3세대 이동 통신

1. 개요

3세대 이동 통신(3G)은 최소 2Mbit/s의 데이터 전송 속도를 제공하는 이동 통신 기술이다. 3G는 1990년대 초에 연구 개발이 시작되어, 무선 음성 통화, 모바일 인터넷, 화상 통화 등 다양한 서비스에 적용되었다. 2G 네트워크의 확장과 혁신적인 표준을 모두 포함하며, UMTS, CDMA2000 등의 기술을 사용한다. 2000년대 초반에 상용화되었으며, 2010년대 이후 4G 네트워크의 보급으로 인해 쇠퇴하여, 전 세계적으로 서비스가 종료되고 있다.

2. 적용된 기술

3G는 IMT-2000 기술 표준을 충족해야 하며, 최소 144 Kbps의 일관된 인터넷 속도를 유지해야 한다. 실제로는 이보다 더 높은 속도를 제공하는 서비스들이 많다. 이후 3.5G 및 3.75G는 스마트폰과 랩톱 컴퓨터의 모바일 모뎀에 여러 Mbit/s의 모바일 광대역 접속을 제공한다.

3G 브랜드 표준은 다음과 같다.

* UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 시스템은 3GPP에 의해 표준화되었으며 유럽, 일본, 중국 및 GSM (Global Systems for Mobile Communications) 2G 시스템 인프라가 우세한 기타 지역에서 사용되었다. 휴대폰은 일반적으로 UMTS와 GSM 하이브리드이다.
* 최초이자 가장 널리 사용되는 무선 인터페이스는 W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)이다.
* TD-SCDMA 무선 인터페이스는 2009년에 상용화되었으며 중국에서만 제공되었다.
* 최신 UMTS 릴리스인 HSPA+는 이론적으로 다운 링크에서 최대 56 Mbit/s (기존 서비스에서는 28 Mbit/s) 및 업 링크에서 22 Mbit/s의 최대 데이터 속도를 제공한다.
* CDMA2000 시스템은 3GPP2에 의해 표준화되었으며, 북미와 대한민국에서 주로 사용되었으며, IS-95 2G 표준과 인프라를 공유한다. 휴대폰은 일반적으로 CDMA2000 및 IS-95 하이브리드이다.
* 최신 릴리스인 EVDO Rev. B는 다운 스트림에서 최대 14.7 Mbit/s의 속도를 제공한다.

3G 시스템 및 무선 인터페이스는 확산 스펙트럼 무선 전송 기술을 기반으로 한다. GSM EDGE 표준 ("2.9G"), DECT 무선 전화 및 Mobile WiMAX 표준 또한 형식적으로 IMT-2000 요구 사항을 충족하고 ITU에 의해 3G 표준으로 승인되었지만, 일반적으로 3G로 브랜드화되지 않으며 완전히 다른 기술을 기반으로 한다.

IMT2000/3G 표준을 준수하는 일반적인 표준은 다음과 같다.

* 3GPP 조직에서 개정한 EDGE
* EDGE는 GPRS 2.5G 기술과 결합되어 EGPRS라고 하며, 약 200 kbit/s의 최대 데이터 속도를 허용하여 형식적으로 3G 시스템에 대한 IMT-2000 요구 사항을 충족한다.
* EDGE는 더 이상 사용되지 않는 IS-136 TDMA 시스템의 모드이기도 했다.
* 최신 개정판인 Evolved EDGE는 상업적으로 사용되지 않는다.
* 3GPP에서 만들고 개정한 Universal Mobile Telecommunications System.
* W-CDMA는 가장 일반적인 배포 방식이다.
* HSPA는 원래 W-CDMA 표준에 대한 여러 업그레이드의 조합이다.
* HSPA+는 HSPA를 더욱 개정하고 업그레이드했다.
* CDMA2000 시스템
* CDMA2000 1x Rev. E는 EVDO Rev. B는 다운스트림 최대 속도 14.7 Mbit/s를 제공한다.

