[알아봅시다] 이동통신 멀티안테나입출력(MIMO) 기술의 진화

다중안테나로 'LTE속도 최대 1000배' 빠르게
매시브 MIMO, 수백개안테나 빔 형성
전파 범위내 이용자에 데이터 송수신
안테나4개 '4×4 MIMO' 상용화 임박

이르면 올 연말, 내년 초에는 현재보다 2배 빠른 LTE 이동통신 시대가 열릴 전망입니다. 이동통신사들이 통신속도와 용량을 대폭 늘리는 '다중 안테나 입·출력'(MIMO;Multi Input Multi Output) 기술을 상용화할 예정이기 때문입니다.

MIMO는 한정된 주파수를 최대한 효율적으로 활용하기 위해 전파를 주고받는 안테나 개수를 늘려 속도를 늘리는 기술입니다. 이통사들은 MIMO 안테나 개수를 2배에서 수십 배까지 늘리는 기술로 발전시키며, 5G 시대를 앞당기고 있습니다.

◇MIMO, 4G LTE의 핵심기술= MIMO는 안테나 수를 배로 늘려가며, 주파수와 전력을 증가시키지 않고 안테나 개수에 비례해 통신 속도와 용량을 높이는 기술을 말합니다. 이 기술은 4세대(G) LTE와 이전 세대를 구분하는 핵심기술입니다.

예를 들어 3G 이동통신은 기지국과 단말기 내 안테나가 각각 1개씩 짝을 지어 데이터를 주고 받았습니다. 이후 3GPP 등 국제 표준화 단체들이 여러 안테나로 동시에 데이터를 주고받는 MIMO 기술 표준화에 성공했습니다. 현재 4G LTE는 단말기와 기지국이 각각 2개씩 안테나를 활용하는 2X2 MIMO 기술을 표준화하면서, 3G와 같은 주파수 용량을 쓰면서도 3G 대비 5배 빠른 75Mbps 속도가 가능해진 것입니다.

◇ 4X4 MIMO, 통신속도 2배= 이동통신사들은 5G 시대를 맞이해 MIMO 기술을 한 단계 더 발전시켜 나가고 있습니다.

4X4 MIMO는 상용화가 임박한 기술로 꼽힙니다. 4X4 MIMO는 기존 LTE에서 각각 2개씩 탑재된 기지국과 단말기 안테나를 각각 4개씩으로 늘려 속도와 용량을 배로 늘리는 기술입니다. 이 경우 20㎒ 폭 협대역 LTE 주파수를 사용하더라도 현재보다 배 빠른 최대 150Mbps 속도를 낼 수 있고, 40㎒ 폭 광대역 주파수를 쓰면 최대 300Mbps 속도를 낼 수 있습니다.

여러 개 주파수를 묶어 하나의 초광대역 주파수처럼 활용하는 '주파수 집성기술'(CA;Carrier Aggregation)을 적용하면 최대 600Mbps 속도가 가능할 전망입니다.

사실 4X4 MIMO는 LTE 상용화 초기인 지난 2011년 이미 표준화가 이뤄진 기술입니다. 하지만 기지국에 안테나를 추가하는 일은 큰 문제가 없지만, 스마트폰 크기를 지나치게 늘리지 않으면서도 안테나를 추가하기 위한 방법이 없어 상용화가 미뤄졌습니다. 하지만 이제 스마트폰 설계 기술이 발전하고, 5인치 이상의 패블릿(태블릿+스마트폰)이 보편화하며, 올 연말에는 4X4 MIMO 지원 스마트폰 출시가 가능할 것으로 업계는 예상하고 있습니다.

◇ 매시브MIMO, LTE 1000배 속도 가능= 상용화가 아직 멀었지만, 통신시장에 큰 반향을 일으킬 기술로는 매시브(Massive)-MIMO를 꼽을 수 있습니다. 매시브 MIMO는 단일 기지국 장비에 수백 개 이상의 LTE 안테나를 장착해 이동통신 속도를 1000배 끌어올리는 기술입니다. 기지국에 장착된 수 백 개 안테나들이 동시에 전파를 송수신하는 '빔(Beam)'을 형성해, 전파 도달 범위 내 이용자에게 데이터를 전달하는 방식입니다. 이 기술은 데이터 이용량이 많은 밀집 지역 이용자에 서비스를 제공하기는 어렵습니다. 하지만 이용자 상황에 맞춰 좁은 지역의 소수 이용자를 대상으로 초고속 특화 서비스를 제공할 수 있습니다. 이 때문에 매시브 MIMO는 다양한 상황에서 고속 통신 서비스를 가능케 하는 5G 통신기술의 핵심으로 손꼽히고 있습니다.

◇ MIMO, 5G 핵심기술로 진화= 이처럼 MIMO는 5G 시대를 위한 핵심 기술로 진화를 거듭하고 있습니다.

삼성전자는 32개의 기지국 안테나가 상황에 맞게 자동으로 빔을 형성해 최적의 통신환경을 구현하는 FD(Full Dimension Multiple)-MIMO를 개발했습니다. 이 기술은 20㎒ 폭 주파수를 활용해 최대 400Mbps 속도를 제공하는데, 최근 시연에 성공하며 상용화에 한 발짝 다가섰다는 평가입니다. MU(Multi User)-MIMO 기술 역시 주목받고 있습니다. 이 기술은 여러 사용자에 동시에 데이터를 보낼 때 속도가 느려지는 단점을 개선하기 위해 이용자별로 데이터를 나눠 전송해 안정성을 높이는 기술입니다. 예를 들어 1Gbps를 3명에 333Mbps씩 나눠서 보내거나, 2명에게 500Mbps씩 나눠 보내는 방식입니다. 초대형 데이터를 다수 사용자에 보내야 하는 차세대 네트워크에 반드시 필요한 기술로 평가받고 있습니다.

박지성기자 jspark@