VDSL2, UDSL

피터 S.초우(Peter S. Chow) Texas Instruments

세계적 광대역 성장 지난 3~5년 사이 광대역은 주요 부분에 확산되면서 전세계적으로 폭발적인 성장을 이뤄왔다. 한국은 2002년 말 광대역 가입자 수가 800만 명을 넘어서며 초기부터 광대역 성장을 주도했으며 그 뒤를 이어 일본이 2003년말 광대역 가입자 수 1000만명을 기록했다. 지난해 중국은 China Telecom과 China Netcom 의 가입자가 1700만명에 육박하면서 총가입자 규모 면에서 세계에서 가장 큰 광대역 국가로 부상했다. 2004년 말 전세계적인 광대역 사용자 수는 1억 5000만 명에 이른다(그림 1 참조). 이와 같은 추세는 전세계적으로 계속 이어져 2008년 말이 되기 전까지 두배 이상 성장해 광대역 사용자가 3억 명을 넘을 것으로 예상된다. 성장을 지역적으로 분석해 보면, 비디오, 인터넷 전화와 같은 보다 빠른 ARPU 서비스가 가입자들 사이에서 인기를 끌면서 전문가들은 유럽, 북미, 중국에서는 강력한 성장이 지속될 것으로 내다보고 있다. 게다가, 아직 대부분의 전망에서는 반영되고 있지는 않지만 인도를 비롯해 인구 밀도가 높은 개발도상국의 경우 개발되지 않은 막대한 잠재력이 존재한다. 그림 1: 전세계 광대역 가입자 지역별 추이 다양한 광대역 전송 기술 중 DSL(Digital Subscriber Line)은 오늘날 각 가정에 고속 인터넷 액세스를 제공하기 시작하면서 전세계적으로 광대역 전송 기술을 대표하는 기술이 되었다. DSL 포럼에서 발표한 통계에 따르면 2004년 3분기 말 전세계 DSL 가입자는 8500만 명을 넘어섰으며, 그중 중국은 총 가입자수가 1370만 명으로 가장 많고, 한국은 전화 회선 100개 당 약 29개 꼴로 DSL이 설치돼 광대역 보급률이 가장 높은 것으로 나타났다. 앞으로도 모든 광대역 기술은 성장을 지속할 것으로 보인다(그림 2 참조). 그러나 이러한 성장을 주도하는 주역은 DSL 기술로서, 2008년에는 DSL 기술이 전세계 모든 광대역 설치의 약 70%를 차지하게 될 것이다. DSL 외에도 케이블 및 WiMax가 전세계 가입자에게 광대역 서비스를 지속적으로 제공하고, 광섬유는 다음 3~5년 사이에 성장이 가속화될 것으로 보인다. 증가된 광섬유 구축은 2008년부터 광대역 시장의 주요한 성장 동인이 될 것으로 예상된다. 그림 2: 전세계 광대역 가입자 기술별 추이 고속 인터넷 액세스가 지금까지 광대역 성장을 주도한 동인이었다면 인터넷 전화(VoIP: Voice over IP), 주문형 비디오(VOD: Video On Demand), 온라인 게임, 화상회의 등 새로운 애플리케이션과 서비스의 등장은 보다 빠른 전송 방식을 요구하게 되었다. 이 글에서는 높은 대역폭의 새로운 DSL 기술인 VDSL2와 UDSL(Uni-DSL)을 설명하고, 이 기술이 갖는 장점을 FTTN(fiber-to-the-node) 네트워크 구조와 연계해 살펴보기로 한다. 이와 같은 새로운 초고속 DSL 기술은 통신 사업자의 기존 DSL 기술과도 호환되므로, 서비스 사업자는 기존 데이터 및 비디오 서비스 수익에 경쟁력 높은 비디오 서비스 수익을 추가할 수 있을 것으로 기대된다. 전송 구조 기존 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)의 전형적인 하향 전송속도는 1.5Mbps ~ 6Mbps이다. 새로운 ADSL2+ 표준에서는 보다 우수한 코딩 방법을 도입하고 추가적인 전송 대역폭을 확보함으로써, 3kft ~ 9kft 거리의 평균 루프 범위에서, 송신 및 잡음 환경에 따라 달라지기는 하지만, 8Mbps에서부터 20Mbps 이상의 최대 수신 속도를 얻을 수 있다. 이러한 추가적인 전송 능력은 기존 구리선을 통해 고품질 비디오 스트림을 실시간으로 제공할 수 있는 길을 열어주었다. 