와이맥스

3. 역사

IEEE 802.16 표준은 여러 단계의 발전을 거쳐 현재에 이르고 있다. 와이브로는 와이맥스를 기반으로 한국에서 개발되어 상용화된 기술이다.^[46] 일본에서는 UQ 커뮤니케이션즈가 IEEE 802.16e 기반 와이맥스 서비스를 제공하고 있다.

3. 1. IEEE 802.16 표준의 발전

• '''IEEE 802.16 (2001년)'''

• '''IEEE 802.16a (2003년)'''

• '''IEEE 802.16-2004 (2004년)'''

• '''IEEE 802.16e-2005 (2005년)'''

• '''IEEE 802.16m-2011 (WiMAX 2)'''

• '''IEEE 802.16h'''

3. 2. 한국에서의 와이맥스 (와이브로)

4. 기술적 특징

와이맥스는 2005년 12월에 승인된 IEEE 802.16e-2005를 기반으로 한다.^[16] 이는 IEEE Std 802.16-2004^[17]의 보충이며, 실제 표준은 802.16e-2005에 의해 수정된 802.16-2004이므로, 이 두 사양은 함께 고려되어야 한다.

IEEE 802.16e-2005는 IEEE 802.16-2004를 다음과 같이 개선하였다.

• 이동성 지원: 기지국 간 소프트 및 하드 핸드오버 기능을 추가하여 모바일 와이맥스의 기반을 마련하였다. 이는 802.16e-2005의 가장 중요한 특징 중 하나이다.
• SOFDMA: 서로 다른 채널 대역폭(일반적으로 1.25 MHz, 5 MHz, 10 MHz 또는 20 MHz)에서 반송파 간격을 일정하게 유지하기 위해 고속 푸리에 변환(FFT)의 크기를 채널 대역폭에 맞게 조정하였다. 이를 통해 넓은 채널에서는 스펙트럼 효율성을 높이고, 좁은 채널에서는 비용을 절감할 수 있다. 1.25 MHz의 배수가 아닌 다른 대역은 표준에 정의되어 있지만, 허용된 FFT 부반송파 수가 128, 512, 1024 및 2048개뿐이므로, 다른 주파수 대역은 정확히 동일한 반송파 간격을 갖지 않아 구현에 최적이지 않을 수 있다. 반송파 간격은 10.94 kHz이다.
• 고급 안테나 기술: 안테나 다이버시티 방식과 혼합 자동 반복 요청(HARQ), 적응형 안테나 시스템(AAS) 및 MIMO 기술을 적용하였다.
• 실내 침투 개선: 더 조밀한 서브 채널화를 통해 실내 침투성을 개선하였다.
• 오류 정정: 인트로 및 저밀도 패리티 검사 (LDPC)를 도입하였다.
• 다운링크 서브 채널화: 관리자가 커버리지와 용량을 교환할 수 있도록 다운링크 서브 채널화를 도입하였다.
• QoS: VoIP 애플리케이션을 위한 추가 서비스 품질(QoS) 클래스를 추가하였다.

4. 1. 물리 계층 (Physical Layer)

• OFDM (직교 주파수 분할 다중 방식): 다중 경로 페이딩에 강한 변조 방식이다. 디지털 데이터 고유의 변조 방식으로 COFDM (부호화 직교 주파수 분할 다중 방식)이라고도 불린다. 반사파나 지연파와 직접 전파 간의 전파 간섭, 이른바 멀티패스 현상 발생 시 데이터 손실 등에 대응한다.
• OFDMA (직교 주파수 분할 다중 접속): OFDM의 변형으로, 다중 사용자 접속을 지원한다. 캐리어 신호를 여러 서브 캐리어로 분할 전송하고 분할된 서브 캐리어를 그룹화하여, 그룹 내 서브 채널을 여러 사용자의 통신에서 공유한다.
• SOFDMA (확장 가능한 OFDMA): 채널 대역폭에 따라 고속 푸리에 변환(FFT) 크기를 조정하여 효율성을 향상시킨 OFDMA 방식이다. 1 사용자당 전송 속도나 동시 이용 가능 사용자 수 등을 제어할 수 있으며, 1 채널당 이용 가능한 전파 대역이 좁아도 서브 캐리어 수를 줄이지 않고 일정 전송 효율을 유지할 수 있다.^[18]
• MIMO (다중 입력 다중 출력): 다중 안테나 기술을 사용하여 전송 용량 및 커버리지를 확대한다. 같은 주파수 대역의 전파에 다른 데이터를 실어 여러 안테나에서 송신함으로써 전파 이용 효율을 높이며, 시공간 부호화를 통해 수신 측에서 전파 식별을 용이하게 한다.
• 적응형 변조 및 코딩 (AMC): 채널 환경에 따라 변조 방식 및 코딩률을 자동으로 조절한다. 와이맥스는 RF 신호가 통과하는 물리적 환경에 적응하는 동적 버스트 알고리즘 변조 방식이 특징이다.

