I-2. 셀룰러 이동통신 시스템

I-2. 셀룰러 이동통신 시스템

셀룰러 이동통신은 통신 응용 분야에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나이다. 현재 세계적으로 이동전화 가입자는 지속적으로 증가하고 있으며 일부 국가에서는 이미 유선전화보다 이동전화의 가입자가 더 많아지는 현상이 나타나고 있다.

 

 
이동전화의 보급률이 높아질수록 필연적으로 대두되는 문제는 한정된 주파수 자원으로 어떻게 하면 보다 많은 가입자에게 서비스를 제공하는가의 문제이다. 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위한 방법에는 여러 가지 기술이 있는데 대표적인 것으로 TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access) 등의 다중접속 방식이 있다. 셀룰러 방식 역시 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 고안된 것이다. 그렇다면 셀룰러 이동통신 방식이 어떻게 주파수 사용의 효율성을 높이는지 알아보자.
셀룰러 이동통신 방식에서는 서비스 영역(Service Coverage)을 작은 셀(Cell)로 지역적으로 구분하여 서비스를 제공한다. 즉, 여러 개의 셀이 모여서 전체 통신망을 구성한다. 셀은 보다 쉽게 설명하면 기지국 하나가 커버하는 지역이라고 볼 수 있다.

 

 

예를 들어, 어떤 이동통신 서비스를 위해서 주어진 총 주파수 대역폭이 15MHz(=15000KHz)이고, 각각의 통화 채널 대역폭이 30KHz라면, 구할 수 있는 총 통화 채널 수는 (전체 주파수 대역폭 / 통화 채널 1개의 대역폭)이므로 15000KHz / 30KHz = 500개가 된다. 이 500개의 채널을 이용하여 인접된 두 지역에 이동통신 서비스를 제공한다고 가정해보자.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 두 서비스 지역인 가)와 나)가 인접되어 있으므로 각각의 지역에서 500개씩의 채널은 사용할 수가 없고 가)지역에 250개의 채널, 나)지역에 250개의 채널을 할당할 수 있다. 만약 가)와 나) 지역에서 동시에 500개씩의 채널을 사용한다면 두 지역이 겹치는 지역에서는 간섭으로 인하여 통화를 정상적으로 할 수 없게 된다.

 

 

이번에는 가) 지역을 7개의 셀로 나누고 나) 지역도 마찬가지로 7개의 셀로 나누었을 경우를 가정해보자. 이렇게 되면 각 셀에서 사용할 수 있는 채널의 수는 전체 할당 가능한 채널 500개를 7로 나눈 수, 약 71개의 채널이 할당된다. 그러면 총 사용 가능한 채널의 수는 가)지역에서 71 * 7 = 497개, 나)지역에서 71 * 7 = 497개로 모두 994개가 된다.

 

 

위 그림에서와 같이 가)지역과 나)지역을 셀로 나누었을 경우에는 가)와 나)에 동시에 같은 채널을 할당할 수 있게 되는데, 그 이유는 동일한 채널을 사용하는 셀간의 거리(A와 A' 사이의 거리)를 충분히 멀리 하면 간섭이 발생하지 않기 때문이다. 즉 거리가 멀어질수록 전파의 힘이 감소하는 성질을 이용하여 주파수를 재사용하는 것이 셀룰러 이동통신 방식의 핵심이다.

 

앞의 예에서 볼 수 있듯이 서비스 지역을 셀로 나누지 않았을 경우에는 15MHz로 총 500개의 채널만 이용할 수 있었지만 셀로 나누었을 경우에는 994개로, 채널 용량이 약 2배 증가하였다. 즉, 서비스 영역을 셀이라는 지역적 단위로 분할하면 채널 용량이 증대됨을 알 수 있다. 만약 서비스 커버리지 내에 셀의 수가 늘어날수록 채널 용량이 증가한다면, 계속 셀의 크기를 줄여 셀의 수를 늘리면 되지 않겠느냐는 의문을 가질 수도 있다. 그러나 셀의 반경을 계속 줄여 나가게 되면 셀간의 간섭으로 인해 통신 품질이 저하되므로 셀의 반경은 무한정 줄일 수는 없다.

 

셀룰러 이동통신에서 가장 중요한 것 중의 하나가 바로 핸드오프(Handoff, Handover로 불리기도 함)인데 핸드오프는 셀과 셀간을 이동할 때도 통화가 끊기지 않고 연결되도록 하는 것을 말한다. 아날로그 셀룰러 이동통신에서는 통화가 연결되기 전에 일시적으로 통화가 끊겼다가 다시 연결되는 하드 핸드오프(Hard Handoff) 방식을 사용했고, CDMA 디지털 셀룰러 이동통신에서는 통화가 완전히 연결된 이후에 이전 통화를 끊는 소프트 핸드오프(Soft Handoff) 방식이 사용된다. GSM(Global System for Mobile Communication) 및 TDMA 방식에서는 아날로그 셀룰러 이동통신과 마찬가지로 하드 핸드오프 방식이 사용된다.