아날로그의 발전이 5G 무선통신 흐름 만든다
상태바
아날로그의 발전이 5G 무선통신 흐름 만든다
  • 이나리 기자
  • 승인 2017.02.09 14:35
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

기술혁신으로 전세계 사람과 장치를 연결하다

공원 벤치에 앉아 바쁘게 오가는 인파 속에서 스마트폰으로 친구와 대화를 한다고 상상해보자. 눈에 보이지 않게 제어되는 자율 주행 차량들이 고른 간격과 일정한 속도로 움직이며 교차로에서도 정지 할 필요 없이 서로를 지나간다.

대화가 끝나면 친구가 어떤 영화를 추천한다. 당신은 스마트폰에서 그 영화의 트레일러를 스트리밍 딜레이 없이 고화질로 시청한 다음 여러 대의 울트라 HD 카메라로 여러 각도에서 촬영한 축구 경기에 대해 업데이트를 받는다. 스마트폰에 이러한 기능들이 포함된 4K 시네마 해상도 등의 멀티미디어로 보게 될 것이다.

그 다음 지구 건너편 의사의 명령에 따라 환자에게 수술을 집도하는 원격 제어 로봇에 관한 주요 뉴스를 읽으며 복합 공정으로 감지된 피드백에 즉각 반응하는 자동화 공장에 관한 기사도 읽는다.

눈여겨보면 기술로 인한 발전들이 비단 스마트폰과 엔터테인먼트에서만은 아니라는 것을 알 수 있다. 전세계 수억명의 삶이 효율적인 농업, 스마트 팩토리, 더 안전한 자동차 및 교통, 안전 여행 등 여러 가지 애플리케이션들에 의해 크게 개선되고 있다. 그런데 이러한 하이테크 혁신을 가능하게 하려면 무엇이 수행돼 하나?

이러한 발전에는 여러 가지 중요한 기술들이 수반된다. 그 중에서도 앞으로 10년 동안 우선적으로 선보이는 5세대(5G) 무선 통신은 특히 중요하다. 5G는 훨씬 더 높아진 데이터 처리량과 네트워크 반응시간의 대폭 축소를 통해 오늘날 4세대(4G) 무선통신이 이룬 발전들을 한층 더 확장시키게 될 것이다.

그 밖의 목표로는 서비스 품질의 향상, 비트(bit) 당 에너지 효율의 대폭 증가 등이 있으며 5G는 네트워크 및 애플리케이션의 변화들에 보조를 맞출 수 있을 만큼 탄력적이고 확장성이 뛰어나다.

5G가 선행되면 비디오와 게이밍 같은 고속 애플리케이션들은 실시간으로 다운로드를 하며 사용자와 상호작용을 하게 될 것이다. 교통흐름 속의 차량과 실시간으로 생명과 관계된 작업을 수행하는 로봇처럼 저레이턴시와 즉각 반응이 필요한 장비들은 사실상 아무런 기다림 없이 작동할 수 있게 될 것이다.

즉, 현재 네트워크 연결에 수 십 밀리초 걸린다면 앞으로는 단 1 밀리초도 걸리지 않게 된다는 뜻이다. 인구밀도가 높은 전세계 곳곳에서 많은 사람들이 점차적으로 동시에 연결될 것이다.
이전 세대의 무선통신들처럼 5G도 최신 소프트웨어 개발이나 호의적인 규제적 사회적 환경, 진화된 통신으로 이익을 볼 수 있는 애플리케이션과 기능 등 여러 가지 요소들에 좌우된다.

또 첨단 집적회로(IC) 기술을 통한 근본적인 하드웨어 혁신도 중요하다. 텍사스인스트루먼트(TI)는 통신 인프라 및 무선 통신의 발전에 필요한 IC 솔루션 개발에서 주도적인 역할을 하고 있다. 이와 함께 텍사스인스트루먼트는 첨단 트랜시버 신호 체인, 신호 처리, 전력관리는 물론 기타 앞으로 5G 통신의 변화에 꼭 필요한 반도체 기술들을 개발하는데 매진하고 있다. 

