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| 휴대전화 기지국 장비 | CB 기지국 장비 |
1. 개요
기지국(Base Station)은 육상 이동통신(무전기, 휴대전화 등) 업무에서 일정한 장소에 설치하여 사용하는 육상국을 의미한다.[1] 이동국이나 다른 기지국과 전파를 주고 받거나 케이블망으로 이어준다. 사용시에만 일정 장소에 자리잡으면 되기 때문에 간혹 오지나 해상에 무전기나 휴대전화 등을 가설하기 위한 이동식 장비를 이동식 기지국이라고 하기도 한다.전파를 수발신을 하기 때문에 당연히 엄청난 양의 전자파[2]를 발생시키며, 이것이 설치된 건물의 입주자들이 건강상 문제가 발생한다고 우려해 철거를 요구하는 민원이 많다. 하지만 전자파와 건강 간의 관계는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.
정부에서 운영하는 전파누리 사이트에 들어가면 기지국의 위치를 확인할 수 있다.(한국 한정)
통신용이 아닌 방송용은 송신소라고 따로 지칭한다.
2. 휴대전화 기지국
2.1. 기지국의 종류
2.1.1. 일반 기지국
말 그대로 통신 안테나와 중계기 등을 본래 모습 그대로 설치하는 기지국으로 설치된 위치에 따라 실내 기지국과 실외 기지국으로 구분된다.실내 기지국은 건물주와 협의해서 건물 내 일정한 공간에 설치한다. 이때 모든 창문은 통신사 보안상 안을 볼 수 없게 막아버린다. 이는 외부 방해요소(더위, 추위, 비 등)를 건물이 다 막아 주기 때문에 유지관리를 용이하게 하기 위함이다. 시골에 가도 간간이 실내 기지국이 보이는데, 규모가 좀 되면 넓은 터에 건물을 지어서 사용하지만 작으면 기지국 터에 컨테이너 박스로 지어 놓은 것도 볼 수 있다.
실내 기지국에 설치되는 장비
- 해당 통신사 통신장비
- 냉방기, 항온항습기 - 장비 보호차원에서 365일 24시간 가동.
- 자동소화장치 - 전기장치가 많아 스프링클러를 사용할 수 없어 소화약재를 사용한다.
- 출입인원 통제장치 - 통신사 보안상 설치한다. 주로 통신사 망관리실에서 통합관리하며, 관리실 직원에게 작업내용등을 통보해주어야한다. 출입문도 기지국 안에서만 열리게 한다.[3]
- 감시 장치 - 기지국에 설치된 장비의 상태를 망관리실로 보내주는 장치로, 장비 상태 외에도 '화재', '기지국 문열림', '기지국내 작업자 있음' 등도 전송된다.
- UPS - 기지국의 정전사태에 대비하기 위해서 설치한다.
실외 기지국은 도시 지역에서는 주로 건물 옥상에 실외형 기지국 장비[4] 몇 개를 갖다놓은 것이고[5], 시골 지역에서는 나대지(산 중턱에도 지어놓기도 한다.)에[6] 철조망을 치고[7] 그 안에 장비 몇 개를 갖다 놓은 것이다. 이는 부수적인 소화장비, 냉방기를 설치 할 필요가 없지만[8] 외부 방해요소에 그대로 노출된다.
모든 기지국은 출입문이나 그 옆에 통신사, 기지국명이 적힌 명판을 달아놓는다.
요새 설치하는 기지국과 노후된 기지국을 대신해 설치하는 기지국은 RRH(Remote Radio Head)라고 하는 무선 출력만 담당하는 장비만 가지고 있고 데이터 처리 장치인 BBU(Base Band Unit)를 분리하여 데이터 처리 장비를 전화국으로 몰아서 설치하는 식으로 기지국 크기와 소비전력을 줄였다. BBU는 디지털로 표현된 무선 신호를 광 케이블 등을 이용하여 RRH로 전송하고, RRH에서는 이 신호를 DAC로 아날로그로 변환하고 파워앰프로 증폭하여 송신한다. 기지국에서 수신된 신호는 RRH에서 프리앰프로 증폭을 하고 ADC를 통하여 디지털로 변환해 BBU로 전송한다. 이 둘의 연결은 CPRI나 OBSAI 규격을 주로 사용한다.