2.1. 보안

3G 네트워크는 2G보다 향상된 보안을 제공한다. 사용자 장비(UE)가 연결하려는 네트워크를 인증할 수 있어 보안이 강화되었다. 그러나 KASUMI 블록 암호에 여러 취약점이 있는 것으로 알려졌다.

3. 3세대 이동 통신 역사

새로운 세대의 셀룰러 통신 방식의 표준은 1G 시스템이 도입된 1981/1982년 이후 약 10년마다 나타났다. 각 세대는 새로운 주파수 대역, 더 높은 데이터 속도 및 역방향 호환이 불가능한 전송 기술을 특징으로 한다. 첫 번째 3G 네트워크 표준은 1998년에 도입되었으며, 5G는 2019년에 도입되었다.

일본은 3G를 처음으로 도입한 국가 중 하나였다. 일본에서 3G 주파수 할당 과정은 큰 초기 비용이 들지 않았기 때문이다. 반면 미국과 유럽에서는 주파수 경매를 통해 주파수를 할당했기 때문에 3G 서비스를 제공하려는 모든 회사는 막대한 초기 투자가 필요했다. 유럽의 회사들은 주파수 경매에서 총 100 이상을 지불했다.

네팔 통신은 남아시아에서 처음으로 3G 서비스를 도입했다. 그러나 네팔에서는 3G 보급이 비교적 늦었다. 3G 네트워크는 2G와 동일한 무선 주파수를 사용하지 않는 경우가 있어, 이동 통신 사업자는 완전히 새로운 네트워크를 구축하고 새로운 주파수를 라이선스해야 했다. 특히 높은 데이터 전송 속도를 위해서는 이러한 과정이 필수적이었다. 다른 국가들에서 3G 도입이 지연된 이유는 UMTS 전송 하드웨어 업그레이드 비용, 특히 대부분의 방송 타워 교체 비용 때문이었다.

3G 표준은 2G 이후 모바일 통신 시장의 대규모 확장과 소비자 모바일 폰의 발전에 힘입어 널리 알려지게 되었다. 이 시기에 특히 주목할 만한 발전은 스마트폰 (예: 아이폰, 안드로이드 계열)으로, PDA의 기능과 휴대폰을 결합하여 모바일 인터넷 연결에 대한 광범위한 수요를 이끌었다.

3.1. 표준화 과정 (일본어 문서)

국제전기통신연합(ITU)에서의 3세대 이동 통신 시스템 표준화 검토는 1985년에 시작되었다. 초기에는 "FPLMTS"(Future Public Land Mobile Telecommunication Systems)라고 불렸지만, 이후 고속 데이터 통신, 화상 전화 등의 멀티미디어 서비스 이용이 가능하도록 "신규 대역(2000MHz 대역)"의 운용으로 "2000kbps의 데이터 전송 속도(정지시)"를 "2000년에 상용화"하겠다는 염원을 담아 "IMT-2000"으로 개칭되었다。

2세대(2G)에서는 호환되지 않는 방식의 이동 통신 시스템이 각 국가, 각 지역별로 전개되었기 때문에, 3세대에서는 세계적으로 로밍이 가능하도록 통일 규격 제정을 목표로 했지만, 결국 지상계 5가지 방식을 포괄적으로 포함하는 내용이 되었다. 신기술과 관련된 특허 문제가 부상한 점, 그리고 인프라와 기술 양면에서 기존 2G 자산 활용을 강하게 의식한 3G 방식의 제안이 각 방면에서 나온 것이 배경에 있다。

3.2. IMT-2000 규격 (일본어 문서)

1999년에 국제전기통신연합(ITU)이 권고한 지상파 무선 방식에는 IMT-DS, IMT-MC, IMT-TC, IMT-SC, IMT-FT의 5가지가 있다. 통신 속도는 144kbps(고속 이동 시), 384kbps(저속 이동 시), 2Mbps(정지 시)로 규정되었다. 2007년에는 IEEE 802.16e의 파생형인 OFDMA TDD WMAN이 추가되었다.

2세대(2G) 이동 통신 시스템은 국가별, 지역별로 호환되지 않는 방식이 많았기 때문에, 3세대에서는 세계적으로 로밍이 가능한 통일 규격 제정을 목표로 했다. 그러나 여러 제안이 나오면서 결국 지상계 5가지 방식을 모두 포함하는 형태가 되었다.

