2G 기술의 등장 : GSM의 이해(ft.통신사 면접 꿀팁)

모바일 이동 통신 기술이 아날로그에서 디지털로 변화되며 2G가 세상에 등장하게 됩니다. 통신 산업은 2G 기술의 등장과 함께 괄목할 만한 성장을 이루었는데요. 통신사들을 향상된 음성 품질과 데이터 전송 기능을 제공할 수 있었고 이는 모바일에 대한 고객들의 가입과 사용량의 급격한 증가로 이어졌습니다.

디지털 이동 통신의 등장은 더 고도화된 모바일 장비에 대한 수요를 창출했습니다. 한국과 미국의 모바일 단말 제조업체들은 2G망과 호환되는 모바일 장치 개발을 시작하였고 이는 휴대전화의 기능 강화에 일조하였으며 스마트폰 혁명의 토대가 되었습니다.

또한, 모바일 서비스가 시작되었습니다. SMS(Short Messaging Service), 모바일 인터넷 브라우징, 모바일 콘텐츠 등 다양한 서비스가 등장하기 시작합니다. 이 서비스들의 등장은 기업과 소비자를 잇는 새로운 컨텐츠와 채널들을 마련하였고, 새로운 시장의 시작을 알렸습니다.

2G 기술 원리

GSM(Global System for Mobile Communications)

GSM(글로벌 모바일 통신 시스템)은 2G 네트워크의 본질적인 기술입니다. GSM 아키텍처라고도 부르는데요, 해당 아키텍처의 물리적인 구성은 아래 이미지를 참고하여 자세하게 설명해보겠습니다.

2G 기술 : GSM Architecture은 모바일 단말에서 기지국, 기지국에서 스위치센터로 연결됩니다.
GSM Architecture

Base Station은 기지국입니다. 기지국은 셀 타워라고도 하며 모바일 단말과 신호를 송수신하는 역할을 합니다.
RF 엔지니어링을 하거나, 통신사 취업을 준비하시는 분이라면 상식적으로 알고 계셔야 하는 내용인데요, 우리나라 건물 옥상에 보면 SKT, KT, LG안테나가 200-500m 간격으로 무조건 있는 것을 확인할 수 있습니다. 해당 안테나들은 기지국의 신호를 외부로 방사하는 역할을 하며, 우리핸드폰의 신소세기는 해당 안테나와 핸드폰간의 송수신 환경 상태를 뜻합니다. 따라서 이 기지국들은 물리적인 “지역”을 셀단위로 나누어 전략적으로 배치됩니다. 수도권의 경우 조금더 촘촘하게, 농촌의 경우 조금더 간격이 넓게 배치되겠죠?

해당 기지국들은 스위칭센터와 전용선, 즉 광케이블로 연결이 되어있습니다. 이때부터는 통신사의 전통적인 “유선”구간이라고 칭하는데요, 이 스위칭센터(모바일 스테이션)은 기지국과 통신하여 연결을 설정하고 인터넷 네트워크에 엑세스합니다. 또한 모바일 장치와 외부 네트워크 간의 음성, 데이터 트래픽을 관리하는 중앙 허브의 역할을 수행합니다.

GSM은 데이터를 송수신하는 과정에서 GMSK(Gaussian Minimun Shift Keying)라는 코딩방식을 사용합니다. GMSK 변조 기술을 활용하여 2G네트워크의 성능을 보장합니다. 이 코딩 방식은 송수신 과정에서 수신측 디코딩이 용이하도록 수신측에서 인코딩 하는 방식이다. 정도만 알고계시면 될 것 같습니다.

2G 주파수(Frequency)

한국은 850MHz, 1800MHz를 사용하고 미국은 850MHz 및 1900MHz 대역을 사용하고 있습니다. 이런 국가별 주파수 대역은 최적의 네트워크 커버리지와 효율적인 스펙트럼 활용을 보장하기 위해 국가단위로 결정합니다.
하지만 기술 특성상 비슷한 대역의 주파수를 사용하는 것을 확인할 수 있으며, 이 규격은 3GPP에서 확인할 수 있습니다.
(추천할만한 글 : 3GPP의 등장 배경과 목적)

2G 성능지표 : SINR, RSRP

2G뿐 아니라 3G, LTE, 5G등에 모두 적용되는 중요한 지표입니다.

RSRP는 Radio Signal REference Power의 약자로, 모바일 단말기에 수신되는 신호의 강도를 평가하는 지표입니다. RSRP는 신호 품질과 통신에 대한 신뢰성을 보장합니다. “RSRP가 세면, 안테나의 파워를 강하게 받고있다”라고 생각하면 됩니다.

SINR(Signal-to-interference-plus-noise ratio)은 말그대로 신호대비 간섭, 노이즈 비입니다. 이 지표는 무선 환경에서 얼마나 많은 주변 소음들이 발생하고 있는지를 의미합니다. 조금 쉽게 RSRP와 SINR에 대한 예시를 들어보겠습니다.

(SKT, KT 등 통신사 무선 인프라 분야 단골 면접 예상 질문입니다. > 아래 정도로만 답변할 수 있으면.. 실무진 면접은 프리패스 예상합니다.)

  • RSRP가 높고, SINR이 낮은 지역은 어떤 환경일까요?
    : 수신되는 세기가 강하나, 주변 간섭이 심한것으로 보임. 하지만 SINR이 낮더라도 RSRP가 워낙 센 경우는 일반적으로 통신에 지장이 없음. 다만 SINR이 낮기에 주변에 또 강한 안테나로 핸드오버가 발생할 수 있으며, 이 과정에서 통신에 딜레이가 생길 수 있음.
  • RSRP가 낮고, SINR이 높은 지역은 어떤 환경일까요?
    : 주변에 안테나가 많이 없는 지형임. 일반적으로 농촌들이 이런 품질이 많이 발생하는데, 한 기지국이 넓은 반경을 커버하고 있음을 의미함. 다만 이 경우 기지국의 커버리지가 넓다보니 정해진 용량보다 더 많은 데이터 수요가 있어 품질에 영향이 갈 수 있음.

2G 기술 표준(3GPP 릴리즈)

3GPP는 이동 통신의 글로벌 표준을 수립하는 기구입니다. 자세한 내용은 3GPP 공식 홈페이지에서 확인이 가능합니다.
한국과 미국 3GPP Rel99를 참고하여 2G 서비스를 오픈했습니다. 이 릴리즈는 GSM Evolution(EDGE)를 위한 향상된 데이터 전송 속도를 구현하여, 더 빠른 검색과 향상된 멀티미디어 경험을 제공합니다.

이후의 3GPP Release 4부터는 MMS(Multimedia Messaging)에 초점을 맞추어 릴리즈가 배포됩니다. 해당 릴리즈는 향상된 기능을 통해 사용자 통신의 안전성과 무결성을 보장하였습니다. 또한 Release 7에서는 네트워크 효율성을 향상하여 데이터 전송률과 전반적인 사용자 환경을 향상시켰습니다.

이상으로 2G의 주파수대역, 코딩방식, 한국과 미국에서의 주파수 차이, GSM에 대한 포괄적인 소개를 마치겠습니다. 3G, LTE, 5G, 그리고 대망의 6G에 대한 분석글이 이어집니다. 😄

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