2.1.2. 위장 기지국
통신 기지국은 이동통신 전파를 수발신 해주는 필수품이지만, 엄청난 전자파를 발생시켜서 시도때도 없이 철거를 요구하는 민원이 들어와서 사실상 혐오시설 취급. 보통 건물 옥상에 중계장비를 설치한 기지국이 보이는데, 임대료를 보통 300만원 정도를 내고 설치한다. 근데 이게 보통 건물 입주자의 동의 따위 없이 건물주가 임대료 받고 설치하는 것이라서 충돌을 일으키기 일쑤. 건물주가 자기 건물 자기 맘대로 하는 거라 입주자의 동의가 필요 없다.
시도때도 없이 철거요청이 들어오는데, 당장 이걸 철거해버리면 그 주변 지역은 이동통신 전파가 끊긴다. 아파트 단지 등 고층 건물이 밀집한 경우, 전파가 닿지 않는 사각지대가 양산돼서 이곳저곳에 중계용 기지국을 설치해야 하는데, 이걸 전부 철거하면 그 아파트 지구에선 이동통신을 쓸 수 없다.[9]
여러모로 생긴 것도 볼품없어 주변 경관을 해치고, 전자파 발생 때문에 온갖 민원이 쏟아져 들어와서 막무가내식 철거를 요구하는 탓에 아예 민원을 회피하고 눈에도 보기 좋게 할 작정으로 눈에 띄지 않게 주변 사물처럼 위장하는 것이 요즘 추세이다.
참고로 서비스모드로 -0db 띄우는 모드로 보면 요런탑이 -60까지 나온다. 순간적으로만 그렇게 뜨고 여러 문제로 출력이나 빔의 방향이 다른지 (물리적 방향이라기보다는 촛점) 실제 전파는 좀 안 잡힌다. 3G기준이다. 아무리 기지국이 개판인 CDMA도 주파수 대역의 이점으로 칸이 더 잘 뜬다. 다만 둘 다 전화나 데이터망은 끊김이 있다. 결국 통신사들은 더더욱 장비를 숨기려하고, 부적절한 위치에 설치된 기지국을 발견한 주민들은 더더욱 분노하는 악순환이 반복중이다. 덕분에 통신사 관계자와 공사업체 관계자만 골치아파졌다.
요즘 고속도로 등을 지나가다가 나무같이 생겼는데 잘 살펴보면 아닌 것들을 본 적이 있을 것이다. 죄다 위장 기지국이다. 요즘은 아파트 배기구로 위장하여 설치한 것들도 보이고, 나뭇잎(!)으로 위장된 것에[10] 케이블 덕트 커버를 건물의 벽돌색으로 페인트 칠하는 등[11] 별의 별 형태의 위장이 다 나왔다. 하지만 위장 기지국 중에서 나무 형태는 위장형 가지가 강풍에 떨어지는 문제가 있어 나무외피 모양의 라텍스 커버만 씌우는 경우가 대다수고 굳이 도장을 안해도 안테나를 가려주는 불투명 PC재질의 커버를 두르기도 한다.
2.1.3. 이동 기지국
대형 트럭에 안테나를 설치한 형태로 되어 있으며 주로 행사장이나 집회, 시위 등 일시적으로 인원이 많은 곳에 주로 설치된다.주로 1월 1일 보신각 타종 행사에서 볼 수 있다.
2.1.4. 중계기
Repeater / Signal booster[12]이동통신 신호를 수신하여 증폭한 후 다시 출력하는 장비로 고객이 자택에서 전파수신감도 불량 등의 증상을 호소하면 통신사에서 설치해주는 장비가 바로 이것. 기지국을 추가로 설치할 필요는 없지만 무선신호가 약해 통신이 불량한 지역에 주로 설치한다.