4. 3G의 전개 (일본어 문서)

ITU가 2G의 "진화형"으로 위치를 잡은 IMT-MC(CDMA2000 1x)와 IMT-SC(EDGE)는 각각 기존의 CDMA(IS-95)와 GSM 또는 D-AMPS 등의 2G 네트워크와의 친화성이 높아, 3G 방식 중에서도 선행하여 전개되었다. 그러나 새로운 주파수대 할당(라이선스)을 받아야 하는 IMT-DS 방식은, 특히 유럽에서 주파수 경매 시 낙찰 가격이 거액이 되어 사업자의 재무 상태를 악화시켜 3G(UMTS)용 인프라에 대한 투자가 억제되는 상황이 되었다. 사업자는 기존의 2G(GSM) 네트워크를 활용, 끊김 없는 운용을 실시하여 단계적으로 UMTS 네트워크를 확충하는 방침을 채택했지만, GSM/UMTS 듀얼 모드 단말의 공급이 따라가지 못해 UMTS 전개가 더욱 늦어졌다.

과거 유럽에서는 900MHz 대역 휴대전화 사업은 GSM 방식에 한정되었지만, 2009년에 이 제한이 철폐되어(유럽 지령 2009/114/EC) UMTS도 동일 대역에서 운용이 가능하게 되었다. 900MHz 대역은 2GHz 대역 등 높은 주파수 대역보다 커버리지 면에서 유리하며, 적은 투자로 UMTS를 도입할 수 있다. 유럽 관련 기업 단체 GSA(Global Mobile Suppliers Association) 조사에 따르면, 유럽을 포함하여 20개국 이상에서 900MHz 대역(또는 850MHz 대역) UMTS 운용 허가가 가능하도록 법 정비가 되어 있으며, 18개국에서 실제 운용이 시작되었거나 예정되어 있다.

일본에서는 2001년 NTT 도코모가 세계 최초로 3G(W-CDMA) 상용 서비스를 시작했고, 이듬해 KDDI 그룹과 J-PHONE(현재의 소프트뱅크)이 뒤를 이었다. 모건 스탠리 조사 보고에 따르면, 2008년 역내 3G 보급률은 84%로 높은 수준이다. 이 보고에 따르면, 다음으로 보급률이 높은 곳은 북미 지역 29%, 유럽 25%이다.

3.9세대 이동 통신 시스템 이후 이용 대역을 포함, 일본 국내 각 사업자에게 할당된 주파수 대역은 아래 표와 같다.

KDDI/오키나와 셀룰러 전화(au)의 3G 방식인 CDMA 1X(현 au 3G), CDMA2000 1x EV-DO Rel.0은 2012년 7월 22일까지 2세대 이동 통신 시스템용 주파수 대역(구 800MHz대, Band Class3)과 병행하여 이용했다. 현재는 3G용으로 재편된 아래 주파수 대역을 통해 서비스한다. 과거 이용되었던 구 800MHz대 및 구 1.5GHz대는 2세대 이동 통신 시스템을 참조하라.

2014년 7월 현재, 총무성은 3.5GHz대 할당을 검토, 3480~3600MHz 부분을 TDD 밴드로 3개 블록으로 나누어 1개 회사당 40MHz폭씩(총 120MHz폭) 할당하는 것을 구상하고 있다. 이 밴드 확보에는 위성 통신에서 사용하는 주파수 대역 회수가 필요하다. 회수 범위가 넓어 종래 할당을 따른 FDD 밴드에서는 상향 대역을 확보할 수 없고, 조기 회수가 가능한 것이 하향 대역 상당 부분뿐이므로, TDD 밴드 할당을 유력 후보로 했지만, 2014년 12월 정식 할당 예정이다.

NTT 도코모는 2016년 여름 도쿄, 나고야, 오사카 지역에서 Bands 42 2파, Bands 3 1파, 총 3파를 묶은 캐리어 어그리게이션 3CCA 형태로 제공을 시작했다.

