펨토셀은 쉽게 말해서 초소형 이동통신 기지국이다. 해외에서는 이동통신 기지국의 커버리지를 보완하거나 홈 오토메이션 구축 용도로 널리 활용되고 있으며, 국내에서는 지난해 와이파이 구축 경쟁에서 KT에 한 발 뒤쳐진 SKT이 올해까지 1만 국소의 데이터 펨토셀을 구축하겠다고 발표하면서 주목 받기 시작했다.

SKT 데이터 펨토셀. 커버리지 2백m에 동시접속 8명을 지원하며, 국내 업체 콘델라의 제품이다

아이폰을 가장 먼저 출시했던 AT&T는 지난 3년간 데이터 트래픽이 5천%나 증가했다고 밝힌 바 있으며, 에릭슨과 시스코 등에 따르면 모바일 데이터 트래픽은 매년 두 배씩 늘어날 것으로 전망된다. 전세계적으로 스마트폰 출시 이후 모바일 데이터 사용량이 급증하면서 와이파이 뿐만 아니라 펨토셀을 포함한 스몰셀 인프라가 다시 각광을 받고 있는 것이다.

펨토셀은 HSPA나 LTE 등 이동통신 주파수를 그대로 사용하기 때문에 별도로 와이파이 옵션을 설정하지 않아도 일반 휴대폰에서 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이용자 입장에서는 기지국에 연결된 것인지 펨토셀을 사용하고 있는 것인지를 전혀 신경 쓸 필요가 없다.

연결된 펨토셀의 커버리지를 벗어나면 자동으로 더 신호가 강한 펨토셀이나 기지국을 연결하기 때문에 와이파이의 가장 큰 약점인 핸드오버 문제(A 액세스 포인트에서 B 액세스 포인트로 신호가 자연스럽게 연결되지 않는)도 신경쓸 필요가 없다. 또 공용 주파수를 사용하기 때문에 발생하는 간섭 문제가 제기되는 와이파이와 달리, 3G 주파수는 통신사별로 각기 할당된 영역을 사용하기 때문에 간섭으로 인한 신호 감소 문제도 덜 발생한다.

3G 주파수를 사용하기 때문에 이론적으로 와이파이와 비교해 속도는 다소 떨어지지만, 사용자가 몰리면 자동으로 기존 기지국으로 접속을 돌리기 때문에 접속자가 많아서 속도가 떨어지는 문제가 발생하지 않는다. 와이파이와 3G를 동시에 연결하지 않아도 되기 때문에 단말기의 배터리 소모도 덜하다.

전세계 펨토셀 시장을 선도하고 있는 업체는 영국에 본사를 둔 ‘피코칩(Picochip)’이다. 펨토셀 장비에 탑재되는 반도체와 소프트웨어를 제공하고 있으며, 현재 펨토셀 SoC 시장의 80%를 점유하고 있다. 피코칩 코리아는 11일 삼성동 그랜드 인터컨티넨탈 호텔에서 기자간담회를 열고 세계 최초 USB형 펨토셀용 SoC(PC3008)과 LTE 펨토셀 솔루션(PC500)을 공개했다.

피코칩 PC3008과 USB형 시제품, LTE 펨토셀용 PC500(왼쪽 위부터 시계방향)

USB형 펨토셀은 말 그대로 USB 메모리와 비슷한 크기다. 여기에 탑재된 PC3008 칩셋은 40nm 공정 기술을 이용해 집적도를 높였으며 950MHz의 ARM11 코어를 사용한다. 3G 펨토셀의 주요 부품을 12×12nm에 불과한 QFN패키지에 통합해 장비 개발업체들이 USB형 펨토셀 등 초소형 장비를 만들 수 있다.

USB형 펨토셀은 초소형 기지국 기술이 이미 USB 메모리 수준으로 집적도가 높아졌다는 것을 보여준다. 기술적으로만 봤을 때에는 케이블 사업자나 유선 광대역 사업자 케이블 모뎀과 셋톱박스에 연결해 휴대용 단말기에 3G 주파수를 송출할 수 있다. 예를 들어 유선망으로 가정용 휴대전화 서비스를 할 수 있는 가능성이 열린 것이다.

그러나 3G 주파수를 활용한 사업은 주파수 할당 규제가 있기 때문에 현실적인 어려움이 있다. 기술적으로는 유무선 인프라를 동시에 보유한 업체의 경우에는 이를 활용해 어떤 서비스를 할 수 있을지 한 번쯤 고려해보는 것도 좋겠다.

