Multiple Access로 이해하는 무선 자원 공유 방식
FDMA, TDMA, CDMA, SDMA, OFDMA와 NOMA를 중심으로 무선 통신에서 주파수·시간·공간 자원을 공유하는 다중 접속 기술을 정리한다.
2026-08-14 · 최초 발행 2025-08-10
한정된 무선 자원을 나누는 방법
Multiple Access는 여러 사용자가 주파수, 시간, 공간처럼 한정된 통신 자원을 함께 사용하기 위한 기술이다. 5G와 Wi-Fi, 위성통신을 비롯한 무선 시스템의 기반이며, 채널 접속 방식은 시스템 용량과 신뢰성, 에너지 효율성에 직접 영향을 준다.
무선 주파수는 제한되어 있지만 사용자는 계속 늘어난다. 사용자마다 독립 채널을 제공하는 방식은 비효율적이고 실현하기도 어렵다. 제한된 대역폭에서 동시 통신 사용자를 늘리면서 QoS를 보장하고 간섭을 줄이려면 자원을 나누는 기준이 필요하다.
주파수·시간·코드·공간으로 분리하는 방식
FDMA: 주파수 대역을 사용자별로 나눈다
FDMA(Frequency Division Multiple Access)는 가용 주파수 대역을 여러 부채널로 나누고, 각 사용자에게 하나의 대역을 할당한다. 사용자는 배정받은 주파수 범위에서만 통신한다.
구현이 단순하고 사용자 사이의 간섭이 적다는 장점이 있다. 반면 주파수 효율성이 낮고 자원 배분의 유연성도 제한된다. 아날로그 셀룰러 시스템인 AMPS와 위성통신에서 활용된다.
TDMA: 같은 채널을 시간 슬롯으로 교대한다
TDMA(Time Division Multiple Access)는 하나의 주파수 채널을 시간 단위로 분할해 여러 사용자가 차례로 사용하게 한다. 각 사용자는 자신에게 할당된 시간 슬롯에서만 전송할 수 있다.
FDMA보다 높은 대역폭 효율성을 제공하지만, 시간 동기화가 중요하고 지연 시간이 발생할 수 있다. 2G 디지털 셀룰러 시스템인 GSM과 DECT 무선 전화가 활용 사례다.
CDMA: 고유 코드로 같은 대역의 신호를 구별한다
CDMA(Code Division Multiple Access)는 동일한 주파수와 시간을 공유하면서 사용자별 고유 코드로 신호를 구분한다. 확산 스펙트럼 기술을 이용하므로 여러 사용자가 같은 대역폭을 동시에 사용할 수 있다.
주파수 재사용 효율과 보안성이 높지만 구현은 복잡하다. 가까운 송신기 신호가 먼 송신기 신호를 압도하는 Near-Far 문제도 발생할 수 있다. 3G 이동통신 WCDMA와 GPS 위성 신호가 대표 사례다.
SDMA: 공간적으로 떨어진 신호를 재사용한다
SDMA(Space Division Multiple Access)는 공간적 분리를 이용하는 다중 접속 방식이다. 지향성 안테나나 빔포밍으로 신호를 공간별로 구분해, 같은 주파수와 시간을 다른 영역에서 재사용할 수 있다.
주파수 효율성과 통신 용량을 높일 수 있으며 MIMO 시스템과 밀접하다. 5G의 Massive MIMO와 위성통신 빔포밍이 이 방식의 활용 사례다.
OFDMA: 직교 부반송파를 동적으로 배정한다
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)는 OFDM을 기반으로 전체 대역폭을 다수의 직교 부반송파로 나눈다. 사용자마다 부반송파 그룹을 동적으로 할당할 수 있다.
주파수 선택적 페이딩에 강하고 자원 할당도 유연하다. 다만 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)과 타이밍·주파수 동기화 문제가 따른다. 4G LTE, 5G NR, IEEE 802.11ax(Wi-Fi 6)에서 사용된다.
경쟁 기반 채널 접속
ALOHA는 가장 기본적인 랜덤 접속 프로토콜이다. 송신측은 전송할 데이터가 있으면 즉시 보내고, 충돌이 발생하면 임의 시간 뒤 재전송한다. 이론적 최대 처리량은 채널 용량의 18.4%이며, 초기 위성통신과 IoT 센서 네트워크에서 활용된다.