◇ 5G 목표와 과제
5G에서 특히 필요한 한 가지는 초당 더 많은 비트(bit)를 더 많은 사용자에게 더 효율적으로 전달해야 한다는 것이다. 오늘날 전세계 모바일 트래픽의 총합은 매월 엑사바이트로 측정된다. 이것은 십의 18제곱으로 이뤄진 바이트(bytes) 단위로 수요의 대부분은 비디오 다운로드에 의해 가중된다. 비디오 다운로드는 3D나 가상현실 같이 점점 높아지는 해상도와 기능들로 인해 지금도 하이 비트(high bit) 용량이 크기 때문이다.

점점 더 많은 사용자들과 기기들이 서로 연결되면서 트래픽은 기하급수적으로 계속 증가하게 될 것이다.

에릭슨의 통찰력 있는 산업 평가서 ‘모빌리티 리포트(Mobility Report)’ 최근호에 따르면 2021년까지 90억개 모바일 구독과 77억개 모바일 브로드밴드 구독, 63억개 스마트폰 구독으로 늘어나게 될 것으로 예측됐다. 또 네트워크 서비스 공급자들은 사용자들 수를 세지 않고 물체들만 따졌을 때 같은 시기에 사물인터넷이 수백억개 접속 디바이스로 늘어나게 될 것이며 분석과 공유를 위해 클라우드에 업로드될 것으로 전망되고 있다.

새로운 5G 네트워크를 설치하면 고속 데이터 전송, 수 많은 접속 디바이스 지원, 저레이턴시, 저전력 소비, 극도로 높은 신뢰도 등을 제공함으로써 더 많은 용량과 새로운 서비스에 대한 요구를 해결할 수 있다.

5G는 수렴 기술들이 진화하는 복합체로 여겨지고 있기 때문에 IC 공급업자와 장비 제조업자에게 남겨진 중요한 과제는 서로 다른 여러 가지 부분들을 모두 다 통합 플랫폼에 넣는 것이 될 것이다. 전체 시스템에 충분한 지능을 장착해 그 반응을 자동적으로 최적화함으로써 네트워크의 여러 가지 부분들이 조화를 이루며 상호작동 하게 하면 된다.

5G로의 진화에서 중요한 부분은 서로 다른 기지국 하드웨어 문제들을 해결하는 것이다. 기존 타워들은 더 높은 데이터 속도로 더 많은 채널들을 전달하기 위해 더 높은 성능을 제공하게 될 것이며 훨씬 더 작아진 기지국들은 배치가 쉬워져 신호를 더 가깝게 사용자에게 제공하게 될 것이다.

이미 그 범위에 따라 마이크로, 피코, 심지어 펨토 기지국 같은 작은 기지국들의 배치가 트렌드다. 5G는 시내 거리나 쇼핑센터, 스타디움, 오피스 빌딩, 기타 고밀도 지역 등에 지금보다 많은 기지국들이 생기는 추세는 더 강해질 것이다[그림1].

[그림1] 5G는 보다 작은 기지국에서 더 높은 성능과 더 많은 채널로 특히 고밀도 지역의 사용자들에게 더 근접한 신호를 제공한다.

 이러한 스몰셀 기지국들은 사용자에게 더 가깝게 전송하게 될 것이고 더 낮은 전력을 사용하게 될 것이며 초당 더 많은 비트(bit)를 제공하게 될 것이다. 특히 비디오 전송에 대역폭의 대부분을 필요로 하는 다운링크(기지국에서 사용자에게로 광섬유에서 가정으로)의 경우는 더욱 그럴 것이다.

이러한 기대치를 제대로 충족하려면 컴포넌트들의 대규모 통합이 필요하며 더 높은 성능과 더 많은 절전 능력 또한 요구된다. 트랜시버, 클록킹, 데이터 변환, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 전력관리 디바이스 등 사실상 기지국 하드웨어의 거의 모든 기능적 부분들에서 진화가 이루어지게 될 것이다.

