스몰셀 시장현황 및 전망

1. 도입 배경

다양한 이동통신기술을 갖춘 스마트기기들 간 경계가 붕괴되며 하이엔드급 스마트기기가 증가하여 모바일 데이터 사용량이 급증하고 있다. 2010년 인터넷 트래픽의 2.4%를 차지했던 모바일 트래픽은 지속적으로 증가하여 2013년 15%를 차지했다[1]. 또한 4G 이동통신 가입자가 3G 가입자보다 두 배 이상의 데이터를 소비하고 있으며 향후 B4G, 5G 등 차세대 이동통신기술이 등장하여 고화질 비디오 스트리밍, 사물인터넷 등 대용량의 서비스가 활성화 됨에 따라 모바일 데이터 사용량은 폭발적으로 증가할 것으로 전망된다[1]. Cisco에서 발표한 모바일 데이터 트래픽 발생 전망에 의하면(<표 1> 참조), 2017년에 모바일 데이터 트래픽이 2012년 대비 약 12배 증가한 월 평균 11.2EB(ExaByte)를 기록할 것으로 예상된다[2].

<표 1>

기기 유형별 트래픽 발생 전망[2]

서비스 유형별 트래픽 발생 전망을 살펴보면 <표 2>와 같이 용량이 큰 비디오 스트리밍 유형의 모바일 데이터 트래픽이 지속적으로 증가하여 2017년 전체 트래픽의 67%를 차지할 것으로 예상된다[2].

<표 2>

서비스 유형별 트래픽 발생 전망[2]

폭증하는 모바일 트래픽을 처리하기 위해 매크로 기지국의 주파수 효율을 증대시키고 새로운 주파수 대역을 활용하는 방안으로는 한계가 있어 향후 사업자들은 HetNet(Heterogeneous Network) 전략을 적극 활용할 것으로 예상된다. HetNet은 (그림 1)과 같이 기존의 매크로셀과 다양한 스몰셀(Femto, Pico) 및 WiFi 등으로 구성된 네트워크로 사용자 수와 트래픽 수요에 따라 스몰셀을 배치하여 셀 용량과 커버리지를 증대시키는 효과가 있다. 급증하는 트래픽을 처리하기 위해 매크로셀의 용량을 증설하는 것은 과도한 투자·운영 비용이 발생하기 때문에 통신사업자의 입장에서는 저비용으로 이동통신망의 용량을 증대시키는 HetNet 기술에 대한 투자가 크게 일 것으로 예상된다.

(그림 1)

Heterogeneous Network 구성[3]

2. 스몰셀 개요

스몰셀이란 기존의 높은 전송파워와 넓은 커버리지를 갖는 매크로셀(Macro Cell)과 달리 낮은 전송파워와 좁은 커버리지를 가지는 소형 기지국이다[1][4]. <표 3>과 같이 일반적으로 안테나당 10W급 이하의 소출력 기지국장비나 피코셀, 펨토셀 등을 통칭해 스몰셀이라 칭한다[4]. 스몰셀 포럼은 가정, 회사, 공공장소에서 커버리지 확대와 셀 용량 증대를 목적으로 통신사업자가 허가받은 주파수를 사용하여 운영하는 저전력 무선 AP를 스몰셀로 정의하고 있고, 3GPP는 최대 출력 파워에 따라 펨토셀(21dBm이하), 피코셀(24dBm이하), 마이크로셀(38dBm이하)로 구분하고 있다[5].

<표 3>

사양에 따른 기지국 분류[6]

스몰셀은 매크로셀에 비해 구축 비용이 적게 들고 크기가 작아 공간이 협소한 지역이나 인구가 밀집된 곳에 설치가 용이하다. CAPEX 측면에서는 초기 설치비가 적게 들고 단기간에 구축이 가능하여 사용자의 데이터 수요 증가에 신속하게 대응하여 구축이 가능하며, OPEX 측면에서는 별도의 부가 비용이 들지 않으며 전력소비가 작고 유지보수 비용이 적게 소요되는 장점이 있다.

스몰셀은 기존에 집안과 사무실에서 매크로셀을 보완하는 역할로 추가적인 용량을 제공하고 음영지역을 해소하던 개념에서 발전하여 독자적으로 용량을 제공하며 차세대 모바일 네트워크의 핵심 구성요소로 진화할 것으로 전망된다. 이동통신기술이 점차 발전하고 사용자 요구 용량이 증대됨에 따라 네트워크 과부하를 방지하고 고품질 서비스를 제공하기 위해 사업자들이 HetNet에 대한 관심이 높아지면서 HetNet의 핵심 구성요소로써 스몰셀 활용이 증가할 것으로 예상된다.

