펨토셀

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1. 개요

펨토셀은 2000년대 초반부터 연구되어 2007년 상용화된 소형 기지국 기술이다. 가정이나 사무실 등 좁은 지역에 설치하여 통신 품질을 개선하고, 이동통신 사업자의 망 구축 비용을 절감하는 데 기여한다. 펨토셀은 UMTS, GSM, CDMA2000, LTE 등 다양한 무선 통신 기술을 지원하며, 간섭, 보안, 법적 문제, 서비스 품질 저하 등의 문제점과 소비자 비용 부담, 기술적 한계 등의 비판도 존재한다. 한국에서는 2000년대 후반 관련 법규가 정비되었으며, 5G 시대에 실내 음영 지역 문제 해결을 위해 다시 주목받고 있다.

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펨토셀

2. 역사

펨토셀 기술은 2000년대 초반부터 연구되기 시작하여, 2007년 미국의 스프린트가 삼성전자가 제작한 'Sprint Airave'를 통해 최초로 상용화 서비스를 시작했다.^[28] 2008년 8월 17일부터는 전국적으로 서비스가 확대되었다. 2009년 1월에는 버라이즌 와이어리스가 'Wireless Network Extender'를 출시했다.^[29] 2010년 3월 말에는 AT&T가 시스코 시스템즈와 ip.access에서 제작한 '3G MicroCell'을 출시하며, 음성과 데이터 HSPA를 모두 지원하는 3G 펨토셀을 미국 최초로 선보였다.^[30]

2009년 7월, 보다폰은 유럽에서 최초로 펨토셀 네트워크를 출시했으며,^[35] 이는 2010년 1월 'SureSignal'로 리브랜딩되었다.^[37] 이후 보다폰은 스페인, 그리스, 뉴질랜드,^[38]^[39] 이탈리아, 아일랜드,^[40] 헝가리^[41] 및 네덜란드^[42]에서도 서비스를 시작했다.

아시아에서는 소프트뱅크가 2009년 1월에 가정용 3G 펨토셀 서비스를 시작했고,^[33] 2010년 5월에는 무료 펨토셀 서비스를 시작했다. NTT 도코모는 2009년 11월 10일에 자체 펨토셀 서비스를 시작했다.

2010년 12월, 시장 조사 기관인 Informa와 Femto Forum에 따르면,^[24] 18개의 통신 사업자가 펨토셀 상용 서비스를 시작했으며, 총 30개 사업자가 펨토셀 배치를 약속했다. 2011년 말 펨토셀 출하량은 연간 약 200만 대에 달했다.^[25] 시장 조사 기관인 Berg Insight는 2014년 전 세계 출하량이 1,200만 대에 달할 것으로 추정했다.^[27]

다음은 펨토셀 서비스를 출시한 통신 사업자들을 정리한 표이다.

통신 사업자	국가	출시일	참고
Cellcom
스프린트			삼성에서 제공,^[28] Airvana (현 CommScope)^[43]
StarHub			화웨이에서 제공
소프트뱅크			Ubiquisys에서 제공
Verizon Wireless			^[44]
TDC			Ubiquisys에서 제공^[45]
보다폰
AT&T			^[44]
China Unicom			^[44]
NTT DoCoMo
SFR			Ubiquisys에서 제공^[46] 2019년 초에 종료^[47]
NOS			^[48]
SingTel			^[49]
보다폰
KDDI			^[44]
보다폰
Movistar			^[44]
T-Mobile			^[44]
Moldtelecom			^[44]
보다폰
보다폰
Network Norway			NEC에서 제공^[50]
Optus			^[44]
보다폰			^[44]
MegaFon			^[44]
보다폰
보다폰
Orange			2021년 9월에 종료^[51]^[44]
Orange			^[44]
MTS			^[44]
보다폰			^[44]
Beeline			^[44]
보다폰
Cosmote			^[44]
보다폰			^[44]
Mosaic Telecom			^[44]
Free			2021년 9월부터 종료 진행 중^[52]^[44]
3			^[44]
Zain			^[44]
보다폰			화웨이에서 제공^[53]
Globe			NEC, Nextivity & ip.access에서 제공
O₂			알카텔 루슨트에서 제공^[54]
M1			알카텔 루슨트에서 제공^[55]
Orange
Sunrise			NEC에서 제공^[56]
Salt			노키아에서 제공^[57]
Maxis			알카텔 루슨트.에서 제공^[58]
DiGi			2014년에 펨토셀 출시 예정^[59]
AIS			알카텔 루슨트에서 제공
dtac			알카텔 루슨트에서 제공
Swisscom			시스코에서 제공^[60]
MTS			시스코에서 제공^[61]
T-Mobile			알카텔 루슨트에서 제공
Celcom			2016년에 펨토셀 출시 예정^[62]
Jio

3. 기술적 특징

3G 아키텍처에서 전통적인 Node B와 Home Node B(3G 펨토셀)의 단순화된 버전

표준화 기구들은 WCDMA, CDMA2000, LTE, WiMAX 펨토셀에 대한 공식적인 규격을 발표했으며, 이들은 모두 다음 세 가지 주요 요소로 구성된 아키텍처를 따른다.

펨토셀 액세스 포인트: 매크로셀 기지국보다 더 많은 네트워크 기능을 구현하며, 무선 자원 제어 기능 등을 통해 자체 구성 및 자체 최적화가 가능하다. 펨토셀은 DSL이나 케이블 모뎀과 같은 광대역 IP를 사용하여 통신 사업자의 코어 스위칭 센터에 연결된다.
펨토셀 게이트웨이: 수십만 개의 펨토셀에서 암호화된 IP 데이터 연결을 대량으로 종단하는 보안 게이트웨이와, 신호 트래픽을 집계, 검증, 인증하고 Iuh와 같은 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 네트워크 코어 스위치와 인터페이스하는 신호 게이트웨이로 구성된다.
관리 및 운영 시스템: 소프트웨어 업데이트 및 진단 검사를 관리하며, 브로드밴드 포럼에서 발표하고 주거용 모뎀 관리에도 사용되는 TR-069 관리 프로토콜을 사용한다.

이러한 아키텍처에서 핵심 인터페이스는 펨토셀 액세스 포인트와 펨토셀 게이트웨이 간의 인터페이스이다. 표준화를 통해 다양한 펨토셀 제품과 게이트웨이를 선택할 수 있어 경쟁이 촉진되고 비용이 절감된다.

2008년 5월, 3GPP는 펨토셀 네트워크 아키텍처로 Home Node B (HNB) 아키텍처를 선정했다. 2015년 현재, 3GPP에서는 3G 펨토셀을 Home Node B (HNB), LTE 펨토셀을 Home eNode (HeNB)라고 칭한다. 펨토셀은 시스템 전개의 해결책으로서 가능성이 있지만, 많은 문제점이 존재한다.

3. 1. 작동 원리

펨토셀은 사용자의 광대역 통신망(DSL, 케이블 모뎀 등)을 통해 이동 통신 사업자(MNO)의 네트워크에 연결된다. 펨토셀은 소형 기지국 역할을 하며, 주변의 휴대폰과 무선 신호를 주고받는다.^[4]^[5] 사용자가 펨토셀의 통달 거리 내에 들어오면, 휴대폰은 자동으로 펨토셀에 연결되며, 모든 통신은 펨토셀을 통해 이루어진다. 사용자가 펨토셀 통달 거리를 벗어나면, 휴대폰은 자동으로 기존의 매크로셀 네트워크로 핸드오버된다.

