CDMA란 대역확산(Spread Spectrum)기술을 활용하여 전체 대역 내에서 각각의 정보를 측정부호 및 시간차이로 분할하여 보내고 수신쪽에서도 전체대역 내의 많은 정보 중 송신시 사용된 것과 동일한 부호와 시간 차이를 갖는 정보만을 골라내어 원래 신호를 재생해 내는 방식을 말합니다.
CDMA는 동일한 주파수를 많은 셀에서 사용할 수 있으며, 타방식보다 간섭이 적고, 통화자가 침묵하고 있는 시간 동안 전송을 중지 함으로써 아날로그 방식보다 수용 용량을 많이 늘릴 수가 있습니다. 아래의 하태숙 박사의 설명 예를 보면 이해가 잘 될 것입니다.
1.1.2 CDMA의 시작과 이동통신 개요
1.1.2-1 CDMA의 시작
이동통신 사용자가 급증하게 따라 서비스 제공 업체들은 주파수 자원 문제에 직면하게 되었는데, 미국의 벤처 기업인 퀄컴사는 세계통신업계에 89년 초 새로운 제안을 했습니다. 1950년대부터 군용 및 위성통신에 쓰이던 대역확산(Spread Spectrum) 통신방식을 디지털 셀룰라 서비스에 응용할 수 있다는 연구결과를 발표한 것이었습니다.
90년 초반 우리나라뿐 아니라 미국, 유럽, 일본 등 세계 각국에서는 디지털 방식의 이동전화 개발이 본격적으로 진행되기 시작했는데 미국, 일본과 유럽 등 대부분은 이미 TDMA(Time Division Mutiple Access)방식으로 개발을 한창 진행 하고 있었고 뒤늦게 디지털 이동통신 사업을 시작한 우리나라는 미국의 일부 통신업체와 함께 CDMA(Code Division Mutiple Access) 방식을 채택하게 된 것이지요.
퀄컴이 CDMA방식의 디지털 이론을 발표했을 당시에는 일부에서 정교한 송신출력제어의 어려움과 통화절차의 복잡성 등을 이유로 상용 가능성을 부정했지만 CDMA이론이 제시하는 아날로그 대비 10배 가량의 용량증대 (TDMA의 경우 3~4배 정도라고 합니다.) 와 고품질의 음 질, 보안성 보장 등의 매력은 이후 AT&T, Motorora, NYNEX, Northerntelecom등 세계의 통신업체들의 주목을 끌게 되었습니다.
1.1.2-1.1 한국의 경우 CDMA
우리나라의 경우는 통신 방식을 정할 당시, CDMA가 아직 어느나라 에서도 상용화 된 적이 없었던 기술이었기 때문에 이것을 상용화하는데 성공할 경우 기술자립을 성취할 수 있다는 점이 그 무엇보다 중요한 요소로 작용했다는 말도 있습니다. 물론 21세기 정보통신 서비스에 가장 적합하다는 근거도 있었습니다만...
1993년 ETRI 주도로 CDMA시스템 개발에 착수하게 되었고 1996년 1월 1일 SK Telecom이 세계 최초로 상용화에 성공했다고 합니다. (LG정보통신도 "세계 최초로 CDMA 상용화에 성공"이라는 말을 자주 쓰는데...서비스는 SK-텔레콤이 먼저 시작했는데...누가 먼저인지 정확히 모르겠군요.)
우리 나라가 CDMA를 세계 최초로 상용화한 경위가 웹페이지에 있어서 아래에 옮겨두었습니다.
"1991년 4월에 ETRI와 퀄컴간 CDMA 공동 개발을 추진하기로 합의하였다. 1991년 8월에 ETRI와 퀄컴사간 제1단계 공동 개발에 착수하고, 1992년 7월에 제2단계 공동 개발을 추진하였다. ( 소문에 의하면? 이 당시 우리나라가 돈이 좀 있었더라면 퀄컴이라는 회사를 살 수 있었을 지도 모른다고 하더군요. 당시 퀄컴은 별로 알려지지도 않은 벤쳐회사였고, ETRI는 여기다 투자를 했었는데...)
그 해 12월에 ETRI가 삼성·LG·현대·맥슨 등의 4개사를 상용 시스템 공동개발업체로 선정하고 기술 개발을 추진하였다. 1993년 6월에는 이동전화 신규사업자(신세기통신)의 통신방식이 CDMA로 결정되었다. 그 해 8월에 퀄컴과 국내 업체간 기술실시계약을 체결하였으며, 11월에 CDMA 방식의 기술기준을 제정하였다. 1995년 2월에 삼성전자가 1차 상용시험(108항목)을 완료하였다. 그 해 11월 정보통신부는 공청회를 거쳐 한정된 연구개발 능력을 고려할 때 복수표준보다 단일표준이 바람직하다는 결과를 토대로 PCS 기술표준을 CDMA로 결정하였다. 1996년 1월 마침내 SK 텔레콤이 인천,부천지역에서 CDMA 상용 서비스를 시작하였다. "
98년 12월말 현재 한국의 CDMA 셀룰러/PCS 가입자수는 1천 350만명을 초과하여 불과 2년 남짓한 기간동안 전세계적으로 가장 큰 CDMA망을 이루고 있다. 올 해 (1999) 4월까지의 가입자수가 1천 800만에 육박하고 있다고 한다. 1999년 9월 가입자 수가 2000만을 넘어섰다.
한국은 세계 최초로 CDMA 방식을 상용화시킨 기술력과 세계 최대의 CDMA 가입자들에게 다양한 서비스를 제공하는 세계 최고의 운용능력을 확보하고 있다. 이와 같은 한국의 기술력과 운용능력은 CDMA분야에서 세계 최고수준의 전문적인 인력이 그만큼 풍부하다는 것을 의미한다.
1.1.2-1.2 한국의 CDMA 기술력과 외국 기업들의 투자(출처가 생각이 안 나는군요.)
