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Long Term Evolution Time Division Duplexing
Time Division Long Term Evolution (TD-LTE)
1. 개요
세계 최대의 이통사이자 중국의 이통사인 차이나모바일을 중심으로 통신 장비 제조업체인 중국의 다탕 텔레콤, 화웨이, ZTE, 핀란드의 노키아, 프랑스의 알카텔, 미국의 퀄컴, 영국의 ST-에릭슨 등이 협력해서 세운 Global TD-LTE Initiative이 주축이 되어 개발한 4세대 이동통신 서비스. 후속 기술로는 TD-LTE Advanced가 있다.2. 상세
통신 단말기와 기지국 사이에서 교신을 할 때 다른 신호와 섞이지 않게 구분하기 위한 방법이 필요하다. 방법은 다양하지만 현재 LTE에 적용된 방법은 두 가지인데 하나는 FDD(Frequency Division Duplexing), 다른 하나는 TDD(Time Division Duplexing)이다.FDD는 상향링크(UL)와 하향링크(DL)가 서로 다른 주파수 채널 짝으로 구성된다. 이렇게 만들어 놓은 통신 채널을 이른바 '풀 듀플렉스' 라고 부르는데, 그냥 양방향 통신이 가능하다는 말 정도로 알고 있자.[1] 쌍방향 통신은 그 특성상 UL과 DL 둘 중 하나만 끊겨도 통신망으로서의 가치를 상실하게 된다.[2] 어차피 전파 자원을 이용할 때 혼선을 막기 위해 화이트 스페이스를 두는 것은 보통이지만, 절대 끊겨서는 안 될 두 대역폭이 각각 가져야 할 화이트 스페이스와 UL과 DL 간의 간섭을 최소화 하기 위한 Guard Band 간격까지 고려하면 주파수 분배의 유동성이 떨어지고 낭비가 생기는 것은 필연이다. 전 세대 이동통신 기술인 GSM, WCDMA, CDMA를 운영한 사업자들은 이런 어려운 상황에서 주파수 확보를 위해 노력했고[3], 안정적인 서비스 제공이 가능한 주파수 확보에 성공했다. 그리고 현재 보통 LTE라 불리는 LTE-FDD는 이전 세대 이동통신이 사용한 주파수 대역 재활용으로 문제 없이 시장에 연착륙하는 데 성공했다.
TDD는 UL과 DL 주파수가 따로 주어지지 않고는 하나의 스펙트럼을 같이 이용한다. 당연히 풀 듀플렉스를 구현하는 게 불가능하지만, UL과 DL을 짧은 시간 간격을 두고 전환을 함으로써 풀 듀플렉스를 모방하게 만든다. 어차피 음성 통화용 디지털 코덱은 어떤 종류건 불연속적인 정보를 가진 건 마찬가지고 일반인은 구분하기 어려우며, 데이터 패킷 망에서는 오히려 강점이 된다.
한국에서 상용화된 이동통신 서비스는 5G(NR)[4]를 서비스하는 대역을 제외한 모든 이동통신 서비스가 FDD 방식으로 이루어 진다는 것을 알 수 있다.
TD-LTE 보급에 관심이 있는 통신사들은 대개 신규 투자를 집행해야 하는 후발 업체에 몰려있는 경향이 있다. 기술의 표준화와 구현, 보급을 거의 홀로 책임지는 하드캐리어 하나를 빼면 대부분 스프린트 코퍼레이션처럼 언더독 입장서 기존 통신사를 추격하는 회사이거나 소프트뱅크 모바일처럼 특수한 틈새시장에서 먹고 살다 메인스트림 진입을 노리는 업체인 경우가 많다. 대개 편하게 LTE-FDD 망을 깔기 좋은 기존 주파수 대역은 나갈 때는 마음대로지만 들어갈 때는 아닌 경우가 많은 관계로 통신업에 신규 진입하거나 추격을 위해 투자를 확대하는 기업 입장에서는 선택의 여지가 없는 경우가 많은 것.
