출처 : http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=johnlee08&logNo=142947264&parentCategoryNo=43&viewDate=&currentPage=1&listtype=0

LTE에서 음성(쉽게 말해 전화 기능)을 지원하기 위해서는 지금보다 훨씬 더 많은 노력과 발전된 기술이 필요합니다. 기존의 2G/3G 네트워크에서 지원하던 Circuit Switching(CS, 회선 교환)이라는 음성 전송 방식이 더 이상 지원되지 않기 때문입니다. CS는 쉽게 설명하면, 전화를 거는 사람과 받는 사람 사이에 하나의 독점적인 1:1 물리적 경로가 형성되는 것입니다. 한 번 전화를 걸면 끊기까지 이 연결은 계속해서 유지되고 (설령 전혀 이야기를 하고 있지 않더라도) 그렇기 때문에 지연이 적고 안정적이기도 합니다. 일반적인 유선 전화와도 비슷하다고 보면 됩니다(...아니 유선전화도 CS입니다). 고정적인 대역폭을 계속해서 잡아먹는다는 단점이 있긴 합니다. 아, 덧붙여 음성 통화 뿐만 아니라 SMS도 CS 도메인에서 이루어집니다.

음성 통화에 사용되는 CS와는 달리 데이터(웹서핑, MMS 등) 통신은 Packet Switching(PS, 패킷 교환)이라는 방식이 사용됩니다. 우리가 사용하는 인터넷이 바로 PS의 대표적인 예인데, 데이터를 패킷이라는 데이터 단위로 묶고, 이 패킷이 전송될 때에만 네트워크 자원을 소모하는 것입니다. 그래서 계속해서 잡아먹고 있는 CS에 비해서 효율성이 높지요. 속도도 빠르고요. 다만 PS로 통화할 때는 아직까지는 CS기반 통화에 비해 딜레이 등 통화 품질이 살짝 떨어지는 감이 있는데, 070 인터넷전화나 스카이프같은 거 떠올려 보시면 됩니다. 최근에는 많이 나아졌다고는 하지만요.

이것을 배경에 두고, LTE 네트워크에서 음성 통화를 지원하는 방법에는 대표적으로 Circuit Switched Fallback (CSFB), Simultaneous Voice and LTE (SVLTE), Over-the-Top (OTT), Voice over LTE (VoLTE) 등이 있습니다. 다른 것들도 있지만 대부분 마이너한 것들입니다. 이 글에서 이야기할 주제는 CSFB와 SVLTE인데, 각각 대한민국의 SKT와 LGU+가 도입하는 방식이기 때문이고, 또 글이 이전의 스냅드래곤 포스트에서 이어지기 때문이기도 합니다.

뒤의 두 개를 간단히 설명하면, 둘다 PS 도메인에서 이루어지는 통화이면서, OTT는 LTE 네트워크 상에서 스카이프나 구글톡등의 서비스를 이용해 통화하는 것이고요. VoLTE는 사실 간단히 설명이 안 되는데, 마치 070전화처럼 모든 전화기가 LTE 네트워크 상에서 서로 IP를 이용해 통화하게 됩니다. LTE 자체가 All-IP를 기반으로 하기 때문에 단말 수준까지는 무리가 없지만, 계층을 올라가면 IP Multimedia Subsystem (IMS) 같은 완전히 새롭고 굉장히 복잡한 아키텍쳐를 기반으로 하기 때문에 통신사들의 도입이 늦은 감이 있습니다. GSMA의 One Voice initiative 이후 많은 통신사들이 지지하고는 있다지만, 아직 멀었습니다. LGU+가 VoLTE를 2012년부터 하겠다는 기사가 보이고 있는데, 쉽지 않을 것 같기도 하면서, 별로 큰 의미도 없다고 생각합니다.

그런가 하면 이 글에서 이야기하고자 할 앞의 두 개, CSFB와 SVLTE는 통화를 여전히 CS 도메인에서 하게 됩니다. LTE에 CS가 없다고 하지 않았냐, 하시면 맞습니다. 그렇기 때문에, 이 둘은 LTE 네트워크 상에서 전화를 하는 것이 아니고, 기존의 2G와 3G망의 CS 도메인을 음성 통화에 그대로 이용하는 것입니다. 어떻게 보면 효율적인 것 같고, 어떻게 보면 낭비일지도 모르지만, CSFB의 경우 VoLTE 시대 이전의 중간 단계로 3GPP에서 밀어붙이고 있고, SVLTE는 3GPP2(CDMA2000진영)이 대부분 사용하고 있습니다. 그럼 하나씩 알아봅시다.