WCDMA, CDMA2000, LTE, WiMAX 펨토셀은 모두 세 가지 주요 요소로 구성된 아키텍처를 따른다.

1. 펨토셀 액세스 포인트는 매크로셀 기지국보다 더 많은 네트워크 기능을 구현하여 자율성을 높여 자체 구성 및 최적화가 가능하다. 펨토셀은 DSL이나 케이블 모뎀 같은 광대역 IP를 사용하여 통신 사업자의 코어 스위칭 센터에 연결된다.

2. 펨토셀 게이트웨이는 수십만 개의 펨토셀에서 암호화된 IP 데이터 연결을 종단하는 보안 게이트웨이와, 신호 트래픽을 집계, 검증, 인증하고, Iuh 같은 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 네트워크 코어 스위치와 인터페이스하는 신호 게이트웨이로 구성된다.

3. 관리 및 운영 시스템은 소프트웨어 업데이트 및 진단 검사를 관리하며, 브로드밴드 포럼에서 발표하고 주거용 모뎀 관리에도 사용되는 TR-069 관리 프로토콜을 사용한다.

WCDMA 펨토셀의 경우, Iuh 인터페이스로 정의되는 펨토셀 액세스 포인트와 펨토셀 게이트웨이 간의 인터페이스가 핵심이다. Iuh 아키텍처에서 펨토셀 게이트웨이는 펨토셀과 코어 네트워크 사이에 위치하며, 펨토셀이 기존의 모바일 스위칭 센터(MSC)에 무선 네트워크 컨트롤러로 보이도록 변환한다. 각 펨토셀은 펨토셀 게이트웨이와 통신하고, 펨토셀 게이트웨이는 코어 네트워크 요소(회선 교환 통화는 MSC, 패킷 교환 통화는 SGSN)와 통신한다. 이 모델은 3GPP와 펨토 포럼에서 제안되었다.^[8] HNBAP 및 RUA^[9] (RANAP 사용자 적응) 프로토콜이 파생되었다. HNBAP는 HNB와 HNB-GW 간 제어 신호에 사용되고,^[10] RUA^[9]는 무선 네트워크 컨트롤러(RNC)에서 신호 연결 제어 부분(SCCP) 및 M3UA 프로토콜을 대체하는 메커니즘으로, RANAP 메시지를 투명하게 전송한다.^[11]

CDMA2000 표준^[13]은 세션 시작 프로토콜(SIP)을 채택하여 펨토셀과 펨토셀 컨버전스 서버(FCS) 간 연결을 설정한다. 음성 통화는 FCS를 통해 라우팅되며, FCS는 MSC를 에뮬레이션한다. SIP는 모바일 장치에서 필요하거나 사용되지 않는다. SIP 아키텍처에서 펨토셀은 SIP/IMS 아키텍처를 기반으로 하는 이동 통신 사업자의 코어 네트워크에 연결된다. 펨토셀은 회선 교환 3G 신호를 SIP/IMS 신호로 변환하고 IETF 표준에 정의된 대로 RTP를 통해 음성 트래픽을 전송하여 SIP/IMS 네트워크를 향해 SIP/IMS 클라이언트처럼 작동한다.

2008년 5월, 3GPP는 Home Node B (HNB) 아키텍처를 펨토셀 네트워크 아키텍처로 선정했다.

2015년 현재, 3GPP에서는 3G 펨토셀을 Home Node B (HNB), LTE 펨토셀을 Home eNode (HeNB)라고 칭한다.

피코셀은 펨토셀보다 전파 출력이 크지만, 기존 매크로셀보다 전파 출력이 작다. 펨토셀과 피코셀은 전파 출력 외에 사용하는 유선 회선에 큰 차이가 있다. 피코셀은 통신 사업자의 코어 네트워크와 직결(HNB는 RNC, HeNB는 MME에 전용 회선 접속)하는 반면, 펨토셀은 일반 인터넷 서비스 제공업체의 광대역 회선을 경유한다. 따라서 펨토셀은 IPsec 등의 기술로 보안을 확보해야 한다.

3. 2. 표준 아키텍처

펨토셀 시스템은 크게 세 가지 주요 요소로 구성된다.

1. '''펨토셀 액세스 포인트(Femtocell Access Point)'''는 매크로셀 기지국의 기능을 수행하며, 무선 자원 제어 기능 등을 통해 자체 구성 및 최적화가 가능하다. 펨토셀은 DSL 또는 케이블 모뎀과 같은 광대역 IP를 사용하여 통신 사업자의 코어 스위칭 센터에 연결된다.

2. '''펨토셀 게이트웨이(Femtocell Gateway)'''는 수십만 개의 펨토셀에서 암호화된 IP 데이터 연결을 대량으로 종단하는 보안 게이트웨이와, 신호 트래픽을 집계하고 검증하며 각 펨토셀을 인증하고 Iuh와 같은 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 네트워크 코어 스위치와 인터페이스하는 신호 게이트웨이로 구성된다.

3. '''관리 및 운영 시스템'''은 소프트웨어 업데이트 및 진단 검사를 관리한다. 이들은 일반적으로 브로드밴드 포럼에서 발표하고 주거용 모뎀 관리에도 사용되는 TR-069 관리 프로토콜을 사용한다.

이러한 아키텍처에서 핵심 인터페이스는 펨토셀 액세스 포인트와 펨토셀 게이트웨이 간의 인터페이스이다. 표준화는 모든 게이트웨이와 함께 더 광범위한 펨토셀 제품을 선택할 수 있도록 하여 경쟁 압력을 높이고 비용을 절감한다. 일반적인 WCDMA 펨토셀의 경우, 이는 Iuh 인터페이스로 정의된다. Iuh 아키텍처에서 펨토셀 게이트웨이는 펨토셀과 코어 네트워크 사이에 위치하며, 펨토셀이 기존의 모바일 스위칭 센터(MSC)에 무선 네트워크 컨트롤러로 보이도록 필요한 변환을 수행한다. 각 펨토셀은 펨토셀 게이트웨이와 통신하고, 펨토셀 게이트웨이는 코어 네트워크 요소(CNE) (회선 교환 통화의 경우 MSC, 패킷 교환 통화의 경우 SGSN)와 통신한다. 이 모델은 3GPP와 펨토 포럼에서 제안되었다.^[8] 새로운 프로토콜 (HNBAP 및 RUA^[9] [RANAP 사용자 적응])이 파생되었다. HNBAP는 HNB와 HNB-GW 간의 제어 신호에 사용되는 반면^[10] RUA^[9]는 무선 네트워크 컨트롤러(RNC)에서 신호 연결 제어 부분(SCCP) 및 M3UA 프로토콜을 대체하는 가벼운 메커니즘이며, 주요 기능은 RANAP 메시지의 투명한 전송이다.^[11]

2010년 3월, 펨토 포럼과 ETSI는 Iuh 표준의 상호 운용성을 촉진하기 위해 첫 번째 플러그페스트를 개최했다.^[12]

2010년 3월에 출시된 CDMA2000 표준^[13]은 펨토셀과 펨토셀 컨버전스 서버(FCS) 간의 연결을 설정하기 위해 세션 시작 프로토콜(SIP)을 채택하여 약간의 차이를 보인다. 음성 통화는 FCS를 통해 라우팅되며, FCS는 MSC를 에뮬레이션한다. SIP는 모바일 장치 자체에서 필요하거나 사용되지 않는다. SIP 아키텍처에서 펨토셀은 SIP/IMS 아키텍처를 기반으로 하는 이동 통신 사업자의 코어 네트워크에 연결된다. 이는 펨토셀이 회선 교환 3G 신호를 SIP/IMS 신호로 변환하고 IETF 표준에 정의된 대로 RTP를 통해 음성 트래픽을 전송하여 SIP/IMS 네트워크를 향해 SIP/IMS 클라이언트처럼 작동하도록 함으로써 달성된다.