KDDI/오키나와 셀룰러 전화는 UQ 커뮤니케이션즈 WiMAX 2+ 2파와 자사 LTE 3CCA가 총무성으로부터 인정받아, Bands 42 시작에 앞서 WiMAX 2+ 2파와 Bands 1 대역을 묶는 형태로 3CCA를 시작했다.

5. 대한민국의 3세대 이동 통신

2001년, NTT 도코모가 세계 최초로 3G (W-CDMA) 상용 서비스를 시작했고, 2002년에는 KDDI 그룹과 J-PHONE(현재의 소프트뱅크)이 뒤를 이었다. 2008년 일본 내 3G 보급률은 84%로 매우 높았으며, 2011년 5월 말 기준 전체 휴대전화 계약의 96%가 3세대(3.5세대 포함)였다.

CDMA2000은 대한민국에서 cdmaOne (IS-95) 외에 "2G"라고도 불렸다.

* 2001년
5월: NTT 도코모가 FOMA (W-CDMA 방식) 시험 서비스 개시.
10월: NTT 도코모가 FOMA (W-CDMA 방식) 상용 서비스 개시. (3G 시험 서비스와 함께 세계 최초)
* 2002년
4월: au (KDDI / 오키나와 셀룰러 전화)가 CDMA 1X (CDMA2000 1xRTT 방식, 현 au 3G) 서비스 개시.
12월 20일: 보다폰(현 소프트뱅크 소프트뱅크 모바일)이 Vodafone Global Standard (현재 SoftBank 3G) (W-CDMA 방식) 서비스 개시.
* 2003년 11월 28일: au (KDDI / 오키나와 셀룰러 전화)가 CDMA 1X WIN (1X EV-DO Rel.0, 현 au 3G) 서비스 개시.
* 2005년 11월 9일: 총무성이 휴대 전화 신규 참가 사업자로 1.7GHz대에 BB 모바일 및 이 모바일, 2GHz대에 IP 모바일 결정.
* 2006년
4월 28일: BB 모바일, 1.7GHz대 개설 계획 인정 반납을 총무성에 신청.
7월 12일: BB 모바일의 1.7GHz대 개설 계획 인정 취소 예정 결정.
8월 31일: NTT 도코모, HSDPA 상용 서비스 개시. (FOMA 하이스피드 참조)
10월 14일: 소프트뱅크 모바일, HSDPA 통신 서비스 「3G 하이스피드」 개시.
12월: au (KDDI / 오키나와 셀룰러 전화), 1X EV-DO Rev.A 상용 서비스 개시.
* 2007년
3월 31일: 이 모바일, HSDPA 모바일 통신 서비스 개시.
9월 29일: NTT 도코모의 FOMA 서비스 이용자, 세대 최초 4,000만 건 돌파.
10월 30일: IP 모바일, 2GHz대 개설 계획 인정 반납을 총무성에 제출, 수리.
12월 12일: IP 모바일 면허 (2GHz대 주파수 사용 특정 기지국 개설 계획 인정) 취소.
* 2008년 3월 28일: 이 모바일, W-CDMA 통신 방식 음성 통화 서비스 개시.
* 2010년 12월 24일: NTT 도코모, 3.9세대 이동 통신 시스템인 LTE 서비스 Xi(크로시) 개시.
* 2011년 2월 25일: 소프트뱅크 모바일, 3.5세대 ULTRA SPEED 서비스 개시.
* 2012년
7월 25일: 소프트뱅크 모바일, 신규 획득 900MHz대 일부 이용, W-CDMA 방식 SoftBank 3G 및 HSDPA 통신 방식 3G 하이스피드 서비스 개시.
9월 21일： au (KDDI / 오키나와 셀룰러 전화), 3.9세대 LTE 서비스 au 4G LTE 개시.
9월 21일： 소프트뱅크 모바일, 3.9세대 LTE 서비스 SoftBank 4G LTE 개시.
* 2018년 1월 31일： 소프트뱅크 및 Y!mobile, 3G 회선 1.5GHz대와 1.7GHz대 사용 통신 서비스 종료.
* 2022년 3월 31일： KDDI/오키나와 셀룰러 전화(au), 3G 휴대폰용 CDMA 1X WIN (au 3G) 서비스 종료.
* 2024년
4월 15일：소프트뱅크, SoftBank 3G 및 EMOBILE 4G-S 등 음성 통화에 3.9세대 이동 통신 시스템 이후 네트워크 (VoLTE) 미사용 계약 서비스 이시카와현 외 종료. (당초 같은 해 1월 31일 전국 일제 종료 예정이었으나, 노토반도 지진으로 종료 시점 변경)
7월 31일： 소프트뱅크, 2024년 4월 7일 시점 계약자 주소 이시카와현 계약 대상 이시카와현 3G 서비스 종료.
* 2026년 3월 31일：NTT 도코모 3G 서비스 FOMA 종료.