[그림2] 무선세대의 진화와 주파수  

◇ 기존 인프라에서의 채널 증가

각각의 무선세대마다 주파수 대역 할당의 증가는 계속됐다[그림2]. 4세대, 즉 4G는 지난 십 년 초반에 도입됐는데 현재는 최대 6㎓ 주파수에서 작동하고 있다. 이 스펙트럼 내에서 어떻게 데이터 처리량을 늘릴 것인가가 당면과제이며 완벽한 5G로 가기 위한 세대 중간적 진화의 한 부분이기도 하다. 이러한 증가의 단서는 MIMO(multiple-input, multiple-output) 안테나 기술을 대규모로 도입하는 것에 있다.

전통적으로 타워 안테나는 두 개의 극성 리시버와 트랜스미터로 두 개의 다중 채널들(각각 많은 수의 사용자 접속을 가지고 있음)을 동시 전달할 수 있었다. 현재 설치되거나 새로 개량된 타워들은 4채널 안테나 어레이와 각각 4 개 리시버 및 트랜스미터를 가지고 있으며 안테나와 채널의 증가는 시작일 뿐이다.

지금 나온 3GPP 표준들은 최대 16MIMO 채널까지 안테나 어레이를 구현하고 있고 64채널과 128채널은 물론 256채널까지 포캐스트 어레이들을 구현하고 있다. 이론상 셀 구역 내에서 초당 비트(bit) 수의 총 용량은 채널 수에 비례해 증가한다.

이론상의 배수는 사실상 불가능하다는 것이 입증돼도 실제 증가는 여전히 사용자 접속 수를 크게 늘리게 되거나 같은 수의 접속이라도 훨씬 더 많은 대역폭을 사용하게 되거나 이 두 가지가 합쳐지거나 한다. 또 더 많은 수의 MIMO 채널들이 리시버 디바이스에서 무선 신호 강도를 균등화해 통신을 더욱 견고하게 하고 접속 레이턴시를 낮춤으로써 5G 표준의 목표들을 달성 할 것이다.

[그림3]에서 알 수 있듯이 MIMO 채널은 저마다 수신 및 송신 안테나에서 마이크로프로세서까지 각각의 신호 경로를 가지고 있다. 적어도 리시버 경로에서는 안테나에서 받은 높은 무선주파수(RF)를 낮은 베이스밴드 주파수로 다운변환 하는 과정이 수반됐야 한다. 이때 입력 샘플링이 발생하면서 아날로그에서 디지털로 신호 변환이 이뤄진다.

송신 경로에는 역으로 작동하는 비슷한 세트의 기능들이 있다. 모뎀 ‘RF-샘플링’ 무선 아키텍처는 고속의 초당 기가 샘플 ADC(analog-to-digital converters)와 DAC(digital-to-analog converters)를 이용해 RF 신호를 직접 샘플링 함으로써 이러한 초기 변환 단계를 소거한다.

기지국에 있는 MIMO가 얼마나 큰지에 따라 신호 경로는 최대 256배까지 병렬로 배치될 수 있다. 이러한 조건은 거대한 MIMO 시스템에서 크기와 열, 복잡도를 최소화하고 BOM(bill of materials)과 전체 운영비를 낮추는 필수조건이다.
 

 [그림3] 거대한 MIMO 채널들을 가진 일반 기지국의 다이어그램 

IC 통합은 이러한 목표들을 달성할 수 있는 수단이다. 그래서 TI는 진화된 대규모 MIMO를 출시할 때 기지국 장비 고객사들과 긴밀히 협력하며 고도로 통합된 RF 샘플링 데이터 컨버터와 무선 트랜시버, 최적화 신호 체인들을 생산한다.

예컨대 TI의 AFE7500 트랜시버는 디바이스 당 두 개의 신호 경로를 지원하고 있으며 현재 설치된 4채널이나 8채널 안테나 어레이들에서 활용되고 있다. 디바이스당 더 많은 채널의 어레이를 지원하기 위한 솔루션이 현재 개발 중에 있다.

