1. 이동통신 개요

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1. 이동통신 개요

 이동통신의 정의는 아래와 같다.

 "사용자가 단말기를 통해 음성이나 영상, 데이터 등을 장소에 구애받지 않고 통신할 수 있도록 이동성이 부여된 통신 체계를 말한다."[1]

 말 그대로 제약이 존재하는 유선과 달리 무선으로 자유롭게 셀 안에서 이동하며 서비스를 제공받는 형태의 통신 체계를 의미한다. 여기서 언급하는 셀은 기지국을 의미한다. 기지국은 무선으로 단말기와 통신하는 이동통신 구성요소를 의미한다. 4G까지는 단말기가 단순히 음성을 넘어서 데이터 등 인터넷을 통해 통신을하는 기술을 구현하게 됐는데, 음성만 연결되던 세대부터 데이터까지 연결가능한 4G의 변화에 대해서 간단히 짚어보도록 하겠다. 이 과정에서 이동통신의 통신 원리에 대해서도 같이 언급하도록 하겠다.

 

2. 음성통신(~1G)

Fig1. 1G 통신 구조

 전화기의 기본 원리는 전화선 연결을 통해 음성을 전달하는 내용이다.

예를들어서 A가 B에게 전화를 건다면, 이 신호가 교환국에 전달이되고, 교환국에서는 B의 위치를 파악해 해당 교환국에 연결하여 A - 교환국(들)(MSC, Mobile Switch Center) - B로 회선을 연결하는 방식으로 통신을 했다.

 즉, 이당시의 모바일 서비스라는 것은 음성의 전달을 의미하는 것이다. 여기서 단말기는 교환국과 무선으로 통신하며, 기지국간에서는 유선으로 연결이되는 형태이다.

 

3. 데이터 통신(~3G)

 전화기에서 2가지 변화에 의해 데이터 통신이 가능하게 된다.

 1) 패킷 교환으로 전환

  *데통 및 네트워크에 대해서 아시는 분은 넘어가셔도 무방합니다.

Fig2. 교환 방식

  해당 그림들은 블로그[2]에서 인용한 그림

  통신 방식을 의미하며, 이전 교환 방식은 회선 교환(Circuit Switching)으로 1:1로 연결된 방식을 의미한다. 이전에 종이컵과 실로 연결해 음성을 전달하는 놀이로 이해하면 쉽다. 지금의 방식과의 큰 차이점은 1:1로 연결되어있으므로 다른 통신에 대해서 수신할 수 없다는 차이점이다.

Fig3. 패킷

 반면에 패킷이란, 데이터를 작은 단위로 나눠서 순차적으로 보내는 방식을 의미하며, 패킷의 장점은 멀티가 가능해진다는 점이다. 이동통신 역시 패킷을 이용함으로써 무선자원의 할당, 연결 등에서 장점을 취할 수 있다.

 

 2) 인터넷 연결

  위에서 언급한 단말 - 교환국 - 단말 연결형태는 음성을 의미한다.

  반면에, 인터넷이 연결되기 위해서는 게이트웨이와 인터넷이라는 구성요소가 필요하다.

Fig4. 기본 이동통신 구조

  위 그림이 바로 기본 이동통신 구조이다. 간단하게 말해 단말기와 인터넷이 연결되기 위해 BS, G가 속해있는 RAN, CN을 거치는 모습이다.

  먼저 용어에 대해서 정의하도록 하겠다.

항목	설명
UE(User Equipment)	단말기
RAN(Radio Access Network)	무선망. 단말기와 코어망을 연결해주는 역할. 기지국 외에 여러 요소가 있음
BS(Base Station)	기지국. 실질적으로 무선 통신을 통해 단말기와 코어망을 연결해줌
CN(Core Network)	코어망. 실질적으로 서비스를 제공하고 데이터를 처리하는 역할을 함. 게이트웨이 외에 HSS, 인증 등 여러 가지 요소가 있음
SG(Serving-Gateway)	단말 관리 기능을 주로하는 게이트웨이
PG(PDN-Gateway)	인터넷 처리 기능을 주로하는 게이트웨이
PDN(Packet Data Network)	인터넷으로 생각해도 무방함

   간단히 설명하면 위와 같지만, 실질적으로 이동통신의 서비스를 모두 담지 않았으므로 정확한 설명이 아니다. 예를들어 SG에서는 HSS를 통해 단말기의 실제 번호(IMSI, 주제와는 관련이 없으므로 언급만함), TMSI(마찬가지), 위치 등을 업데이트해서 핸드오버를 다뤄주는 등 여러 가지 역할을 하고 PG에서는 더욱 많은 처리. 인증, 보안 등을 다루지만, 본 카테고리는 5G 이해를 위한 연결에 초점을 맞추고있으므로 제대로 알고싶다면 이동통신에 대해서 따로 공부를 해야한다. 

 

 결국 단말기가 인터넷과 연결되기 위해서는 RAN, CN을 거쳐야하며, 그 안에서도 기지국, 게이트웨이와의 통신을 통해 서비스가 처리된다. 여기서 의미하는 서비스는 SNS, 영상, 게임 등을 의미한다.

 게이트웨이는 서로 이종간 통신을 지원하기 위한 네트워크 장비인데, 프로토콜이 다르면 데이터를 이해할 수 없으므로  해석해주고, 데이터 전송 순서 등을 조정하는 장비이다. 간단히 말해서 영어로 들어온 메시지를 프랑스어로 번역해서 메시지의 본 뜻을 전달할수 있도록 돕는 역할이라고 할 수 있다.

 

 그리고 가장 중요한 이동통신의 특징은 무선 자원을 할당한다는 점이다. 이 역시 이동통신에 대해서 제대로 공부를 해야하는데, 간단히 말하자면 통신을 하기위해서는 자원이 필요하고, 통신사가 이 자원을 적절히 할당하는 방식으로 진행이 된다. 만약 자원을 많이 준다면 그만큼 처리되는 데이터가 많기 때문에 처리량이 높아지는 거고, 합법적인 사용자가 아니거나 예정된 자원을 모두 사용한다면 자원을 끊음으로써 서비스를 이용못하게 하는 방식으로 진행된다.

 

4. 결론

 기본적인 이동통신에 대해서는 이정도만 다루면 이후 내용을 이해할 수 있다.

 1) 음성 통신

 2) 데이터 통신

 위 두 항목의 원리에 대해서 이해를 했으며, 데이터 통신을 위해서는 단말 - 무선망 - 핵심망 - 인터넷의 구성요소를 통해 연결이돼야한다.

 

5. 인용 사이트

[1]- 위키백과, https://ko.wikipedia.org/

위키백과, 우리 모두의 백과사전

[2]- 회선교환과 패킷교환, https://needjarvis.tistory.com/