3. 장단점
3.1. 장점
장점으로는 UL과 DL의 비율을 능동적으로 변경할 수 있다는 점이다. 특정 구간에 다운로드 트래픽이 증가하게 된다면 1:1 비율로 유지되던 UL과 DL이 DL에 더욱 치중해서 1:2, 1:3 등으로 변경할 수 있다는 것이다. 대부분의 이용자들은 업로드보다 다운로드를 더 많이 이용하게 되므로 오로지 1:1 대응이라 UL은 널널한 채로 있어야 하는 LTE-FDD와는 다르게 UL의 할당 구간을 줄이고 나머지를 전부 DL로 넘길 수 있다. 게다가 FDD 방식은 UL DL 용으로 2개의 주파수 대역이 필요한 데 비해 TDD 방식은 대역 한 개로 해결할 수 있으니 주파수 자원 활용 면에서도 유리하다.[5] TDD LTE용으로 지정되어 있는 주파수 대역이 대부분 휴대전화 통신용으로는 지금까지 기술 미비로 사용하지 못했던 2GHz 이상의 경쟁자 없는 주파수인 점까지 종합해 보면 정책 당국 입장에서는 제한된 주파수를 최대로 활용, 통신사 입장에서는 주파수 획득 비용이 저렴해지는 결과를 낳는다. 트래픽 폭발로 대역폭이 부족한 지역에서 TDD는 저렴하게 서비스 제공이 가능하다.주파수 이용 효율이 높아 속도도 잘 나온다. FDD 방식은 20MHz(UL 10MHz, DL 10MHz)일 때 DL 속도가 최대 75Mbps, UL 속도는 최고 25Mbps가 나온다.
[6]
주파수 대역 한 개로 무선 광대역 통신망 구성에 필요한 모든 것을 갖추고 있기에 통신망 부설 시 발생하는 여러 요구를 해결할 때 가히 멀티툴스러운 능력을 발휘할 수 있다. UL DL을 한 대역에 몰빵 후 두 개 동시에 사용하기만 하면 훌륭한 캐리어 어그리게이션 완성.[7] 펨토셀로 촘촘한 커버리지를 구성할 때, Wi-Fi, LTE-FDD 같은 다른 통신 방식과 이종간 결합 네트워크를 구성할 때 LTE-TDD의 유연함이 위력을 발휘한다. 사실 상기한 장점이라고 하는 것들은 데이터 사용량이 대폭발해 온갖 첨단 기술 수요가 있는 대한민국에서나 느낄 만한 장점들이고, 실제 TD-LTE 도입을 고려하는 국가나 기업에서 가장 크게 와 닿는 강점은 대역폭 하나로 통신 가능이다. 통신용으로 쓰기 좋은 주파수는 이미 임자가 있는 상황에서 FDD 표준에 적합한 주파수 2개 구하기는 보통 일이 아니기 때문.
3.2. 단점
단점으로는 커버리지가 좁다. 같은 채널 주파수를 놓고 기지국 vs 단말기 간의 힘겨루기가 생길 수밖에 없는 구조인데[8] 대 볼 것도 없이 누가 이기겠는가? 이 때문에 생기는 혼선과 이를 보정하는 과정서 업링크 주파수의 신호가 반 정도로 감쇄된다.[9][10] 또한 배정 받은 주파수 대역이 높은 대역인 게 TDD에게LTE의 단일 최고 대역폭은 20MHz다. 한정적인 주파수 자원 상황을 고려하지 않고 속도 경쟁을 할 경우 한 라인에서 UL과 DL을 같이 하는 TDD 방식은 풀 듀플렉스의 FDD 방식에 비해 속도가 뒤쳐질 수밖에 없다. TDD는 한 대역에서 UL/DL 20MHz를 사용하고 FDD는 40MHz(UL 20MHz, DL 20MHz)를 사용하기 때문이다. FDD에는 없는 Guard Period의 존재는 실제 데이터 전송량을 잠식하므로[13] 이 문제를 심화시킨다. DL에 비해 사용량이 떨어지는 UL의 낭비를 줄이는 데서 TDD 방식의 경쟁력이 나오는 이상 이 문제는 계속 안고 갈 수밖에 없다.