4. 2. 매체 접근 제어 계층 (MAC Layer)

4. 3. 보안

5. 활용 분야

• 와이파이 핫스팟을 다른 곳이나 다른 인터넷 부분과 연결할 수 있다.
• 라스트 마일 광대역 접근을 위해 DSL, 케이블의 대안으로 무선 서비스를 제공하며, 특히 농어촌 지역의 정보 격차 해소에 기여할 수 있다.
• 고속 데이터, 전자 통신 서비스를 제공한다.
• 사업의 지속적인 계획의 일부로서 다양한 원천의 인터넷 연결을 제공한다.
• 2G, 3G, 4G 네트워크의 무선 백홀 기술로 활용된다.^[7][8]
• 데이터, VoIP, IPTV 서비스(트리플 플레이)를 제공한다.
• 비즈니스 연속성 계획의 일부로 인터넷 연결을 제공한다.
• 스마트 그리드 및 계량에 활용된다.
• 여러 곳으로 이동하며 연결할 수 있게 도와준다. 즉, 다양한 장치를 통해 도시와 국가 전반에 걸쳐 휴대용 모바일 광대역 연결을 제공한다.
• 항공 이동 공항 통신 시스템(AeroMACS)은 관제탑, 항공기 및 고정 자산을 연결하기 위한 공항 지표면용 무선 광대역 네트워크로 활용된다.
• 휴대용 장치(셀룰러 스마트폰과 유사), PC 주변 장치(PC 카드 또는 USB 동글), 노트북에 내장된 장치를 통해 와이맥스 네트워크에 연결할 수 있다.

6. 경쟁 기술 및 한계

와이파이(Wi-Fi)와 와이맥스는 무선 연결 및 인터넷 접속과 관련되어 혼동되기도 하지만, 서로 다른 환경에 맞춰 설계되었으며 상호 보완적이다.^[28] 와이맥스는 넓은 지역을 커버하는 장거리 시스템으로, 인터넷 연결을 제공한다. 반면 와이파이는 로컬 네트워크 접속에 용이하며, 사용자 기기에서 더 널리 사용된다.

와이맥스와 와이파이는 미디어 접근 제어(MAC) 방식과 서비스 품질(QoS) 메커니즘에서 차이를 보인다. 와이파이는 비연결 방식인 CSMA/CA 프로토콜을 사용하는 반면, 와이맥스는 연결 지향 MAC을 실행한다. 와이맥스는 기지국과 사용자 기기 간 연결을 기반으로 QoS 메커니즘을 사용하며, 각 연결은 특정 스케줄링 알고리즘을 따른다. 와이파이는 경합 접근 방식을 사용하는데, 이는 무선 접속 지점(AP)을 통해 데이터를 전송하려는 모든 가입자 스테이션이 임의의 인터럽트 방식으로 AP의 관심을 놓고 경쟁하는 방식이다.

IEEE 802.11(와이파이 포함)과 IEEE 802.16(와이맥스 포함)은 최종 사용자가 자신의 접속 지점 또는 기지국을 사용하여 다른 LAN의 사용자 또는 서버와 통신하는 피어 투 피어 (P2P) 및 무선 애드 혹 네트워크를 정의한다. 그러나 802.11은 접속 지점 없이 최종 사용자 기기 간의 직접적인 애드혹 또는 피어 투 피어 네트워킹도 지원하는 반면, 802.16 최종 사용자 기기는 기지국의 범위 내에 있어야 한다.

