다이버시티 RF 솔루션 “DiversityPlusTM”

2부: 휴대전화의 진화와 모바일 컨버전스의 조건

무선 서비스의 성장에 따라 휴대전화를 이용한 무선 이메일, 인터넷 접속, 멀티미디어 메시지 서비스(MMS) 등과 같은 영상, 음성 및 동영상과 같은 고속의 무선 데이터 서비스에 대한 요구가 증가하고 있다. 사용자의 요구는 이러한 멀티미디어 서비스의 증가에 따라 셀룰러 네트워크의 수용 가능한 용량을 넘어서게 되었다. 이에 따라 사업자들은 시스템의 용량 및 커버리지를 늘리면서도 서비스의 질을 유지하며 경쟁력 있는 가격의 서비스를 할 수 있는 방법을 찾아왔다.시스템의 용량을 증가시키는 방법으로는첫째, 주파수를 추가로 사업자에게 할당하는 방법둘째, 사업자의 무선 네트워크의 재배치 즉, 기지국을 증설한다거나 기지국을 섹터별로 나누어 기지국간의 무선 주파수간의 간섭을 줄여주어 RF 성능을 극대화하는 방법셋째, 사용중인 시스템에 새로운 기술을 적용하거나 또는 새로운 네트워크 구조를 만들어서 개선하는 방법넷째, 현재 사용가능한 무선 기술로 단말기의 송신 다이버시티(MTD: Mobile Transmit Diversity) 기술을 적용하여 네트워크의 성능을 개선시키는 방법등이 있다.그러나 첫 번째의 경우 한정된 주파수 자원을 추가로 특정사업자에게 배정한다는 것은 어려운 일이며, 또한 새로운 주파수 사용을 위한 장비를 준비하기 위해서 준비 시간이 필요하게 된다. 둘째의 경우 효율적인 방법이긴 하나 새로운 셀 플래닝에 의한 기존에 설치되어 있는 기지국과 중계기 등의 재배치가 불가피하다. 또한 새로운 셀 플래닝을 하는 동안 많은 시간이 소요되며 기지국 및 중계기 등의 설치 이전 비용이 많이 들게 된다.이밖에 완벽한 셀 플래닝은 현실적으로 불가능하다. 셋째의 경우 새로운 기술을 적용하여 용량을 개선하는 방법은 새로운 기술을 시험하고 검증하는데 너무나 많은 시간을 필요로 하기 때문에 실제로 적용하기 어렵다. 넷째의 경우 단말기에 송신 다이버시티(MTD)를 적용하여 사용하는 것으로, 현재 사용중인 무선 네트워크의 변경없이 단지 단말기에 최소한의 비용을 추가함으로써 시스템의 용량을 증가시키는 방법이다. 이는 시간 및 비용면에서 효과적이며 매그놀리아에서 제시하는 방법이다. 실제 MTD를 이용하여 CDMA 셀룰러 네트워크에 적용하여 상당한 성능의 개선을 확인하였다.MTD(Mobile Transmit Diversity)란?MTD는 일종의 스마트 안테나 시스템을 단말기에 적용한 것으로 볼 수 있다. 단적인 예로, 두 개의 안테나에서 수신된 신호를 적절히 결합하여 수신하는 수신기에서의 수신 신호와 하나의 안테나에서 수신한 신호의 크기를 비교하게 되면 심한 경우 10~20dB까지의 수신 신호의 차이를 확인할 수 있다. MTD 역시 이러한 특성을 송신기에서 두 개의 안테나를 사용하여 이용한 것이다.MTD는 각각의 두 송신단에서 출력 전력은 같고 단지 다이버시티 송신부의 위상을 적절하게 조절하여 전송하는 방법이다. 단말기는 송신 다이버시티 부의 적절한 위상 조절을 위해서 기지국에서 단말기로 보내지는 전력 제어 신호(단말기의 출력전력을 증가 또는 감소시키라는 신호)를 이용하여 다이버시티부 송신 신호의 위상을 조절하게 된다. 이 때 위상 제어에 사용되는 매그놀리아에서 제시하는 새로운 알고리즘은 매우 적은 양의 계산과 메모리를 요구하므로 적은 비용으로 구현하기 용이하다.MBJ6501은 셀룰러 밴드와 PCS 밴드를 동시에 지원할 수 있게 되어 있으며, 칩의 구성은 셀룰러 밴드용 벡터 모듈레이터, 구동 증폭기(Driver amplifier), 완충 증폭기(Buffer amplifier)와 PCS 밴드용 벡터 모듈레이터, 구동 증폭기, 완충 증폭기 그리고 DAC와 인터페이스부를 포함한 제어 블록으로 구성된다.MBJ6502는 MBJ6500 칩셋을 제어하는 칩으로 송신 아날로그 동기부, 클록 완충 증폭기, 디지털 제어부 등으로 구성되며 매그놀리아에서 개발한 다이버시티 알고리즘을 가지고 있다.MTD 동작1. 기지국으로부터 단말기의 출력 전력을 높일 지 줄일 지에 대한 전력 제어 신호를 받는다.2. 