VoLTE 도입에 난항을 겪어서인지 확산세가 주춤하다. 차이나모바일의 경우 2014년 하반기에 VoLTE 시험을 계획했지만 난항 끝에 1년 가량 지체된 2015년 7월이 되어서야 광둥성 일부, 11월 베이징에서 시범 서비스를 개시했다. 2016년 4분기에나 전국망 상용 서비스를 개시한다고 밝혔는데, TD-LTE에 관심이 있는 통신사들의 경우 뉴비들이 많은 관계로 VoLTE 도입이 지체되면 자사 고객들에게 통화 서비스를 원활히 제공하기 어려운 경우가 생긴다. 그래서인지 TD-LTE 도입 계획을 밝힌 신규 이동통신 사업자나 기존 보유 망 상태가 독특하거나 부실한 사업자는 죄다 잠수를 탔고 실제 상용화는 도심지 백홀용이 많은 편.
4. 상용 통신사
중국의 차이나모바일이 2013년 12월에 상용 서비스를 시작했으며, 차이나유니콤도 서비스를 시작하였다. 본래 차이나모바일의 경우에는 2013년 8월을 목표로 준비를 했으나, 준비 부족과 중국 정부의 사업권 허가 문제로 인해차이나텔레콤의 경우에도, 서비스를 시작했으며, FDD-LTE와 TD-LTE를 동시에 상용화 할 것이라고 한다. FDD 방식은 광범위한 지역에 적용할 것이고, 인구 밀도가 많고 데이터 사용량이 많은 지역에 TD-LTE를 서비스 할 것이라고 한다.
일본의 소프트뱅크는 차이나모바일보다 빠른 2012년 2월에 AXGP라는 이름으로 상용화 했다. 그러나, TD-LTE의 규격을 준용하지만 상호 호환되지는 않는 확장 요소가 너무 많아[14] 이걸 TD-LTE라 불러도 되는지는 애매하다. TD-LTE 기능만 쓰는 제한적인 범위 내에서는 상호 호환이 가능하다고는 하지만 본보기로 삼기에는 너무 괴상한 관계로 상용화가 하드캐리어보다 빨랐음에도 불구하고 외부에서의 관심은 적은 편. 소프트뱅크는 아이폰 5의 출시에 맞춰서 LTE도 상용화를 한 후 '더블 LTE'란 이름으로 선전 중 .
미국의 Clearwire와 사우디아라비아의 모바일리의 경우 삼성전자의 LTE/WiMAX 듀얼모드 솔루션을 이용하여 Mobile WiMAX에서 TD-LTE로 전환하였다.
5. Mobile WiMAX와 LTE-TDD와의 관계
WiMAX와 LTE는 최초 개발 시점부터 차용한 기술이 비슷했고, 처음 제안 시점엔 크고 정교한 시스템을 꿈꿨던 LTE지만 경쟁 규격의 거센 도전을 뿌리치기 위해선 개발 기간을 단축해야 했고, WiMAX의 심플한 구조에 영향을 받아 개발 방향을 바꾸면서 두 통신 규격은 비슷한 모습이 되어버렸다.통신 사업자 입장에선 음성 통화 기능 구현마저 까다로운, 이동 통신 사업자를 단순 빨랫줄 장사로 전락시키는 WiMAX보다 이통사 우위의 서비스를 제공할 수 있는 LTE가 더 매력적이었기에 WiMAX는 투자의 우선순위서 밀려나게 된다. WiBro가 보급되던 시기 눈에 띄는 사업자였던 일본의 UQ Wireless, 미국의 Clearwire, 러시아 요타, 사우디 모바일리 중 현재 남은 사업자는 UQ뿐, 나머지는 전부 TD-LTE로 전환하였다.
