이통3사의 LTE 주파수 광대역화 전략은?

↑이동섭 SK증권 기업분석팀장

대한민국이 광대역 LTE-A로 뜨겁다. 논란의 한 가운데 전파(주파수)가 있고 최근 통신3사가 참여한 주파수 경매에서 새롭게 광대역 주파수가 할당되면서 통화품질, 주파수, 경쟁력 등에 대한 논란이 한창이다.

전파(전자기파)는 에너지를 공간상에서 전달하는 매체로써 우주 생성 때부터 존재했지만 형태가 없어 전자기파의 존재를 몰랐지만 1864년 맥스웰이 전자기파의 존재를 수학적으로 예언했고 1874년 헤르쯔(Hertz)가 전자기파의 존재를 실험으로 증명했다.


전파는 지향성 없이 구(공)의 형태로 퍼지고 그 공간에서 전기적 작용을 미치면서 빛의 속도로 진행한다. 인류는 이러한 전자기파에 음성과 데이터 등을 실어 전달함으로써 무선통신시대를 열었다. 전파(전자기파)는 이후 이동통신, 휴대인터넷, 위성방송, 무선랜 등 방송과 통신분야뿐 아니라 유비쿼터스 사회의 기반이 되고 있다.

전파(전자기파)는 신호의 크기를 나타내는 진폭(정점과 저점간 차이), 위상(모양, 모습), 파장(정점과 다음 정점간 거리)으로 표현되며 빛의 속도(30만km/s)로 이동한다. 그런데 주파수라는 것이 1초동안 전파가 진동하는 횟수이므로 파장을 알면 주파수를 알 수 있다. 즉 V(빛의 속도) = f(주파수)xr(파장)이므로 1초에 1회 진동하면 주파수는 1Hz이며 파장은 30만km이고 1초에 10회 진동하면 주파수는10Hz이며 파장은 3만km가 된다.

SK텔레콤의 2G서비스가 800~900MHz주파수를 사용하고 있으므로 파장은 약 37.5cm에서 33.3cm에 해당한다. 전파(전자기파)는 직진하며 굴절(반사)되는 특징이 있다. 전자기파는 밀도가 동일한 공간에서는 직진한다. 하지만 공기와 밀도가 다른 콘크리트벽이나 나무숲, 유리, 철판 등을 만나면 그 경계면에서 굴절(refraction)하게 되는데 이때 감쇄현상이 발생한다.

콘크리트는 50분의 1로, 숲이나 유리는 70%로, 철판은 거의 다 감쇄된다. 철판으로 둘러싸인 엘리베이터에서 통화품질이 급격히 나빠지는 이유가 바로 이 감쇄 때문이다.


다른 중요한 특징은 회절(diffraction)이다. 굴절이 장애물의 경계면에서 전파 진행방향의 각도가 꺾이는 것이라면 회절은 장애물 뒤쪽에 도달하는 현상을 말한다. 일반적으로 회절할 때 전파의 세기가 4분의 1로 감쇄한다. 이때 회절각도가 중요한데 회절각도가 주파수의 제곱근에 반비례하므로 고주파는 회절각도가 작고 저주파는 회절각도가 커진다.

800MHz와 1.8GHz의 회절각의 차이는 약 1.5배 차이가 난다. 즉 800MHz가 1.8GHz보다 장애물의 뒤편에 더 잘 도달하게 되는데 통화품질이 더 좋은 이유가 바로 이 회절성 때문이다.

최근 논란이 되는 LG유플러스의 LTE용 2.6GHz 대역과 SK텔레콤과 KT의 1.8GHz대역을 비교하면 1.8GHz대역의 회절성에 우수하므로 동일한 설비를 투입한다면 1.8GHz대역의 통화품질이 양호할 것이다.

전파는 굴절, 회절, 감쇄 등의 특성 외에도 간섭(Interference), 편파(Polarization), 페이딩(Fading), 도플러 효과(Doppler Effect) 등 다양한 특징을 지니는데 이 모두 전파를 이용한 통신서비스의 통화품질에 영향을 주는 특성이다.

특히 최근 KT의 LTE용 900MHz대역이 인접주파수와 문제가 발생해 상업용 LTE로 부적합, 대역을 조금 옮겨 달라는 KT의 요구가 있다. 이것도 간섭현상 때문인데 단 인접대역을 사용하는 LG유플러스가 과연 옆으로 약간 옮겨 줄지는 미지수다.