1. 표준화 현황

3GPP, 3GPP2, WiMAX 등 이동통신 산업계 표준의 대다수가 해당 기술방식의 네트워크에 펨토셀을 활용하기 위한 표준화 활동에 참여 중이다.

3GPP는 Release10에서 홈 eNodeB의 이동성 증진을 위한 지원을 소개했고 2010년 12월 RAN Plenary에서 2단계 아키텍쳐를 비준하면서 펨토셀 AP 간 새로운 Iurh 인터페이스를 소개하며 펨토셀 간 소프트·하드 핸드오버를 지원했다. Release10은 SON(Self-Optimizing Network), SIPTO(Selective IP Traffic Offload), LIPA(Local IP Access)를 포함시켰으나 HNBs의 Cell-FACH와 HeNBs에서의 inter-CSG(Closed Subscriber Group) 핸드오버 지원은 제외시켰고 Release11에서 진행 중에 있다.

3GPP2에서는 2010년 3월 펨토셀 규격에 관한 공식 문서를 발행하여 다음과 같은 기술적 표준사항에 대해 논의하였다. 1) 코어망에 SIP(Session Initiation Protocol)/IMS(IP Multimedia Subsystem)를 이용하여 서로 다른 벤더들의 다양한 부품들이 상호 작동할 수 있도록 하는 펨토셀 서비스를 통합하였다. 2) 단말의 배터리 수명 증가, 신속한 펨토셀 및 매크로셀 접속, 펨토셀과 매크로셀 간의 핸드오프 개선, 펨토존 인지를 위해 향상된 시스템 선택을 지원하는 표준에 관한 내용을 포함시켰다. 3) 펨토셀의 패킷 데이터 트래픽이 댁내 네트워크, 회사 인트라넷 또는 공공장소 인터넷에서 직접 오프로드 되도록 근거리 및 원거리 IP 접속을 지원하는 기술에 관한 표준이 논의되었다. 3GPP2 표준은 CDMA2000 펨토셀 네트워크가 표준 상용화된 IPsec(Internet Protocol Security)/IKEv2(Internet Key Exchange version 2) 기반의 보안 게이트웨이를 통해 다수의 펨토셀을 지원하도록 하는 완전한 보안 아키텍쳐를 제공하며 이는 3GPP 무선 기술을 사용하는 펨토셀 기기들과도 호환성을 유지한다.

WiMAX 포럼에서는 2010년 6월 스몰셀 포럼과 협력하여 첫 번째 WiMAX 펨토셀 2표준 규격을 발표하였다. WiMAX 네트워크가 표준으로 상용화된 IPSec 기반 보안 게이트웨이를 통해 대량의 AP를 지원하도록 하는 보안 프레임워크를 반영하였고, 다수 펨토셀의 자동 설정을 지원하는 간단한 SON 기능을 포함시켰으며 펨토셀과 매크로 기지국 간의 간섭 자동조정에 관한 표준화를 위한 SON 기능 향상을 논의 중이다. 또한, 가정용, 기업용, 실외용 환경에 따른 서로 다른 구축 시나리오를 지원하는 3가지 사용 모델(Open Model, CSG Closed, CSG Open)을 위한 표준에 관한 내용도 포함하고 있다.

Broadband 포럼 역시 스몰셀 포럼과 협력하여 펨토셀 기반의 서비스를 운영할 능력을 포함시키는 것에 대한 표준화 작업을 진행하여 2009년 4월 TR(Technical Report)-196(“Femto Access Point Service Data Model”)을 발행하였고, 이와 관련하여 당 해 5월 스몰셀 포럼은 Femtocell Service Release 1 API를 발행하였다. 2011년 11월에는 펨토셀과 광대역 네트워크의 통합을 간편하게 하는 내용을 담은 스몰셀 포럼 가이드라인 WT-262를 Broadband 포럼이 TR-262(“Femto Component Objects”)로 발행하였다.

2. 규제현황

스몰셀 포럼은 2011년 4월 LTE 구축을 위한 규제 고려사항에 관한 보고서를 발행하여 LTE 펨토셀의 구체적 규제 요구조건을 고려하는 규제기관의 장점을 제시하며 LTE 펨토셀은 기존의 3G 펨토셀처럼 3GPP의 LTE 표준에 포함되고 안전한 접속·운영 시스템을 통해 허가 받은 모바일 사업자가 관리하여 연관된 허가 상황을 준수한다고 언급했다. 또한 모바일 서비스 접속과 주파수 효율을 향상시켜 향후 LTE 롤아웃의 핵심 요소로 자리 잡게 하는 펨토셀에 대한 규제의 장점을 강조했다[7].