와이맥스의 주요 경쟁 기술은 범용 이동 통신 시스템(UMTS), CDMA2000, 기존 와이파이, 메시 네트워킹 및 4G (LTE)였다. 미래에는 주요 셀룰러 표준의 4G 진화, 음성 서비스가 탑재된 고대역폭, 저지연, 올-IP 네트워크가 경쟁 기술이 될 것이다. GSM/UMTS 및 AMPS/TIA(CDMA2000 포함)에 대한 4G로의 전 세계적인 이동은 3GPP 롱텀 에볼루션(LTE) 노력이다.

right, High Speed Packet Access (HSPA), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), GSM]]

LTE 표준은 2008년 12월에 최종 확정되었으며, 2009년 12월에 텔리아소네라(TeliaSonera)가 오슬로와 스톡홀름에서 LTE를 처음으로 상용화했다. 이후 LTE는 전 세계 이동 통신 사업자들에 의해 빠르게 채택되었다. 와이맥스는 LTE보다 먼저 시장에 출시되었지만, LTE는 이전 3G(GSM 및 CDMA) 표준의 업그레이드 및 확장인 반면, 와이맥스는 대규모 사용자 기반이 없는 비교적 새롭고 다른 기술이었다.

결국 LTE가 4G 표준이 되는 데 성공했는데, 이는 여러 이동 통신 사업자들이 새로운 기술 표준을 채택하기보다는 3G에서 LTE로 전문 지식, 장비 및 스펙트럼에 대한 투자를 확대하기로 선택했기 때문이다. 와이맥스 네트워크 사업자가 4G 기술 기반의 유선 광대역 네트워크와 경쟁하는 것은 결코 비용 효율적이지 않았을 것이다.

와이맥스는 속도 면에서 몇 년 동안(2005-2009) 우수한 기술(약 25Mbit/s)이었고, MIMO와 같은 새로운 기술을 개척했다. 그러나 GSM 및 CDMA 기술과 경쟁하려는 와이맥스의 모바일 버전(802.16m)은 구축하는 데 너무 늦었고, 2008년 12월에 LTE 표준이 최종 확정되었을 때, 모바일 솔루션으로서의 와이맥스의 운명은 결정되었다.

세계 일부 지역에서는 UMTS의 광범위한 가용성과 표준화에 대한 일반적인 요구로 인해 와이맥스에 대한 스펙트럼이 할당되지 않았다. 2005년 7월에는 유럽 연합(EU) 전체의 와이맥스 주파수 할당이 차단되었다.

속도와 전송 거리가 차세대 기술과 현행 기술의 중간에 위치하여 시장이 틈새 시장이 됨으로써 서비스 지역이 확대되지 않을 것이라는 우려가 있었지만, WiMAX2 규격 제정이 완료된 후 급하게 TD-LTE와 호환되는 WiMAX2.1이 제정되었다. WiMAX에 대해 상위 호환성을 가지면서 LTE 기술과의 융합을 목표로 한 결과, 2013년 초 현재 대세는 LTE 기술로의 수렴이 이루어질 전망이다.^[46]

와이맥스(WiMAX) 기술은 다음과 같은 여러 한계점을 가지고 있다.

• 주파수 할당 문제: 국가별, 지역별로 와이맥스에 할당된 주파수가 서로 달라 표준화 및 장비 호환성에 어려움이 있다.^[20]
• 간섭 문제: 와이맥스 시스템은 다른 무선 시스템과 동일한 주파수 채널을 사용할 경우 간섭이 발생할 수 있다.^[38]
• LTE와의 경쟁: 4G 기술인 LTE의 발전과 확산으로 인해 와이맥스는 시장 경쟁에서 어려움을 겪었다.^[46]
• 최대 전송 거리와 속도: 와이맥스는 이론상 최대 거리에서 70 Mbit/s의 속도를 제공할 수 있지만, 실제 환경에서는 여러 요인으로 인해 제약이 발생한다.