국내에서 Mobile WiMAX를 WiBro라는 명칭으로 서비스를 하고 있는 SK텔레콤과 KT역시 마찬가지로, 2012년 7월에는 KT에서 직접 WiBro에서 TD-LTE로의 전환에 대한 기자 간담회까지 하기도 했었다. 다만, '한국 기술인 WiBro를 버리고 중국 기술인 TD-LTE로 넘어간다.'라는 점 때문에 결국 당시 관계 부처였던 방송통신위원회에서 "WiBro 포기할 거면 주파수 반납해라"라는 엄포를 듣게 되어 한 발짝 물러난 상황이다.
다만, KT의 주장도 간과할 수 없는 것이 현재 Mobile WiMAX 장비를 대주는 회사는 삼성전자와 화웨이 정도로, 삼성전자는 이미 TD-LTE 장비로 웬만큼 전환했다는 것이다. 또한 WiBro를 지원하는 단말기 역시 스마트폰과 태블릿 컴퓨터는 이미 예전에 단종 되었고 현재는 에그와 브릿지로 명명된 휴대용 라우터만 유통되는 상황이다. 이것들도 이제는 하이브리드 에그와 포켓파이라는 이름으로 LTE-FDD 망을 사용하기 시작했다.
설상가상으로 Mobile WiMAX의 후속 기술이라 불리는 WiBro Evolution은 LTE와의 맞대결을 포기하고 TD-LTE와 호환 시키기로 했기 때문에 현실적으로 한국 기술이란 이유 만으로 WiBro를 계속 끌고 가는 것은 어렵다. 현재 WiBro Evolution을 상용화 중인 KDDI의 서비스 역시 소프트뱅크 AXGP와 비슷한 독자 규격 TD-LTE 같은 상황이다.
거기에 삼성전자가 LTE/WiMAX 듀얼모드 솔루션을 발표해버렸다. 이 솔루션이라는 게 TD-LTE와 Mobile WiMAX는 기술 상 비슷한 면이 많기 때문에 기기 소프트웨어 업그레이드와 채널 카드 추가 등으로 Mobile WiMAX에서 TD-LTE로 점진적으로 전환이 가능하게 한다는 것이 주요 내용이다.
다만, SKT보다는 KT가 WiBro로 해 먹은 것이 상당한 만큼 실질적으로 진통 없이 TD-LTE로의 전환은 쉽지 않아 보인다.[15]
5.1. 한국에서의 LTE-TDD 서비스 예정
현재 한국에 SK텔레콤, KT, LG U+를 잇는 네 번째 이동통신사가 탄생한다면 TD-LTE를 서비스할 가능성이 높다. 제4이통사가 이용할 수 있는 대역은 2.5GHz TDD Band 38이 있다.[16][17], TDD Band 38의 경우 과거 WiBro 사업자 선정 시 하나로텔레콤이 입찰했다 서비스를 포기한2017년 6월 29일 미래창조과학부에서 2019년에 사용 기간이 만료되는 와이브로 대역(lte band 40) 중 40 MHz를 회수 후 재분배하기로 했다. 재분배 후에는 TDD-LTE로 전환될 것이 확실시되기에 SKT와 KT는 추가 LTE 대역을 확보할 수 있을 것으로 보인다
한편 대한민국 공군에서는 2015년부터 TRS 무전기를 대체하는 자체 내부 무선망으로 LTE-TDD를 채용하였으며 이 과정에서 개발된 기술들은 민간업체에도 제공될 예정이라고 한다. #