범용 이동 통신 시스템(UMTS)에 상업적 초점이 맞춰져 있지만, 이 개념은 모든 무선 인터페이스에 동등하게 적용 가능하다. 최초의 상업적 배치는 2007년 스프린트의 CDMA2000 에어베이브(Airave)였다.

펨토셀은 GSM, TD-SCDMA, 와이맥스 및 LTE용으로도 개발 중이거나 상용화되어 있다.

H(e)NB 기능과 인터페이스는 몇 가지 추가 기능을 제외하면 일반 고속 패킷 접속(HSPA) 또는 LTE 기지국과 기본적으로 동일하다. 차이점은 주로 주거용 배치를 위한 폐쇄형 액세스 또는 기업용 배치를 위한 개방형 액세스를 지원하기 위한 액세스 제어의 차이점, 활성 가입자를 위한 핸드오버 기능 및 유휴 가입자를 위한 셀 선택 절차를 지원하기 위한 것이다. LTE의 경우 3GPP 릴리스 9에 추가 기능이 추가되었다.

2008년 5월, 3GPP는 채택할 펨토셀 네트워크 아키텍처를 결정했다. '''Cellular Base Station''', '''Collapsed Stack''' 및 '''UMA^[63]/GAN^[64]'''을 포함하는 아키텍처가 후보로 남았으며, 최종적으로는 Collapsed Stack과 UMA/GAN 두 가지 기법에 기반한 Home Node B (HNB) 아키텍처가 선정되었다.

2015년 현재, 3GPP에서는 3G 펨토셀을 Home Node B (HNB)라고 칭하고, LTE 펨토셀을 Home eNode (HeNB)라고 칭하고 있다.

3. 3. 지원 기술

펨토셀은 WCDMA, CDMA2000, LTE, WiMAX 등 다양한 무선 인터페이스 기술을 지원한다.^[8] 초기에는 범용 이동 통신 시스템(UMTS) 등 3G 기술을 중심으로 발전했으나, 현재는 4G LTE 및 5G NR 기술을 지원하는 펨토셀이 주류를 이룬다. 최초의 상업적 펨토셀은 2007년 스프린트의 CDMA2000 에어베이브(Airave)였다.^[8]

펨토셀은 GSM, TD-SCDMA에서도 개발되거나 상용화되었다.^[8]

2015년 현재, 3GPP에서는 3G 펨토셀을 Home Node B (HNB), LTE 펨토셀을 Home eNode (HeNB)라고 칭한다.^[63]^[64]

H(e)NB 기능과 인터페이스는 일반 고속 패킷 접속(HSPA) 또는 LTE 기지국과 기본적으로 동일하며, 주거용 배치를 위한 폐쇄형/개방형 액세스 지원, 활성 가입자를 위한 핸드오버 기능, 유휴 가입자를 위한 셀 선택 절차 지원 등의 추가 기능이 있다. LTE의 경우 3GPP 릴리스 9에 추가 기능이 있다.^[8]

4. 장점 및 이점

펨토셀은 다음과 같은 다양한 장점과 이점을 제공한다.
사용자 측면

기존 통신 환경이 좋지 않은 곳에서도 안정적인 통화 품질을 확보할 수 있다.
모바일 데이터 사용량이 많은 사용자에게 더 높은 데이터 용량을 제공한다. (단, 와이파이를 사용하는 경우에는 해당되지 않을 수 있다.)
통신사에 따라 펨토셀을 이용한 통화에 대해 특별 요금이 적용될 수 있다.
기업 환경에서는 DECT(무선) 전화기 대신 펨토셀을 이용하여 연락처를 통합 관리할 수 있다.
기기 간 거리가 가까워 휴대폰 배터리 수명이 늘어난다.^[6]
커넥티드 카와 같이 새로운 애플리케이션 및 서비스에 활용될 수 있다.^[7]

이동통신 사업자 측면

설치 및 유지보수 비용 절감: 펨토셀은 기존 기지국보다 설치 및 유지보수 비용이 저렴하다.
실내 커버리지 확장 및 서비스 품질 향상: 건물 내부나 지하 등 음영 지역에 설치하여 통신 품질을 개선하고, 사용자에게 끊김 없는 서비스를 제공할 수 있다.
트래픽 분산: 주변 기지국의 트래픽을 분산시켜 네트워크 과부하를 방지하고, 전체적인 네트워크 효율성을 높인다.
신규 서비스 제공 및 수익 창출: 위치 기반 서비스, 홈 IoT 서비스 등 다양한 신규 서비스를 개발하여 새로운 수익원을 창출할 수 있다.

기타

농촌 지역에서 통신 범위를 제공하는 데 사용될 수 있다.
네트워크의 에너지 효율성을 통해 이동통신사의 배터리 소모 문제를 해결하여 휴대폰의 배터리 수명을 연장할 수 있다.^[6]
기존 이동 통신 네트워크와 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있기 때문에, 간섭 문제를 일으킬 수 있다는 우려가 있었지만, 간섭 완화 기술을 통합하여 매크로셀을 감지하고 전력을 조정하며,^[15] 스크램블링 코드를 적절하게 조정한다.
펨토 포럼은 3GPP 및 3GPP2와 함께 이 주제에 대한 보고서를 보유하고 있다.^[17]^[18]
매크로 네트워크에서 얻을 수 있는 것보다 훨씬 높은 데이터 전송률과 순 처리량(5MHz에서 2,000만 이상)을 가능하게 하여 더 나은 사용자 경험을 제공한다.
대부분의 국가에서 적법한 감청 요건을 준수해야 하며, 네트워크 운영자는 각 기지국의 정확한 위치를 표시하고 긴급 서비스에 제공해야 한다.^[19]

4. 1. 사용자 측면

기존 신호가 없거나 통신 품질이 좋지 않은 경우 "5 바"의 통신 품질을 제공한다.
더 높은 모바일 데이터 용량을 제공한다. 이는 최종 사용자가 휴대폰으로 모바일 데이터를 사용하는 경우에 유용하다. (펨토셀이 설치된 와이파이를 사용하는 가입자에게는 관련이 없을 수 있다.)
이동 통신 사업자(MNO)의 가격 정책에 따라, 펨토셀 통신 범위 내에서 이루어지는 통화에 대해 특별 요금이 적용될 수 있다.
기업 사용자의 경우, DECT(무선) 전화 대신 펨토셀을 사용하면 단일 전화, 즉 단일 연락처 목록 등을 사용할 수 있다.
송수신기 간 거리가 짧아져 모바일 장치의 배터리 수명이 향상된다.^[6]
사용자 경험을 향상시키거나 추가 기능을 제공하기 위해 새로운 애플리케이션 및 서비스를 만들 수 있다.
커넥티드 카의 경우, 펨토셀을 안전 기능으로 사용하는 것이 제안되었다.^[7]

4. 2. 이동통신 사업자 측면

펨토셀은 이동통신 사업자에게 다음과 같은 이점을 제공한다.