그러나, 비디오 서비스에 대한 요구가 계속 높아지면서(동시에 제공 가능한 채널 수뿐 아니라 고화질 비디오 품질에 대해) 전세계 통신 사업자들은 훨씬 더 빠른 속도를 제공하는 전송 방식을 고려하고 설치하고 있다. 예를 들어 한국의 KT는 현재 고급형 광대역 패키지로, 온라인 게이머뿐 아니라 인터넷 멀티미디어 콘텐츠에 빠른 인터넷 접속을 요구하는 사용자들에게 고속 서비스를 제공하는 VDSL을 내놓고 있다. 이와 유사하게 일본의 NTT는 VDSL과 함께 최대 40Mbps 속도를 제공하는 DSL과 연계해 100Mbps 속도의 FTTH(fiber-to-the-home)를 제공한다는 전략을 채택하고 있다. 현재 대부분의 고속 전송 구조는 광케이블을 일부 포함하고 있다. 광섬유를 가정이나 가입자 구내까지 포설하는 극단적인 경우가 바로 FTTH(Fiber-To-The-Home)이다. 이 경우(그림 3 참조), 광섬유는 언제나 옥외 네트워크 인터페이스 장치(NID: Network Interface Device) 또는 광 망 종단장치(ONU: Optical Network Unit)에서 수동형 광가입자망(PON: Passive Optical Network) 종단에 의해 종단되며, 신호는 다시 내부 분배를 위해 전기적으로 변환되어 PC, 셋톱박스나 기타 구내 장치로 보내진다. 그림 3: PON 기반 FTTH 구조 이와 같은 유형의 구조는 전형적으로 40Mbps 이상을 무난하게 제공하며 100Mbps 이상까지 전송할 수 있는 매우 빠른 속도를 제공할 수 있다는 이점이 있으나, 장비 가격과 설치에서 모두 구축 비용이 높다는 단점을 갖는다. 대규모 FTTH 추진 계획을 발표하는 일부 사업자도 있지만, 사업자 대부분은 첨단 네트워크가 가능한 그린필드 구축에 대해서만 FTTH 전략을 선호한다. 일반적인 사업자들은 현재 고객에게 기존의 구리선을 이용한 라스트마일(last mile) 전송기반을 이용하는 방식을 채택하고 있다. 그림 4는 두 가지 전형적인 DSL 기반 전송 네트워크 구조를 보여준다. 오늘날의 일반적인 ADSL 설치 방식에서 보듯이 중앙기지국(CO: Central Office)에서 직접 설치할 경우 전송 가능한 데이터 속도는 일반적으로 구리 전선으로 구성된 꼬임 쌍선의 루프 길이에 의해 제한된다. 이러한 구조의 장점은 기존 구리선 전송기반을 완벽히 재사용할 수 있다는 것이며, 따라서 최소의 업프론트 장비와 설치 비용을 필요로 한다. 그러나, 향상된 비디오 애플리케이션을 위해 보다 많은 대역폭을 제공하기 위해서는 CO에서부터 해당 지역의 크로스 커넥트 박스 또는 노드까지는 광섬유를 설치한 다음, 크로스 커넥트 노드에서부터 각 고객까지는 기존의 구리 쌍선을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 FTTN 구조는 DSL 송수신기용 구리 쌍선을 효과적으로 단축시킨다. 그에 따라, 크로스 커넥트 노드와 다수의 가입자 간 (point-to-point) 연결에서 20Mbps 이상의 하향 전송속도를 안정적으로 확보할 수 있다. 그림 4: DSL 기반 FTTN 구조와 CO에서 직접 설치된 DSL 비교 FTTN 네트워크 구조는 완전한 광섬유로 구축된 FTTH 네트워크와 CO에서 완전한 구리선으로 구축된 DSL 네트워크를 적절하게 절충시킨 구조이다. 기존의 가정에서는 초기 설치 비용이 FTTH처럼 크지 않으면서 현저히 빨라진 전송속도를 이용할 수 있다. 또한 FTTN 네트워크 구조의 중요한 점은 CO에서 서비스되는 기존 DSL 가입자와 호환 및 상호운용이 가능하다는 점이다. VDSL1/2 및 UDSL 개요 VDSL 및 UDSL은 FTTN 구조에 의해 제공되는 더 짧은 루프 길이와 그에 따라 더 증대된 가용 대역폭을 이용하는 DSL 기술이다. VDSL1 표준은 최대 12MHz까지 스펙트럼 용도를 정의하는 밴드 플랜(band plan)을 사용하며, VDSL2 표준은 최대 30MHz까지 밴드 플랜과 스펙트럼 용도를 정의할 수 있다(그림 5 참조). 