다음은 밴드에 대한 설명이다. 3GPP(통신관련 문제를 상호 조정하는 국제협력기구)에서 정한 주요 LTE용 주파수밴드(Band)는 약 30여개이며 이 중 주로 사용되는 밴드는 약 15개 정도이다.

SK텔레콤, LG유플러스, KT가 주력으로 사용하는 밴드는 1·5·8밴드로 전세계적으로도 사용하는 사업자가 많아 단말기 수급과 글로벌 로밍 등에서 불이익이 생기지 않는다.

또 8월에 경매된 주파수들도 3·7번 밴드로 글로벌 통신사업자들이 가장 많이 사용하는 대역 중 하나다. 따라서 통신3사는 어떤 주파수를 확보하더라도 특별한 불이익은 없는 상황이다.

현재 LTE용으로 사용하는 주파수의 폭은 10MHz(하향 단방향 기준)다. 하지만 최근 할당된 주파수의 폭은 20MHz로서 광대역이라 부른다. 이론적으로 주파수대역이 광대역화돼 20MHz가 되면 150Mbps의 속도로 LTE서비스를 제공할 수 있다.

따라서 통신3사 모두 광대역 LTE서비스를 출시할 수 있지만 KT (34,650원 ▲100 +0.29%)의 경우 이미 LTE전국망을 깔아놓은 주파수에 인접대역을 확보했으므로 상대적으로 수월하게 광대역 LTE가 가능하다.

SK텔레콤 (51,100원 ▲200 +0.39%)도 인접대역은 아니지만 새로 할당받은 주파수에 인근 주파수에 LTE망을 포설, 단시간내 가능할 것이다. LG유플러스 (9,780원 ▲30 +0.31%)도 설비투자 시기와 여부에 따라 광대역 LTE 제공이 가능하므로 경쟁력에 심각한 차이가 발생하지는 않을 것으로 예상된다.

하지만 망을 설치해도 모든 LTE단말기가 150Mbps로 서비스되는 것은 아니며 단말기가 그 속도를 지원해야 한다. 현재 출시된 단말기 대부분이 Category3로 최대 102Mbps만 지원하므로 100Mbps를 한계로 보는 것이 타당하며 갤럭시 S4 LTE-A, 갤럭시 노트3, 옵티머스G2 단말기부터 Category4 기준으로 생산, 150Mbps의 서비스를 즐길 수 있게 된다.

여기서 광대역 LTE는 반드시 물리적으로 20MHz대역을 확보해야만 가능한가에 대한 궁금증이 생긴다. 답은 '그렇지 않다'다. CA(Carrier Aggregation, 주파수집성기술)기술을 통해 100~150Mbps의 서비스를 제공할 수 있다. CA기술은 이처럼 광대역화되지 않은 별개의 주파수를 하나의 광대역주파수처럼 가상화하는 기술로써 LTE-A의 핵심기술이다.

CA는 (1)동일한 밴드내 연속된 주파수를 확보한 경우(Intra-band contiguous CA) (2)동일한 밴드내 연속되지 않은 주파수를 확보한 경우(Intra-band non-contiguous CA) (3)다른 밴드내 연속적이지 않은 주파수를 확보한 경우(Inter-band non-contiguous CA)로 나뉘는데 모두 CA기술을 이용해서 광대역화가 가능하다.

특히 (1)처럼 동일 밴드 연속 주파수는 CA없이 바로 광대역화 돼있어 CA가 필요없다고 생각할 수 있지만 연속된 광대역 2개를 CA기술을 통해 초광대역으로 만들 수 있게 된다.

KT는 이번 경매를 통해 기존 전국망 LTE 인접주파수를 할당받아 광대역화를 이뤘다. 따라서 기존 LTE고객들도 100Mbps로 서비스를 개선시킬 수 있으며 LTE-A 단말기 보급 시 150Mbps를 전국적으로 서비스 할 수 있게 됐다.

이같은 KT의 광대역화에 따른 경쟁우위를 상쇄시키기 위해 SK텔레콤과 LGU+는 저가형 단말기 공급을 통해 하반기 고객이탈을 막으려 할 것이며 CA(주파수집성기술)을 조기 확대하고 보조금 경쟁을 통해 속도경쟁에 대응할 것이다.

결론적으로 통신서비스업종은 주파수 광대역화가 갖는 장점들이 많아 중장기적으로 긍정적이지만 단기적으로는 설비투자 증가, 고객이탈 방지를 위한 마케팅비용 상승 등의 부작용 등이 예상된다.