기지국 설치 비용 절감: 펨토셀은 소형화된 기지국으로, 기존 기지국보다 설치 및 유지보수 비용이 저렴하다.
실내 커버리지 확장 및 서비스 품질 향상: 건물 내부나 지하 등 음영 지역에 펨토셀을 설치하여 통신 품질을 개선하고, 사용자에게 끊김 없는 서비스를 제공할 수 있다.
트래픽 분산을 통한 네트워크 효율성 증대: 펨토셀은 주변 기지국의 트래픽을 분산시켜 네트워크 과부하를 방지하고, 전체적인 네트워크 효율성을 높인다.
신규 서비스 제공 및 수익 창출 기회: 펨토셀을 기반으로 위치 기반 서비스, 홈 IoT 서비스 등 다양한 신규 서비스를 개발하여 새로운 수익원을 창출할 수 있다.

펨토셀은 기존 매크로셀 기지국보다 더 많은 네트워크 기능을 구현하며, 무선 자원 제어 기능을 통해 자율적인 자체 구성 및 최적화가 가능하다.^[8] 펨토셀은 광대역 IP를 사용하여 통신 사업자의 코어 스위칭 센터에 연결된다. 펨토셀 게이트웨이는 수십만 개의 펨토셀에서 암호화된 IP 데이터 연결을 종단하는 보안 게이트웨이와, 신호 트래픽을 집계, 검증, 인증하고, 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 네트워크 코어 스위치와 인터페이스하는 신호 게이트웨이로 구성된다.^[8] 관리 및 운영 시스템은 소프트웨어 업데이트 및 진단 검사를 관리하며, 브로드밴드 포럼에서 발표하고 주거용 모뎀 관리에도 사용되는 TR-069 관리 프로토콜을 사용한다.^[8]

표준화 기구들은 WCDMA, CDMA2000, LTE, WiMAX 펨토셀에 대한 공식적인 규격을 발표했다.^[8] 일반적인 WCDMA 펨토셀의 경우, Iuh 인터페이스로 정의되며, 펨토셀 게이트웨이는 펨토셀과 코어 네트워크 사이에 위치하여 펨토셀이 기존의 모바일 스위칭 센터(MSC)에 무선 네트워크 컨트롤러로 보이도록 변환한다.^[8] 각 펨토셀은 펨토셀 게이트웨이와 통신하고, 펨토셀 게이트웨이는 코어 네트워크 요소(회선 교환 통화의 경우 MSC, 패킷 교환 통화의 경우 SGSN)와 통신한다.^[8]

2010년 3월, 펨토 포럼과 ETSI는 Iuh 표준의 상호 운용성을 촉진하기 위해 첫 번째 플러그페스트를 개최했다.^[12] CDMA2000 표준은 펨토셀과 펨토셀 컨버전스 서버(FCS) 간의 연결을 설정하기 위해 세션 시작 프로토콜(SIP)을 채택하며, 음성 통화는 FCS를 통해 라우팅된다.^[13] SIP 아키텍처에서 펨토셀은 SIP/IMS 아키텍처를 기반으로 하는 이동 통신 사업자의 코어 네트워크에 연결된다.

펨토셀은 기존 이동 통신 네트워크와 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있어 간섭 문제가 발생할 수 있지만, 간섭 완화 기술을 통해 해결하고 있다.^[15] 2011년 6월, AT&T 사장 랄프 드 라 베가는 신호 강도가 중간 또는 강한 곳에서는 펨토셀 사용을 권장하지 않는다고 보고했지만,^[16] 이는 AT&T의 이전 의견과는 다른 내용이다. AT&T의 RAN 전무 이사 고든 맨스필드는 펨토셀 배포 후 간섭 문제가 없음을 확인했다고 밝혔다.

펨토 포럼은 3GPP 및 3GPP2와 함께 펨토셀 간섭 문제에 대한 보고서를 발표했다.^[17]^[18] 연구 결과에 따르면, 펨토셀이 커버리지가 불량하거나 없는 지역에서 사용되는 경우 매크로/펨토 간섭은 문제가 되지 않으며, 간섭 관리 기술을 채택하면 대부분의 경우 간섭을 완화할 수 있다. 폐쇄형 액세스는 간섭 발생에 대한 최악의 시나리오를 나타내지만, 개방형 액세스는 간섭 가능성을 줄인다.

펨토셀은 매크로 네트워크보다 높은 데이터 전송률과 순 처리량을 제공하여 더 나은 사용자 경험을 제공한다. 또한, 펨토셀 기지국은 대부분의 국가에서 적법한 감청 요건을 준수해야 하며, 네트워크 운영자는 각 기지국의 정확한 위치를 표시하고 긴급 서비스에 제공해야 한다.^[19]

5. 당면 과제 및 문제점

펨토셀 기술은 여러 당면 과제와 문제점에 직면해 있다.
긴급 서비스 제공: 펨토셀은 119, 112 등 긴급 서비스를 제공해야 하며, 정전 시에도 작동해야 하는 등 기존 유선 전화 시스템과 동일한 가용성 요구 사항을 충족해야 한다.^[19] 이를 위해 대체 전원이나 기존 전화 인프라로의 백업이 필요하다.
서비스 품질(QoS): 펨토셀은 가정 내 이더넷 또는 ADSL 연결을 통해 인터넷 트래픽과 대역폭을 공유하므로, 다른 서비스(인터넷 브라우징, 게임 등)와 서비스 품질 문제가 발생할 수 있다. 또한, 일부 인터넷 서비스 제공자(ISP)는 펨토셀의 기본 프로토콜인 IPSec에 대해 트래픽 쉐이핑을 하여 성능에 영향을 주기도 한다.
주파수 안정성: 펨토셀은 연방 통신 위원회(FCC) / 영국 통신 규제청(Ofcom)의 스펙트럼 마스크 요건을 충족하기 위해 정밀한 무선 주파수 신호를 생성해야 한다. 장기간 유지가 어려운 기술적 과제이며, 이를 위해 IEEE 1588 시간 동기화나 네트워크 시간 프로토콜(NTP) 같은 기술이 사용될 수 있지만, 외부 신호(GPS 등)를 사용하기 어려운 환경에서는 문제가 될 수 있다.^[20]
보안 문제: 2013년 블랙햇 해커 컨퍼런스에서 펨토셀을 해킹하여 통화, 데이터, SMS를 가로채고, 심지어 애플의 아이메시지(iMessage) 암호화를 우회하거나 CDMA 휴대폰을 복제하는 방법이 시연되었다.^[68]
합법적 감청: 펨토셀은 다른 통신 시스템과 마찬가지로 합법적 감청 기준을 준수해야 한다.

