식시세를 파악할 수 있다. 또 현재의 이동전화와 달리 플림츠는 동영상 등 멀티미디어 환경을 제공함으로 이동하면서 화상 통화도 할 수 있다.

사실 플림츠는 기술상의 문제보다는 전세계 어디서나 통용되도록 각국이 통일된 기술표준을 정하는 것이 더 중요하다. 국제전기통신연합이 지난 92년 1천8백85-2천25MHz 대역과 2천1백10-2천2백MHz 대역을 플림츠 서비스용 주파수 대역으로 선포함에 따라 각국간에 관련기술의 표준을 정하는 작업이 진행되고 있는데, 2000년대 초반에 모습을 드러낼 예정이다.

전문가들은 21세기의 통신강대국은 플림츠의 표준화와 관련 기술을 주도하는 나라가 차지할 것으로 보고 있다. 현재 기술방식으로는 광대역 CDMA방식(현재 이동전화는 협대역 CDMA방식)이 채택될 가능성이 높은데, 세계 최초로 CDMA기술을 상용화한 우리나라가 보유한 기술을 적극 활용할 가질 것으로 보인다.
 

이동통신의 토대 셀룰러 방식

라디오의 경우 동일한 주파수대라 해도 서울에서는 서울 방송이, 강릉에서는 강릉 방송이 나온다. 즉 동일한 주파수라도 사용 지역에 따라 송신출력을 조정함으로써 다른 지역까지 전파가 전달되지 않는 것이다. 셀룰러 방식이란 바로 이처럼 서비스 지역을 여러개의 셀로 나누고, 셀마다 인접한 셀과 달른 주파수가 할당된 무선기지국을 설치해 주파수를 재사용하는 방식이다.

이 방식이 개발되기 전까지는 한 지역 서비스는 고출력의 단일 기지국에 의해 제공됐기 때문에 할당된 주파수 내에서 가입자가 일정 수준에 이르면 더 수용할 수 없었고, 단말기의 부피도 매우 커 주로 차량용 이동전화로 한정 돼 사용됐다.

그러나 셀룰러 방식은 한정된 이동전화용 주파수 내에서 더 많은 가입자를 수용할 수 있으며, 전파가 미치지 않는 지역에도 주파수가 다른 무선기지국을 설치해 통화할 수 있다. 각 셀의 무선기지국은 유선이나 무선으로 각 이동전화 교환국에 연결된다.

위성이동개인휴대통신(GMPCS) 1천3백개 위성 지구 뒤덮어

TV중계 등에 사용되는 정지궤도위성은 3만6천km상공에 떠 있다. 이를 이용해 통신을 하려면 현재의 이동전화기보다 매우 크고 무거운 단말기를 가지고 다녀야 한다. 그러나 GMPCS는 이보다 낮은 저궤도나 중궤도 상공에 위성을 띄우기 때문에 그만큼 위성과 지구표면이 가까워 휴대용의 작은 단말기를 사용해도 서비스가 가능하다. 전파가 위성까지 갔다오기 위해 발생하는 통화지연도 사라진다.

또한 이동전화는 통화 가능지역이 기지국이 설치된 지역으로 한정되지만 GMPCS는 단말기에서 바로 위성으로 전파를 쏘아 통신이 이루어지기 때문에 전세계 어디서든 언제라도 송수신이 가능하다. 음성 외에도 데이터, 팩스, 무선호출, 위치확인 등 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
대표적인 시스템으로는 이리듐, 글로벌스타, ICO, 오딧세이 등이 있는데, 총 66개의 위성 발사를 계획하고 있는 이리듐이 올 5월 6일 전 GMPCS 가운데 처음으로 제 1호를 쏘아올렸다. 여기에는 지분 참여로 우리나라의 이리듐 영업권을 가진 SK텔레콤이 참가했다. 한편 GMPCS업자들이 모두 위성을 쏘아올리는 20세기말에는 1천3백여개의 위성이 지구 상공을 뒤덮을 것으로 보인다.

