CDMA

CDMA(씨디엠에이)는 "Code Division Multiple Access"의 약자로서, 서로 다른 코드를 사용하여 하나의 셀에 다중의 사용자가 접속할 수 있도록 하는 기술이다. 코드분할 다중접속이라고 한다. 직접 시퀀스 스펙트럼 확산(DSSS)을 기반으로 하는 다중 접속 방식. 여러 사용자가 통신 자원(전파망)을 공유하면서 동시에 이용하기 위한 방식중 하나로, 사용자마다 고유한 코드를 이용하는 데에서 이름이 붙여졌다. 보안을 목적으로 개발되고 있었으나 아르파넷과 마찬가지로 전 세계에서 사용하고 있다.

개요

대역확산(Spread Spectrum) 기술에 기초를 둔 다중접속(Multiple Access) 방식 중 하나로 '확산대역 다중접속'(SSMA, Spread Spectrum Multiple Access)이라고도 한다. 각 사용자가 고유의 확산부호를 할당받아 신호를 스펙트럼 확산 부호화하여 전송하면, 사용자 확산부호를 알고있는 수신기에서 만 이를 복원할 수 있는 방식이다.

CDMA 기술은 기본적으로 오래전부터 사용해왔던 대역확산 통신기술을 이용한것으로, 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 서비스 영역에서 같은 주파수 대역을 사용할 수 있기 때문에 소프트 핸드오버가 가능하다는 점, 또한 서로 다른 코드를 사용하여 통신을 하기 때문에 무선 구간의 통신 비밀 보호 특성이 매우 우수하다는 장점이 있다.

역사

이동통신 사용자가 급증하게 따라 서비스 제공 업체들은 주파수 자원 문제에 직면하게 되었는데, 미국의 벤처 기업인 퀄컴사는 세계통신업계에 1989년 초 새로운 제안을 했다. 1950년대부터 군용 및 위성통신에 쓰이던 대역확산(Spread Spectrum) 통신방식을 디지털 셀룰라 서비스에 응용할 수 있다는 연구결과를 발표한 것이다. 1990년 초반 우리나라뿐 아니라 미국, 유럽, 일본 등 세계 각국에서는 디지털 방식의 이동전화 개발이 본격적으로 진행되기 시작했는데 미국, 일본과 유럽 등 대부분은 이미 시분할 다중접속(TDMA : Time Division Mutiple Access)방식으로 개발을 한창 진행 하고 있었고 뒤늦게 디지털 이동통신 사업을 시작한 우리나라는 미국의 일부 통신업체와 함께 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Mutiple Access) 방식을 채택하게 된 것이다. 퀄컴이 CDMA방식의 디지털 이론을 발표했을 당시에는 일부에서 정교한 송신출력제어의 어려움과 통화절차의 복잡성 등을 이유로 상용 가능성을 부정했지만 CDMA이론이 제시하는 아날로그 대비 10배 가량의 용량증대와 고품질의 음 질, 보안성 보장 등의 매력은 이후 AT&T, 모토로라(Motorora), 나이넥스(NYNEX), 놀스텔레콤(Northerntelecom)등 세계의 통신업체들의 주목을 끌게 되었다.

1993년 한국전자통신연구원(ETRI) 주도로 CDMA시스템 개발에 착수하게 되었다. 1996년 1월 1일 SK텔레콤이 세계 최초로 상용화에 성공하였다. "1991년 4월에 한국전자통신연구원과 퀄컴간 CDMA 공동 개발을 추진하기로 합의하였다. 1991년 8월에 한국전자통신연구원과 퀄컴사간 제1단계 공동 개발에 착수하고, 1992년 7월에 제2단계 공동 개발을 추진하였다. 그 해 12월에 한국전자통신연구원이 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 개인 휴대 통신 기술표준을 CDMA로 결정하였다. 1996년 1월 마침내 SK 텔레콤이 인천,부천지역에서 CDMA 상용 서비스를 시작하였다." 1998년 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 있다. 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.

특징

장점

기술적 장점

CDMA는 경쟁방식인 GSM(Global System for Mobile Communication)과 비교할 때, 음성품질, 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. 전력소비를 최소화함으로써 통화시간과 대기시간의 연장이 가능하다. 이론적으로 CDMA방식은 GSM과 비교할 때 동일전지를 사용할 경우 배터리 사용시간이 20∼30% 정도 길다. 통신 보안성 측면에서는 GSM과 비교할 수 없을 만큼 우수한 기능을 발휘한다. 주파수 이용효율이 높아 이론적으로는 기존 아날로그 방식보다 9∼10배, GSM보다 3∼5배의가입자를 더 수용할 수 있다.