5. 1. 간섭 문제

펨토셀은 기존 이동통신 네트워크와 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있기 때문에 간섭 문제가 발생할 수 있다.^[66] 펨토셀 설치로 인해 기존 통신 구역과 간섭하는 문제가 발생하는 것이다. 만약 펨토셀의 "하위 네트워크"에 고유한 주파수 대역이 없거나, 더 넓은 네트워크 내에서 세심한 주파수 대역 계획이 없다면 펨토셀은 심각한 간섭 문제를 겪을 가능성이 있다.

매크로셀 네트워크에서 가정의 펨토셀 액세스 포인트로 전환(핸드오버)할 때 고려해야 할 규격에 제한 사항이 있다. 예를 들어, 2G 및 3G 표준을 위한 RAN 핸드오버 알고리즘에는 휴대폰 단말기가 스캔, 측정, 통과할 수 있는 인접 셀 사이트의 수(보통 16개)에 제한이 있다.^[65]

단일 주파수 CDMA 시스템이 운영되는 경우(매크로셀 네트워크와 펨토셀 네트워크가 같은 주파수 대역을 이용하는 경우, 전형적으로 하나의 3G 주파수 대역만 허용된 다수의 통신 사업자에 의한 상황), 매크로셀과 펨토셀의 전력 제어 알고리즘은 간섭을 일으킬 수 있다.^[66] 예를 들어, 휴대폰 단말기가 매크로셀 장치의 통화 지역에 있는 동안 CDMA 시스템 고유의 근거리 문제에 대한 전력 제어의 일부로, 휴대폰 단말기가 펨토셀로의 송신 전력을 증가시키는 경우가 있다. 매크로셀에서의 고출력 송신기는 주파수가 공유되므로 결과적으로 간섭자로 작용한다.

고층 숙박 시설에서 다른 층에 있는 펨토셀 이용자가 다른 이용자에게 간섭을 일으킬 수 있다는 통화 지역 문제도 있다.

이러한 간섭 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 부분적인 해결책들이 제시되고 있다.

펨토셀 통화 지역에 다른 주파수를 사용하는 것이다. (특히 CDMA를 전개하기 위함)
3G 설정 파라미터에서 사용 가능한 mode-2 fixed power option을 이용하는 것이다. 이는 휴대폰 단말기의 출력이 증가하는 것과 간섭을 일으키는 것을 막는다.

많은 제조 공급업체가 이 문제를 해결하기 위한 고급 알고리즘을 개발했다고 보고되었으며, 통신 사업자에 의한 모델링은 이것이 실행 가능하다는 것을 보여주고 있다. 현재 실시되고 있는 시험은 그 기술을 시험하고, 어떤 상황에서 어느 정도의 간섭이 문제인지 측정하는 것을 목적으로 한다.

홀거 클라우센(Holger Claussen)은 UMTS 펨토셀/매크로셀 간섭 문제에 대해 언급하며, 간섭을 관리하기 위해 "자동 설정 및 공중 액세스 등 필수적인 조건"이 필요하다고 결론지었다.^[67] 여기서 "공중 액세스"는 같은 주파수를 사용하는 (즉, 같은 통신 사업자의) 모든 전개된 펨토셀은 누구로부터의 액세스라도 허용해야 함을 의미한다.

다른 논문에서 레스터 T. W. 호와 홀거 클라우센은 간섭을 줄이기 위해 펨토셀 출력 레벨을 자동 설정하기 위한 전제 조건을 제시하고 있다.^[68] 클라우센의 첫 번째 논문에서는 알고리즘이 매크로셀 송신 출력에 대한 지식을 필요로 한다. 그것은 펨토셀을 중심으로 (펨토셀까지의 시야 거리를) 구성하는 것을 통신 사업자에게 요구하며, 그것은 펨토셀이 설치된 장소에 대한 지식을 필요로 한다. 그의 두 번째 논문에서, 레스터 T. W. 호는 매크로셀과 펨토셀 간의 전환 메시지로 인해 증가하는 네트워크 트래픽 문제를 강조하고 있다.

3GPP 회의는 다음과 같이 보고했다. "지금까지 조사된 범위 내에서, 공개 액세스를 위해 동일 채널로 배치하는 것은 실현 가능하다. 비공개 액세스에 대해서는, 지금까지 수행된 분석에서, 만약 적응 가능한 간섭 완화 기술이 사용된다면 동일 채널로 배치하는 것은 실현 가능하다는 것을 보여주고 있다. 매크로 계층에서의 HNB(Home NodeB) 성능과 영향 간의 트레이드 오프를 요약하기 위해, 그리고 허용 가능한 트레이드 오프를 식별할 수 있는지 결정하기 위해, 추가 연구가 필요하다."^[69]

많은 회사들은 측정, 동기화, 인접 기지국의 인접 목록을 만들기 위해 무선 단말(UE: User Equipment)로서 펨토셀을 사용하는 기법을 사용하고 있다.^[70] 이 정보로부터, 기존 인프라에 간섭하는 것을 피하기 위해, 출력, 확산 부호 및 기타 요소들을 결정하고 해결할 수 있다.

접속 지점 기지국(이하 기지국)은 인가된 대역으로 작동하는 것이 중요하다. 수수료 방식으로 통신 사업자에게 대역 할당이 인가될 때, 설비의 배치는 면허의 엄격한 요구 사항을 충족해야 한다. 대역을 가장 유효하게 이용하기 위해, 통신 사업자는 주파수 및 부여된 주파수의 양으로 최대한 커버하도록 최적화하는 셀(통화 구역) 계획 도구를 이용한다. 예상치 못한 위치에 있는 AP 기지국은 다른 근접한 기지국에 간섭을 일으킬 수 있으므로, 고객에게 직접 판매되어 인가된 대역을 사용하는 AP 기지국의 채용은 주파수와 셀 계획에 영향을 미친다.

5. 2. 보안 문제

2013년 미국 네바다주 라스베이거스에서 열린 블랙햇 해커 컨퍼런스에서, 보안 연구원 3명이 버라이즌 펨토셀을 사용하여 해당 장치에 연결된 모든 휴대폰의 음성 통화, 데이터 및 SMS 문자 메시지를 비밀리에 가로챌 수 있음을 보여주었다.^[68]

이들은 익스플로잇 시연을 통해 통화가 시작되기 전부터 휴대폰의 오디오를 녹음할 수 있었으며, 여기에는 대화 양쪽 모두가 포함되었다. 또한 애플의 아이메시지(iMessage)를 SMS로 속여 펨토셀이 메시지를 가로챌 수 있게 하는 방법도 시연했는데, 아이메시지는 스누퍼가 읽을 수 없도록 SSL을 사용하여 네트워크를 통해 전송되는 텍스트를 암호화한다.^[68]

또한 CDMA 전화 복제를 방지하기 위한 추가 보안 조치에도 불구하고, 펨토셀을 통해 원격으로 장치 ID 번호를 수집하여 CDMA 네트워크에서 실행되는 휴대폰을 "복제"하는 것이 가능함을 시연했다.^[68]

5. 3. 법적 문제

펨토셀은 다른 모든 공공 통신 시스템과 마찬가지로 합법적 감청(Lawful interception) 기준에 적합해야 한다. 또한, 119, 112 등의 긴급 서비스를 제공해야 한다.^[19] 이 서비스는 정전 시에도 작동하는 등 기존 유선 전화 시스템과 동일한 가용성 요구 사항을 충족해야 한다. 이를 위해 대체 전원이나 기존 전화 인프라로의 백업과 같은 여러 가지 방법이 있다.