이동통신 관련 연표

1838 미국 모르스. 무선전신 기술 발명 특허 획득
1844 모르스. 워싱턴에서 볼티모어로 첫 전신 송출
1876 미국 그레이엄 벨. 전화 특허 획득
1888 독일 헤르츠, 무선실험 통해 전파 실제증명
1896 이탈리아 마르코니 무선 전신기 발명
1900 마르코니 대서양 횡단 무선전신실험 성공
1921 미국 디트로이트 경찰국 순찰차에 이동 라디오 장착한 이동통신 서비스 개시.
1946 미국 세인트루이스에서 6명이 동시에 통화 가능한 수동접속식 이동전화서비스 개동
1962 첫 위성통신 텔스타 발사
1964 미국AT&T. 교환수 도움 없이 변경 3백km 커버하는 단일 기지국 이동전화 서비스 개시
1978 미국AT&T, 시카고에서 2천명 가입자 상대로 아날로그(AMPS)방식의 서비스 실용화
1979 일본, 상용 셀룰러 서비스 가동
1989 스웨덴 에릭슨사, 디지털 TDMA기술 제안 미국 퀼콥사, CDMA기술 개발 착수.
1992 미국 퀼콤사, CDMA 표준화 획득
1996 한국이동통신(현SK텔레콤), CDMA상용화

이동통신이 사용하는 주파수

이동통신은 기본적으로 전파를 이용하는 무선통신이다. 공간에 널리 퍼져 있는 전파는 눈에 보이지 않으며, 귀에 들리지도 않는다. 만약 전파가 눈에 보이거나 귀에 들린다면 우리는 이리저리 무수히 날아 다니는 전파로 눈이 뱅뱅 돌아버릴 것이며, 고막이 성한 사람도 없을 것이다.
주파수는 파장에 따라 각기 지닌 전파의 특성을 통신 등에 이용하기 위해 진동수를 기준으로 정한 이용자들의 약속이다. 주파수가 낮다고 해서 지상으로부터 낮은 쪽에 있고, 높다고 해서 지상으로부터 높은 층을 날아다닌다는 뜻은 아니다. 전파는 파장에 따라 초장파, 장파, 중단파, 단파 초단파, 극 초단파등으로 나뉘는데, 이는 인위적인 구분일 뿐 연속적으로 존재한다.

우리나라 전파법에서는 '인공적인 유도없이 공간을 전파하는 3천GHz이하 주파수의 전자파'로 전파를 규정하고 있다. 이동통신은 1백MHz이상의 주파수 대역중 방송용을 제외한 초단파와 극초단파 영역을 광범위하게 이용한다. 현재 무선통신사업자가 사용하는 주파수는 1백, 3백, 8백MHz와 1.8GHz대역에 집중돼 있다.

주파수는 전파가 서로 혼신을 피하고 효율성도 높이기 위한 도로에 비유할 수 있다. 이는 치종마다 지정된 차선만을 다니도록 한 것과 마찬가지다. 도로에는 차선이 그려져 있다. 그리고 자동차들은 각각 지정된 차선을 달려야 한다. 주파수도 무선통신의 소통을 혼란없이 차선의 역할을 한다.

이동통신의 역사는 낮은 주파수대역에서 높은 주파수대역을 이용하는 방향으로 진보됐다. 미국이나 유럽에서 자동차용 전화가 처음 등장했을 무렵에는 1백50MHz대를 이용했으나, 곧 용량이 부족해짐에 따라 4백50MHz대로 옮겨졌다. 또 8백MHz대를 사용하는 휴대전화가 늘어나는 가입자를 수용할만한 대역을 확보하지 못하자 새로이 1GHz이상의 주파수대를 개척했다. 새로운 무선통신 시스템을 도입할 때는 먼저 빈 주파수를 이용하든지. 새로운 고주파수대를 개척해야 한는 것이다.

주파수가 낮으면 멀리까지 전파가 미치지만, 주파수가 높아지면 멀어질수록 힘이 약해져 도달거리가 짧아진다. 그러나 높은 주파수는 신호를 보내는데 필요한 주파수 대역을 넓힐 수 있다는 이점이 있다. 또한 높은 주파수는 멀리까지도 달하지 않는다는 성질을 거꾸로 이용하면 조금 떨어진 곳에서는 같은 주파수를 재사용. 별도의 통신에 사용할 수 있다.