피코칩은 이와 함께 LTE 펨토셀용 PC500을 소개했으며, 3G(HSPA)와 4G(LTE)를 지원하는 칩셋을 각각 탑재한 듀얼모드 제품과 LTE와 와이맥스를 각기 지원하는 듀얼모드 제품도 소개했다. 올 4월 경 별도의 칩셋으로 듀얼모드를 지원하는 완제품이 출시되며, 2012년까지 HSPA+와 LTE를 하나의 칩셋으로 지원하는 듀얼모드 SoC도 선보일 예정이다.

이처럼 펨토셀은 초소형과 3G-4G 듀얼모드로 진화하며, 이통사들이 LTE 인프라를 구축하기 전까지는 무선 데이터 폭증의 우회망으로 활용하고, LTE 인프라를 구축하면서는 매크로셀(LTE 기지국)의 커버지리를 보완하는 용도로 활용될 것으로 예상된다.

각국의 통신사들은 새로운 인프라를 구축하면서 매크로셀(LTE 기지국)과 스몰셀(펨토셀 등)이 혼재하는 다수의 네트워크 레이어를 구축해 사용자의 데이터 속도를 보장하고 주파수 효율성을 향상시키려는 움직임을 보이고 있다. 매크로셀과 스몰셀을 함께 구축하는 이종(heterogeneous) 네트워크 아키텍처가 혼잡 지역에서 데이터 처리 용량을 확보하고 옥내 커버지리를 제공하는 면에서 장점을 가지고 있기 때문이다.

최진호 피코칩코리아 지사장(사진)은 “사용자의 입장에서도 먼 곳에 있는 기지국이 3G에서 4G로 업그레이드되는 것보다 기지국이 보다 가까이에 위치하는 것이 체감속도 면에서 나을 수 있다”라며 “어떻게 하면 사용자 가까이에 저렴한 기지국을 구축할 수 있을까하는 통신사들의 고민을 펨토셀이 해결해줄 수 있을 것”이라고 소개했다.

국내에서는 SKT가 연내 1만 개의 3G 데이터 펨토셀을 구축하겠다고 발표한 바 있다. 현재 설치되고 있는 제품은 국내 업체 콘델라에서 피코칩 칩셋을 탑재해 공급하고 있으며, 8명이 동시에 접속할 수 있고 커버리지는 200m 수준이다. 이와 함께 KT와 LG 유플러스도 펨토셀 도입을 검토하고 있는 것으로 알려졌다.

그렇다고 펨토셀 기술이 단기간에 와이파이의 아성을 넘어설 것이라고 보는 것은 무리다. 와이파이는 보급률 면에서 펨토셀과 비교해 압도적인 강세를 보이고 있으며, 단가도 더 저렴하고 기술 안정성 면에서도 충분한 검증을 거쳤다. 이론적으로 펨토셀과 기존 3G 망과 비교해 훨씬 빠른 속도를 보장한다는 장점이 있으며, KT가 와이파이를 마케팅 전략으로 활용하면서 와이파이에 대한 소비자들의 인지도가 크게 높아졌다.

당분간 펨토셀과 와이파이 기술은 서로의 장단점을 바탕으로, 블루투스와 와이파이, DSL과 케이블 등 기존에 함께 사용됐던 기술들처럼 혼용될 가능성이 높다. 그러나 펨토셀 기술이 LTE와 듀얼모드 등 지속적으로 진화하고, 단가가 떨어지면서 일반 소비자와 기업용 FMC 시장 등 고객에게 와이파이 이상의 인지도를 확보할 수 있다면, 장기적으로 펨토셀 진영의 입지가 넓어질 것으로 예상된다.

시장조사기관 ABI 리서치에 따르면 2010년 한 해 동안 17개의 통신사업자들이 130만 대의 상용화 펨토셀을 구축했으며, 2015년까지 154% 연평균성장률을 기록하며 7천20만 대까지 증가할 것으로 예상된다. 이미 170만 개의 펨토셀이 구축돼 있으며, 단순히 숫자로만 비교해보면 기존에 설치된 전세계 220만 개의 이동통신 기지국 숫자를 따라잡고 있다. 올해 안에 펨토셀의 숫자가 기지국 숫자를 넘어설 것이 유력하다.

펨토셀 시장 전망(출처 : 각 시장조사기관, 피코칩 재인용)

SKT는 19일 을지로 본사에서 네트워크 전략 설명회를 열고, 펨토셀 도입을 포함한 향후 네트워크 전략을 상세히 소개했다. 스마트폰 등 모바일 디바이스가 늘어남에 따라 앞으로 폭 발적으로 증가할 것으로 예상되는 데이터 트래픽을 수용하기 위한 종합 대책이다.