한국은 세계 최초로 CDMA 방식을 상용화시킨 기술력과 세계 최다의 CDMA 가입자들에게 다양한 서비스를 제공하는 운용 능력을 확보하고 있다. 한국은 기지국과 단말기간 접속기술만 퀄컴사가 보유한 특허기술을 사용하였을 뿐 대부분의 기술은 자체 확보한 것으로, CDMA 교환기는 한국의 TDX 교환기를 활용하였다. 기지국의 경우 퀄컴의 무선접속기술을 제외한 시스템설계기술,제어기술, RF기술, 주파수간 핸드오프기술 등 대부분의 기술은 자체 개발하였다. 또한 단말기도 퀄컴사의 무선접속기술을 제외한 저전력화, 소형·경량화 기술을 자체 개발하였다. 한국은 세계 최대 규모의 CDMA 가입자를 수용하여 안정되고 신뢰성 있는 시스템을 운영하면서 데이타 서비스, 음성사서함 서비스 등 다양한 응용 서비스 및 운용기술을 개발한 노하우를 보유하고 있고,망운용기술과 과금기술 등은 이미 노텔이 자신의 GSM망에 이식하려 할 정도로 고도화되어 있다. 한국이 보유한 CDMA 장비 및 운용기술로 인해 한국의 경제 위기에도 불구하고 선진 외국 통신업체들의 투자 움직임은 오히려 가속화되고 있다. 세계 유수의 이동통신 장비업체인 모토롤라가 CDMA 단말기 전문제조업체인 어필, 팬택, 텔슨 등 3개 업체에 6,100만불을 주식 취득 및 지급보증의 형태로 국내에 투자하였다. 한편, 캐나다의 BCI와 미국의 AIG는 한솔PCS에 2억 6천만불을 투자하기로 1998년 9월에 합의하였으며, 영국 BT도 LG텔레콤에 4억불을 투자하기로 동년 10월에 합의하였다. 한국의 CDMA 관련 업체에 투자하는 외국 기업들은 CDMA 방식의 급속한 성장 전망에 입각하여 CDMA 단말기 제조기술과 서비스 운용 능력을 확보하려는 것으로 보인다.
1.1.2-2 개요
(다음은 한양대학교 하태숙 박사의 CDMA에 관한 설명에 덧붙인 것이다.)
코드분할 다중접속방식(CDMA : Code Division Multiple Access)을 FDMA나 TDMA와 비교하기 위해서 다음과 같은 경우를 예로 들었다.
어떤 모임 장소에서 여러 사람이 보여서 이야기를 하고 있다. FDMA 방식은 모든 사람이 같은 언어를 사용하고, 모임 장소를 이야기를 할 수 있도록 작은 구역으로 나누어논 각각의 대화실에 차례를 기다렸다가 들어가서 이야기를 하는 것이다. TDMA 방식은 역시 같은 언어를 사용하지만, FDMA 방식과는 다르게 모든 사람이 같은 장소에 모여서 이야기를 한다. 그러나 모든 사람이 동시 에 이야기를 하는 것이 아니라 각각 이야기 하는 시간을 정해서 자기에게 할당된 시간 동안에만 이야기를 한다고 생각하면 된다. 물론 이야기를 하는 시간이 단절 되어 대화에 지장이 있을 것 같지만, 실제로는 전혀 대화하는데 지장이 없다. 여기에 비해서 CDMA 방식은 다른 두 방식과 비교해 보면, 여러 사람이 같은 장소 에 모여서 동시에 이야기를 하는 것과 같다. 다만 서로 다른 언어를 사용하기 때 문에, 또는 정해진 지역 안에서만 들리게 작게 이야기 하기 때문에 그 집단 안에서만 그 내용을 알아 들을 뿐이고, 다른 사람이 이야기 하는 것은 단지 잡음으로만 느끼는 것과 같다. 아래 그림 1.1의 예를 보면, 쉽게 이해가 될 것이다.
<그림 1.1 CDMA 방식의 통신>
CDMA 기술은 기본적으로 오래전부터 사용해왔던 대역확산 통신기술을 이용한 것으로, 대역확산 기술이 가지고 있는 모든 장점에 주파수 이용효율을 크게 증가시킨 것이다. 위의 예를 기술적으로 표현해 보면, 모든 서비스 영역에서 같은 주파수 대역을 사용할 수 있기 때문에 셀룰라 개념에서 보면 주파수 재사용 계수가 1이 되어, 주파수 이용 효율이 다른 방식에 비해서 월등히 높다는 것과, 모든 서비 비스 영역에서 같은 주파수 대역을 사용할 수 있기 때문에 소프트 핸드오버가 가 능하다는 점, 또한 서로 다른 코드를 사용하여 통신을 하기 때문에 무선 구간의 통신 비밀 보호 특성이 매우 우수하다는 장점이 있다.
1.1.3 이동 통신의 특징
▷ 통신 매체로써 전파( Radio )를 사용한다.
▷ 사용가능한 무선주파수가 한정되어 있다.
▷ 단말기의 이동성으로 인한 전파전파( Radio Propagation ) 특성을 고려하는 것이 필요하다.
▷ 우선적으로 사용할 주파수를 선정하는 것이 필요하다.
1.1.3.1 셀룰라 망의 셀 크기 구분
각 셀은 셀의 크기에 따라서 다음과 같이 일반적으로 구분한다.
보통 지금의 이동전화에서는 셀반경이 5 km - 30 km로 이를 매크로셀(Macro Cell)이라 하고,개인 통신 개념이 나타나면서 가입자 수용용량을 증가 시키기 위해서 셀반경을 줄여, 셀 반경이 500 m - 1 km 내외의 셀을 마이크로셀(Micro Cell)이라는 것이 생겨났다. 이들 마이크로셀과 매크로셀 사이의 크기를 가지는 셀을 미니셀(Mini Cell)이라 하기도 한다. 이보다 셀 반경이 더 작아져서 200m 이내가 되면 이를 피코셀(Pico Cell)이라고 한다. 또 저궤도 인공위성을 이용한 이동전화 서비스에서는 셀반경이 100km 이상되는 셀이 사용되는데 이를 메가셀(Mega Cell)이라고 한다.
이러한 셀 분류는 정해진 기준이 있는 것은 아니며, 대개 이러한 분류 기준으로 사용하고 있다.
1.1.3.2 셀룰라 망의 셀(안테나) 구분
전방향셀이란 기지국이 셀의 가운데 위치하여 수평방향으로 360도 전방향으로 전자파를 송신하는 안테나를 사용하여 서비스 하는셀을 말하며, 섹터셀이란 기지국이 어떤 특정 방향으로 전자파를 송신하는 안테나를 사용하여 셀을 여러 개의 섹터로 분할하여 각각의 섹터마다 서로 다른 안테나와 RF 장비를 사용하는 기지국으로, 전방향셀에 비하여 간섭을 제어하기가 쉽고, 안테나 이득이 커서 하나의 기지국으로 서비스 할 수 있는 면적이 전방향셀에 비해서 넓어 여러 가지 이점이 있는 셀을 말한다. 요즈음 시내에서 흔히 볼 수 있는 이동통신망 기지국은 대부분이 섹터셀을 위한 것이며, 대부분이 3-섹터 셀을 위한 것이다.
1.1.4 이동통신망의 진화
현재 세계 각 나라에서 활발히 운용되고 있는 이동통신 서비스로는 무선호출, 셀룰러전화, 코드리스 전화, 그리고 위성 이동통신을 들 수가 있다. 이들과 관련하여 이동통신의 진화 과정은 다음과 같이 정리될 수가 있다.