5.1. 주파수 할당 (일본어 문서)

국제 전기 통신 연합(ITU)은 3세대 이동 통신 장비나 제공업체에서 사용자가 기대할 수 있는 데이터 속도에 대한 명확한 정의를 제공하지 않았다. 따라서 3세대 서비스를 구매한 사용자는 표준을 지적하며, 표준에서 지정한 속도가 충족되지 않는다고 말할 수 없을 수도 있다. ITU는 "IMT-2000은 더 높은 전송 속도, 즉 정지 또는 보행 중인 사용자의 경우 최소 2 Mbit/s, 이동 중인 차량의 경우 348 kbit/s를 제공할 것으로 예상된다."라고 논평했지만, 실제로 최소 요구 속도, 평균 요구 속도 또는 어떤 인터페이스 모드가 3세대 자격을 갖추는지 명확하게 지정하지 않아, 시장에서 다양한 데이터 속도가 '3세대'로 판매되고 있다.

시장 구현에서 통신 서비스 제공업체가 정의한 3세대 다운링크 데이터 속도는 배포된 기본 기술에 따라 다르며, UMTS(WCDMA)의 경우 최대 384 kbit/s, HSPA의 경우 최대 7.2 Mbit/s, HSPA+의 이론상 최대 속도 21.1 Mbit/s 및 DC-HSPA+의 경우 42.2 Mbit/s이다. (기술적으로 3.5세대이지만 일반적으로 3세대라는 상표명으로 묶여 있다).

6. 다른 나라의 3세대 이동 통신

3세대 이동 통신은 여러 나라에서 상업적으로 이용되고 있다.

일본은 3G를 처음으로 도입한 나라 중 하나인데, 3G 주파수 할당 과정에서 큰 초기 비용이 들지 않았기 때문이다. 반면 미국과 유럽에서는 주파수 경매를 통해 할당했기 때문에, 3G 서비스를 제공하려는 회사는 막대한 초기 투자가 필요했다. 유럽 회사들은 주파수 경매에 총 100 이상을 지불했다.

네팔 통신은 남아시아에서 처음으로 3G 서비스를 도입했지만, 네팔에서 3G 보급은 비교적 늦었다. 3G 네트워크는 2G와 동일한 무선 주파수를 사용하지 않는 경우가 있어, 이동 통신 사업자는 완전히 새로운 네트워크를 구축하고 새로운 주파수를 라이선스해야 했다. 특히, 높은 데이터 전송 속도를 위해서는 이러한 과정이 필수적이었다. 다른 나라들에서는 UMTS 전송 하드웨어 업그레이드 비용 때문에 3G 도입이 지연되기도 했다.

글로벌 모바일 공급업체 협회(GSA)에 따르면, 2007년 12월 기준으로 40개국에서 190개의 3G 네트워크가, 71개국에서 154개의 HSDPA 네트워크가 운영되고 있었다. 아시아, 유럽, 캐나다, 미국에서는 통신 회사들이 W-CDMA 기술을 사용하여 3G 모바일 네트워크를 운영하고 있다.