TI의 LMK0482x 지터 클리너 제품군과 클록 버퍼 제품군은 대규모 MIMO 시스템에서 가장 낮은 페이즈 노이즈와 낮은 채널-투-채널 변경으로 트랜시버나 다른 신호 체인 구성요소에 클록을 생성, 분배할 수 있게 해준다. 이를 통해 엔지니어는 단순하고 효율적인 방식으로 많은 채널들을 클록킹 할 수 있게 된다.

신호 체인의 크기와 복잡도를 낮추는 또 다른 열쇠는 베이스밴드 주파수에서 아날로그 신호의 중간 단계 없이 데이터를 RF에서 디지털 베이스밴드로 직접 샘플링, 변환하는 것이다. 지금 현재도 이용 가능한 다이렉트 RF 샘플링 ADC(ADC32RF45, ADC32RF80)와 가까운 미래에 나오게 될 다이렉트 RF 샘플링 DAC는 대규모 MIMO를 발전시켜 용량을 더욱 증가시킬 것이다.

또 다이렉트 브로드밴드 RF 샘플링은 복수의 RF 대역들을 하나의 아날로그 신호 경로로 합쳐 무선 하드웨어 구성을 쉽게 만든다. 그렇게 되면 풋프린트가 한층 더 작아지고 하드웨어의 유연성은 늘어나며 복수 RF 대역들에서 MIMO 규모는 동시에 커진다.

◇ 높아진 주파수 경계 문제를 해결

대규모 MIMO는 즉각적인 장점들을 가지고 있지만 그 규모를 어디까지 키울 것인지가 중요한 문제다. 256안테나로 이뤄진 어레이를 2.7㎓ 주파수에서 작동하도록 만들면 그 크기는 대략 1제곱미터가 될 것이다. 그 안테나들은 지원 회로와 냉각핀이 있는 인클로저를 가지고 있어서 타워에 장착하기에는 무거워 카드 테이블 크기의 어레이는 바람 속에서 돛처럼 쏠리게 될 것이다. 또 더 많은 채널이 사용됨에 따라 공중파 이용이 점점 복잡해진다.

6㎓ 미만 스펙트럼은 고도로 파편화돼 있다. 일부 주파수 대역들은 일부 국가에서 유보되기도 하지만 아닌 국가들도 있다. 전세계적으로 이 스펙트럼은 46개 주파수 대역으로 나누어져 있기 때문에 장비 벤더들, 서비스 공급자들, 심지어 최종 사용자들에게 큰 불편함을 준다.

대규모 MIMO 기지국들을 현재 사용 중인 전세계 파편화 스펙트럼에 제공하려면 상당한 오버헤드가 동반된다. 그렇다면 이런 종류의 한계를 어떻게 극복해야 할까? 5G의 한 가지 목표는 더 빠르게 더 많이 스펙트럼을 개방하여 전송하는 것이다.

6㎓ 미만에서 대규모 MIMO는 도움이 되는 측면도 있지만 다른 용도에 아직 할당되지 않았거나 현재 희박하게 사용되고 있는 훨씬 더 높은 대역폭들과 높은 주파수들을 채택해야 한다.
현재 24㎓ 이상 스펙트럼의 대부분이 전세계에서 상당한 범위의 주파수들을 제공하고 있다.

이러한 주파수들을 파편화되지 않은 주파수 대역들로 묶을 수 있어 광범위한 5G 서비스들 제공이 가능해진다. 무선 업계와 규제 당국은 서로 협력하며 이 스펙트럼의 사용을 협상하고 있다. 5G 네트워크는 6㎓ 미만 대역에서 먼저 출발하게 되겠지만 훨씬 더 높은 주파수 대역들에서 완전하게 5G 기대치에 부응하게 될 것이다. 