▶ 1 세대 : 아날로그 셀룰러전화, 아날로그 코드리스 전화( CT1 ), PSTN(공중전화망)
▶ 2 세대 : 디지털 셀룰러 전화, 디지털 코드리스 전화(CT2), ISDN
▶ 2.5 세대 : 2세대 시스템들을 개선, 통합하여 보다 개인화, 광대역화되고 어느 정도 시스템간의 호환성을 갖춘 서비스 제공이 목표. 현재 우리가 쓰고 있는 이동전화
▶3 세대 : 기존의 유, 무선 시스템을 통합하여 완전한 이동성과 멀티미디어서비스의 제공이 목표. IMT-2000( International Mobile Telecommunications ), UPT( Universal Personal Telecommunications ), UMTS( Universal Mobile Communications Systems )
▶ 4세대 : MBS(Mobile Broadband System) 60GHz 대역의 전파사용, 155Mbps까지 전송할 수 있는 시스템
80대말까지는 아날로그 셀룰라 시스템인 AMPS (Advanced Mobile Phone System) 가 주로 쓰였지만 90 년대에 들어서 언제 어디서나 누구나 어떤 형태의 서비스도 받을 수 있게 한다는 취지 아래 PCS 의 개념이 나오게 되었다. 그런데 새로운 이 PCS개념의 통신 서비스를 위해서 새로운 기술이 나온 것은 아니다. 기존의 디지털 셀룰라 이동 전화 시스템을 발전시켜 PCS로 나아가려는 것이다. 주파수 대역만 PCS를 위해서 옮긴 것이다. (예를 들면 TV에서 주파수가 다른 VHF(30MHz∼300MHz)와 UHF(300MHz∼2GHz)를 사용하는 것과 마찬가지) 따라서 지금 분명히 디지털 셀룰라와 PCS는 여러면에서 다르기는 하지만, 또는 모호한 면을 보이기도 한다. 하지만 그 원천 기술 자체는 그 뿌리가 같다고 하는 것이 맞을 것 같다.
지금 우리는 2.5세대의 이동통신 시스템을 주로 이용하고 있지만 곧 제3세대의 이동통신 기술을 이용하게 된다. 4세대는 아직 구체적인 것은 없지만 미래의 시스템으로 연구되고 있는 중이다.
우리는 이동통신망의 발전을 low-tier system 과 high-tier system 으로 나누어 생각해 볼 수도 있다. 예를 들어 기존의 PCS는 high-tier system에 해당하는 것이고, 우리나라의 CT-2 서비스 같은 것은 low-tier system(기존의 가정에서 쓰던 무선 전화의 확장)에 해당한다. low-tier system은 기존 공중망에 유선 인터페이스를 추가한 것이라고 생각할 수도 있다. 그림 1.2 참조
Low-Tier system
High-Tier system
구현 방안
PSTN의 지능망 활용
PSTN가입자선로의 무선화
Cellular망에 신호망, 지능망 구축
Microcell의 도입으로 용량확대
서비스 속성
저속의 가입자 서비스
고밀도의 좁은 지역 커버
유선전화 정도의 높은 통화품질
고속의 가입자 서비스
저밀도의 넓은 지역 커버
셀룰러보다 높은 음질 수준
표준안
DECT, PHS, DCTU, PACS 등
Upband IS-95 및 IS-54, PCS-1900, DCS-1800, PCS-2000, W-CDMA
이동통신망은 그림 1.1.6-1에서 보듯이 왼쪽의 이동망과 오른쪽의 고정망의 결합으로 이루어진다. ( 아래 그림 1.1.6-3에서 논리적인 면에서의 셀 모양, 이상적인 셀모양, 실제 셀모양을 확인하자.)
<그림 1.1.6-1 이동통신망의 일반적인 구조><Figure by Wansik Kim>
MS(Mobile Station) : 이동단말
AC(Authentication Center) : 인증센터
VLR(Visitor Location Register) : 방문자 위치 등록기
BTS(Base Station Transciever Subsystem) : 기지국(BS)
HLR(Home Location Register) : 홈 위치 등록기
BSC(Base Station Controller) : 기지국 제어장치
MSC(Mobile Switching Center) : 교환기
BSM(Base Station Manager) : 기지국 관리 장치
그림 1.1.6-2는 셀룰라망 중에서 간단히 CDMA와 AMPS를 구분지어 보기 위하나 것이다. 이동통신 시스템의 전체적인 구조는 어떤 셀룰라 방식이나 비슷하고, 이동국과 기지국을 연결시켜주는 인터페이스 CAI(Common air interface)부분이 크게 다르다고 생각하면 될 것이다. 물론 세부적으로 다른 점(예를 들어 source coding)이 많겠지만 말이다. 이 인터페이스부분에서 AMPS는 주파수를 분할하여 채널을 구분하고 CDMA는 IS-95 표준에 따라서 부호를 분할하여 통화채널을 구분해 준다.
현재 Speed 011이나 신세기 017은 800MHz 대역을, PCS 사업자들은 1.8GHz 대역을 사용하고 있는데 두 주파수대역의 특성을 비교해 보면 다음과 같습니다. 서비스의 비교를 하는 것은 아닙니다. 기본적으로 주파수 대역의 차이가 이들 서비스 사업자들이 내세우는 장단점이 될 수도 있겠군요. PCS는 후발 업체들에 의한 서비스이므로, 당연히 앞선 사업자들 보다 좋은 주파수대를 얻을 수는 없었겠지요. 차후에 서비스에 대한 비교가 가능해진다면 하도록 하지요.
▶ 전파 도달거리 : 전파 도달거리가 길어야 안정된 통화가 가능하다는 전제를 한다면,. 전파의 특성상 800MHz는 전파의 도달거리가 길어 넓은 지역을 안정적으로 커버할수 있지만 1.7GHz는 주파수가 상대적으로 높아 감쇄가 심하고 전파 도달거리가 짧아 넓은지역을 서비스하기는 힘든 면이 있습니다. 원래 PCS라는 것이 도시에서 사용하는 것을 기본 목적으로 한 것이기도 하고, 두 주파수대가 차이가 있기는 하지만 그리 큰 문제는 없다고 생각이 됩니다. 시스템을 어떻게 잘 설치하느냐에 따라 이런 기본적인 문제는 해결이 가능할 것이기 때문입니다.
▶ 전파의 회절성 : 전파가 어떤 장애물의 끝을 통과할 때 그 후방까지 얼마나 커버할 수 있는지를 생각해 보면, 정도 800MHz는 상대적으로 회절성이 높아 전파가 골고루 도달하지만 1.8GHz대는? 회절성이 낮아 통화 불능 지역이 조금은 더 발생할 수 있겠습니다.