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. 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 유리하기 때문에 개략적으로 동일한 비용조건하에서 보다 많은 가입자 수용용량으로 보다 낮은 이용료 책정이 가능하다. CDMA 기술의 음질향상과 다양한 부가기능의 발달로 1개망에서 이동전화와 WLL 서비스를 복합해서 제공할 수 있어 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. CDMA 기술은 통화가능지역의 조절기능이 있어, GSM에 비하여 적은 기지국 수로 설계 및 운영이 가능하며, 위와 같은 CDMA의 장점으로 이미 GSM이 설치된 국가에서도 CDMA가 진입할 수 있도록 하는 추세다.

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 회사에서도 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.

이동통신

디지털화된 셀룰러시스템으로 가입자마다 서로다른 식별코드(확산코드)를 부여하여 디지털화된 음성신호와 함께전송하여 여러 가입자가 동시에 통화하는 방식의 디지털 셀룰러시스템이다. 수용용량은 기존 아날로그 FDMA 방식에 비해 수용용량이 약 10∼20배차이가 나며, 시분할 다중접속 또는 주파수분할 다중접속과 같지 않게 수용용량의 한계는 다소 불명확하다. 다른 사용자들의 잡음량(간섭량)에 따라 결정된다. 소비전력이 작으며 시분할 다중접속, 주파수분할 다중접속 방식에 비해 코드분할 다중접속 방식은 낮은 송신출력을 사용하며 배터리 사용시간을 3배 이상 길게 할 수 있다. 주파수 이용효율이 높고, 주파수 재사용 계수 = 1, 주파수 계획(Frequenct Planning)이 필요 없다.주파수 간섭에 덜 민감하므로, 동일 주파수를 인접지역에 사용 가능하다. 핸드오프(hand-off)시에 통화의 순간적인 끊어짐을 없앨 수 있고, 소프트 핸드오버가 가능하다. 보안성이 좋고 사용자 마다 고유한 PN 코드(Pseudo Noise Code)를 사용한다. 다이버시티를 이용한 통화품질이 향상하며, 넓은 대역에 걸쳐있는 신호(다른 주파수대에 다른 주파수 특성을 갖게됨) 특성 때문에 일종의 주파수 다이버시티 효과를 이용하여 페이딩 현상을 극복이 가능하다.

레이크(Rake) 수신기

CDMA 방식의 중요한 특징 중의 하나가 레이크 수신 기능이 있다는 것이다. 레이크 수신기는 서로 시간차(지연)가 있는 두 신호를 분리해 낼 수 있는 기능을 가진 수신기를 말하는 것으로, CDMA 의 대역확산 원리에 의해서 얻을 수 있는 특성이다. 전자파를 이용하여 통신을 할 때 전송품질에 영향을 주는 현상 중에 가장 큰 영향을 주는 요인이 다중경로에 의한 페이딩 이다. 다중경로에 의한 페이딩은 서로 다른 경로로 수신기에 도착한 신호의 위상차이(시간 지연 차이)에 의해서 발생하는 것이다. 이러한 페이딩은 신호의 크기를 감소시키므로, C/I를 악화 시켜, 전송에러를 집중적으로 발생시킨다. 그리고 시간지연은 신호간 간섭 (ISI : Inter-symbol Interference)을 발생시킨다. 대개의 전파를 이용한 통신방식에서는 페이딩은 다이버시티 기법을 이용하여 어느 정도 극복을 하고 있으며, 시간지연은 각 시간지연을 보상하는 등화기(Equalizer)를 이용하여 ISI를 줄이고 있다.

이동통신망의 진화

* 1 세대 : 아날로그 셀룰러전화, 아날로그 코드리스 전화(CT1), 공중전화망(PSTN)

* 2 세대 : 디지털 셀룰러 전화, 디지털 코드리스 전화(CT2), 종합 정보 통신망(ISDN)

* 2.5 세대 : 2세대 시스템들을 개선 및 통합하여 보다 개인화, 광대역화되고 어느 정도 시스템간의 호환성을 갖춘 서비스 제공이 목표이다.

* 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

1980년대말까지는 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 개인휴대통신(PCS) 의 개념이 나오게 되었다. 그런데 새로운 이 개인휴대통신(PCS)개념의 통신 서비스를 위해서 새로운 기술이 나온 것은 아니다. 기존의 디지털 셀룰라 이동 전화 시스템을 발전시켜 개인휴대통신(PCS)로 나아가려는 것이다. 주파수 대역만 개인휴대통신(PCS)를 위해서 옮긴 것이다. 현재는 2.5세대의 이동통신 시스템을 주로 이용하고 있지만 곧 제3세대의 이동통신 기술을 이용하게 된다. 4세대는 아직 구체적인 것은 없지만 미래의 시스템으로 연구되고 있는 중이다.

참고자료

• 차재복, 〈CDMA Code Division Multiple Access 코드분할 다중접속〉, 《정보통신기술용어해설》, 2017-02-26
• 웅이, 〈CDMA란 무엇인가?〉, 《티스토리》, 2009-05-13

같이 보기

• WCDMA
• AT&T
• 시분할 다중접속
• SK텔레콤
• 한국전자통신연구원
• 퀄컴

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