이와 같이 늘어난 대역폭으로 VDSL2는 이론적으로 더 짧은 루프에서 200Mbps 이상의 통합 속도(하향 및 상향 속도를 합한 속도)를 제공할 수 있다. VDSL2는 UDSL의 기초가 되는 표준이다. 따라서, UDSL은 최소한 이와 같은 최대 전송속도를 제공하는 것 외에도 상향 및 하향 사이에서 완벽하게 유연한 구성이 가능하다. VDSL2 표준화 작업은 아직 진행 중이며 2005년 후반기에나 완료될 예정이지만, 더욱 대역폭이 증대된 밴드 플랜을 비롯해 더 높은 전송 능력, 트렐리스 부호화(trellis coding), 보다 광범위한 회선 진단, 향상된 임펄스 잡음 보호 기능 등 다양한 기능을 지원함으로써, VDSL2는 VDSL1보다 더 뛰어난 성능을 제공할 것으로 예상된다. 그림 6에서 보듯이 VDSL2(UDSL 포함)는 최대 5kft ~ 6kft의 루프에서 가장 빠른 데이터 전송속도를 제공한다. 북미 지역은 크로스 커넥트에서의 루프 길이가 대부분 이 범위보다 작다. VDSL2의 경우 VDSL2 밴드 플랜의 첫 번째 상향 밴드에서 추가될 유연성을 고려한다면 3kft ~ 6kft 범위의 루프에서는 더 대칭적인 데이터 속도를 얻을 가능성이 크다. 그림 5 : DSL 밴드 플랜 그림 6: xDSL 성능 비교 UDSL의 장점 VDSL2의 우수한 특성을 모아놓은 UDSL은 범용 서비스, 초고속, 그리고 향상된 성능과 프로비저닝(provisioning), 관리를 위한 특수 기능 등 세 가지 특징적인 측면을 갖는다. 범용 서비스는 UDSL에서 주요 DMT(Discrete Multi-Tone) 표준을 단일칩으로 지원할 수 있는 능력이다. 지원되는 표준에는 ADSL, ADSL2, ADSL2+, VDSL1, VDSL2가 포함된다. 이러한 범용 서비스는 크로스 커넥트 박스에서 프리 프로비저닝(pre-provisioning)을 가능하게 하고, 기존 ADSL2 및 ADSL2+ 고객을 연결할 수 있도록 한다. 연결된 고객들은 추후에 소프트웨어 구성을 통해 VDSL2로 업그레이드할 수 있다. CPE 측면에서 범용 서비스를 본다면, 통신 사업자는 단일 CPE만 제공하면 되므로, 재고, 분배 및 운영비용의 관리가 용이해지고, 보다 높은 서비스 수준에서 시범 기간을 마케팅할 수 있으며, BOD(Bandwidth On Demand) 및 궁극적인 서비스 업그레이드가 가능하다. VDSL2는 최대 100Mbps의 하향 속도와 100Mbps 상향 속도를 지원할 수 있다고 인정받고 있지만, 반드시 이를 동시에 지원할 필요는 없다. UDSL은 대칭 서비스(하향 100Mbps, 상향 100Mbps) 또는 비대칭 서비스(하향 채널에 데이터 전송 능력의 대부분을 할당)에 맞추어 완전한 200Mbps의 통합 전송 능력을 구성할 수 있다. 이러한 초고속은 액세스 장비가 구조물이나 빌딩, MDU(multiple dwelling unit)에 설치되는 광케이블 연장 네트워크에 유용하다. UDSL의 특별한 주요 특징은 ATM 및 이더넷 링크 레이어 결합(link layer bonding)과 동적 스펙트럼 관리(DSM dynamic spectrum management)를 지원한다는 점이다. DSM 기법은 네트워크 용량의 활용을 비롯해 프로비저닝과 네트워크 관리를 향상시키는데 사용된다. 복수의 구리 쌍선을 단일 DSL 채널로 결합(bonding) 또는 통합(aggregation)해 고속 데이터 전송을 제공할 수 있는 범위를 확장한다. 결합된 DSL 채널의 전체 전송속도는 대략 각 쌍의 DSL 전송속도를 합한 값이다(결합 오버헤드로 인해 조금 낮다). 첨단 네트워크 관리에 속하는 DSM 기법에는 물리적 계층 DSL 파라미터의 모니터링 및 제어가 포함된다. 