▶ 전파의 투과성
상대적으로 800MHz 대역이 투과성이 더 높습니다. 따라서 건물 내에서, 같은 설비의 이동 통신망 환경이라면 통화률에 차이를 보일 것입니다.
- TDMA가 아날로그 대비 가입자 수용용량을 3-4배 제시하는데 비해 10배 이상의 용량을 제시
▶고품질의 통화 서비스 제공
▶ 이동전화의 소비전력이적고, 소형 경량화 가능
- 셀 반경이 같을 경우 CDMA방식의 단말기가 소모전력이 월등히 적다.
▶ 뛰어난 보안성
▶ TDMA보다 넓?셀 운영이 가능
- 설치하거나 운용할 때 드는 비용이 상대적으로 저렴
가. 기술적 장점
첫째, CDMA는 경쟁방식인 GSM과 비교할 때, 음성품? 배터리 사용시간, 통신 보안성, 주파수 이용효율 등 여러가지 측면에서 우수한 것으로 나타나고 있다. 음성품질은 유선전화 수준으로 선명하며, 통화절단현상이 없고 대도시 등 열악한 전파환경에서도 잘 작동한다.
둘째, 전력소비를 최소화함으로써 통화시간과 대기시간의 연장이 가능하다. 이론적으로 CDMA방식은 GSM과 비교할 때 동일전지를 사용할 경우 배터리 사용시간이 20∼30% 정도 길다.
세째, 통신 보안성 측면에서는 GSM과 비교할 수 없을 만큼 우수한 기능을 발휘한다.
넷째, 주파수 이용효율이 높아 이론적으로는 기존 아날로그 방식보다 9∼10배, GSM보다 3∼5배의가입자를 더 수용할 수 있다.
나. 서비스 측면에서의 장점
CDMA 기술은 다양한 서비스에 채택되어 그 기술적 장점을 입증하고 있으며, 서비스 시장에서도 점차 우위를 확보하고, 빠르게 확산되는 추세를 보이고 있다. 서비스 측면에서 CDMA의 장점은 다음과 같다.
첫째, 셀룰러/PCS 서비스 시장이 확대되고 경쟁이 가열화 함에 따라 서비스 사업자는 가입자 수의 확대와 통화요금의 인하를 원하고 있다. CDMA 기술은 향후 이동통신 사업의 주요 경쟁요소인 통화시간의 판매에 있어서 단연 유리하다. 그 이유는 개략적으로 동일한 비용조건하에서 보다 많은 가입자 수용용량으로 보다 낮은 이용료 책정이 가능하기 때문이다.
둘째, CDMA 기술의 음질향상과 다양한 부가기능의 발달로 1개망에서 이동전화와 WLL 서비스를 복합해서 제공할 수 있다. 즉, 가입자를 이동전화가입자와 고정서비스 가입자로 분리, 가입시키고 요금체계를 상이하게 운영하는 것이 가능하다. 또한 기본적으로 이동전화서비스를 제공하면서 특정기지국 반경내에서의 통화는 저렴한 요금을 부과하고 타기지국 지역으로 이동하는 경우에는 이동전화요금을 부과하는 형태의 서비스도 제공할 수 있다.
셋째, CDMA 기술은 통화가능지역의 조절기능이 있어, GSM에 비하여 적은 기지국 수로 설계 및 운영이 가능하다. 위와 같은 CDMA의 장점으로 이미 GSM이 설치된 국가에서도 CDMA가 진입할 수 있도록 하는 추세이다.
다. 경제적 측면에서의 장점
어떤 기술이라도 시장에서 생존하기 위해서는 시스템 및 단말기 가격이 적절해야 한다. 아무리 우수한 기술이라 할지라도 시스템이나 단말기가격이 지나치게 비싸면 이용자들이 외면해 결국 시장에서 성공할 수 없다. 현재 CDMA 단말기 가격은 아직까지는 핵심칩을 퀄컴이 독점공급하고 있고 주변회로의 집적화가 미비해 GSM에 비해 다소 높은 가격을 형성하고 있다. 그러나 최근 퀄컴외에 Cadence, DSPC, Motorola 등으로 핵심칩 공급선이 다변화되고 시장규모가 충분히 확보되고 있기 때문에 곧 GSM과 동등한 가격수준을 형성할 전망이다. 가입자당 기지국 설치비용은 기지국 수를 GSM의 70%만 설치해도 되고, 주파수 활용도가 높아 가입자당 실제 네트워크 건설비용을 40% 감소시킬 수 있어 최고의 수익성과 경제효율을 보장한다. 이는 한국과 중국에서 이미 증명되었다. 한편, 기술료의 경우 S/W도입비는 CDMA가 다소 높지만, 선급기술료나 경상기술료 등은 GSM이 높다. 그래서 총비용을 고려하면, 기술료도 CDMA가 GSM보다 유리한 것으로 나타나고 있다.
참고
아래 그림은 기존의 AMPS, US-TDMA, GSM에서 쓰고 있는 방식과 CDMA의 차이를 간단히 나타낸 것이다.
대역확산 통신방식은 초기 군사용으로 사용한 전자파를 이용?무선통신에서 적에게 도청이 되지 않고, 적의 방해전파에도 강한 통신방식을 구현하고자 하는 요구에서 출발했다. 그래서 장비가 복잡하고 송신시 전력제어가 곤란하여 일반용으로는 사용되지 못했다. 그러나 오늘날 첨단 전자 기술의 발달로 셀룰러 이동통신에서도 이 대역확산 기술을 사용할 수 있게 되었다.
일반적인 디지털 통신에서는 송신하고자 하는 데이터를 PSK나 FSK 방식으로 디지털 변조하여 송신한다. 그러나 확산 대역 통신에서는 디지털 변조된 신호에 고속의 확산부호를 곱하여 주파수의 대역폭을 광대역으로 확장 시킨후 신호를 전송한다. 그리고 수신부에서는 송신측에서 사용한 것과 똑같은 고속의 확산부호를 곱하여 주파수의 대역폭을 협대역으로 바꾸는 역확산 과정을 거친 후 복조를 하게 된다.
현재 디지털 셀룰러 CDMA방식에서는 10KHZ의 대역폭을 가진 신호를 1.25MHZ의 대역폭을 갖도록 확산 시키고, 이 확산된 정보 신호는 넓은 주파수 대역에 골고루 퍼져서 그 신호의 세기가 원래의 신호에 비해서 희미해지게 된다.. 따라서 이 신호를 수신 하려면 전체 주파수 대역을 모두 흩어 보아야 하므로 그 신호의 존재를 알기 어렵다고 볼 수 있다. 즉 전송 신호가 희미해지므로 다른 신호에 간섭을 적게 주며, 보안의 신뢰도가 높으며, 그리고 신호가 넓은 주파수 대역에 퍼져 있으므로 전파경로에서 간섭이나 잡음이 있더라도 넓은 주파수 대역 중 그 영향이 일부분에만 미치므로 그 영향이 상당히 감소하여 통화품질이 좋아질 수가 있다. 이것들이 바로 CDMA방식의 장점이라고 할 수 있겠다.