1. Circuit Switched Fall-Back (CSFB)

사실 이름이 어려워서 그렇지, 알고 보면 큰 개념 자체는 의외로 간단합니다. 4G LTE로 통신을 하고 있을 때 음성 통화가 걸려오거나 전화를 걸게 되면, 연결되어 있던 4G LTE 연결을 끊고,3G WCDMA 혹은 2G GSM등의 CS 도메인으로 "후퇴하는(Fall-Back)" 하는 것입니다. 이렇게 하면 IMS등의 복잡한 솔루션이 필요하지 않고, 기존에 깔아 놓은 2G/3G망을 음성 통화에 그대로 사용한다는 데에서 4G LTE망이 다 깔리지 않은 도입 초기에는 꽤 효율적인 면도 있습니다. 지금 SKT의 경우 4G LTE 커버리지가 겨우 수도권을 넘어가는 상황이기 때문에 CSFB의 도입은 사실상 필연일 수밖에 없습니다.

그런가 하면, CSFB 방식을 사용할 때의 또 다른 장점도 있는데, 바로 모뎀칩(베이스밴드 프로세서)이 하나밖에 필요하지 않다는 것입니다. 이건 어찌 보면 당연한데, 2G/3G와 4G 송수신이 동시에 되지 않고 한 번에 하나씩만 되기 때문입니다. 물론 이것은 MDM9200/9600과 같은 2/3/4G 통합칩의 얘기고, 3G와 4G LTE 칩을 따로 사용할 경우는 모뎀칩이 두 개 필요하겠습니다만, 현재 출시된 SKT의 모든 LTE폰은 스냅드래곤 APQ8060 + MDM9200 조합이기 때문에 다른 솔루션과는 다르게 LTE 모뎀도 원칩으로 가능한 것이죠. 저번 포스팅에서 얘기했던 스냅드래곤을 사용할 때의 장점입니다.

사실 하나밖에 필요하지 않은건 모뎀칩만이 아닙니다. 다시 한 번 생각해보면, 무선 통신을 하는데 모뎀칩만이 필요한 건 당연히 아니지요. 일단 안테나가 있어야 하고, 위의 리플에서도 언급된, 그 안테나 신호를 송수신하는 칩인 RF(radio frequency) transceiver가 필요한데, 이 모두가 다 하나만 있어도 된다는 것입니다. 원가 절감에도 상당한 도움이 되겠고, RF 설계도 상대적으로 간단해지겠지요.

그렇지만 이렇게 되면 CSFB의 문제점은 바로 드러날 수밖에 없는데, 일단 첫 번째로, 동시에 한 연결만 가능하다는 것은, 곧 통화시에 4G LTE 연결이 끊겨버린다는 것입니다. 예를 들면 이러한 시나리오를 생각해볼 수 있습니다. 4G LTE 핫스팟을 켜서 다른 기기에서 Wi-Fi로 웹서핑이나 스트리밍 등을 사용하고 있을 때 전화가 걸려올 경우 LTE 연결은 끊겨버린다는 것이지요. 물론 저번 포스트에서 이야기했듯 WCDMA계열은 3G 음성과 데이터가 동시에 전송이 가능하기 때문에 데이터 자체가 완전히 끊기진 않지만, 여전히 통화중에는 4G보다 한참 느린 3G로만 데이터를 사용해야 한다는 문제점이 있습니다.

두 번째 문제는 CS도메인으로 후퇴할 때 생기는 딜레이인데요. 통화 셋업 시간이 전화를 걸고 통화가 연결되기까지 걸리는 지연 시간이 늦어질 수밖에 없습니다. 최소 30% 이상 늦어진다는 주장도 있는데[1], 어쨌든 3G로 연결했을 때보다는 분명히 느려지는 게 사실입니다. 통화 버튼을 누르고 연결되기까지 오랜 시간이 걸릴 수록 통화 품질에 대한 만족도가 떨어지기 때문에 CSFB는 상당한 패널티를 안고 있는 것이 사실입니다.