미국에서는 AP 기지국이 음성 통화를 전달하게 된 이후, VoIP 전화 사업자와 마찬가지로 911, 999, 112와 같은 긴급 통화를 제공할 필요가 있게 되었다.^[71] 이 서비스는 현재의 유선 전화 시스템과 동일한 편리성에 대한 요구를 충족해야 한다. 기존 전화 회선에 대한 대체 기능이나 예비 전원 등, 이를 달성하는 방법이 몇 가지 있다.

5. 4. 위치 정보 문제

이동통신 사업자는 각 기지국의 정확한 위치를 파악해야 하며, 긴급 상황 발생 시 긴급 구조대에 위치 정보를 제공해야 한다.^[19] 119, 112 등 긴급 서비스는 정전 시에도 작동하는 등 기존 유선 전화 시스템과 동일한 가용성 요구 사항을 충족해야 한다.^[19]

일부 펨토셀은 GPS를 내장하여 위치 정보를 파악하지만, 실내에서는 GPS 신호가 약해 정확한 위치를 파악하기 어려울 수 있다는 우려가 있다.^[20]

5. 5. 서비스 품질(QoS) 문제

이더넷이나 ADSL 가정 백홀 연결을 사용할 때, 액세스 포인트 기지국은 인터넷 브라우징, 게임 콘솔, 셋톱 박스, 트리플 플레이 장비와 같은 다른 서비스와 백홀 대역폭을 공유하거나, 통합 장치 내에서 이러한 기능을 직접 대체해야 한다. 현재 개발 중인 대부분의 설계인 공유 대역폭 방식에서는 서비스 품질에 영향이 문제가 될 수 있다.

펨토셀 서비스 채택은 셀룰러 통신 사업자 네트워크와 제3자 광대역 연결의 신뢰성 및 품질, 그리고 광대역 연결 가입자가 사용할 수 있는 다양한 애플리케이션에서 대역폭 사용량을 얼마나 이해하는지에 달려있다. 문제가 발생하면, 가입자는 문제의 근본 원인이 가정이나 직장의 광대역 연결에 있더라도 셀룰러 통신 사업자에게 지원을 요청하게 된다. 따라서 제3자 ISP 광대역 네트워크 문제나 트래픽 관리 정책의 영향을 면밀히 모니터링하고 그 결과를 가입자에게 신속하게 전달해야 한다.

최근 확인된 주요 문제는 많은 ISP가 기본 전송 프로토콜인 IPSec에 대해 적극적으로 트래픽 쉐이핑을 한다는 것이다.

6. 한국 내 펨토셀 동향

펨토셀은 초기에는 주로 미국, 유럽, 아시아 일부 국가를 중심으로 도입되었다. 미국의 스프린트는 2007년 3분기에 삼성전자의 가정용 펨토셀을 덴버와 인디애나폴리스에 한정 공개하며 펨토셀 서비스를 시작했고,^[75] 2008년 8월 17일부터 전국적으로 서비스를 확대했다.

O2^[76], 소프트뱅크^[77], 텔리아소네라^[78], 보다폰^[79] 등 많은 통신 사업자가 2008년에 펨토셀 시험 운영을 실시했으며, 2009년부터 상용 서비스가 시작될 것으로 예상되었다.^[80]^[81]

이후 펨토셀 서비스는 전 세계적으로 확대되었으며, 더 자세한 내용은 '도입 초기' 및 '이동통신사별 현황' 하위 섹션을 참조하면 된다.

6. 1. 도입 초기

2007년 미국의 통신사 셀컴(Cellcom)은 비영리 단체에 가입하여 펨토셀 배치를 장려했으며, 런던에서 열린 펨토셀 월드 서밋에서 상을 받았다.^[24] 이후 스프린트, 버라이즌 와이어리스, AT&T 와이어리스 등 미국의 주요 통신사들이 펨토셀 서비스를 시작했다. 스프린트는 2007년 3분기에 삼성전자가 제작한 가정 기반 펨토셀인 '스프린트 에어레이브(Sprint Airave)'를 덴버와 인디애나폴리스에서 한정적으로 출시했고,^[28] 2008년 8월 17일부터 전국적으로 서비스를 확대했다. 2009년 1월, 버라이즌 와이어리스는 스프린트/삼성 시스템과 동일한 디자인의 '와이어리스 네트워크 익스텐더(Wireless Network Extender)'를 출시했다.^[29] 2010년 3월 말, AT&T 와이어리스는 시스코 시스템즈와 ip.access에서 제작한 3G MicroCell의 전국 출시를 발표했다.^[30] 이는 음성과 데이터 HSPA를 모두 지원하는 미국 최초의 3G 펨토셀이었다. 스프린트^[31]와 버라이즌 와이어리스^[32]는 2010년 동안 더 많은 동시 통화와 높은 데이터 속도를 지원하는 3G CDMA 펨토셀로 업그레이드했다.

아시아에서는 여러 통신사가 펨토셀 네트워크를 출시했다. 일본의 소프트뱅크는 2009년 1월 Ubiquisys에서 제공하는 장치를 사용하여 가정용 3G 펨토셀 서비스를 시작했고,^[33] 같은 해 농촌 지역에 펨토셀을 배치하는 프로젝트를 시작했다. 2010년 5월, 소프트뱅크는 가정 및 기업 고객에게 무료로 펨토셀을 제공하는 서비스를 시작했다. 싱가포르에서는 스타허브가 화웨이 기술에서 제공하는 장치를 사용하여 3G 펨토셀 서비스를 출시했지만, 채택률은 낮았다. 싱텔의 서비스는 중소기업을 대상으로 했다. 2009년, 중국 유니콤은 자체 펨토셀 네트워크를 발표했고,^[34] 일본의 NTT 도코모도 2009년 11월 10일에 펨토셀 서비스를 시작했다.

2009년 7월, 보다폰은 유럽에서 최초의 펨토셀 네트워크를 출시했으며,^[35] 알카텔 루슨트에서 제공하는 Vodafone Access Gateway였다.^[36] 2010년 1월 SureSignal로 리브랜딩되었고,^[37] 이후 보다폰은 스페인, 그리스, 뉴질랜드,^[38]^[39] 이탈리아, 아일랜드,^[40] 헝가리^[41] 및 네덜란드^[42]에서도 서비스를 시작했다.