Slotted ALOHA는 시간을 슬롯으로 나누고 슬롯 시작점에서만 전송하도록 ALOHA를 개선한 방식이다. 충돌 가능성을 줄여 채널 효율성을 높이며, 이론적 최대 처리량은 채널 용량의 36.8%다. RFID 시스템과 셀룰러 네트워크 접속 프로토콜에서 쓰인다.
CSMA(Carrier Sense Multiple Access)는 전송 전에 채널 상태를 감지한다. 채널이 사용 중이면 전송을 미루며, CSMA/CD는 충돌 감지 기능을, CSMA/CA는 충돌 회피 기능을 더한다. 이더넷은 CSMA/CD를, Wi-Fi는 CSMA/CA를 사용한다.
직교 자원 배분을 넘어선 접근
NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)는 같은 시간·주파수 자원에서 전력 영역을 활용한다. 전력 레벨 차이와 SIC(Successive Interference Cancellation)를 이용해 시스템 용량과 연결 밀도를 높인다. 구현 복잡성과 SIC 오류 전파 문제가 있으며, 5G NR과 차세대 위성통신에 활용된다.
SC-FDMA(Single Carrier FDMA)는 OFDMA와 유사하지만 송신 전에 DFT 처리를 거쳐 단일 반송파 특성을 유지한다. PAPR이 낮아 전력 효율성이 높고 상향링크 통신에 적합하다. 4G LTE 상향링크와 IoT 디바이스 통신에서 사용된다.
이동통신·위성통신·IoT에서의 선택
이동통신은 세대별로 다른 다중 접속 방식을 채택해 왔다.
- 1G: FDMA(아날로그 셀룰러)
- 2G: TDMA/FDMA 혼합(GSM), CDMA(IS-95)
- 3G: WCDMA(UMTS), CDMA2000
- 4G: OFDMA(하향링크), SC-FDMA(상향링크)
- 5G: OFDMA, NOMA, SDMA/Massive MIMO
위성통신은 전통적으로 FDMA와 TDMA 기반 시스템을 사용했고, 최근에는 CDMA와 다중 빔 SDMA도 적용한다. 차세대 위성통신은 OFDMA와 NOMA를 도입하고 있다.
IoT 네트워크에서는 저전력 광역 네트워크(LPWAN)가 주로 ALOHA 변형과 CDMA를 활용한다. LoRaWAN은 ALOHA 기반 채널 접속을 사용하며, NB-IoT는 상향링크에 SC-FDMA, 하향링크에 OFDMA를 사용한다.
방식별 효율과 구현 부담
주파수 효율성은 FDMA < TDMA < CDMA < OFDMA < NOMA 순으로 비교된다. NOMA는 이론적으로 기존 직교 기법보다 20-30% 향상된 주파수 효율성을 제공한다.
구현 복잡성은 FDMA < TDMA < OFDMA < CDMA < SDMA < NOMA 순이다. 복잡한 방식일수록 고성능 신호처리 하드웨어가 필요하다.
에너지 효율성은 상향링크에서 SC-FDMA > FDMA > TDMA > OFDMA > CDMA 순으로 비교된다. 하향링크에서는 OFDMA와 NOMA가 상대적으로 우수하다.
자원 할당이 향하는 방향
다중 접속 기술은 직교 방식에서 비직교 방식으로, 단일 도메인 활용에서 다중 도메인 활용으로 발전하고 있다. AI/ML 기반 동적 자원 할당과 간섭 관리, 테라헤르츠 대역을 위한 새로운 기법, 양자 통신용 다중 접속 프로토콜 연구도 이어지고 있다.
초고밀도 네트워크에서는 하이브리드 다중 접속 기술과 네트워크 슬라이싱의 결합이 다뤄진다. 향후 6G 및 Beyond 5G 시스템에서는 더 혁신적인 다중 접속 기술이 등장할 것으로 예상되며, 특정 시나리오에 최적화된 맞춤형 기법 개발도 중요한 연구 분야다.