단말기의 베이스밴드 프로세서는 기지국에서 받은 전력 제어 신호를 가지고 송신단의 이득을 조절하는 송신 전력 제어 전압을 만들어 보내준다. 이 때, MBJ6502 제어기에서 송신 전압 이득제어 신호를 받아 두 개의 송신단에 같은 크기의 출력전력이 만들어질 수 있도록 한다.3. MBJ6502 제어기에서 만들어진 송신 전압 이득 제어 신호는 RF부로 보내진다.4. 3과 동시에 MBJ6502에서 MBJ6501 내의 다이버시티부의 벡터 모듈레이터의 적절한 위상 조절량을 계산하여 MBJ6501에 공급한다.MTD(Mobile Transmit Diversity)의 장점MTD는 역방향 링크(단말기에서 기지국으로 송신신호)의 통화품질을 개선하는 방법이다. 하나의 안테나를 이용한 전통적인 단말기와 비교할 때 MTD의 가장 기본적인 성능 개선 방법은 두 개의 안테나를 통해 송신되는 신호의 위상을 적절히 조절하여 역방향 링크에서 링크 이득을 얻어, 여기서 얻은 링크 이득만큼의 단말기 전체의 출력 전력을 줄이는 것이다.역방향 다이버시티의 목적은 역방향 이득을 3~6dB까지 증가시키는 것으로 이는 2~4배의 셀 커버리지 증가 또는 용량의 증가를 얻는 것을 의미한다. 동시에 MTD는 기존에 사용하고 있는 무선 기지국 시설의 변경 및 CDMA 프로토콜의 변경을 필요로 하지 않는다.더구나 MTD는 단말기 입장에서 보면 최소한의 비용과 크기만 증가하기 때문에 사업자에게 무선 용량을 최소의 희생으로 가장 효과적으로 증가시킬 수 있는 방법이다.사용자 입장에서 본다면 출력 전력을 줄여줌으로써 휴대전화의 사용시간을 늘려줄 수 있으며, 더 효율적인 데이터 서비스 및 음성 서비스를 받을 수 있게 된다. 또한 출력전력이 낮아짐으로 인하여 유해 전자파에 관한 성능의 개선 효과, 즉 SAR (Specific Absorption Rate)의 감소효과도 얻을 수 있다.향후 기술의 전개방향 및 파급효과매그놀리아는 CDMA2000용 송/수신 다이버시티 기술을 가지고 있으며, 매그놀리아의 독창적인 알고리즘을 바탕으로 설계된 RF 칩셋 제품군을 DiversityPlus™라고 한다. 특정한 방식으로 두 개 안테나로부터 RF 송신 신호를 결합하는 방법을 통해, 무선 사업자들은 휴대전화 기지국의 추가 및 변경 없이 네트워크 용량을 두 배로 증가시킬 수 있고, 전송 범위 및 전송 속도를 현저하게 향상시킬 수 있다.DiversityPlus 칩셋을 사용했을 시 다른 장점으로는 휴대전화의 ‘사각 지대’ 제거 및 휴대전화 배터리 수명을 연장시키고 현저히 낮은 전력 방사 등을 들 수 있다.이미 주요 CDMA 통신업체 및 제조업체들과 함께 매그놀리아 송/수신 다이버시티를 이용하여 필드 시험을 함으로써 무선 네트워크의 성능이 개선됨을 검증하였다. 성능시험 결과 MTD 기술을 이용함으로써 음성 서비스의 경우 평균 4.6dB, 데이터 서비스의 경우 평균 3.7dB의 이득을 얻었다. 전체적으로 MTD 기술을 적용함으로써 약 3~5dB의 이득을 얻었으며, 이는 셀의 용량과 데이다 전송 효율을 100% 이상, 셀 커버리지를 60% 이상, 그리고 단말기의 배터리 수명을 15% 이상 향상시킬 수 있음을 의미한다.현재는 CDMA2000 관련된 칩이 개발 완료된 상태이고, 2006년 초까지 WCDMA용 MTD 칩을 개발 완료할 예정이다. 향후 칩의 소형화 및 휴대인터넷(Wi-Fi or WiMax) 관련 MTD 칩 등을 개발할 계획에 있다.한편 매그놀리아는 2004년 10월 SKT와 다이버시티 기술 공동개발 및 세계시장 공동 마케팅과 관련한 사업협력계약을 체결하였으며, 2004년 11월 전문적인 영업 및 마케팅을 위해 유니퀘스트(www.uniquest.co.kr)와 칩셋 공급에 관한 계약을 체결한 바 있다.매그놀리아는 현재 Rx 및 Tx Diversity 솔루션에 20개 이상의 특허를 보유하고 있다. 또한, 이는 지난 2년간 SK텔레콤과 Sprint PCS에 증명된 기술이다.이미 주요 CDMA 통신 업체와 휴대전화 제조업체들은 매그놀리아의 기술을 시험했다. 그리고 Jazz Semiconductor와 Amkor Technology 등 주요 반도체 업체와 협력관계를 구축하고 있다.

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