24㎓ 이상에서의 통신은 6㎓ 이하에서 파장을 측정하는 수십밀리미터와는 달리 밀리미터 웨이브(mmWave) 전송으로 불리기도 한다. 기존 3㎓ 신호와 미래 30㎓ 신호 사이의 10배 파장 차이는 수신 안테나가 10분의 1 크기가 될 수 있다는 뜻이며(면적은 100분의 1), 그러면 밀리미터 웨이브 전송으로 256개 채널을 수신하는 하나의 안테나 어레이가 대략 10×10제곱센티미터(약 4×4제곱인치)가 될 수 있다는 뜻이다.

가급적 더 넓은 대역폭과 훨씬 더 높은 주파수 전송으로 이동만 해도 무선 서비스 공급자들은 각 기지국에 10배의 무선 처리량을 패킹할 수 있다. 그 과정에서 안테나 어레이의 크기가 크게 줄어들게 돼 전보다 더 눈에 띄지 않고 더 낮은 비용의 기지국 장비가 들어설 것이다[그림4].

작아진 안테나 구성요소는 시그널링에서 그만큼의 에너지를 생성, 포착하지 않기 때문에 단일채널을 위해 하나의 어레이에 복수의 안테나들을 사용하는 ‘빔 포밍’이라는 기법을 쓴다. 빔 포밍은 특정 방향에서 송신과 수신 둘 다에 초점을 맞춘다. 단 한 번의 무지향성 송신 대신에 현재는 여러 방향에서 전송들이 복수로 송수신될 수 있다.

서로 다른 여러 빔들이 서로 특별 분리된 덕분에, 채널 용량이 다시 10배 증가하게 된다. 밀리미터 웨이브 전송의 파장이 작아진다는 것은 그 범위도 작아질 수 있다는 뜻이다. 또 그 파장은 벽이나 건물, 그리고 자동차와 트럭 같이 움직이는 물체, 가정이나 차량의 저에너지 코팅 창문 같은 단단한 물체에 쉽게 흡수될 수 있으며 이러한 전송은 건물과 복도의 코너를 돌아도 구부러지지 않는다.

5G 밀리미터 웨이브에서는 남북 도로의 한 두 블록에 한 기지국을 두고 동서 도로에서도 같은 길이만큼 또 다른 기지국을 두는 등 매우 작은 기지국들을 이용해 전송 공간을 구획하게 될 것이다. 

더 많은 기지국들을 더 촘촘한 네트워크 토폴로지로 배치할 수 있다. 그러면 밀리미터 웨이브전송 링크들이 최종 사용자에게 가까워져 더 많은 사용자 접속과 더 높은 데이터 레이트가 가능해진다. 이러한 근접성 증가는 용량을 또 다시 10배 증가시킬 것이고 그러면 5G 밀리미터 웨이브 네트워크의 총 용량 증가는 현재 가능한 것보다 1000배에 이르게 된다(스펙트럼 증가로 인한 10배, 방향성 트랜시버로 인한 10배, 기지국 수 증가로 인한 10배).

24㎓ 이상에서의 이러한 용량 증가가 6㎓ 미만에서 대규모 MIMO로 인한 증가에 더해지게 되면 5G 용량은 현재 이용 가능한 것보다 훨씬 더 커지게 될 것이다. 

[그림 4] mmWave의 셀 크기, 처리량, 주파수에 관한 다이어그램

◇ IC 요건

밀리미터 웨이브(mm-wave) ㎓ 주파수를 사용하는 기지국의 배치는 몇 년 앞선 이야기이긴 하지만 현장 실험은 훨씬 더 빨리 이루어질 것이며 다음 10년 초반에 첫 상용 밀리미터 웨이브 5G 설비가 운용될 예정이다. 그 전에 가정에서의 라스트-마일 브로드밴드 서비스들은 밀리미터 웨이브 접속을 통해 가능해질 수 있다. 기존 구리 연결이나 광섬유 연결보다 비용 및 배치 측면에서 뛰어나기 때문이다.

확장성. 최소형 기지국들은 신용카드 크기의 안테나 어레이를 갖추게 될 것이며 이것은 통합, 전력소비, 접속 등의 문제들이 대두 될 것이다. 이보다 큰 6㎓ 미만 기지국들의 솔루션들도 동일한 문제를 겪게 되는데 타워 안에서 대규모 MIMO 어레이에서의 크기와 무게는 다른 종류의 문제들을 야기한다.