이러한 예로는 다른 DSL 서비스와의 호환성을 향상시키는 전송 PSD(power spectral density) 마스크 제어, 누화 최소화를 위한 과도 마진 최소화, 시간에 따라 변하는 간섭 효과를 최소화할 수 있는 임펄스 잡음 보호 수준 조정 등이 있다. 또한 DSM은 벡터링(vectoring)이라는 기술을 이용해 전체 전송속도와 전송거리를 향상시키는데 사용할 수 있다. 복수의 결합된 쌍을 사용하여 단일 고객에게 서비스를 제공한다는 것은 각 엔드의 송신기와 수신기가 서로의 신호 스트림에 접근할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 벡터링(또는 MIMO(Multi-Input, Multi-Output)라고 함) 신호 처리 기법을 사용하여 누화를 제거하고 데이터 전송속도를 더 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. UDSL은 벡터링을 용이하게 구현할 수 있도록 물리적 계측 구조 기능 뿐 아니라 트레이닝 및 초기화 기능을 통합한다. 누화 환경과 루프 길이에 따라, 벡터링은 결합과 관련하여, 상당한 수준의 데이터 전송속도 이득(또는 그에 해당하는 전송거리 이득)을 생성할 수 있다. 따라서 사업자는 데이터 전송속도, 범위, 간섭 내성 등의 점에서 고화질 VOD와 같은 보다 안정된 고속 서비스를 제공할 수 있게 된다. 그림 7은 T1 간섭이 존재하는 환경에서 ADSL2+ 벡터링을 적용할 경우 달성할 수 있는 속도와 거리 향상을 보여준다. 그림 7: T1 간섭(26AWG, 2개의 인접 바인더 T1 간섭신호, -140dBm/Hz 배경 잡음)이 존재할 경우 결합 및 벡터링을 적용한 하향 ADSL2+ 성능 결합과 관련해 볼 때, ADSL2+ 시스템의 경우 루프 길이에 따라 데이터 전송속도는 30% ~ 100%의 향상을 보여주고, 전송거리는 20% ~ 30% 이득을 보여준다는 것을 알 수 있다. 결합과 벡터링을 VDSL2에 적용할 경우에도 유사한 성능 향상을 볼 수 있다. 그림 8은 크로스 커넥트 캐비넷으로부터 단일 쌍(single pair) VDSL2 시스템의 성능 곡선을 -130dBm/Hz의 높은 수준의 배경 잡음과 다른 VDSL2 서비스에서 발생하는 중간 수준의 원단누화 잡음이 존재하는 전송 환경에서 2쌍(two pair) 결합 VDSL2 시스템과 2쌍 벡터링 적용 VDSL2 시스템과 비교한 것이다. 고정 80Mbps 통합 데이터 속도 서비스의 경우, 2쌍 벡터링 적용 VDSL2 시스템은 이와 같은 높은 잡음이 존재하는 환경에서 500ft에서부터 3000ft 이상 전송거리를 연장할 수 있으며, 이는 단일 쌍 VDSL2 시스템보다 더 우수하다. 벡터링 이득은 누화는 높지만 배경 잡음이 낮은(가령 배경 잡음 수준이 -140dBm/Hz) 환경에서 더 큰 폭으로 나타날 수 있다. 그림 8: 높은 AWGN 잡음(26AWG, 4 VDSL FEXT, -130dBm/Hz AWGN)이 존재하는 환경에서 결합과 벡터링을 적용한 통합(하향 + 상향) VDSL2 성능 요약 전세계적인 폭발적인 성장과 함께 DSL의 신속하고 지속적인 성장을 지원할 수 있으려면 데이터 전송속도, 전송거리 및 네트워크 관리의 향상이 필요하다. 구리 루프를 단축시켜 보다 증대된 가용 대역폭을 제공하는 FTTN 네트워크 구조를 이용한다면 데이터 전송속도의 획기적인 향상이 가능하다. 새로운 DSL 기술인 VDSL2과 UDSL은 이와 같이 추가된 대역폭을 완벽하게 이용해 새로운 비디오 서비스에 필요한 고속 데이터 전송속도를 제공한다. UDSL은 단일 칩에서 주요 DMT DSL 표준을 지원하고 링크 레이어 결합 및 첨단 DSM 기능을 제공함으로써 더욱 뛰어난 성능을 보여준다. 결합은 전송거리를 향상시키며, 첨단 DSM 기능은 정교한 네트워크 관리 기법을 이용할 수 있도록 한다. FTTN 네트워크 구조로 구현되는 VDSL2 및 UDSL은 광대역 액세스 기술을 대표하는 DSL 기술의 위치를 앞으로도 계속 보장할 것이다.