GSM: TDMA 기반 글로벌 디지털 이동통신 표준

유럽의 단일 통신권을 뒷받침한 GSM

GSM(Global System for Mobile Communications)은 1980년대 후반 유럽에서 개발된 디지털 이동통신 시스템이다. 유럽 17개국을 단일 통화권으로 통일하는 데 기여했고, 이후 글로벌 모바일 통신의 기반 기술로 자리 잡았다.

이 시스템의 중심에는 TDMA(Time Division Multiple Access)가 있다. 하나의 주파수 채널을 시간 슬롯으로 나누고, 여러 사용자가 각자 배정받은 시간에 송수신하는 방식이다. 한국에서 주로 사용했던 CDMA(Code Division Multiple Access)와는 채널을 공유하는 접근 자체가 다르다.

시간과 주파수를 나눠 쓰는 방식

GSM은 협대역 TDMA를 채택한다. 사용자는 할당된 시간 슬롯 동안에만 데이터를 보내거나 받으며, 이 구조가 하나의 주파수 채널을 다수의 가입자가 공유하게 한다.

기지국의 송신 주파수는 935960MHz, 수신 주파수는 890915MHz다. 송수신 주파수 간격은 45MHz이며, 이러한 분리는 송수신 간섭을 줄이기 위한 설계다.

아날로그 이동통신과 달리 GSM은 완전한 디지털 시스템으로 설계됐다. 음성 신호를 디지털화해 통화 품질을 높이고, 데이터 암호화로 보안성을 강화한다. 기존 아날로그 방식과는 호환되지 않는다.

ISDN과 연결된 이동 데이터 서비스

GSM은 종합정보통신망(ISDN)과 연결할 수 있었다. ISDN은 영상·음성·데이터·문자 등 여러 형태의 서비스를 하나의 망으로 통합하며, 기존 모뎀보다 510배 빠른 64128kbps 속도를 제공했다. ADSL 등 고속 인터넷이 등장한 뒤 한국에서는 거의 사용되지 않게 됐다.

GSM과 ISDN을 연동하면 모뎀 없이 여러 단말기에 직접 연결할 수 있다. 전화 단말기, 팩시밀리, 랩톱 컴퓨터, 텔레텍스트 터미널을 연결하고 이동 중에도 데이터 서비스를 이용할 수 있었다. 통신 서비스를 한데 묶어 이용 편의성을 높인 구조다.

CDMA와 갈린 채널 공유 방식

한국의 이동통신 시장은 GSM 대신 CDMA를 채택했다. GSM은 시간을 나눠 채널을 배정하지만, CDMA는 코드로 사용자를 구분해 다수의 사용자가 같은 주파수를 이용한다.

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GSM은 시간 분할로 채널을 할당하며, 주파수 효율성은 CDMA보다 상대적으로 낮다. 대신 글로벌 표준이라는 점에서 로밍 서비스에 유리했고, SIM 카드 기반 사용자 인증 시스템을 사용한다.

CDMA는 동일 주파수에서 코드 분할 방식으로 다수 사용자를 수용한다. 주파수 효율성이 높고 간섭에 강하며, 미국 퀄컴사가 개발한 기술이다. 한국은 이를 적극 도입해 1996년 세계 최초로 상용화했다.

표준화가 만든 모바일 생태계

GSM은 ETSI(European Telecommunications Standards Institute)가 표준화한 디지털 셀룰러 시스템이다. 국가마다 분리돼 있던 이동통신 환경에서 유럽 내 로밍을 가능하게 했고, 단일 통화권과 국경 없는 통신 환경을 만드는 기반이 됐다.

GSM의 기술 계보는 패킷 데이터 서비스와 더 높은 데이터 전송률, 3G 이동통신으로 이어졌다.

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GPRS(General Packet Radio Service)는 GSM에 패킷 데이터 서비스를 더했고, EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)는 데이터 전송률을 높였다. UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)는 3G로의 진화를 나타낸다. 이 흐름은 HSPA, LTE, 5G로 발전하는 기술적 토대가 됐다.

단말·무선망·교환망으로 이루어진 네트워크

GSM 네트워크는 이동국(MS), 기지국 서브시스템(BSS), 네트워크 서브시스템(NSS)으로 나뉜다.

이동국(Mobile Station, MS)은 사용자가 쓰는 모바일 장치다. 단말기와 SIM(Subscriber Identity Module) 카드로 구성되며, SIM 카드는 사용자 식별과 인증에 핵심적인 역할을 한다.

기지국 서브시스템(Base Station Subsystem, BSS)에서는 기지국 송수신기(BTS)가 안테나와 장비를 통해 무선 신호를 송수신한다. 기지국 제어기(BSC)는 여러 BTS를 관리하고 제어한다.

네트워크 서브시스템(Network Subsystem, NSS)에는 통화 연결과 라우팅을 담당하는 모바일 스위칭 센터(MSC)가 있다. 홈 위치 등록기(HLR)는 가입자 정보 데이터베이스이고, 방문자 위치 등록기(VLR)는 현재 서비스 지역 사용자 정보를 임시로 보관한다. 인증 센터(AuC)는 보안과 사용자 인증을 처리한다.

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음성에서 메시지와 데이터까지

GSM은 디지털화된 음성 데이터를 전송하는 음성 통화, SMS(Short Message Service), 팩스와 데이터 통신을 제공했다. 팩스 및 데이터 통신의 최대 속도는 9.6kbps다.

착신 전환(Call Forwarding), 통화 대기(Call Waiting), 발신자 표시(Caller ID), 통화 보류(Call Hold), 회의 통화(Conference Call)도 부가 서비스에 포함된다. 이후 GPRS 기반 인터넷 접속, MMS(Multimedia Message Service), 위치 기반 서비스가 제공됐다.

낮은 데이터 속도에서 세대 진화로

초기 GSM은 9.6kbps의 낮은 데이터 전송 속도, 제한된 대역폭에 따른 용량 제약, 복잡한 네트워크 구조라는 한계를 지녔다.

GPRS는 2.5G로서 패킷 기반 데이터 서비스를 도입하고 최대 115kbps를 지원했다. EDGE는 2.75G에서 향상된 변조 방식을 도입해 최대 384kbps를 지원했다. UMTS는 WCDMA 기술을 기반으로 하는 3G이며 최대 2Mbps를 지원한다.

GSM은 디지털 음성 통신, 가입자 인증, 로밍, 이동 데이터 서비스를 하나의 표준 안에서 연결했다. 일부 국가는 CDMA를 선택했지만, GSM은 글로벌 이동통신 표준으로 확산됐고 이후 세대 이동통신 기술이 발전하는 출발점이 됐다.