대역확산 통신방식에는 Frequency Hopping 과 Direct Sequence 방식이 있는데, 이는 뒤에서 이야기 하도록 한다. (현재 Direct Sequence 방법이 주류이다. 이 방식에서는 code가 pseudo-random noise를 생성하는데 사용이 된다.) 아래 그림은 DSSS의 원리를 간단히 나타낸 것이다.
아래 두 그림(1.2.1-1, 1.2.1-2)은 어떻게 송신 데이터가 대역확산 과정을 거치고, 수신측에서 역확산 과정을 거쳐 원래의 데이터를 얻는지를 나타내고 있다.
<그림 1.2.1-1 확산 코드에 의한 통신>
<그림 1.2.1-2 송수신과정에서 대역확산 방식의 사용> <Figure from sktelecom>
구체적으로 대역확산이 이루어 지는 것을 아래 그림에서 보면, 원래 송신 데이타의 대역폭이 확산코드에 의해서 확산신호의 대역폭 만큼 넓어졌음을 알 수 있다. 이 과정을 '확산(Spreading)'이라 하는데, 이때 송신 데이타가 가지고 있는 에너지는 일정하므로 데이타에 해당하는 크기는 넓어진 대역폭만큼 반비례하여 작아진다. 이렇게 신호를 전송할 때 대역폭이 넓어졌다고 해서 이러한 기술을 대역확산(Spread-Spectrum) 기술이라 한다.
<각 신호의 대역폭 비교>
수신측에서는 받은 확산신호에 다시 동일한 확산코드를 곱해서 원래의 데이타를 복구할 수 있다. 주파수 영역에서 보면, 확산신호의 대역폭이 다시 원래 데이타 신호의 대역폭으로 줄어들었는데, 이를 역확산(Despreading)이라 한다. 물론 여기서도 데이타가 가지고 있는 에너지가 일정하기 때문에 신호의 크기도 줄어든 대역폭만큼 다시 커져서, 다른 신호로부터 분리하여 데이타를 복구할 수가 있게된다.
신호의 전송 도중에 확산신호에 강한 협대역 간섭 신호가 수신되었다고 가정하면, 이 두 신호가 수신기 쪽에서 역확산 과정을 거칠 때, 원래 송신했던 신호는 역확산이 되지만, 간섭 신호는 여기에서 확산 과정이 일어나서 그 크기가 확산된 대역폭에 반비례하여 줄어들게 된다. 아래 그림이 이를 설명하고 있다.
이동통신 환경에서 많이 나타나는 페이딩 현상의 원인은 다중경로에 의한 레일리 페이딩이 대부분인데, 페이딩이 일어나는 대역폭이 200kHz 내외로 좁기 때문에 CDMA의 확산된 신호 대역폭이 1.25 MHz인 것을 감안하면 페이딩이 발생하더라도 신호의 크기가 전체적으로 줄지 않고 일부만 페이딩이 되는 것과 같게 된다. 이는 다이버서티를 사용하는 것과 같은 효과를 내며, 또한 CDMA 방식에서는 레이크 수신기를 사용하므로 페이딩에는 강한 특성을 보이게 된다.
현재 IS-95C (cdma2000 for IMT-2000) 까지 표준안이 나와 있는데, 먼저 IS-95A (IS-95포함하여 14.4kbps까지)를 보자. (IS-95 에서는 최대 데이터 전송률을 9.6kbps 까지, 8kbps QCELP) 여기서는 wideband spread spectrum cellular 이동 통신을 위한 호환 표준에 대해서 정의하고 있다. 시스템의 quality reliability에 대한 언급은 없다. 채널의 생성과 파워 컨트롤, 호 처리, 핸드오버, 그리고 cellular 시스템 동작을 위한 등록 기술 등에 대해서 기술하고 있다.
호환을 위해서 Radio 인터페이스와 호 처리 프로토콜이 정의되어 있다. 그리고 Base Station 은 MS에 비해서 상대적으로 적은 호환성만 가지면 된다는 것을 알 수 있다. 추가적으로 TSB-74라는 specification이 있는데, 이는 IS-95A 시스템과 PCS CDMA 시스템간의 Interaction에 관해서 기술하고 있다. (IS-95 가 1993년 7월에 나왔고, IS-95A는 1995년 5월에 나왔다.) (IS-95에서는 사실 transmitter 에 대해서만 규정하고 있다. receiver에 대해서는 정확히 규정하고 있지는 않다.)
◆ J-STD-008 : ANSI for PCS (1.8 ~ 2 GHz) 초기에 기존의 디지털 셀룰라와의 차별이 된다고 해서 표준이 따로 정해졌지만, 실제 큰 차이는 없다.
CDMA 시스템이 소프트 핸드오프를 지원할 수 있는 가장 큰 이유는, 통화채널의 주파수 대역이 같기 때문이다. 사용하는 주파수 대역이 같기 때문에 같은 RF 초단부분을 사용하고, 디지틀 부분인 확산과 역확산 과정에서 레이크 수신기를 이용하여, 서로 다른 확산 코드를 사용할 수 있도록하여, 동시에 두 개 이상의 기지국에 접속할 수 있도록 해 주기 때문이다.
여기서 CDMA의 이러한 특성과 관련해서 그 capacity 문제를 이야기해 보자. 소프트 핸드오프를 사용할 경우, 두 개의 채널을 동시에 잡게 되는 경우가 발생하게 되는데 그러면 채널 사용 용량이 많이 줄어드는 것이 아닌가 하고 생각할 수가 있다. 하지만, 뒤에서 이야기 되겠지만 CDMA 방식에서는 다중경로 페이딩과 관련하여 레이크 수신기를 사용하며 Path diversity의 효과를 볼 수 가 있기 때문에 채널 사용 용량이 줄어든다고 할 수 없다. (path가 여러 개이면 그만큼 frame error가 날 확률이 낮아진다.)
path 가 여러 개인 경우에 path 하나를 사용하는 것과 같은 프레임 에러율을 유지하는 것이, 상대적으로 더 작은 power의 사용만으로도 가능하므로 (power control을 통해서), capacity의 낭비가 아니라 오히려 전체 capacity가 증가할 수도 있다는 것이다.