기존의 6㎓ 미만 통합 트랜시버도 AFE7500 같은 멀티채널 디바이스에 추가로 통합될 것이며 훨씬 더 밀집된 유닛들도 이어서 통합될 것이다. ADC32RF80/45 RF-to-bits ADC 같은 다이렉트 RF 샘플링에 동반되는 TI의 bits-to-RF DAC는 신호 체인 디바이스들을 더욱 빠르고 컴팩트하게 만들어줄 것이다.

밀리미터 웨이브 전송에 관한 솔루션도 아직 등장하지 않았지만 마찬가지로 이제 곧 나오게 될 것이다. 이것은 무선업계에게 새로운 미개척 분야이기 때문에 기지국 제조업체들은 그 영토를 개방하는데 IC 공급자들에게 크게 의존한다. 이러한 새로운 밀리미터 웨이브 전송 솔루션의 목표는 전송 링크에서 최대 1킬로미터 범위와 1밀리초 레이턴시로 10Gbps 처리량을 달성하는 것이다.

전력밀도 = 매 비트(bit)는 전송, 수신, 신호 변환, 처리 등의 모든 단계에서 에너지를 필요로 한다. 초당 최대 세 자릿수까지 늘어난 비트들이 모든 5G 대규모 MIMO 어레이 기지국에서 송수신될 것이다. 그러면 매 비트마다 소비되는 에너지는 데이터 레이트 상승보다 더 빠르게 줄어든다. 비트 변환 에너지가 현재의 효율 수준에 머무를 경우 밀리미터 웨이브 어레이에서 예상되는 사이즈 감소만으로도 소비되는 전력밀도는 크게 증가한다.

기술자들이 직면한 엄청난 문제는 그것이 RF 파워 앰프인지, 저노이즈 리시버 앰프인지, ADC인지, DAC인지에 상관없이 신호 체인의 모든 블록은 매우 공격적인 효율 개선을 해야 한다는데 있다. 그렇지 않을 경우 이러한 신용카드 크기 어레이의 온도는 가혹한 환경에서는 관리 될 수 없다. TI는 이러한 공격적 통합과 밀리미터 웨이브로의 RF 주파수 변화를 가능하게하기 위해 고성능 지수의 ㎓ ADC 및 DAC와 RF 신호 경로 등의 최신 기술에 막대한 투자를 하고 있다.

스마트 전력관리 = 중요한 또 다른 분야가 신호 경로 전자장치의 전력 소비다. 회로는 작아진 물리적 공간에 전체적으로 높은 효율로 그 전력을 변환, 전달하도록 요구한다. 회로는 전력을 다른 장치들에 더 효율적으로 공급하는 것 외에도 전력관리 기능들 자체를 더 효율적으로 구성하여 기지국의 작아진 공간과 볼륨에 잘 맞춘다.

매우 작은 밀리미터 웨이브 기지국의 경우, 절전의 총합은 크기를 줄여준다. 6㎓ 미만 대규모 MIMO 어레이의 경우에는 줄어든 열이 무게도 줄여줄 수 있다. 부착 회로의 온도를 관리하는데 필요한 냉각핀이 조합된 어셈블리의 나머지만큼 무게가 나갈 수 있기 때문이다.  

또 차세대 무선을 위한 지능적인 전력관리는 배전 관리에 원격 감독 및 통신 기능을 제공하기도 한다. 전력관리 버스(PMBus)와 기타 SMBus 및 I2C 같은 프로토콜들은, 전력 변환 모듈을 기지국의 전체 스마트 시스템 제어와 연동시키기 위해 배치되는 수 많은 디지털 통신 인터페이스들 중의 일부다.

전력시스템 매니저는 시스템 배전과 모니터링을 조율하는데 쓰이며 시스템 내의 다양한 컨버터들과 통신을 한다. 