스몰셀은 음영지역을 해소한다는 점에서 중계기와 같은 신호 증폭기와 유사한 성격을 가지는데 특수 제작된 신호 증폭기는 셀 간 전파 간섭을 야기하지 않으나 임의로 제작된 증폭기의 사용은 주파수 간섭 문제를 야기할 수 있어 미국에서 쟁점으로 떠올랐다. 이에 스몰셀 포럼에서는 펨토셀은 특수 제작된 신호 증폭기의 장점을 제공하고 네트워크 용량을 증대시키는 추가적인 이점이 있다는 점에서 소형 중계기와의 차이를 강조했다. 네트워크 용량이 부족한 상황에서 소형 중계기는 근본적으로 모바일 서비스 제공이 불가능하나 펨토셀은 가능하다.

여러 국가와 국제적 규제기관들이 펨토셀과 관련한 규제 및 정책 이슈들을 명확하게 하기 위하여 구체적 절차를 밟고 있는 가운데, 2011년 8월 미국 FCC(Federal Communications Commission)는 스몰셀 실내 구축을 목적으로 포럼을 조직하여 관련 기술과 가능한 비즈니스 모델 및 스몰셀 구축에 따른 경제적 파급효과를 논의 중이다.

1. 통신서비스 현황

스몰셀 중 펨토셀부터 도입되기 시작하여 상용서비스에 펨토셀을 도입(Deployments)하였거나 도입을 준비(Commitments)하고 있는 사업자의 수는 (그림 2)와 같이 2010년 4분기 총 48개에서 2013년 1분기에 총 108개로 125% 증가하였으며, 2013년 2월 기준으로 전 세계 25개국 47개 사업자들이 펨토셀을 활용한 상용서비스를 제공하고 있다[5]. (그림 3)은 2012년 4분기 기준 세계 펨토셀 시장의 경쟁수준을 개략적으로 나타낸 것으로, 지역별로 펨토셀 서비스를 전개한 사업자 수에 따른 경쟁 정도를 1~4 사이의 명암으로 보여준다[5].

(그림 2)

연도별 펨토셀 도입·준비 사업자 현황[5]

(그림3)

세계 펨토셀 시장경쟁 수준 현황

통신사업자가 공공지역에 구축한 스몰셀이 아닌 일반고객이나 기업이 개별로 펨토셀을 구축한 경우 서비스요금 모델은 크게 일반 고객용과 기업용으로 나누어지는데, 대부분의 일반 고객용 펨토셀 서비스요금은 비교적 낮은 가격의 선불제나 월 단위 요금제가 적용된 반면 기업용 서비스요금은 일반적으로 사내 인프라 구축 및 기술지원 등에 상당한 비용이 소요되기 때문에 높은 가격의 선불제가 적용되었다(<표 4> 참조)[5].

<표 4>

펨토셀 서비스 요금 모델[5]

<표 5>는 국내외 사업자별 펨토셀 상용 서비스 도입현황을 정리한 것으로, 앞으로도 펨토셀의 수요 증대 및 인지도 향상, 대규모 서비스 전개 등이 당분간 펨토셀 시장의 성장을 이끌 것으로 예상된다[5].<표 6>에는 국내의 사업자별 스몰셀 도입을 준비하고 있는 현황을 정리하였다[5].

<표 5>

국내외 사업자별 펨토셀 상용서비스 도입 현황[5]

<표 6>

국내외 사업자별 스몰셀 도입 준비 현황[5]

SK텔레콤은 2010년 국내 최초로 3G 펨토셀을 상용화했으며, 2011년 5월 기존 대비 용량을 2배로 늘리고 3G와 와이파이를 한 장비로 동시에 서비스하는 ‘와이파이 통합형 펨토셀’을 세계 최초로 상용화했다. 2012년에는 LTE 펨토셀을 세계 최초로 상용화했고[8], 2013년 10월 당사의 차세대 네트워크 진화 방향인 슈퍼셀(SUPER Cell) 전략의 일환으로 스몰셀 환경에서 품질 저하의 근본적인 원인인 핸드오버를 제거할 수 있는 ‘無핸드오버 셀(Handover-Free Cell)’을 세계 최초로 개발했다. 2014년 상반기 중 자사 네트워크에 적용할 계획이며 미래 스몰셀 네트워크를 위해 안테나, 초고주파 기술 등 다양한 기술을 연구하고 있다[9].