어쨌건간에 지금 상황은 CSFB를 쓸 수밖에 없는데, 이러한 문제점이 있다고는 하지만 사실 SKT의 LTE폰이 풀린지 꽤 됐음에도 불구하고 이러한 문제를 지적하는 사람들이 거의 보이지 않는 것을 보면 대부분의 실제 사용자들은 크게 의식하지 않는 듯하니 어쩌면 다행일지도 모릅니다. 첫 번째 문제는 개인적으로 제게는 상당히 크긴 합니다만, 역시 사람마다 다른거겠지요.

대충 훑어보았으니, 이제 다음으로 넘어가도록 합시다.

2. Simultaneous Voice and LTE (SVLTE)

이름이 그대로 말해주듯이, SVLTE는 CSFB와는 달리, 음성(voice)과 LTE(data)가 동시에 전송되는 방식입니다. 음성 통화는 여전히 CS 도메인에서 이루어지지만, 그와 동시에 4G LTE 데이터 통신도 가능하다는 것이죠. SVLTE는 주로 CDMA2000 1xEV-DO를 3G로 사용하던 통신사들이 도입했는데, 대표적으로는 미국의 버라이즌과 한국의 LGU+를 들 수 있습니다.(*1)

기존에 3G EV-DO는 UMTS/WCDMA 진영과 달리 음성과 데이터의 동시 전송이 불가능했습니다. LGU+ 3G를 쓰시는 분들은 이것을 바로 확인해볼 수 있는데, 핫스팟 켜고 다른 기기로 연결해서 웹서핑하다가 전화 오면 더 이상 웹서핑이 불가능합니다. 혹은 이런 경우를 생각해볼 수 있는데, 통화하다가 갑자기 알아볼 것이 생겨서 스피커폰으로 전환하고 웹서핑을 하려고 해도 역시 불가능하지요. 여러 모로 불편한 점이 많습니다. 올해 초 버라이즌에서 CDMA 아이폰4가 처음 출시될 때 가장 공격받았던 것 중 하나도 바로 이 음성통화와 3G 데이터통신이 불가능하다는 점이었습니다.

그렇기 떄문에 저는 CDMA2000 진영이 전략적으로 SVLTE라는 선택을 한 것이 아닌지, 라고 생각하고 있습니다. 3G 시절에는 CDMA의 음성-데이터 동시전송 불가로 WCDMA 진영에 비해 비교적 손해를 보았었는데, 4G LTE로 넘어와서는 역으로 SVLTE를 채택한 CDMA 진영이 CSFB를 채택한 2G GSM/3G WCDMA 진영보다 분명한 비교우위를 갖추기 때문입니다. 위에서 설명했듯 CSFB는 2G/3G 음성통화와 4G 데이터통신이 동시에는 불가능한데, SVLTE는 가능하니까요.

또한, CDMA 진영이 퀄컴의 스냅드래곤 플랫폼을 사용할 경우 SVLTE 뿐만 아닌 SVDO(Simultaneous Voice and Data Optimized), 즉 WCDMA처럼 3G에서 음성과 데이터를 동시에 전송하는 것도 가능하게 할 수 있습니다. HTC의 버라이즌용 LTE 안드로이드폰인 Thunderbolt가 대표적입니다. MSM8655와 MDM9600 듀얼 모뎀칩으로 가능하게 했지요. 같은 통신사인 버라이즌에서 출시된 삼성의 드로이드 차지(VIA CDMA / 삼성 LTE)나 모토로라, LG등의 자사 LTE 배이스밴드 프로세서를 사용한 폰들은 SVLTE는 지원하지만 SVDO는 지원하지 않는 것으로 보아, 퀄컴의 노력이 더 들어간 듯 합니다. 이 경우 4G LTE 커버리지가 아직 닿지 않는 곳(많죠)에서도 동시에 음성과 데이터를 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. LGU+의 MSM8660+MDM9600을 사용한 폰들도 이렇게 SVDO가 가능할 것 같긴 합니다만, 어떨지는 실험을 해 봐야 알겠지요. LGU+ 트위터는 절대 답변을 해 주지 않습니다.