6. 1. 경쟁 기술

6. 2. 한계

• 주파수 할당 문제: 국가별, 지역별로 와이맥스에 할당된 주파수가 서로 달라 표준화 및 장비 호환성에 어려움이 있다.^[20] 미국에서는 2.5 GHz 대역이 주로 사용되었지만, 아시아 지역에서는 2.3 GHz 대역이 주로 사용되는 등 차이가 있다.
• 간섭 문제: 와이맥스 시스템은 다른 무선 시스템과 동일한 주파수 채널을 사용할 경우 간섭이 발생할 수 있다.^[38] 특히, C 밴드 위성과 동일 채널 사용 시 12km 지점에서 간섭이 발생한다는 연구 결과도 보고되었다.
• LTE와의 경쟁: 4G 기술인 LTE의 발전과 확산으로 인해 와이맥스는 시장 경쟁에서 어려움을 겪었다. LTE는 기존 3G 기술의 업그레이드 및 확장으로, 많은 이동 통신 사업자들이 LTE를 선택하면서 와이맥스의 입지가 약화되었다.^[46]
• 최대 전송 거리와 속도: 와이맥스는 이론상 최대 거리에서 70 Mbit/s의 속도를 제공할 수 있지만, 실제 환경에서는 여러 요인으로 인해 제약이 발생한다. 거리가 멀어질수록 비트 오류율이 증가하여 전송 속도가 저하되며, 실내 CPE 사용 시에도 속도 저하가 발생할 수 있다.

7. 한국의 와이맥스 현황 및 전망

와이맥스(WiMAX)는 원래 3G, HSDPA, xDSL 등 기존 통신 기술의 대안으로 주목받았으며, 특히 외딴 지역에서 광대역 인터넷 접속을 가능하게 하는 경제적인 기술로 평가받았다.^[7][8] 그러나 LTE 기술과의 경쟁에서 밀려 쇠퇴하였다.^[46]
5G 시대의 와이맥스와이맥스는 기술 발전을 통해 5G NR과의 통합 가능성을 모색하고 있다(WiMAX 3).^[23] 과거 와이맥스 2.1은 LTE TDD 네트워크와의 통합 및 핸드오버 기능을 제공했다.^[22]
지역 와이맥스 사업일본에서는 2010년 12월 1일부터 지역 와이맥스 사업자 간 로밍을 시작하여 서비스 지역 확대를 추진하고 있다.
대한민국 정부 정책 관련와이맥스 기술은 정보 격차 해소와 통신 접근성 향상을 위한 방안으로 활용될 수 있다. 특히, 기존 통신망 구축이 어려운 지역에 와이맥스 기술을 도입하여 광대역 통신 서비스를 제공할 수 있을 것이다.

8. 관련 단체

'''와이맥스 포럼 (WiMAX Forum)'''은 2001년 6월에 설립된 비영리 단체로, 와이맥스 호환 제품 및 서비스의 채택을 장려한다.^[30] 와이맥스 포럼은 와이맥스 제품의 상호 운용성을 인증하며,^[31] 적합성 및 상호 운용성 테스트를 통과한 제품은 "와이맥스 포럼 인증" 마크를 획득하여 제품 및 마케팅 자료에 표시할 수 있다. 2009년 기준으로 500개 이상의 기업 및 단체가 회원으로 참여하고 있다.^[47]

'''WiSOA (WiMAX Spectrum Owners Alliance)'''는 와이맥스 스펙트럼 소유주로만 구성된 최초의 글로벌 조직으로, 해당 대역에서 WiMAX 기술 배포를 계획했다. WiSOA는 2.3–2.5 GHz 및 3.4–3.5 GHz 대역에서 WiMAX 스펙트럼의 규제, 상용화 및 배포에 집중했으며, 2008년 4월에 무선 광대역 연합(Wireless Broadband Alliance)과 합병되었다.

'''통신 산업 협회(TIA)'''는 2011년에 단일 송신기를 갖춘 이동국/접속 단말기(MS/AT)를 사용하는 와이맥스 고속 패킷 데이터(HRPD) 시스템의 무선 인터페이스 및 코어 네트워킹 측면을 다루는 3가지 기술 표준(TIA-1164, TIA-1143, TIA-1140)을 발표했다.^[33]

참조

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