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[Technical contributionⅡ]5G 시대와 통신 기술의 미래

에지에서의 ICS 사이버 보안 향상5G 시대와 통신 기술의 미래

아나로그디바이스(Analog Devices, Inc. 이하 ADI)의 무선 기술 이사인 토마스 카메론(Thomas Cameron) 박사로부터 ADI의 5세대 솔루션과 통신 기술 전망에 대해서 들어본다. 카메론 박사는 셀룰러 기지국, 마이크로파 무선, 케이블 시스템을 비롯해서 30년 넘게 통신 네트워크 기술 연구개발에 종사해 왔다.


글: 토마스 카메론(Thomas Cameron) 박사 / 아나로그디바이스

5G 통신과 5G 통신의 미래
5G는 일정대로 진행되고 있다. 세계 각국에서 필드 테스트를 마쳤거나 진행 중이다. 최근 GSA(Global mobile Suppliers Association)가 발표한 5G 시험 동향 보고서에 따르면, 현재까지 전 세계적으로 확인된 5G 시험 및 데모는 326건에 달하며 62개 국에서 134개 이동통신사업자들이 5G 시험 가동을 발표했다. 이러한 시험 가동은 주로 더 높은 용량을 제공할 수 있다는 점을 과시하기 위한 것이다.

앞으로는 동영상 공유가 우리 사회 전반에 걸쳐 일반화하면서, 더 많은 모바일 데이터들이 생성 및 소비될 것으로 예상된다. 기계의 시대에 진입함에 따라 미래에는 우리를 둘러싼 세상의 온갖 사물과 기계의 연결성이 높아질 것이다.

다방면에서 대대적인 디지털 전환이 일어나고 있다. 이것은 우리가 생활하고, 일하고, 이동하는 일상의 모든 방식들을 근본적으로 변화시킬 것이다. 현재는 스마트폰이 사람과 정보 사이의 인터페이스 역할을 하고 있지만, 미래에는 장비들이 사람의 개입 없이도 서로 통신하고 다양한 커넥티드 센서를 사용해서 주변 환경을 모니터링 할 것이다. 이러한 디지털 전환 시대에 핵심적인 역할을 하는 것은 모든 사람과 사물을 높은 신뢰 수준에서 지연 없이 즉각적으로 연결할 수 있는 뛰어난 모바일 네트워크다.

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매시브 MIMO


우리 같은 엔지니어들에게 중요한 것이 대역폭이나 지연 시간 같은 구체적인 사양이긴 하지만, 5G에서 핵심이 되는 것 중 하나가 바로 유연성이다. 만약 우리가 5G의 기술 사양들이 어떻게 구성되는지를 꼼꼼하게 살핀다면, 이들을 활용함으로써 이전에는 결코 상상하지 못했던 새로운 다양한 활용 사례들을 정의할 수 있을 것이다.

5G는 ▲향상된 모바일 광대역(eMBB) ▲대규모의 기계류 연결성(mMTC) ▲신뢰도가 극히 높으면서 지연 시간이 낮은 통신(uRLLC) 등 세 가지 활용 사례를 실현하는 데 중점을 두고 있다.

RF 기술은 5G의 어떤 면에 가장 크게 기여하나?
eMBB는 높은 데이터 쓰루풋과 더 높은 네트워크 용량에 대한 수요를 주도한다. 셀룰러 기지국 용량은 세 가지 방법으로 높일 수 있다. 새로운 스펙트럼을 확보하거나, 기지국 밀도를 높이거나, 스펙트럼 효율을 높이는 것이다. 전 세계적으로 새로운 모바일용 스펙트럼을 마련하거나 스몰셀을 추가해서 네트워크 밀도를 높이는 방법은 계속 진행해 왔지만, 가용한 스펙트럼의 효율을 높이는 방법은 아직 향상의 여지가 많이 남아 있다.

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ADRV9009는 업계에서 대역폭이 가장 넓은 RF 트랜시버 제품으로서, 개발자는 이를 활용해 2G~5G 기지국과 위상 배열 레이더를 빠르게 개발할 수 있다.


이 기술이 엔지니어링 커뮤니티에 제기하는 과제는 무엇인가?
매시브 MIMO 기술을 활용하면 통상적인 8T8R(8개의 트랜스미터와 8개의 리시버) TDD(시분할 이중화) 무선 헤드에서 많게는 64T64R에 이르기까지 보다 많은 무선 채널을 시스템에 추가할 수 있다. 매시브 MIMO 시스템은 기지국 용량을 크게 향상시키는 대신, 무선 헤드의 복잡성을 높인다.

기존의 무선 구현 방식은 원격 무선 헤드가 케이블을 통해 신호를 제공하는 수동 안테나 인클로저를 사용한다. 매시브 MIMO의 구조는 능동 안테나 아키텍처를 기반으로 하며, 능동 무선 신호 체인을 안테나 어셈블리 안에 내장한다. 이러한 무선 시스템은 흔히 타워나 전신주에 탑재되므로 능동 안테나 시스템의 크기나 무게에 있어서 제약이 따른다. 안테나 크기는 안테나 소자 간격에 따라서 결정되는데, 이 외에 DC 전력 소모 역시 시스템 무게에 영향을 미치는 중요한 요인이 된다. 필요한 무선 성능을 허용 가능한 크기, 무게, 전력 소모 범위 안에서 달성하기 위해서는 무선 설계 엔지니어가 다양한 기술적 과제들을 해결해야 한다.

RadioVerse 무선 기술은 어떻게 5G 가속화에 기여하는가?
RadioVerse 기술은 ADI의 시스템 차원의 접근법을 잘 보여준다. 비트에서부터 안테나에 이르는 방대한 제품 포트폴리오와 시스템 차원의 전문성을 겸비함으로써, 고객들에게 단순한 부품 공급사가 아니라 고객의 핵심 과제를 해결하는 파트너로 다가가고자 한다. 고객들은 ADI 웹사이트 상에 소개한 에코시스템을 활용함으로써 컨셉트 구상 단계에서 프로토타입을 거쳐서 생산 착수까지 빠르게 진행할 수 있다.

고집적 트랜시버 제품이든, 최신 데이터 컨버터와 RF 제품이든, RadioVerse 제품군은 설계를 돕기 위한 포괄적인 기술 자료, 레퍼런스 디자인, 소프트웨어, 툴을 제공한다. EngineerZone™이라고 하는 지원 커뮤니티에서는 지원 포럼, 블로그 등을 제공하므로, 설계자들이 ADI의 전문가들과 의견을 나누고 설계 문제에 대한 도움말을 얻을 수 있다.

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레퍼런스 디자인


그림 3은 AD9375 스몰셀 레퍼런스 디자인을 보여준다. 이 레퍼런스 디자인은 SERDES 인터페이스에서부터 안테나에 이르기까지 스몰셀 무선에 필요한 모든 구성요소들을 포함한다. 이는 옥내 스몰셀 용으로, 안테나당 2T2R 250mW 출력 전력에 적합하다. DPD를 통합한 AD9375를 비롯하여 고효율 전력증폭기(PA), 저잡음증폭기(LNA), 필터, 전원 장치 등 필요한 모든 무선 부품들을 포함하고 있다. 전력 소모는 10W 미만이며, 한 손에 쏙 들어오는 극히 소형화된 폼팩터이다. 이 보드를 구동하려면 단일 12V 전원만 있으면 되며, 함께 제공되는 평가 키트를 사용해서 베이스밴드 서브시스템에 곧바로 연결할 수 있으므로 설계 엔지니어가 프로토타입을 신속하게 개발할 수 있다.
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