무선 통신의 역사

무선통신의 역사 & 현재 기술

무선통신의 과거

• 고대 통신 수단: 연기 신호, 깃발, 헬리오그래프 등
• 1794: Optical Telegraph
• 전자기파의 역사
  • 1831: Faraday - 전자기 유도
  • 1864: Maxwell - 전자기장 이론
  • 1880s: Hertz - 전자기파 실험
• 1901 : 대서양 횡단하는 전자파 (무선 수신)
• 1924 : 최초의 무선 라디오 전화기

3. Early Cellular Systems

1세대 (Analog)

• AMPS: FDMA 방식, 30KHz FM 음성 채널
• 1983: 시카고에서 최초 상용화
• FCC(통신 연방 위원회) : 주파수 할당 40 → 50MHz (DL/UL 각 25MHz)

2세대 (Digital)

디지털 : error에 유용, 정보량은 analog보다 작음.

• 1991: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecom)
• 1992: GSM 도입 (독일, 900MHz, 124채널) - mobile
  • 자동 위치 추적, 핸드오버, 유럽 내 로밍 지원
  • 데이터: 9.6kbps, 팩스, 음성 등 지원

Wireless LAN 및 GSM의 발전

• 1996: HiperLAN (23.5Mbps, 5GHz)
• 1997: IEEE 802.11 (2.4GHz, 적외선 포함) WIFI의 기준
• 1998: UMTS 제안, Iridium 위성통신
• 1999: 802.11b (11Mbps), Bluetooth (<1Mbps), IMT-2000 논의
• 2000: GSM with higher data rates
  • HSCSD : 회선 기반 / GPRS : 패킷 기반 / EDGE : 데이터 속도 향상

3세대 (IMT- 2000)

• 2세대 서비스에서 video calls, mobile TV 서비스 추가

• 2001: 3G 시작

  • 한국: cdma2000
  • 유럽: UMTS
  • 일본: FOMA (UMTS 유사)

중요

WPAN < WLAN < WMAN

1. WPAN : Wirelss Personal Area Network

IEEE 802.15.x 에 해당

• IEEE 802.15.1 : Bluetooth (개인 간 근거리 무선 통신)
• IEEE 802.15.3 : WiMedia(High-Rate WPAN) 고속 데이터 전송
  • USB를 무선으로 보낸다고 생각하면 될 듯
• IEEE 802.15.4 : Low-Rate WPAN 저전력, 센서 / IoT
  • 대표적 예시 : ZigBee

1. WLAN : Wireless Local Area Network

IEEE 802.11 : Wi-Fi : 가정/사무실 무선 네트워크

1. WMAN : Wireless Metropolitan Area Network

IEEE 802.16 : WiMAX : 도시 규모의 무선 네트워크

무선 기술 연대표

• 1세대: AMPS, NMT 등 (아날로그) - FDMA
• 2세대: GSM, CDMA 등 (디지털) - TDMA
• 3세대: 음성+데이터 통합 - CDMA
• 4세대: LTE/WiMAX (IP 기반 통신)
• 주요 연도:
  • 1983: AMPS
  • 1992: GSM
  • 2001: IMT-2000
  • 2000s: LTE
• 서킷 기반 : cellular phone, satellites
• 패킷 기반 : cordless phones, wireless LAN

3G LTE (Long-Term Evolution)

• 목표 속도: DL 100Mbps, UL 50Mbps
• 기반 기술: OFDM, OFDMA, MIMO

OFDM : CDMA 에서 발전

OFDMA : 효율적

MIMO(Multiple Input Multiple Output) : 신호가 제일 좋은 것 선택

• EV-DO Rev.C: 최대 DL 200Mbps, UL 45Mbps 예상 (20MHz 대역)

• 3GPP (3G Partnership Project)

  • 통신사들이 표준화하는 단체

4G (IMT-Advanced 기준)

• 2009: ITU-R, 4G 요건 제시
  • 고속 이동: 100Mbps
  • 저속/고정: 1Gbps
• 초기 4G (LTE, WiMAX)는 요건 미달이나 ‘4G’ 명칭 사용
• 2010: ITU, 향후 IMT-Advanced 대응 기술로 인정

5G: 초고속, 초저지연, 초연결

5G 이동통신 기술

아주 빠르게(고속), 실시간(초저지연)으로 대용량 데이터와 모든 사물을 연결(초연결) 시키는 4차 산업혁명 핵심 인프라

3대 핵심 요소

• eMBB: Enhanced Mobile Broadband (초고속)
  • 고주파대역의 사용
• mMTC: Massive Machine Type Communications (초연결)
  • IoT (사물인터넷)의 등장
• URLLC: Ultra Reliable & Low Latency Communications (초저지연)

5G의 한계 : 너무 주파수가 고주파라서 연결이 끊길 때가 있음.

Mobile Communications 요약

세대	방식	특징	속도
1G	Analog	음성 전용	수 kbps
2G	Digital (GSM/CDMA)	문자/데이터 시작	~64 kbps
3G	WCDMA/CDMA2000	영상통화, 모바일TV	~2 Mbps
4G	LTE/WiMAX	IP 기반 데이터 중심	~100 Mbps
5G	NR (New Radio)	초저지연, 초연결	~10 Gbps

• 5G의 목표 : 촉감 인터넷 (아직은 안되고 있음.)

6G (Goal : 2030)

• AI-native, 초공간 통신
• 테라헤르츠 대역 사용 가능성
• 실시간 홀로그램, 실감형 XR 지원
• 중점 분야 : 초성능, 초대역, 초공간, 초정밀, 초지능, 초신뢰

NTN (Non-Terrestrial Network)

• 위성 통신 유형:
  • LEO: 저지연, 저고도
  • MEO: 중간 지연
  • GEO: 고지연, 고도 36,000km

GEO : 광역(3개만 존재) 지구의 자전과 같은 속도

• 지상망(TN)과 위성망(NTN) 통합 필요