7. LTE 그리고 5G

LTE 이전까지의 CDMA나 WCDMA의 경우 코드별로 개별 채널을 구분하고, 개별 채널의 할당을 통해서 다중 접속을 가능하게 하는 방식이었다. (Wide-band) Code Division Multiple Access라는 원래 문구의 말그대로인 것이다.
LTE는 Long Term Evolution이라고 하여 기존 망을 장기적으로 진화시키자는 이름을 붙인 방식인데, 

시간축에서 보는 LTE의 자원 배분 (출처: https://helpfiles.keysight.com/csg/89600B/Webhelp/Subsystems/lte/content/resources/image/lte_frame.png )

주파수 축과 시간축으로 구성되는 물리 채널 자원 (출처:https://www.jrclte.com/hs-fs/hubfs/11.png )

여기서의 무선 자원 분배방식은 위의 그림이 좀 복잡해 보이지만, 180kHz, 0.5ms 단위의 Resource Block으로 무선자원을 나눠서, Resource Block 단위로 할당하는 방식이다. 이렇게 함으로써, 동시에 보다 많은 사용자를 한 기지국에서 지원이 가능(대충 수십대 레벨에서 수백대 레벨로 증가)해지고, 기존의 CDMA 1.25MHz, WCDMA 5MHz 대비 넓은 20MHz까지의 대역폭을 사용하고, 추가적으로 Carrier Aggregation이라고, 여러 대역을 한꺼번에 사용할 수 있도록 해서 훨씬 더 빠른 속도를 지원할 수 있도록 변경되었다. 
추가적으로 MIMO( Multiple Input Multiple Output)라고 하여, 주파수 환경이 좋을 경우에 기지국과 단말기에 있는 2개의 안테나가 각각 다른 신호를 받도록 하여, 동일 주파수의 용량을 2배로 한다거나, 하나의 심볼에 비트를 넣은 방식의 최대치를 256 QAM으로 늘이는 등으로 기존 통신 방식 대비 더 빠른 속도를 제공할 수 있도록 바뀌었다.
네트웍 구성적으로 개선된 부분은 기존의 Circuit Switching을 통한 (음성)데이터 전송에서, 모든 데이터를 Packet Switching으로 전달하는 Packet 망으로 변경되었다는 점이다. 이러면서 교환기(MME, Mobility Management Entity)는 영어 명칭대로 문자나 재난문자와 같은 짧은 데이터의 전달 이외에는 단말기의 이동에 따른 관리 절차만 수행하는 망요소가 되었고, 모든 데이터는 Packet 데이터를 처리하는 P-GW/S-GW가 처리하도록 변경되었다.
이때, 음성/영상통화용 데이터와 일반 인터넷 패킷 데이터를 구분하기 위해서 APN(Access Point Name)으로 구분하여 연결통로를 논리적으로 분리하고, 해당 APN 별로 접속하는 망을 구분하여, 음성/영상 통화는 apn:ims를 통해서 IMS 망으로 가서 처리되도록 하고, 보통의 인터넷 데이터는 apn:internet을 통해서 인터넷 망으로 접속하도록 처리하게 된다. 각각의 APN 별로 다른 정책(사용 bitrate, 패킷당 요금 등)을 적용하게 된다. 보통은 음성/영상 통화에 대해서는 패킷 요금은 0으로 하고, 통화 길이를 다른 서버에서 측정하여 시간단위를 과금을 하게 한다거나, 일반 인터넷 데이터의 경우 하루에 정해진 패킷양까지는 속도 무제한으로 제공하다가, 이후에는 정해진 속도 이하로 제공되도록 하는 일들이 벌어진다.
한때, IMS APN은 패킷요금이 0이라며, 일반 인터넷 데이터용 APN에 IMS를 사용하도록 셋팅하는게 꿀팁이라고 어디서 얘기를 흘렸던 거 같은데, 사실 통화를 처리하는 IMS망은 똑같은 IP 패킷망이지만, 외부 인터넷으로 연결된 게 아니라서 그렇게 셋팅할 경우 데이터 연결이 되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 그렇게 믿고 셋팅하는 분들인지, 잘못 셋팅된 단말기인지에 의한 인터넷 패킷이 IMS망으로 던져지는 것이 통계로 잡힌다. 
큰 관점에서 보면, 5G는 LTE 대비, 더 넓은 대역폭(20->100(FR1)/2000(FR2)), 더 많은 안테나(2->4(FR1)), 더 높은 변조방식(256QAM -> 1024QAM) 으로 속도를 높였다고 보면되고, 그외에는 Beam Forming(MU-MIMO,Multi-User-Multiple Input Multiple Output)이라고 하여 기지국이 쏘는 전파를 실제 사용자 단말기에 맞춰서 전송하여, 외부에의 영향을 줄여서, 같은 대역폭을 가지고, 보다 더 많은 단말기가 통신할 수 있도록 하는 기술이 적용되어 있다는 점 정도가 다르고, 크게 사용자 관점에서 볼 때, 속도가 좀 더 빠를 뿐, LTE와 극적으로 다르지 않다고 봐도 된다.

MU-MIMO와 SU(Single-User)-MIMO의 개념도 (출처:https://tmytekfiles.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/solutiondayimgs/solution_page2_4.png)

뭐, 저지연 전송이라는 것도 있지만, 해당 내용은 일반 스마트폰과는 관계가 없는 것으로 보고 넘어가면 될 것 같다.

美泥.
PS: 5G 빠르대매 뭐 별 차이 없잖아!에 대해서는 이것도 전체 연결 구간을 다 그려서 설명해야 하긴한데, 대충 한줄로 요약하면...
"우리집 앞 도로가 왕복 8차선이 됐다고, 우리집으로 오는 자동차 속도가 빨라지는 건 아니다."

(중간에 고속도로로 오냐, 중간에 올림픽대로를 타냐, 중간에 시내길을 거치냐에 더 좌우되지...)
라고 하겠다.