KT는 2013년 세계 최초로 광대역 LTE 홈 펨토셀을 개발하여 순차적으로 상용 구축에 들어갔으며 영화관, 쇼핑몰 등 공공장소에서 서비스가 가능한 세계 최대 규모의 퍼블릭 펨토셀망을 운용하고 있다[10].

LGU+는 2013년 국내 통신사업자 최초로 LTE 기반 피코셀을 개발, 서울 및 광역시 등 데이터 집중지역부터 본격 구축하고 차차 전국에 걸쳐 확대해 나갈 방침이다[11].

2. 제조업체 현황

스몰셀 관련 기술을 개발하는 다양한 업체가 벨류 체인에 참가하고 있는 가운데 스몰셀 생태계는 지속적으로 성장하고 있으며 (그림 4)와 같이 주요 기지국장비업체를 비롯하여 스몰셀 특화 부품 제조업체 및 여러 테스트·인증 기관들이 스몰셀 포럼에 참가하고 있다[5].

(그림4)

스몰셀 포럼 회원 업체 현황

AP, 게이트웨이, 미들웨어, 기타 요소들을 통합한 시스템을 제공하는 단대단(end-to-end) 솔루션 제공업체, 스몰셀의 코어 네트워크(core network)를 제공하는 네트워크 요소 제공업체, 스몰셀 AP 제공업체, 소프트웨어 스택(stack), 실리콘 칩셋 등을 제공하는 부품 및 소프트웨어 제공업체, 기타 테스트 및 인증기관, 연구기관 등이 (그림 5)와 같이 스몰셀 생태계를 구성하고 있다[5].

(그림5)

스몰셀 생태계

2013년 2월 기준으로 82개 업체가 스몰셀 생태계에 참여하고 있다((그림 6)참조). 주요 글로벌 네트워크 장비업체인 Cisco, Alcatel-Lucent, NEC, NSN, ZTE 등을 포함한 9개의 업체가 단대단 솔루션 분야에서 활동하고 있으며 이는 향후 단대단 솔루션 시장의 잠재가능성을 보여준다[5]. 코어 네트워크 관련 분야에는 20개의 업체가 스몰셀 코어 네트워크 부품을 비롯하여 보안, 예비와 관련한 여러 솔루션을 공급하고 있다. 스몰셀 AP에는 20개 업체가 통신기술 방식 및 광대역 접속 기술과의 통합방식이 서로 다른 50개 이상의 다양한 제품들을 제공하고 있다[5].

(그림 6)

스몰셀 생태계 참여 업체 분포[5]

Picochip, Qualcomm, Percello, Texas Instruments 등 펨토셀 소프트웨어 스택의 특정 부품이나 스몰셀 AP 칩셋을 공급하는 업체들의 발전은 스몰셀 생태계 발전에 큰 기여를 하였다. 이 업체들은 스몰셀 관련 벤더들이 더 효율적이고 고용량을 지원하는 AP를 제공하도록 꾸준히 발전하고 있다.

Alcatel-Lucent는 보다폰, 에티살랏을 비롯해 37개국의 통신사업자에게 스몰셀 솔루션을 공급, 48개 상용망을 구축했으며 현재 20여개의 시범망 구축 프로젝트를 진행 중이다. 또한 스몰셀 칩셋 분야의 독보적 기업인 Qualcomm과의 협력을 통해 스몰셀 솔루션 시장에서의 선도적 입지를 계속 유지해 나간다는 전략을 밝혔다[10].

Qualcomm은 스몰셀 도입을 가속화시키고자 자사의 스몰셀 칩셋 제품군을 기반으로 Alcatel-Lucent의 차세대 스몰셀 제품을 공동 개발하기 시작하여 신규 솔루션을 2014년 시범망에 적용, 2015년 1분기에 상용화할 예정이다[10].

국내 중소업체인 콘델라는 SK텔레콤과 세계 최초로 LTE 스몰셀 상용 서비스를 시작했고, 관련 기술 및 표준화를 선도하고 있는 가운데, 2012년, 2013년 2년 연속 ‘SCIA(Small Cell Industry Awards)’에서 ‘스몰셀 네트워크 혁신상’을 받았다.

삼성전자는 2012년 8월 미국 3위 이동통신사 스프린트에 스몰셀을 공급하는 계약을 성사시켰다[12].

3. 장비시장 전망

2012년 전체 기지국장비 매출액의 8%를 차지한 스몰셀 장비는 점차 그 활용이 증가하여 2017년 26%를 차지할 것으로 전망되며 와이파이 AP 매출액 대비 비중도 2012년 22%에서 2017년 42%로 증가할 것으로 전망된다(<표 7> 참조)[14][15][16].

<표 7>

세계 기지국장비 및 스몰셀 매출액 전망