[1] 이동통신이 처음 출현했을 때 방송이나 무전기 같은 기존의 전파 이용 방법과 가장 대비되는 것이 이것이었다.[2] 예를 들면 통화 중 나는 상대 목소리가 들리는데 상대는 못 듣는 경험 한 번쯤은 해봤을 것이다.[3] KT가 했던 자사 보유 주파수가 얼마나 상태가 나쁜지 보여주기 위한 900MHz LTE 시연회에서 볼 수 있듯이 주파수 확보와 클리어링 작업은 보통 일이 아니다.[4] 본래 WiBro도 있었지만, 2018년 12월 31일에 서비스를 종료하였다.[5] 화이트 스페이스로 버려지는 주파수 낭비가 줄어들고, 북미 AWS-1같이 입추의 여지없는 주파수 분배상황서 혼선 없는 UL/DL 확보를 위해 고생할 필요가 없다.[6] 비슷한 Band상의 두 방식을 비교한 게 아닌 것으로 보임.[7] 현재 업링크 캐리어 어그리게이션의 표준화와 지원이 미비함을 감안하면 실제로 묶은 대역 수는 차이가 없다고 봐도 된다.[8] 이걸 막기 위해 Guard Period도 있지만 기지국을 혼자 쓰는 게 아닌 이상 완벽하진 않다.[9] 해당 대역을 그냥 FDD로 썼을 때를 가정했을 때 대비. 물론 헬지 KPCS의 전철을 밟고 싶지 않은 이상 쓸 수 있다 한들 갈라파고스를 떠안는 통신회사는 없을 것이다.[10] 처음 차이나모바일이 LTE-TDD를 도입하기로 했을 때에도 간섭 문제 때문에 LTE가 제 성능을 내게 하는 게 가능할지 의구심을 품었지만, 대륙의 기상으로 그들은 해냈다.[11] 초창기 LTE 시절에는 주파수 해상력이 높지 않아 의미 있는 기술 수준이 아니었지만 2016년 주파수 경매 이후 LTE-3CA Cat.12·13가 본격적으로 구축되면서 QAM 숫자를 자랑하는 통신사들이 등장했다.[12] 마찬가지 이유로 TDD 방식 WCDMA도 도심지 트래픽 백홀 용으로 규정되어 있었다. 호환성이 많이 떨어져 그 용도로 도입한 통신사는 없었지만.[13] 가변차선 방향 전환 시점에는 일시적으로 도로를 쓸 수 없어 도로 전체 용량을 깎아 먹는 것과 비슷하다[14] 기존에 있던 일본의 무선 데이터 통신 사업자 윌컴의 사용자와 면허를 계승해 생긴 일로 보인다. 법률 상 VoLTE를 제공할 수 없다는 것을 보아 와이브로 같은 휴대 인터넷 한정 면허인 듯.[15] KT는 SKT와 LG U+가 LTE를 준비할 때 2G CDMA 서비스 종료를 위해 움직이느라 WiBro를 메인으로 마케팅을 했다.[16] 700MHz Band 28은 신규 이통사에게 주기에는 주파수 할당 대가와 기지국 설치난이도가 너무 높다. 방송사 억지만 아니었어도 적합했는데 결국 이 대역은 PS-LTE용이 되면서 제4이통사에게 할당 될 가능성은 없어졌다.[17] 2.6GHz FDD Band 7은 2016년 5월 2일 주파수 경매에서 SK텔레콤에 낙찰이라 쓰고 나눠먹기라 읽는다되어 쓸 만한 주파수는 더욱 줄어들었다...[18] 현재 할당하려는 LTE Band 38 2.5GHz 대역은 TDD 주파수 중에서도 범용성이 높은 주파수이다. 또한 2013년 상반기부터 시판되는 퀄컴의 통신 모뎀은 LTE와 TD-LTE를 동시에 지원한다. 그리고 음성 통화로 사용되는 VoLTE 역시 TD-LTE로도 사용할 수 있다. 때문에 단말기 수급이나 SIM 카드 호환도 자유로울 것이다. 즉, 기술적 문제는 없고 대신 이동통신사 간 협의나 정부의 입장 등 행정적 문제만 있는 상황이다.[19] 단, 이는 네 번째 이동통신사가 출범할 시점에 VoLTE가 활성화 되어야 가능한 일이다. 국내에서는 이미 활성화 되어있지만, 아직 준비조차 하지 않고 있는 국가가 많기 때문에 외산 기업들에서는 가능한 하드웨어를 가지고도 VoLTE를 지원하지 않고 있다.