문제는 항상 그렇듯이, 좋은 것만 있는 건 아닙니다. SVLTE는 듀얼 라디오 솔루션이라고도 불리는데, 음성(CDMA2000 1x)과 4G LTE를 동시에 전송하기 위해서 위에서 말했던 안테나와 RF Transceiver를 두 개 필요로 합니다. 위에서 언급한 HTC Thunderbolt의 경우, 퀄컴 QTR8600과 RTR8605라는 송수신칩이 두 개 달려있고, 안테나도 1x와 LTE/EVDO가 각기 다른 것을 사용합니다. 여기에 전력 관리 칩셋도 같이 필요한데, 이 것도 두 개가 필수인지는 잘 모르겠습니다만, Thunderbolt에는 역시 퀄컴 PM8058과 PM8028으로 이것도 두 개 달려있습니다. (사족인데, HTC가 퀄컴 정말 좋아합니다. 무슨 둘이 연애하는 느낌. 스냅드래곤 아닌 스마트폰이나 태블릿을 거의 찾을 수가 없고, AP나 BP 외에도 수많은 부품이 퀄컴입니다.) 모뎀칩 역시 MSM8660 + MDM9600처럼 지금은 두 개가 필요한데, 위에 리플에도 언급된 MSM8960이나 MDM9615등의 음성 통합 솔루션이 나왔을 때는 어떻게 될지는 알 수 없습니다--만, 저는 모뎀은 하나만 있고 대신 RF 송수신칩과 안테나가 두 개(*2) 있으면 될 것이라고 추측합니다. 어쨌든 이렇게 되면 당연히 원가가 늘어납니다.

부품 숫자만 늘어나는 것도 아니고, 설계가 훨씬 복잡해지기도 합니다. LTE, CDMA 각각 다른 안테나로 동시에 두 신호를 받아야 하는데, 일단 공간의 제약이 있고, 신호 간섭의 염려도 있습니다. 또한, 보통 인체, 특히 두뇌에 대한 전자파 노출을 최대한 줄이기 위해 보통 안테나를 스마트폰의 바닥에 위치시키는데, 이렇게 안테나를 여럿 쓰게 되면 어쩔 수 없이 윗부분에 위치시켜야 해서, 이 전자파 노출 기준을 맞추기도 더 어려워집니다.(스마트폰 등 출시 전 FCC등에서 테스트하는 'SAR'이란 값이 바로 이 전자파 노출 척도입니다.) 이런 개발상의 어려운 점도 사실 다 코스트에 들어가겠지요.

또한, 전력 소모나 발열의 문제도 있습니다. 동시에 두 개의 서로 다른 신호를 받아들이기 때문에, 어찌 보면 당연한 일입니다. 안테나도, 송수신기도, 모뎀칩도 동시에 작동해야 하니까요. '요즘 세상에 더 이상 문제가 아니다'라는 의견도 있는데, RF가 배터리 소모에 차지하는 비율을 생각해 보면 아직 문제가 아닌 세상은 먼 것 같습니다.

그리고, 3G때 CDMA2000 진영은 아예 통화중 데이터 사용이 불가능했지만, 4G에 WCDMA 진영이 CSFB를 사용한다고 해도 여전히 3G로 데이터 통신이 가능하기 때문에, 과연 SVLTE의 장점이 얼마나 클까, 하는 것도 있습니다. WCDMA/HSPA+는 속도가 그래도 나오는 편이고, 적어도 완전히 데이터가 끊기지는 않으니까요. 효용성의 문제인데, 부품을 추가한 만큼 소비자가 그 차이를 느낄지 하는 부분입니다. 지금까지 SVLTE에 대한 글이 거의 전무한 것만 봐도 LGU+에서 LTE를 사용하시는 분들이 이 점을 큰 장점으로 느끼거나, 혹은 SKT에서 LTE를 사용하시는 분들이 CSFB를 단점으로 느끼지는 않은 것 같습니다.

이런 단점들이 있다고는 하지만 사실 전력소모 빼고는 거의 다 제조사들 문제지 소비자들 문제는 아니고, 저는 개인적으로 몇몇 단점에 비해 음성-LTE 데이터 동시 사용이라는 강점이 훨씬 더 크다고 생각하기에, SVLTE쪽이 더 나아보이기는 합니다. 제가 혹시 한국에서 (가능성 없겠지만) LTE를 쓴다고 하면 이 SVLTE라는 장점때문에 LGU+로 기울지도 모른다는 생각을 하게 되네요. 물론 대형 제조사인 ZTE의 문서에 따르면[2] 2G GSM 및 3G WCDMA계열도 SVLTE를 충분히 지원 가능합니다만(*3), 아직 그런 제품은 시장에 존재하지 않고, 대부분의 통신사들이 CSFB를 미는 이상 이런 제품이 나오지도 않을 것 같습니다.