CDMA 방식의 중요한 특징 중에 하나가 레이크(Rake) 수신기를 사용한다는 것이다. 다중경로의 영향으로 신호들이 서로 다른 시간 지연 (위상의 차이)을 가지고 수신기에 도착하게 되는데, (FDMA나 TDMA와 같은 협대역 시스템에서는 이들 서로 다른 신호들을 구분하지 못한다. 등화기를 사용...) 레이크수신기는 이들 다중경로 신호들을 잘 묶어서 해서 더 나은 신호를 얻을 수 있도록 해 준다. 즉 시간의 차이가 있는 신호를 분리해 낼 수가 있다는 것이다. CDMA방식에서는 시간차를 가지고 수신이 되어도 서로 독립적인 신호로 인식하므로, fading을 해결하는 다이버서티(diversity)방법을 고려한다면, 마치 시간 다이버서티와 같은 역할을 하는 것이다. 이와 같이 서로 다른 경로로 도착한 신호를 분리할 수 있는 이러한 수신기를 레이크수신기라 하고 이는 CDMA의 기본적인 대역 확산 원리에 의해서 얻을 수 있는 특성이다.
그 과정은 다중경로에 의해서 들어오는 각각의 신호를 별개로 분리해 내고, 경로 각각마다 demodulation을 하고 역확산(despreading) 과정을 거친 후, 이들 신호들을 combine하여 digital domain을 얻게 된다. 레이크 수신기는 4개의 수신기(현재 3개의 finger를 사용하여 신호가 센 것부터 3개의 경로를 처리하고 있으며, 또 하나는 searcher라 불리우는 것으로 기지국으로부터의 pilot 신호 세기를 계속해서 측정하는데, 핸드오프시에 신호세기를 판단하는데도 사용한다) 를 하나의 set으로 묶어 사용하는 것이라 생각할 수가 있다. 하나의 수신기가 다른 다중경로들을 찾고 그 정보를 다른 세 개의 finger들에게 알려주게 되고, 각 finger는 가장 강한 다중경로에 따라서 demodulation을 한다.
여기서 한가지 유의할 것은, 각 경로로부터의 신호를 combine하는 시점이다. CDMA의 소프트 핸드오프를 고려해야 하기 때문에, demodulation과 역확산이 이루어진 후에 combine이 이루어져야 한다. 서로 다른 기지국 A와 B가 있다고 하면, 이 두 기지국들은 서로 다른 Walsh 코드와 PN sequence를 사용하고 있기 때문에, 하나의 단말이 소프트 핸트오프를 위해서는 각 신호를 위와 같은 과정을 거친 후 동일한 신호정보로 인식해야 한다.
CDMA 방식의 이동통신망에서는 파워컨트롤을 얼마나 잘 하는지가 매우 중요하다. 왜냐하면 단말 각각의 파워 세기가 다른 단말들에게는 방해요소로 작용을 하기 때문에 셀의 용량에 상당한 영향을 미치게 되기 때문이다. 일반적으로 파워 컨트롤을 목적은 셀내의 모든 이동 단말들이 각각 자신의 이동단말에서 기지국으로 전달하는 신호의 세기가 거리에 관계가 없이 거의 같아지도록 하는 것이다. (near-far effect) 모두 같아지게 되는 경우를 퍼펙트 파워컨트롤이라고 하는데, 실제로는 구현하기가 어렵다.
다시 말하면, 만약에 기지국과 단말 사이의 채널이 symmetric 하다면 사실 특별한 파워 컨트롤이 필요 없이 기지국이 사용할 파워를 결정하면 된다. 하지만 이동통신 망 자체가 불균형 망 (기지국과 단말의 통신 능력이 다르다)이기 때문에 위에서 말한 파워 컨트롤이 필요하게 된다.
데이터 신호의 대역이 확산코드에 의해서 얼마나 넓게 확산되었는지를 나타내는 것이다. 확산이득은 송신측에서 보면 신호를 주파수 대역에서 얼마나 넓게 분산시키느냐 하는 정도를 나타내는데, 즉 신호의 크기가 얼마나 줄어드는지를 나타낼 수가 있는데 이는 전파의 전파에서 잡음과 관련한 감쇄와 함께 고려해야 할 사항이다. (대역이 넓어 지면서 신호의 크기가 줄어드는 이유는 원래 신호가 가지고 있는 에너지 양은 일정하고, 이 에너지가 주파수 대역으로 넓게 퍼지게 되므로 넓게 퍼진 만큼 그 크기가 작아져서 에너지 보존의 법칙을 만족시킨다.), 수신측에서 보면 신호를 1 이라는 크기로 수신했을 때, 역확산 과정을 거치면 신호의 크기를 얼마나 크게 키울 수 있는 지를 나타낸다. 이를 확산이득으로 나타낸 것은 수신한 쪽에서 다른 신호와 같이 수신되었을 때 역확산 과정에서 다른 간섭신호는 다시 확산이 되므로 그 크기가 확산이 되는 만큼 줄어들게 된다.
Gp=10log(Bss/Bs)
확산이득 Gp는 위와 같은 식으로 나타나며, 여기서 Bss는 신호가 실리는 확산신호의 대역폭을, Bs는 데이터 신호의 대역폭을 나타낸다.
Up-banded IS-95 (QCDMA) 의 경우 확산이득은 Bss를 1228kHz라고 하면,
CDMA방식으로 통신이 이루어지는 경우는 다른 방식과 달리 수용 용량이 가변적이라고 할 수가 있다. TDMA나 FDMA의 경우는 정해진 협대역 채널 각각이 하나의 통신을 위해서 사용되지만, CDMA의 경우는 주파수 스펙트럼 전체가 하나의 채널 공간으로 사용된다. 그래서 많은 사용자가 들어 올수록 상대적으로 통신의 질은 떨어지지만 서로 간의 간섭문제만 해결을 하면 사용자의 수용은 계속 이루어 질 수가 있다는 것이다. 그래서 이를 소프트 용량이라고 부르는데, 위에서 말한 확산이득과 관련하여 소프트 용량을 가진다는 것을 확인해 보자.
확산이득은
와 같다.
물론 어느정도의 질이 보장되는 서비스를 위해서는 당연히 용량에 제한이 오게 된다. 하나의 셀 안에서 전체적으로 쓸 수 있는 양은 대충 정해지게 되고 각 이동 단말에게는 얼마만큼의 파워를 적절히 나누어 줄 것인가가 이슈가 된다. 최근 멀티미디어 데이터의 전송이 필요하게 되었는데, 이를 위해 전송 데이터의 rate를 높이기 위해서는 파워를 높여 주는 것이 필요하다. 일반적으로 resource를 더 많이 할당해 준다는 것은 파워를 더 많이 쓸 수 있도록 해 준다는 것이다.(왜냐하면 bit당 에너지는 똑같기 때문이다.)