실외(주로 건물 외벽이나 난간 등)에 안테나를 설치하고 실내에 단말기를 설치하는 구조로 되어있으며 최대한 깔끔하게 시공하기 위해 창문틀에 타공을 하거나 월/전세거나 건물 구조상 타공이 불가능한 경우 필름형 케이블을 이용해 안테나와 단말기을 연결한다. 때문에 창문 옆에 바싹 붙어있거나 에어컨 배관 구멍을 통해 케이블을 뽑아내 에어컨 옆이나 뒤쪽에 설치하기도 한다.
전원을 공급해야하는 전자장비 특성상 전기료 때문에 통신사와 싸우기도 한다.[13] 최근에는 저전력 중계기가 보급되어 그나마 나은 편이지만, 이 쪽은 신호가 다소 약하지만 없는것 보단 나은 수준.
사실 통신 종사자들은 중계기를 기지국이라고 하지 않는다. 통신 업계에서는 교환국과 유선으로 연결되어 휴대전화를 유선망과 연결하여 주는 역할을 하는 장비를 기지국이라고 하는데 중계기는 공중의 전파를 수신하여 다시 전파로 중계해주는 역할이기 때문이다. 따라서 이용자 통신장비(RF신호)-중계기 안테나(RF신호)-중계기 장비(RF신호를 광(光)으로 변환)-(광선로)-기지국 장비[14](광(光)을 RF신호로 변환)-기지국 노드장비(RF신호)-교환기-이하 역순으로 통신을 한다.
2.1.5. 펨토셀
펨토셀은 유선인터넷망을 이용해 작은 기지국 역할을 수행하는 장비다. 중계기와는 다르게 건물내 복도와 같은 공용 공간에는 설치하지 않고 가정집 내부 등에 설치한다.여러 이유로 실외에 기지국을 설치할 수 없거나 중계기조차 전파의 신호 강도가 약해 소용이 없거나 건물 외관을 해치는 등의 문제로 건물주나 이웃과의 마찰로 설치할 수 없을 경우 대안으로 설치하기도 한다.
일반적인 기지국이나 중계기와는 다르게 펨토셀은 해당 통신사의 유선인터넷망으로 송수신하는 구조이다. 때문에 연결된 유선인터넷 망에 부하를 주기 때문에 보통 허용된 전화번호만 펨토셀을 사용할 수 있도록 한다.
외관이나 크기는 가정용 와이파이 공유기와 비슷하지만 중계기와 기능에서 큰 차이가 있다. 중계기는 이름답게 단순히 기지국과 휴대폰 사이의 전파를 물리적으로 중계하는 기능만 할 수 있지만 이 기기는 신호 변복조 등을 포함한 일반 기지국이 하는 거의 대부분의 기능을 다 할 수 있다.
SK텔레콤에서는 'Home Femto(홈펨토)', KT에서는 'GIGA Atto(기가 아토)', LG U+는 '펨토기지국'이라는 이름으로 서비스중이다.
여담으로 해당 이동통신사와 같은 유선인터넷망으로만 가입이 가능하기 때문에 통화품질 문제를 겪는 가입자에게 자사 유선인터넷을 가입하도록 유도하는 경우도 있다. 만약 사용중인 이동통신사와 유선인터넷 통신사가 다르고 유선인터넷 통신사를 바꾸고싶지 않다면 펨토셀을 설치하는 것은 최후의 수단으로 생각하고 최대한 다른 방법으로 통화품질 문제를 해결하는 것이 좋다.