3G 네트워크 도입은 일부 국가에서 추가적인 주파수 라이선스 비용으로 인해 지연되었다. 특히 유럽 일부 국가에서는 제한된 수의 라이선스와 밀봉 입찰 경매에 대한 정부 경매, 그리고 3G의 잠재력에 대한 초기 흥분으로 인해 라이선스 비용이 매우 높았다. 이는 통신 붕괴로 이어졌으며, 암흑 광섬유 및 닷컴 버블 분야의 유사한 붕괴와 동시에 발생했다.

3G 표준은 2G 이후 모바일 통신 시장의 대규모 확장과 소비자 모바일 폰의 발전에 힘입어 널리 알려졌다. 특히 스마트폰(아이폰, 안드로이드)의 등장은 모바일 인터넷 연결에 대한 광범위한 수요를 이끌었다. 3G는 속도와 기능으로 인해 인터넷 검색의 실행 가능한 대안이 되었고, 3G 네트워크에 연결되는 USB 모뎀과 함께 "모바일 광대역"이라는 용어를 도입했다.

6.1. 미국의 3G (일본어 문서)

미국에서는 전국적인 규모로 이동 전화 서비스를 제공하는 사업자가 현재 3개 있으며, 3G의 전국적인 보급은 2000년대에 달성되었다. 2021년 2월 현재, 3G 서비스 종료가 다가오고 있으며, 대부분의 사업자에서 3G 전용 단말기의 활성화는 불가능해지고 있다. AT&T 모빌리티(싱귤러)는 2005년부터 W-CDMA 방식(1900MHz 대역의 밴드 2, 850MHz 대역의 밴드 5)으로 3G 서비스를 제공하고 있으며, 2022년 2월에 서비스가 종료될 예정이다.

6.2. 중국의 3G (일본어 문서)

2009년 1월 3개 회사에 3G 영업 면허가 주어졌다.

6.3. 러시아의 3G (일본어 문서)

러시아는 제2세대 이동 통신은 GSM 규격으로, 제3세대 이동 통신은 W-CDMA 규격을 주로 사용한다. 러시아의 3대 이동통신 사업자는 다음과 같다.

7. 3G의 응용 분야 (영어 문서)

3G 네트워크가 도입한 대역폭 및 위치 정보 기능은 2세대 이동 통신망에서는 실용적이거나 사용할 수 없었던 광범위한 응용 분야를 가능하게 했다. 가장 중요한 발전 중 하나는 이동 중에도 원활하게 인터넷을 검색하는 것과 같이 데이터 집약적인 작업을 수행할 수 있게 된 것이며, 더 빠른 데이터 속도와 향상된 안정성으로 이점을 얻는 다른 활동에도 참여할 수 있게 되었다.

개인 통신 외에도, 3G는 의료 기기, 화재 경보기, 발목 감시 장치 등 다양한 분야의 응용 분야를 지원했다. 3G는 전통적인 휴대 전화 사용 범위를 넘어 기능을 확장함으로써, 이동 통신망을 광범위한 기술 및 서비스에 통합할 수 있는 기반을 마련하여 차세대 이동 통신망의 추가적인 발전을 위한 길을 열었다.

8. 3G의 쇠퇴 및 서비스 중단 (영어 문서)

4G 네트워크가 전 세계적으로 널리 보급되면서 3G 사용은 감소 추세에 있다. 전 세계 여러 통신 사업자들이 이미 3G 네트워크를 폐쇄했거나 폐쇄를 진행 중이다.

9. 특허 (영어 문서)

요약에 따르면, 3세대 이동 통신 표준인 3GPP 및 3GPP2와 관련된 특허에 대한 내용이 있어야 합니다. 하지만 주어진 원본 소스에는 차이나 유니콤의 W-CDMA 방식 서비스에 대한 내용만 있을 뿐, 특허 관련 내용은 없습니다. 따라서, 섹션 제목 '특허 (영어 문서)'에 해당하는 내용을 작성할 수 없습니다.

10. 3G 이후의 진화 (영어 문서)

3GPP와 3GPP2는 모두 IP 네트워크 인프라를 기반으로 하고 MIMO와 같은 첨단 무선 기술을 사용하는 3G 표준의 확장에 대해 연구하고 있다. 이러한 규격은 이미 3G의 후속 기술인 IMT-Advanced(4G)의 특징을 보여준다.