기지국과 단말기는 서로간의 통신을 위해서 호설정시 각각이 같은 알고리즘을 가지고 같은 PN 코드를 가지도록 한다. CDMA에서는 PN sequence 에서 각각의 호가 시작부분(offset)을 달리 하여 서로간의 코드를 구분하는 방식을 사용한다. 즉, 각 단말들은 offset만이 다른 코드를 사용한다는 것이다. 그래서 offset의 설정이 하나의 중요한 문제가 된다.
CDMA 방식이 사용하는 대역확산 통신방식은 확산코드로 완전 잡음과 같은 신호를 확산 신호로 사용해야 한다. 그러나 단지 잡음과 같은 확산코드로는 각 가입자 마다 서로 다른 코드를 사용해야 하므로, 다중접속방식으로 적절하지 않다. 따라서 IS-95 에서는 순방향 채널에 대해서는 직교확산 방식을 사용한다. IS-95 방식에서는 3가지의 코드를 사용한다.
첫 번째, forward 채널에서 기지국이 송신하는 각 채널을 이동 단말이 구분하기 위해서 사용하는 직교확산 코드인 Walsh 코드가 있다.
두 번째, reverse 채널에서 사용하는, 즉 기지국이 각 가입자를 구별하는데 사용하는 긴 코드(Long Code)가 있다.
세 번째로는 이동 단말이 각 기지국을 구별하는데 사용하는, 즉 기지국이 사용하는 짧은 코드(Short Code)가 있다.
IS-95 방식에서 사용하는 Walsh 함수는 64 비트로 구성되어 64가지 종류가 있다. 이를 W1, W2, W3, ···로 구분한다. Walsh 함수는 서로 다른 코드를 곱하면(Exclusive OR), 0 (또는 -1) 과 1 이 섞여서 나오고 이를 모두 평균하면 0 이 되도록 되어 있고, 같은 코드를 곱하면 모두 1 이 나와서 확산 신호에 숨어있는 데이터를 복구할 수 있게 된다.
현재 IS-95 방식에서 사용하는 64 비트로 구성된 Walsh 함수를 <그림>에 나타내었다.
Walsh 함수의 직교성을 쉽게 살펴보기 위하여 4비트로 구성된 Walsh 함수를 가지고 다른 코드를 곱했을 때와 같은 코드를 곱했을 때를 비교해서 보여주면 <표 2-3>과 같다.
위에서와 같이 같은 Walsh 함수를 곱한 마지막의 경우에는 Walsh 함수의 곱 결과가 모두 1이 되어서 Walsh 함수와 곱해진 데이터 신호가 나타나게 된다. 그러나 다른 Walsh 함수를 곱하면 결과가 '-1'과 '1'이 번갈아 나와서 원래의 신호와 이 곱해진 결과과 다시 곱해져 있게되어 원래 신호를 복구할 수 없다. Walsh 함수는 또한 다른 Walsh 함수 뿐만 아니라 같은 Walsh 함수라도 한비트만 동기가 맞지 않아도 다른 Walsh 함수를 곱했을 때와 같은 결과를 주기 때문에 동기를 반드시 일치 시켜야 한다.
PCM은 일반유선 전화에서 주로 사용되는 것으로 사람의 음성신호를 64Kbps의 데이타 전송율로 바꾸어 주는데 64Kbps란 1초동안 음성신호를 64000개의 디지털 신호로 쪼개준다는 의미이다.
일반적으로 1초에 1비트의 정보를 보내기 위해서는 주파수 대역폭 1Hz가 필요하다고 합니다.. 따라서 음성신호를 디지털로 바꿀 때 가능하면 낮은 데이타 전송율로 변환하여야 주파수 사용 효율을 높일 수 있는데 이를 위해 Vocoder에서는 PCM에서 만들어진 64Kbps의 데이타에서 목소리의 특징만을 뽑아내어 8.6Kbps. 4.0Kbps. 2.0Kbps. 0.8Kbps의 4가지 데이타 전송율 중 선택적으로 변환한다.
말소리가 빠를때는 8.6Kbps의 데이타 전송율로 변환시키고, 말이 느릴 때는 4.0Kbps의 데이타 전송율로 변환 시킨다. 그리고 사람이 말을 거의 하지않는 경우는 2.0Kbps나 0.8Kbps중의 하나로 변환한다. Vocoder는 이렇게 사람이 말을 느리게 하는 경우 데이타를 낮은 전송율로 가변적으로 변환하여 주파수를 효율적으로 사용할 수 있도록 해 준다.
현재 디지털 이동전화 시스템에서는 음성신호를 1초에 8000개의 디지털 신호로 쪼개는 8KQCELP 방식을 사용하고 있다고 합니다.(아마도 sktelecom은...) EVRC는 이런 8Kbps의 전송속도를 가진 디지털 이동전화의 음질을 획기적으로 높여줄 수 있는 소프트웨어라고 하는데, PCS서비스 업체에서 통화 품질 문제를 자꾸 이야기하니까, 디지털휴대폰업체에서 내 놓은 기술이지요. QCELP에 기반하고 있습니다. EVRC기술은 통화 중 발생하는 잡음을 줄여주고 잡음이 심할경우 통화자의 목소리를 자동으로 키워주는등 사람의 목소리를 원음에 가깝게 재생할 수 있도록 해 준다고 합니다.
1.2.11 Multiple Access Control (MAC) in mobile communications
1. CDMA 기술은 상대적으로 다른 방식보다 뛰어난 보안성을 보이는데, 이것은 사용자마다 고유PN (Pseudo Noise) 코드를 사용하여 암호화하여 통화 비밀을 유지하도록 해 주기 때문이다.
2. CDMA 망 구축 및 제어부문(인증, 메시지 암호화 및 통화 보안관련)을 살펴보면, (1) CAVE 인증 알고리즘을 사용하며 (2) 이동국과 기지국은 메시지의 계층 3에 대해서만 암호화를 실시하며, (3) 사용자별 긴 코드 마스크가 사용되므로 통화의 프라이버시를 보장한다.
3. 참고로 CDMA 망에서의 통화접속 절차를 보자. (나중에 착발신 호 설정 순서에 대해서 정리하죠)
(1) 이동국은 사용자 번호 입력후 송신
(2) 이동국은 발신메시지 송신(ESN,MIN,전화번호)
(3) 기지국은 이동국에 통화채널 할당
(4) 기지국은 전화번호를 이동교환전화국에 전송
(5) 통화채널 초기화
(6) 기지국은 긴 개인코드 사용으로 통신보안 유지
(7) 기지국은 사용자 인증 수행
(8) Ring Back Tone : 음성 채널을 통하여 음성부호화된 통 송신 또는 이동국의 음성부호기에서 톤 생성
(9) 사용자 대화
1.3 CDMA 시스템에서 이동 단말(Mobile Station)과 기지국의 동작 과정
1.3.1 CDMA 시스템의 MS 초기화
크게 CDMA 시스템 결정 단계, pilot 채널 획득 단계, 기지국과의 동기화를 이루는 단계, 그리고 마지막으로 timing reference를 통해서 기지국과의 동기를 계속 맞추어 나가는 단계로 구성된다.