2.2. 주요 기술
- 이동성(Mobility) 관리 기술 [15]
- 소프터 핸드오버 (Softer Handover) : 하나의 셀 내부에서 만 이루어지는 핸드오버 로 동일 기지국 내 다른 섹터 간 핸드오버
- 소프트 핸드오버 (Soft Handover) : 인접 기지국 2개의 채널을 동시에 운영하며, 종국에는 1개 채널을 서서히 끊음, CDMA 방식에서 주로 사용 (같은 주파수대역을 사용하기 때문에 쉽게 구현 가능), Make before Break 방식
- 하드 핸드오버 (Hard Handover) : 현재 통화중인 채널을 끊고, 곧바로 다른 채널로 연결, FDMA,TDMA 방식에서 주로 사용
- 동종 핸드오버(Horizontal (Homogeneous) Handover) : 전통적인 의미에서, 동일 기술이 적용되는 네트워크 안에서 이동통신 셀 상호간에 단말이 이동하더라도 서비스를 유지하는 기능, 3계층 IP 주소가 변하지 않은 상태하의 이동이면, Horizontal Mobility임
- 이기종(Vertical (Heterogeneous) Handover): 서로 다른 기술이 적용되는 망 간에 다종/다중접속(Multiple Interface) 기술이 가능한 단말이, 이종 망 간을 이동할 때 서비스를 유지하는 기능 (Global Mobility) 예로 WiBro 및 WLAN 간의 이동, WLAN 및 CDMA 간의 이동 등, 3계층 IP 주소가 변하게되면, Vertical Mobility 라고 볼 수 있음
- 글로벌 로밍(Global Roaming) : 서로 다른 이동통신사 간 통신 트래픽 중계 기술
- 채널 할당과 자원 관리 (Channel Allocation and Resource Management)
- 페이징(Paging) : 전화가 왔다는 신호를 휴대폰 단말에 알려주는 알고리즘
2.3. 기지국 제조사
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| | X | X | 서울특별시, 인천광역시 일부, 강원도 일부, 경기도 북부, 경기도 남부 일부[9] | |
엄격한 이동통신 이동성(Mobility) 및 QoS를 보장해야 하는 규격상 생각보다 높은 기술력을 요구한다. 앞서 설명한대로 무선 중계기와 무선 기지국은 개념이 다르며 기지국은 거의 대부분 대기업 연구소와 국가단위 R&D를 통해 막대한 자본을 활용해 개발한다. 중계기, 모바일 백홀 등은 중소기업에서도 다소 연구개발 및 시장 진입에 용이한 편이다.
2000년대 초반까지는 에릭슨, 노키아, NEC, 후지쯔, 모토로라, 지멘스, 노텔 네트웍스, 알카텔등 많은 업체가 무선 기지국 장치를 제조해왔다.
2000년대 중반부터 화웨이, ZTE, 다탕텔레콤 등의 중국 기업들이 저렴한 가격을 무기로 시장을 빠르게 장악해나갔고 이로 인해 기존 업체들의 실적 부진이 시작되었다. 그러나 이들의 약진에는 어두운 면이 존재하는데, 이 기업들은 해킹과 인력 포섭을 통해 기술을 저렴하게 습득한 후 저가 공세를 펼쳐 원가 미만으로 장비를 납품한 뒤 유지보수비용에 바가지를 씌우는 방식으로 수익률을 높여왔다. 게다가 중국의 보호무역 정책으로 인해 중국 내에서는 무조건 자국산 제품을 우선 구매해야 하므로, 이들은 글로벌 기업들이 들어오지 못하는 중국 내에서 독보적인 판매고를 올릴 수 있었다.
계속되는 중국 업체들의 기술 유출과 저가 공세로 시장이 침체된 사이 2008년 세계금융위기가 찾아오면서 통신장비 업계는 크게 재편되었다. 100년이 넘는 역사를 자랑하던 캐나다의 노텔 네트웍스가 파산했고, 모토로라와 알카텔, 지멘스의 통신장비 부문을 노키아가 인수합병해 노키아 네트웍스로 재출범시켰다. 여기에 LTE와 5G에 막대한 투자를 쏟은 삼성전자가 빠르게 성장하여 노키아와 전통적인 강호 에릭슨과 함께 글로벌 통신장비 3강을 형성하였다.
2010년대 중반까지는 BT, 소프트뱅크 모바일, LG U+와 같은 선진국의 일부 이동통신사도 중국산 장비를 사용했다. 하지만 2018년 이후 미국의 도널드 트럼프 행정부가 화웨이의 중국군 결탁 의혹으로 인한 보안 위협을 이유로 백악관 행정명령 13873호를 발령하자 일부 이통사들이 화웨이와의 거래를 중단하고 기존 화웨이 장비를 철거하였다.