2011년 말 펨토셀 출하량은 연간 약 200만 대에 달했으며,^[25] 시장 조사 기관인 Berg Insight는 2014년 전 세계 출하량이 1,200만 대에 달할 것으로 추정했다.^[27]

통신 사업자	국가	출시일	참고
Cellcom
스프린트			삼성전자 제공,^[28] Airvana (현 CommScope)^[43]
StarHub			화웨이 기술 제공
소프트뱅크			Ubiquisys 제공
Verizon Wireless			^[44]
TDC			Ubiquisys 제공^[45]
보다폰
AT&T			^[44]
China Unicom			^[44]
NTT DoCoMo
SFR			Ubiquisys 제공^[46] 2019년 초에 종료^[47]
NOS			^[48]
SingTel			^[49]
보다폰
KDDI			^[44]
보다폰
Movistar			^[44]
T-Mobile			^[44]
Moldtelecom			^[44]
보다폰
보다폰
Network Norway			NEC 제공^[50]
Optus			^[44]
보다폰			^[44]
MegaFon			^[44]
보다폰
보다폰
Orange			2021년 9월에 종료^[51]^[44]
Orange			^[44]
MTS			^[44]
보다폰			^[44]
Beeline			^[44]
보다폰
Cosmote			^[44]
보다폰			^[44]
Mosaic Telecom			^[44]
Free			2021년 9월부터 종료 진행 중^[52]^[44]
3			^[44]
Zain			^[44]
보다폰			화웨이 기술 제공^[53]
Globe			NEC, Nextivity & ip.access 제공
O₂			알카텔 루슨트 제공^[54]
M1			알카텔 루슨트 제공^[55]
Orange
Sunrise			NEC 제공^[56]
Salt			노키아 제공^[57]
Maxis			알카텔 루슨트 제공^[58]
DiGi			2014년에 펨토셀 출시 예정^[59]
AIS			알카텔 루슨트 제공
dtac			알카텔 루슨트 제공
Swisscom			시스코 시스템즈 제공^[60]
MTS			시스코 시스템즈 제공^[61]
T-Mobile			알카텔 루슨트 제공
Celcom			2016년에 펨토셀 출시 예정^[62]
Jio

6. 2. 5G 시대의 재조명

5G^영어는 고주파수 대역을 사용하므로, 전파의 직진성이 강하고 회절성이 약해 실내 음영 지역이 많이 발생한다. 또한, 5G^영어는 4G LTE보다 더 많은 트래픽을 처리해야 하므로, 트래픽 분산을 위한 펨토셀의 필요성이 커졌다. 이에 따라, 국내 이동통신 3사는 5G^영어 펨토셀 기술 개발 및 상용화에 적극적으로 나서고 있다.

6. 3. 이동통신사별 현황

2010년 12월, 시장 조사 기관인 Informa와 Femto Forum에 따르면, 18개의 통신 사업자가 펨토셀 상용 서비스를 시작했으며, 총 30개 사업자가 펨토셀 배치를 약속했다.^[24] 2011년 말 펨토셀 출하량은 연간 약 200만 대에 달했으며, 시장은 빠르게 성장할 것으로 예상되었다.^[25] 시장 조사 기관인 Berg Insight는 2014년 전 세계 출하량이 1,200만 대에 달할 것으로 추정했다.^[27]

미국에서는 Cellcom(위스콘신)이 2007년에 펨토셀 배치를 장려하는 비영리 단체의 회원으로 가입하여 최초로 펨토셀 산업상을 수상했다. 스프린트 넥스텔, 버라이즌 와이어리스, AT&T 와이어리스 등도 펨토셀을 배치했다. 스프린트는 2007년 3분기에 삼성전자가 제작한 가정 기반 펨토셀인 Sprint Airave를 출시했고,^[28] 2008년 8월 17일부터 전국적으로 출시했다. 2009년 1월 버라이즌은 Wireless Network Extender를 출시했고,^[29] 2010년 3월 말 AT&T는 3G MicroCell의 전국적인 출시를 발표했다.^[30] 2015년 11월, T-Mobile US는 알카텔 루슨트가 제조한 4G LTE 펨토셀 배치를 시작했다.

아시아에서는 여러 서비스 제공업체가 펨토셀 네트워크를 출시했다. 일본에서는 소프트뱅크가 2009년 1월에 3G 펨토셀 서비스를 시작했고,^[33] 2010년 5월에는 무료 펨토셀 서비스를 시작했다. 싱가포르에서는 Starhub가 3G 펨토셀 서비스를 출시했지만 채택률은 낮았다. 2009년 중국 유니콤과^[34] 일본의 NTT 도코모도 자체 펨토셀 서비스를 시작했다.

2009년 7월, 보다폰은 유럽에서 최초의 펨토셀 네트워크를 출시했고,^[35] 이후 스페인, 그리스, 뉴질랜드,^[38]^[39] 이탈리아, 아일랜드,^[40] 헝가리,^[41] 네덜란드^[42]에서도 서비스를 시작했다.

통신 사업자	국가	출시일	참고
Cellcom
스프린트			삼성에서 제공,^[28] Airvana (현 CommScope)^[43]
StarHub			화웨이에서 제공
소프트뱅크			Ubiquisys에서 제공
Verizon Wireless			^[44]
TDC			Ubiquisys에서 제공^[45]
보다폰
AT&T			^[44]
China Unicom			^[44]
NTT DoCoMo
SFR			Ubiquisys에서 제공^[46] 2019년 초에 종료^[47]
NOS			^[48]
SingTel			^[49]
보다폰
KDDI			^[44]
보다폰
Movistar			^[44]
T-Mobile			^[44]
Moldtelecom			^[44]
보다폰
보다폰
Network Norway			NEC에서 제공^[50]
Optus			^[44]
보다폰			^[44]
MegaFon			^[44]
보다폰
보다폰
Orange			2021년 9월에 종료^[51]^[44]
Orange			^[44]
MTS			^[44]
보다폰			^[44]
Beeline			^[44]
보다폰
Cosmote			^[44]
보다폰			^[44]
Mosaic Telecom			^[44]
Free			2021년 9월부터 종료 진행 중^[52]^[44]
3			^[44]
Zain			^[44]
보다폰			화웨이에서 제공^[53]
Globe			NEC, Nextivity & ip.access에서 제공
O₂			알카텔 루슨트에서 제공^[54]
M1			알카텔 루슨트에서 제공^[55]
Orange
Sunrise			NEC에서 제공^[56]
Salt			노키아에서 제공^[57]
Maxis			알카텔 루슨트.에서 제공^[58]
DiGi			2014년에 펨토셀 출시 예정^[59]
AIS			알카텔 루슨트에서 제공
dtac			알카텔 루슨트에서 제공
Swisscom			시스코에서 제공^[60]
MTS			시스코에서 제공^[61]
T-Mobile			알카텔 루슨트에서 제공
Celcom			2016년에 펨토셀 출시 예정^[62]
Jio

7. 비판적 관점

펨토셀은 이동 통신 사업자의 망 구축 비용 절감에 기여하지만, 사용자는 장비 구매 및 인터넷 회선 비용을 부담해야 한다.^[22] 일부 통신사는 추가 요금을 부과하여, 네트워크 문제 해결 비용을 소비자에게 전가한다는 비판도 존재한다.^[22]

또한 펨토셀에는 간섭, 보안, 서비스 품질 등 여러 기술적 한계가 존재한다. 특히 2013년 블랙햇 해커 컨퍼런스에서는 펨토셀을 이용한 통화 및 문자 메시지 도청, 휴대폰 복제 가능성이 시연되어 보안 우려가 제기되었다.^[82]

5G 펨토셀은 실내 음영 지역 해소에 도움을 줄 수 있지만, 5G 주파수 특성상 커버리지가 제한적일 수 있다.^[4]

일본의 경우, 총무성령전파법 시행 규칙 개정에 따라 펨토셀 기지국은 다른 무선국에 혼신을 주지 않는 곳에 설치해야 하며, 전기 통신 사업자는 설치 전 혼선 여부를 확인해야 한다.^[83]^[84] 이는 무선 종사자 없이 이용 가능하지만, 설치 장소가 제한됨을 의미한다.