하장용 SKT 네트워크 부문장이 펨토셀 장비를 들고 소개하고 있다

이날 발표를 맡은 하장용 SKT 네트워크 부문장은 “2013년 SKT의 트래픽은 현재의 최대 30배에 달하는 월간 1만 TB 수준으로 증가할 것”이라고 예측하며, “이동통신 네트워크를 확충하고 롱텀에볼루션(LTE)를 조기 도입하는 한편, 다양한 우회망 기술을 활용해 고객들이 마음놓고 편리하게 사용하는 통신서비스를 제공하겠다”라고 밝혔다.

이날 공개된 SKT이 네트워크 전략 가운데 가장 눈에 띄는 부분은 펨토셀의 도입이다. 펨토셀은 가정이나 직장, 학교 등에 설치된 초고속 인터넷 회선에 펨토셀 AP 장비를 연결해 3G 네트워크 방식으로 접속할 수 있게 해주는 기술이다. 와이파이 AP와 유사한 형태이지만 무선랜 주파수가 아닌 SKT의 기존 3G 네트워크와 동일한 주파수를 활용하는 것이 큰 차이점이다.

와이파이의 경우 커버리지를 벗어나면 연결이 끊어지게 되지만 펨토셀은 3G와 동일한 주파수를 활용하기 때문에 커버리지를 벗어나더라도 자연스럽게 가까운 기지국으로 연결되는 장점이 있다. 이동전화 수준의 보안성과 품질/장애 관리가 가능한 것도 큰 장점이다.

반면, 3G 주파수를 활용하기 때문에 기존 3G 네트워크 수준의 회선속도를 가지고 있어, 와이파이에 비해서는 상대적으로 느리다는 단점이 있다. 또한, 와이파이는 요금제와 상관없이 무료로 사용할 수 있지만, 펨토셀은 SKT의 데이터 무제한 서비스(올인원 55 요금제 이상)에 가입하지 않을 경우 3G 네트워크와 동일하게 데이터 요금이 차감된다는 것도 큰 차이점이다.

펨토셀 개념도(출처 : SKT)

펨토셀은 올 하반기부터 구축되기 시작해 내년 말까지 약 5천~1만 국소에 설치될 예정이다. 주로 건물 내 구축(인빌딩) 방식으로 구축된다. 앞으로는 B2B 부문에서 기업 내 FMS(유무선대체) 서비스의 기본 인프라로 활용될 가능성도 높다. 펨토셀이 3G 네트워크를 활용하기 때문에 이동전화와 연계한 서비스를 제공할 수 있기 때문이다.

SKT는 와이파이와 와이브로에 새롭게 펨토셀을 추가해, 기지국에 과도한 트래픽이 발생할 경우 각각의 특성에 맞는 우회망을 설치하겠다는 전략이다.

와이파이 구축은 연내 1만 5천 개를 구축하겠다는 기존 계획대로 진행되며, 와이브로도 방통위에 제출한 계획에 따라 지속적으로 투자가 이루어진다. 점진적으로 5대 광역시까지 와이브로 커버리지를 확대해 나갈 계획이다. 버스나 지하철에 이동형 와이파이를 설치(5천 개 확정)하거나 브릿지나 T로그인 등을 활용해 와이파이 백홀로 꾸준히 활용될 전망이다.

이와 함께 SKT는 최근 정부로부터 할당받은 주파수 가운데 일부를 WCDMA 망의 데이터 트래픽 용량을 확충하는데 사용하겠다는 점을 다시 한 번 강조했다. 현재는 WCDMA 망에서 4개의 주파수 영역(FA, Frequence Assignment)을 음성과 데이터에서 혼용하고 있지만, 앞으로는 신규 주파수를 활용해 총 6개의 주파수 영역으로 증설하고, 이 가운데 3개의 주파수 영역을 데이터 전용으로 활용하겠다고 밝혔다.

또한 데이터 트래픽이 과도하게 발생하는 기지국에는, 기존에 안테나를 3방향으로 배치(3섹터)해 활용하던 것을 6방향으로 분할하는 6섹터 기술을 적용해 보다 많은 데이터 트래픽을 처리할 수 있도록 할 방침이다.

SKT는 이러한 기술을 활용하면 기존 WCDMA 망에서 데이터 수용량이 현재 대비 6배 증가한다며, 이는 경쟁사 대비 3배 이상 많은 수준이라고 밝혔다. WCDMA 망을 HSPA+ 등으로 지속적으로 향상시켜나가면서 필요에 따라 펨토셀과 와이파이, 와이브로 등 우회망을 적절히 활용하면 2011년 하반기에 국내 최초로 LTE를 구축할 때까지 늘어나는 데이터 트래픽을 충분히 감당할 수 있다는 계산이다.