1. CDMA 시스템 결정단계 (fc 도 여기서 결정)
사용할 아날로그/CDMA 시스템 결정
2. pilot 채널 획득
기자국과의 동기화를 위해 pilot 채널 획득이 필요하고, 그리고 동기화를 위해서는 사용할 offset을 알아야만 한다. 이미 pilot PN sequence를 MS도 알고 있기 때문에, MS는 우선 demodulation을 통해서 기지국으로부터 받게 되는 chip sequence를 얻을 수가 있고, 이 chip sequence를 받으면서 bit하나씩을 이미 알고 있는 PN sequence 와 비교해 보고 MS 자신이 PN code의 어느 부분부터 수신을 하게 되었는지를 알 수가 있다. 그래서 이를 알게 되어 PN sequence와 동기시킬 수가 있게 된다. 즉 pilot 채널을 획득한 것이다. 이제 offset을 알아야 하는데, 이는 3.sync 메시지 획득에서 이루어진다.
3. sync 메시지 획득
2에서 말한 것처럼 offset을 얻기 위해서는 마찬가지로 demodulation과정을 통해서 우선 walsh 32 code를 얻는다. CDMA 방식의 modulation 방식을 보면 interleaving 과정을 거친 각 bit symbol들은 64 chip의 walsh code와의 연산을 통해서 4배의 길이로 바뀌어진다. 그래서 여기서도 그 demodulation 과정에서 4번씩 반복되는 code를 보고 원래의 convolution 전 단계의 실제 information을 알아낸다. 이 메시지에서 frame의 시작과 끝을 알 수가 있고(frame flags) 그 안의 정보가 얻고자하는offset과 paging 채널의 data rate, 그리고 sync time 등이다.
4.timing reference
MS는 하나의 셀 안에서 이동을 계속한다. 따라서 기지국과의 거리에 따라서 앞 단계에서 MS가 기지국과의 sync를 맞추었음에도 불구하고 propagation delay 때문에 sync가 맞지 않을 수가 있다. 그래서 top reference 에 맞추기 위해서 MS는 (modulation과정에서 보면) 1/2 PN chip 만큼의 차이가 나면 time reference를 조정한다.
핸드오프(유럽권에서는 핸드오버라고 부른다.)는 한 셀에서 다른 셀로 이동해 갈 때 현재의 통화채널을 새로이 들어가게 되는 기지국의 통화채널로 자동적으로 전환해주는 것을 말한다. (아래 그림 2.1.1-1) 즉, 이동 단말이 서비스중인 기지국(또는 섹터) 영역을 벗어나 다른 기지국(또는 섹터)으로 이동을 할 때, 계속 통화를 유지하기 위해 통화로를 이동한 셀로 바꾸어주는 것을 말한다.
AMPS시스템에서는 새로운 통화 채널을 열기 전에 기존의 채널을 먼저 끊는 "break before make" 방식의 hard hand off를 사용 하였으나 CDMA시스템에서는 대부분의 hand off가 채널을 먼저 연결하고 기존채널을 끊는 "make before break"방식인 soft hand off 가 사용된다.
( 조금 다른 또하나의 방식으로 softer hand off가 있다. 위에서 섹터 이야기가 나왔는데 이와 관련해서, 하나의 셀을 몇 개의 섹터로 나누어 쓰는 경우 셀간의 핸드오프보다 더 자연스럽게 핸드오프를 할 수가 있는데, 그래서 붙여진 이름이 softer hand off 이다. 교환기와 상관없이 기지국 자체가 핸드오프를 수행할 수 있다는 것이다.)
<그림 2.1.1-1>
2.1.2 핸드오프 방식
핸드오프는 위에서 이야기한 것처럼 크게 하드 핸드오프(break-before-make)와 소프트 핸드오프(make-before-break) 방식으로 구분할 수 있다. 이동하면서 다른 셀로 넘어갈 때 기존 기지국과의 연결을 먼저 끊고 다른쪽 셀에서 다시 연결을 하는지(Hard Handoff), 아니면 2개의 연결을 유지하다가 원래 있던 곳의 연결을 끊는지(soft handoff)의 여부에 따라서 이 두가지 방식이 정해진다.
하드 핸드오프는 예전의 AMPS에서나 GSM에서 사용되었고, CDMA에서도 하드 핸드오프가 가능하지만 소프트 핸드오프를 사용한다. 그런데 이동국이 다른 교환국(MSC)에 속해 있는 기지국으로 이동할 경우, 다른 주파수 채널로 통화 채널을 변경할 경우, 또 서로 다른 프레임 옵셋(Frame Offset)을 가지는 통화 채널로 변경할 경우에는 하드 핸드오프를 한다. 즉, 소프트 핸드오프는 동일 주파수, 동일 프레임 옵셋, 동일 교환기에 속해 있는 기지국 또는 섹터간에 핸드오프를 할 경우에 사용된다.
CDMA 방식에서 특별히 소프트 핸드오프가 가능한 이유는 위 1.2.4 에서 말한 바와 같다. 소프트 핸드오프 방식을 사용하면, 호 봉쇄율(call drop rate)이 줄어들고, ping-pong 효과를 없애 핸드오프 신호 발생을 줄일 수가 있다.
위에서 말했듯이 이동전화망에서 핸드오프가 필요한 것처럼, 사용자의 이동에 따라 서비스 시스템은 그에 따른 서비스를 가능하게 해 줄 수 있는 능력이 필요하게 된다. 일반적으로 이러한 서비스를 로밍 (Roaming)서비스라고 한다.
일반전화망(PSTN)에서 시내교환국에 가입자 정보를 등록,관리하고 있는 것처럼 이동 전화망에서도 가입자 정보를 저장하고 있다. 최초로 가입자가 등록한 교환국이 있는데 이 교환국을 가입자의 홈교환국(Home Switch Offoce)이라 한다. 현재 우리가 부여 받게 되는 단말기위 앞 세자리의 번호범위가 지역마다 정해져 있는데, 이것이 자신의 홈교환국을 지정하는데 사용된다.
홈교환국은 등록된 가입자에 대한 각종 정보를 교환기 내에 있는 HLR (Home Location register)라는 데이터베이스에 저장해 놓는다. 이동전화 가입자는 자신의 각종 가입정보가 저장된 홈 교환국권 (Home Area)을 벋어나서도 이동전화 서비스를 받을 수 있는데, 이는 타 지역에 들어갈 경우에도 자신의 위치를 그 타지역에 등록 (VLR 사용)하여 자신의 위치를
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