2019년 점유율 기준 무선 기지국 제조업체 순위는 화웨이, 에릭슨, 노키아, 삼성전자, ZTE 순이며, 외국 기업의 진출이 제한적인 중국 시장과 개발도상국 시장을 배제하면 화웨이와 ZTE가 빠져 에릭슨, 노키아, 삼성전자가 3대 글로벌 무선통신장비 제조사로 불린다.
일반적으로 선진국 이동통신사에서는 상술한 3대 업체의 장비를 이용하여 통신망을 구축하며, 이는 대한민국의 SK텔레콤과 KT도 마찬가지다. 국산(삼성 외) 장비 사용률은 KT가 근소하게 더 높은데, 이는 KTF 민영화가 SKT 설립보다 늦게 성사되며 국내기업 우선구매 정책의 영향을 오래 받았기 때문이다.
자본력이 부족한 개발도상국, 특히 사하라 이남 아프리카 국가에서는 화웨이를 비롯한 중국 장비의 사용률이 압도적으로 높다. 왜나하면 해당 국가들의 경우 서방 업체의 장비 가격을 감당하기 어려워 저렴한 중국산 장비로 눈이 쏠리는데다, 중국 또한 정부 차원에서 무상 차관까지 줘가며 중국 장비로 통신망을 만들라고 요구하기 때문이다.
2.3.1. 납품 가격
통신장비를 통신사에 납품할 때 가격은 제조사별로 어느정도 차이가 있다.비슷한 성능의 장비구매시 일반적으로 업계에서 오랜기간 인정 받아온 에릭슨 장비가 제일 비싸고, 그 다음으로 노키아, 삼성전자, 화웨이와 ZTE 순으로 비싸다고 한다.
2.3.2. 왜 여러 제조사의 장비를 섞어쓰는가?
일반적으로 통신사에서는 전국에 한 제조사의 장비만 설치하는 것이 아니라 최소 2~3군데 제조사의 장비를 적절히 분배하여 설치한다. 이렇게 하는데는 크게 두가지 이유가 있다고 한다.첫번째로는 한 곳의 제조사와 가격 협상을 하는 것 보다는 여러 제조사가 입찰에 참여하는 방식으로 협상하는 것이 통신사 입장에서 비용적으로 유리하기 때문이다.
두번째 이유로는 통신사고에 대응하기 위해서다. 만약 한 제조사의 장비로 전국에 통신망을 설치했는데 해당 제조사가 통신장비의 소프트웨어를 업데이트 하거나 유지보수를 진행하던 중 실수로 인해 먹통이 되었다면 전국의 통신망이 먹통이 될 것이다. 하지만 여러 제조사의 장비를 섞어쓰면 같은시각 다른 제조사 장비를 설치한 지역은 통신사고가 발생하지 않을 확률이 높다.
3. 무전기 기지국
보통의 HAM용 기지국은 트랜스미터, 리시버 등의 각종 통신 장비가 설치된 샤크 룸[16], 트랜스미터의 출력을 증폭하는 파워앰프, 안테나가 설치된 송신탑으로 이루어져 있다.3.1. 중계국
무전기 신호를 받아 증폭해 재전송하는 장비로서, 수백 km씩 무전을 가능하게 한다.전국 곳곳에 설치돼 있다. 아마추어 무선 중계국은 아래 참조.
3.2. 중계기
지하 주차장, 공사장, 광산 등에서는 전파가 안잡히는 경우가 많아서, 외부 신호를 끌어다 내부에 다시 뿌리거나 반대로도 하는 중계기가 필수적이다. 중계기까지 통신선을 끌어와야 해서 단선되면 먹통이 되는 단점이 있다. 다만 최근 대한민국에서 자기장을 이용해 지하, 수중에도 무선통신이 가능한 기기를 개발해서# 단점이 개선될 전망이다.4. 지상국
인공위성 등 우주의 장치와 교신하거나 우주관제를 하는 곳. 한국에서는 카이스트에 있는 것이 유명하고※ 가장 멀리 있는 탐사선은 심우주 통신망을 이용한다.5. 여담
- 전자파를 발생시키는 장치이기 때문에 철거 민원이 시도때도 없이 발생하지만 정작 기지국을 철거했더니 신호가 터지지 않아 긴급전화를 쓸 수 없어 응급환자가 사망하는 사고도 있었다. 응급 상황 휴대전화 불통에 환자 사망...통신 중계기 미설치 아이를 키우는 집에서도 아이가 아픈데 전화가 터지지 않아 119를 부를 수 없었다며 입주민 회의에서 서로 얼굴을 붉히는 일도 잦다.