최근 SKT이 발표한 데이터 무제한 서비스는 망 부하 발생 시 사용자의 VOD, MOD 다운로드와 스트리밍을 제한할 수 있다고 명시하면서 “과연 무제한 서비스가 맞느냐”는 지적이 일고 있다. 하장용 부문장은 이러한 지적을 의식한 듯 “이러한 네트워크 전략을 볼 때 데이터 무제한 서비스에서 사용자에게 QoS(Quality of Service) 제어를 해야하는 상황이 발생할 확률은 극히 드물다”라며 “가입자의 무선 데이터 사용이 제한되는 상황이 최대한 발생하지 않도록 자존심을 걸고 네트워크 설계를 해나가겠다”고 밝혔다.

한편, SKT가 새로 도입하겠다고 밝힌 펨토셀은 와이파이와 함께 데이터 트래픽 폭증을 우회망을 통해 해결하는 방안으로 해외 이통사 등에서 각광을 받고 있는 기술이다. 애틀러스 리서치앤컨설팅은 최근 발간한 보고서에서 “앞으로 통신사들의 네트워크가 기지국을 활용한 ‘매크로셀’과 펨토셀 등을 활용한 ‘스몰셀’이 혼재되는 방향으로 발전하게 될 것”이라고 예측하기도 했다.

전세계 펨토셀 장비 출하량 전망

시장조사업체 Berg Insight도 2013년까지 유럽과 북미, 일부 아태지역을 중심으로 펨토셀 장비 출하량이 1천 200만 대 수준으로 증가할 것이며, 정기적으로 펨토셀을 통해 접속하는 이용자가 7천만 명을 넘어설 것으로 전망했다. SKT가 펨토셀 기술 도입에 물꼬를 트면서 국내에서도 관련 장비 시장이 점차 확대될 것으로 예상된다.

한 업계 전문가는 “현재 국내에서는 중소업체만 펨토셀 장비 시장에 뛰어든 상황이지만, 앞으로 펨토셀을 채택하는 통신사가 더욱 늘어나면 대기업들도 이 시장에 뛰어들 것으로 보인다”라고 전망했다.

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시장조사기관 ABI리서치는 16일(현지시간) 앞으로 5년 동안 전체 모바일 데이터 트래픽이 현재의 30배 수준으로 늘어날 것이며, 2015년에는 이 가운데 48%의 트래픽이 우회망을 통해 처리될 것이라고 밝혔다. 현재 우회망을 통한 트래픽 분산은 전체 모바일 트래픽의 16% 수준이다.

2015년에는 전체 모바일 트래픽이 30배 늘어나고, 우회망을 통해 분산하는 비율도 세 배 이상 높아지면서, 우회망을 통해 분산되는 데이터 트래픽의 총량이 현재의 100배 수준에 달할 것이라는 설명이다.

아디탸 카울(Aditya Kaul) ABI 리서치 디렉터는 보고서를 통해 최근 국내에서 각광을 받고 있는 와이파이 말고도, 펨토셀이나 모바일 CDN(콘텐츠딜리버리네트워크) 등 다양한 우회망 기술을 간략히 소개했다.

와이파이는 제한된 지역에 많은 사용자가 몰릴 경우 트래픽을 효율적으로 커버하기에 적당하다. 반면, 펨토셀 기술은 엄청난 트래픽을 사용하는 소수의 헤비 유저를 커버하는데 강점이 있다. 모바일 CDN은 인기 동영상 등 자주 사용되는 콘텐트를 매번 네트워크를 통해 다운로드하기보다는 로컬 캐시를 활용해 네트워크 부하를 줄이는 기술이다.

카울 디렉터는 “이와 같은 우회망 기술은 모두 특정한 목적을 두고 있기 때문에 어떤 것이 최선이라고 보기 어렵다”라며 “앞으로도 다양한 기술이 공존하면서 발전해 나갈 것”이라고 전망했다. 또한 “고효율 압축 기술에 기반한 미디어 최적화 기술이 빠르게 발전하면서 우회망 인프라와 결합돼 모바일 트래픽 부담을 경감시키는 데 중요한 역할을 하게 될 것”이라고 전했다.

지난 7월 27일 표현명 KT 사장이 KT의 네트워크 전략을 발표하고 있다

이번 ABI리서치의 조사 결과는 스마트폰 사용자가 빠르게 늘어나면서, 급증하는 모바일 트래픽에 대한 대비책을 세우고 있는 국내 통신사에도 시사하는 바가 크다.