7. 1. 소비자 비용 부담

펨토셀은 이동 통신 사업자(MNO)의 망 구축 비용을 절감해주는 효과가 있지만, 사용자는 펨토셀 장비 구매 비용과 인터넷 회선 비용을 부담해야 한다.^[22] 일부 이동통신사는 펨토셀 사용에 대해 추가적인 일회성 또는 월별 요금을 부과하기도 한다. 이러한 비용 부담 때문에, 네트워크의 단점을 해결하기 위해 소비자에게 비용을 지불하도록 요구하는 것에 대한 비판적인 시각도 존재한다.^[22]

7. 2. 기술적 한계

펨토셀은 다음과 같은 여러 기술적 한계를 가지고 있다.

간섭 문제: 펨토셀은 기존 매크로셀과의 간섭 문제를 일으킬 수 있다. 특히, 펨토셀이 밀집된 지역이나 주파수 자원이 부족한 지역에서는 간섭 문제가 더욱 심각해질 수 있다.
보안 문제: 2013년 미국 네바다주 라스베이거스에서 열린 블랙햇 해커 컨퍼런스에서, 3명의 보안 연구원들이 버라이즌 펨토셀을 사용하여 해당 장치에 연결된 모든 휴대폰의 음성 통화, 데이터 및 SMS 문자 메시지를 비밀리에 가로챌 수 있는 능력을 시연했다.^[82] 이들은 통화가 시작되기 전부터 휴대폰의 오디오를 녹음할 수 있음을 보여주었으며, 대화 양쪽 모두를 녹음했다. 또한, 애플의 아이메시지(iMessage)를 SMS로 속여 펨토셀이 메시지를 가로챌 수 있게 하는 방법도 시연했다. SSL은 스누퍼가 읽을 수 없도록 네트워크를 통해 전송되는 텍스트를 암호화하는 방식이다.^[82] CDMA 전화 복제를 방지하기 위한 추가 보안 조치에도 불구하고, 펨토셀을 통해 원격으로 장치 ID 번호를 수집하여 CDMA 네트워크에서 실행되는 휴대폰을 "복제"하는 것 또한 가능했다.^[82]
서비스 품질 문제: 이더넷 또는 ADSL 가정 백홀 연결을 사용할 때, 액세스 포인트 기지국은 백홀 대역폭을 인터넷 브라우징, 게임 콘솔, 셋톱 박스 및 트리플 플레이 장비와 같은 다른 서비스와 공유하거나, 통합 장치 내에서 이러한 기능을 직접 대체해야 한다.^[83] 현재 개발 중인 대부분의 설계는 공유 대역폭 방식이므로, 서비스 품질에 미치는 영향이 문제가 될 수 있다.^[83]
기타 문제:
펨토셀은 연방 통신 위원회(FCC) / 영국 통신 규제청(Ofcom)의 스펙트럼 마스크 요건을 충족하기 위해, 높은 정밀도로 무선 주파수 신호를 생성해야 한다.^[84] 이를 장기간 유지하는 것은 주요 기술적 과제이다.
IEEE 1588 시간 동기화 표준과 같은 기술이 이 문제를 해결할 수 있다. 일부 개발자는 주파수 안정성을 제공하기 위한 가능한 해결책으로 네트워크 시간 프로토콜(NTP)을 추구하고 있다.^[20] 기존의 (매크로셀) 기지국은 동기화를 위해 GPS 타이밍을 사용하는 경우가 많으며, 이를 사용할 수도 있지만,^[20] 비용과 양호한 GPS 커버리지를 보장하는 어려움에 대한 우려가 있다.

이러한 문제들을 완전히 해결하기 위해서는 지속적인 기술 개발 및 투자가 필요하다.

7. 3. 5G 펨토셀의 실효성

5G 펨토셀은 실내 음영 지역을 해소하고 트래픽을 분산시키는 데 도움을 줄 수 있다. 하지만, 5G 주파수의 특성 때문에 펨토셀의 커버리지가 매우 제한적일 수 있다는 문제가 있다.^[4] 펨토셀은 주거용 게이트웨이보다 작고 사용자의 광대역 통신망에 연결되어, 플러그 앤 플레이 방식으로 쉽게 설치할 수 있다.^[5] 그러나, 5G 펨토셀만으로는 5G 커버리지 문제를 완전히 해결하기는 어려울 수 있다.

대부분의 펨토셀은 특정 위치에 설치되면 위치 변경을 보호하는 메커니즘을 갖추고 있다.^[82] 총무성령전파법 시행 규칙 개정에 따라, 펨토셀 기지국은 "옥내 기타 다른 무선국의 운용을 저해하는 혼신 기타의 방해를 줄 우려가 없는 장소"에 설치되어야 하며, 전기 통신 사업자가 옥외 기지국 등에 혼선이 발생하지 않는지 확인해야 한다.^[83]^[84] 이는 무선 종사자를 요하지 않는 "간단한 조작"으로 이용할 수 있지만, 설치 장소는 제한된다는 것을 의미한다.

참조

_[1] 웹사이트 Do we really need femto cells? http://www.visionmob[...] VisionMobile 2007-12-01
_[2] 웹사이트 AT&T 3G MicroCell - Wireless Signal Booster http://www.wireless.[...] Wireless from AT&T
_[3] 웹사이트 AT&T 3G MicroCell - Wireless Signal Booster - Wireless from AT&T http://www.wireless.[...] Wireless.att.com
_[4] 웹사이트 Softbank to offer femtocells for free http://www.rethink-w[...] Rethink Wireless 2010-06-30
_[5] 웹사이트 Vodafone UK SureSignal Registration Webpage http://campaigns.vod[...] Vodafone
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_[93] 뉴스 ソフトバンクモバイル「フェムトセルを使った通信システムの無線実験局免許の取得について」 http://www.softbank.[...] ソフトバンクモバイルプレスリリース（2007年6月29日）
_[94] 뉴스 「フェムト」実用化へ新見市内で実証実験備北民報（2009年2月22日）
_[95] 뉴스 基地局倍増、フェムトセルを無償提供――ソフトバンクが電波改善宣言 https://www.itmedia.[...]
_[96] 웹사이트 ご利用料金・加入条件：ホームアンテナFT http://mb.softbank.j[...] ソフトバンク
_[97] 뉴스 問題点を知っているからフェムトセルには消極的――KDDI https://www.itmedia.[...]
_[98] 뉴스 【CTIA Wireless 2009】日立がUQ向けWiMAX端末を展示、EV-DOデュアルモデルも https://k-tai.watch.[...]
_[99] 뉴스 「auフェムトセル」の導入に向けたトライアルの実施について～従来の「auレピータ」に加え、お客さま宅内でのエリア改善に活用～ http://www.kddi.com/[...] KDDI ニュースリリース（2010年2月2日）
_[100] 뉴스 日立製作所、KDDIからCDMA2000方式のフェムトセルシステムを受注 https://www.itmedia.[...]
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_[102] 뉴스 VoLTEに対応した宅内用小型基地局「auフェムトセル (VoLTE)」の提供開始について http://news.kddi.com[...] KDDI株式会社
_[103] 웹사이트 楽天モバイルの小型基地局「Rakuten Casa」始動　九州の一部を除く全国で受け付け開始 https://www.itmedia.[...] ITmedia Mobile 2020-04-08

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