- 기지국도 데이터 센터와 마찬가지로 열이 심해서 팬이나 냉방기를 돌리는데 전력소모가 막심하고 온실가스를 엄청 배출한다. LG유플러스와 노키아가 협력해 물로 냉각하는 ESG기지국을 실증했다.# 냉각수는 온수나 난방에 재사용되는데 이는 실내 기지국과 건물에 마련된 실외기지국 한정이다.
[1] 일정한 두 지점간의 점대점 통신을 행하는 고정국과는 구별된다.[2] 휴대폰 통신용 기지국 출력은 30W 정도로, 스마트폰보다(최대 250mW) 120배 정도 강력한 출력이나 거리가 멀어지면 감소하므로 일상적인 환경에서는 가까운 거리에서 사용하는 스마트폰이 인체에 미치는 영향은 더 클 수도 있다.[3] 밖에서는 문 손잡이가 돌아가지 않는다. 출입승인이 나면 당겨서 열면 된다.[4] 주로 캐비닛 형태로 문은 특정 열쇠로 열고 손잡이를 앞으로 빼서 일정 각도로 돌려야 열린다.[5] 이 때 옥상 출입문은 안에서 열쇠로 열게 하고 열쇠 1개는 건물주나 건물관리인이, 다른 1개는 통신관련업체(구축업체, 유지보수업체)가 가진다. 이유는 둘 중 하나가 열쇠를 잃어버리거나 파손될(가장 흔한게 열쇠가 구부러진 것) 경우에 대비해서인데 나머지 열쇠를 복사하면 된다. 건물에 지어진 기지국은 통신구축업체와 유지보수 업체가 협의하여 그들만이 아는 장소에 열쇠를 보관하기도 한다.[6] 기지국 특성상 평평한 평지에 지어야 하므로 기지국 면적만큼 지반을 콘크리트로 평평하게 만드는 공사를 미리 한다.[7] 통신사 보안상 출입인원을 제한해야 하므로 말이다.[8] 실외형 캐비닛의 내장팬이 찬 공기를 빨아들이고, 더운 공기를 밖으로 빼낸다.[9] 실제로 경기도 화성시에 있는 한 아파트에서는 통신 기지국이 없어서 응급환자가 사망하는 일이 있었다.관련 기사[10] 이런 건 기둥을 아예 나무 줄기 색깔로 페인트 칠 해버린다. 가짜 줄기 커버를 씌워주면 감쪽같다.[11] 케이블 덕트가 벽돌로 된 건물의 외벽에 고정되어있는 경우이다.[12] 주로 미국과 캐나다의 경우 Signal booster 라 부르며, 그외 지역의 경우 Repeater라 불리는 경향이 있다.[13] 건물 밖 통신사 기지국에서 내보내는 전파가 약해 자신의 집에 중계기를 설치 했으니 통신사가 전기료를 부담해야한다는 이유로 소송까지 가는 일도 많다. 때문에 통신사에서는 전기료를 일부 지원해주거나 통신 요금을 감면해주는 조치를 취하기도한다.[14] 각 중계기 형식에 맞는 '도너(Donor)'장비를 설치한다.[15] 핸드오프(Hand-off), 핸드오버(Handover), 이동성(Mobility) 여러 용어로 쓰임[16] Shack Room 오두막이라는 뜻을 가진다. 작은 오두막에 통신 시설을 꾸리는 경우가 많아서 샤크 룸이 통신실을 뜻하게 되었다.