KT는 지난 7월 27일 기자간담회를 열고 2014년에는 모바일 데이터 트래픽이 3G와 4G 네트워크 수용 용량을 4.5배나 초과할 것이라며, 와이파이와 와이브로 등 우회망을 적극 확충해 데이터 폭증에 대비하겠다는 계획을 밝혔다. 당시 표현명 KT 사장은 “각종 데이터를 통해 예측해볼 때 LTE만으로는 완벽한 대안이 될 수 없다”라며 SKT의 네트워크 전략을 우회적으로 비판하기도 했다.

이에, SKT도 즉각 반박 자료를 배포하며 반격에 나섰다. SKT는 “자사의 WCDMA 데이터 수용 용량이 KT의 2배 이상에 달한다”고 주장하며, 4G 네트워크인 LTE를 구축하게 되면 이 정도 수준의 데이터 트래픽은 충분히 안정적으로 수용할 수 있다는 입장을 밝혔다.

이번에 발표된 ABI리서치의 조사 결과가 직접적으로 양사의 논쟁에 종지부를 찍는 것은 아니다. 이번 조사 결과는 우회망을 확충하지 않으면 향후 데이터 트래픽을 감당하지 못한다는 것을 입증한다기 보다는, 시장 상황이 우회망을 통한 트래픽 분산을 적극적으로 활용하는 방향으로 가닥을 잡을 것이라는 메시지를 전달하고 있는 것이기 때문이다.

그러나 시장 흐름이 LTE 등 차세대 이동통신망에 의존하기 보다는 우회망을 적극 활용하는 방향으로 흘러가게 되면 국내 통신사의 네트워크 전략에도 적지않은 영향을 미칠 것으로 예상된다.

사실 국내에서도 표면적으로는 KT와 SKT가 서로 다른 전략을 표명하면서 으르렁대고 있지만, 그 이면에는 상황에 따라 정도의 차이는 있어도 우회망을 지속적으로 늘려나가는 전략을 취하고 있다. SKT의 경우에도 지난해부터 와이브로 펨토셀 시범 서비스에 나서는 등 펨토셀 전략을 적극 검토하고 있는 것으로 알려졌다.

마침 19일 오전 SKT가 네트워크 전략 설명회를 앞두고 있어, 이 자리에서 새로운 네트워크 전략이 공개될 지에도 관심이 쏠리고 있다.

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두 회사는 차세대 이동통신망 공동 연구와 협력에 대한 양해각서(MOU)를 체결했다.

날 체결식은 GSMA 아시아지역 회의가 열리는 중국 마카오에서 진행됐으며, 화웨이 WCDMA생산부문 징왕쳰 사장(왼쪽)과 KTF 강상용 네트워크 연구소장,  등 내외빈이 참석한 가운데 거행됐다.

이 연구가 성공적으로 이뤄질 경우, 옥외 기지국과 케이블 사용량을 줄일 수 있어 자원절감 및 비용 감소가 예상되며, 이를 통한 그린 IT 실현도 가능할 것으로 예상된다.

KTF측은 이번 연구결과에 따라 향후 펨토셀 기술 상용화 여부를 검토할 계획이다.

KTF 네트워크연구소장 강상용 상무와 화훼이 무선 부문 주 하오빈 부사장은 “펨토셀과 차세대 네트워크 기술 공동 연구개발을 통해 원가절감과 기술발전의 토대를 이룰 것” 이라고 예상하면서 “유무선통합(FMC, Fixed Mobile  Convergence) 서비스를 제공할 수 있는 기술적 초석이 될 것”이라고 내다봤다.

추가 자료)  펨토셀은?

펨토셀은 건물 내에 설치할 수 있도록 개발된 초소형 이동통신 기지국이다.

기존 이동통신 서비스 반경보다 훨씬 작은 지역을 커버하는 시스템. 디지털가입자회선(DSL) 모뎀처럼 생긴 초소형 기지국을 가정 내 유선 IP망에 연결해 휴대폰으로 유무선 통신을 자유롭게 사용할 수 있게 해 준다.

옥내 중계기를 통하지 않고 곧바로 기지국에서 교환기로 이동 통신 데이터를 전송하기 때문에 통신 사업자는 네트워크 구축 비용을 절감하면서 주파수 부하를 줄이고 통화 품질까지 향상시킬 수 있다. 펨토셀의 커버리지 수준은 대략 댁내형, 초소형 인빌딩 중계기 수준으로 방 1~2개 수준에서 소규모 건물의 1층 정도이다.