간단하게 스냅드래곤 APQ8060과 MSM8660이 SKT와 LGU+에 사용된 이유, 그리고 그 이유라고 보여지는 CSFB와 SVLTE에 대해서 써 보려고 시작한 글이 작성한지 2주가 넘어가고 (시험도 겹쳤지만orz) 글의 길이도 무식하게 늘어나 버렸네요. 아주 짧게 요약하자면 이렇습니다.

SKT: 3G(WCDMA) 음성통화와 4G LTE 데이터를 동시에 사용할 수 없는 CSFB 방식을 채용. 그렇기 때문에 모뎀이 없는 APQ8060과 MDM9200을 사용하여 원래는 사용 불가능한 MDM9200의 보이스 기능을 스냅드래곤 AP와의 조합으로 활성화시키고 모뎀의 중복을 피함. 여전히 3G에서의 음성, 데이터 동시 사용은 가능.

LGU+: 3G(EVDO) 음성통화와 4G LTE 데이터가 동시에 사용 가능한 SVLTE 방식을 채용. 모뎀칩(MSM8660 + MDM9600) 및 RF Transceiver, 안테나 등 라디오를 듀얼로 사용해서 CDMA 음성과 LTE 데이터의 동시 전송이 가능을 가능케 함.

...이렇게 짧게 쓸 수 있는 걸 뭘 이렇게 길게 썼을까요? 이 글 쓰려고 찾아다니면서 참고하는 자료 페이지만 열 개 가까이 되는 것 같습니다.조금 더 글을 짧게 쓰는 법을 익혀야할지도 모르겠습니다. 머리에 떠오르는 블로그 포스팅 주제가 꽤 많은데, 노력하겠습니다 흑흑 허접한 글 읽어주셔서 감사합니다(__)

*1: SKT는 트위터에 CSFB 맞냐고 물어보니 빠르게 대답해주었는데, LGU+는 제 멘션을 페이보릿하기만 하고 감감무소식입니다. 제가 아는 분께 그냥 전화랑 LTE 동시에 되냐고 직접 확인해봤습니다.-_-

*2: '두 개'라는 말에 오해가 있을 수 있는데 음성과 LTE에 서로 다른 안테나를 쓴다는 뜻입니다. LTE는 MIMO 안테나가 필수이기 때문에 어차피 안테나가 여럿이긴 합니다.

*3: [2]에 나온 것처럼, CSFB는 코어 CS 네트웍에 업그레이드가 필요하지만, SVLTE는 대부분이 단말기 레벨에서 이루어진다는 차이도 있습니다.

**직접 인용한 글은 바로 옆에 출처 명기해두었고, 이 글 쓰는데 참조한 글들은 다음과 같습니다.

http://www.anandtech.com/show/4240/htc-thunderbolt-review-first-verizon-4g-lte-smartphone/3

http://www.huawei.com/en/static/hw-094164.pdf

http://www.ericsson.com/res/docs/whitepapers/voice-over-lte.pdf

http://www.teknocrat.com/voice-over-lte-tutorial.html

http://www.linkedin.com/answers/technology/wireless/TCH_WIR/820171-6488685

http://www.ericsson.com/res/thecompany/docs/publications/ericsson_review/2010/lte_e2e.pdf

http://www.vision2mobile.com/blogs/guest/2010/04/one-voice-initiative-another-ims-success.aspx

http://www.zdnet.com/photos/htc-thunderbolt-teardown/6231219?seq=63&tag=photo-frame;get-photo-roto

http://knol.google.com/k/wcdma%EC%9D%98-%EA%B5%AC%EC%A1%B0%EC%99%80-%EC%9B%90%EB%A6%AC#2%282E%292%282E%291%282E%29_CS_%2828%29Circuit_Switched%2829%29_domain

(덧붙여 이 문서는 한글입니다. WCDMA의 기본 구조 파악에 큰 도움이 됩니다. 저도 이렇게 글을 간결하고도 쉽게 잘 써야할텐데요.)