스위치드-모드 파워서플라이에는 본래 폐쇄형 컨트롤 루프가 들어 있다. 이것이 시스템의 일시적 상태 성능과 고정적 상태 성능을 규정하는 반면 아날로그 컨트롤 루프는 고효율 변환에 주로 쓰여왔다. ‘디지털 파워’는 이른바 브릭 파워서플라이의 풋프린트를 개선시키며 이것은 스마트 스위칭 모드 컨버터에 첨단 어댑티브 컨트롤 알고리즘을 제공하기도 한다.

디지털 POL(Point of Load) 컨트롤러는 POL 디자이너에게 매우 높은 정도의 구성 능력을 제공해준다. 이러한 극한의 유연성을 얻게된 시스템 디자이너는 POL의 출력과 페이즈를 재빨리 구성해 자기 디자인에 구체적으로 필요한 바를 충족시킬 수 있다. 디지털 전력관리 기능은 복잡한 고전류 멀티페이즈 애플리케이션에서 수많은 파워 레일로 더 정교한 시퀀싱 프로세서들을 통합할 수 있게 해준다. 디자이너들은 시스템의 여러 레일들을 파워업과 파워다운 하는데 가장 효과적인 시퀀스를 꼼꼼히 규정해 손쉽게 배치한다.

또 파워 컨버터 파라미터들을 실시간으로 튜닝해 여러 부하 조건들에서 성능을 최적화하는 것은 상당히 바람직하다. 이것은 무선기지국의 경부하와 전부하 둘 다의 효율을 개선하고 사용하기 쉽게 한다.

수많은 주요 혁신들이 스마트 전력관리의 부상에 기여했다. 고주파수 소프트 스위칭과 멀티페이즈 컨버터, 신호 처리 알고리즘을 갖춘 루프 컨트롤, 높은 성능 지수의 파워 디바이스(GaN 같은 신물질 포함) 같은 새로운 아키텍처들은 차세대 무선 인프라의 경쟁력 있는 스마트 전력관리에 반드시 필요하다.

타이밍 = 높은 주파수에서는 정밀 타이밍이 그 어느 때보다 더 중요하다. 밀리미터 웨이브(mm-Wave) 스펙트럼을 사용하는 디바이스들은 회로 타이밍을 최대한 정밀하게 유지하기 위해 현재 사용 중인 것보다 10배 개선된 초저지터 클록(ultra-low-jitter clocks)을 사용하게 될 것이기 때문이다. TI의 지터 클리너는 산업 최고의 인밴드 페이즈 노이즈 성능과 JESD204B SYSREF 생성 같은 강화된 동기화 기능들을 제공한다.

또 한층 더 높아진 성능과 더 많은 통합 디바이스들은 5G 및 밀리미터 웨이브 무선이 앞으로 요구하는 것들을 충족시킨다. 마지막으로 마이크로컨트롤러와 시스템 소프트웨어가 계속해서 신호 처리 효율을 개선한다. 전반적인 목표는 몇 개의 칩으로 많은 채널들을 동작시키면서 열은 최소화하는 것이다. 이런 식으로 시스템 크기와 복잡한 요소들이 계속 줄어들게 되면 BOM과 채널 당 운영비도 줄어들게 된다.  

첨단 프로세스 기술들과 그 디자인 전문지식을 통해 TI는 고객을 위한 다음과 같은 여러 가지 혁신 솔루션들로 이러한 수요를 충족시킨다.

고속 다이렉트 RF 샘플링 데이터 컨버터
멀티채널, 고집적 RF 트랜시버
초저지터 및 페이즈 노이즈 클로킹 디바이스
최고 효율 및 최고 밀도 전력관리 솔루션들
다양한 고선형성 및 동적 범위 신호 변환 경로들
기타 다양한 최신 아날로그 기반 제품들

또 TI는 통신 인프라와 무선 통신 디자이너를 위해 최신 기술을 개발해온 역사가 깊으며 여러 무선 산업 협회들과 표준 기구들에 참여하고 있다. 더 나아가 TI는 한 분야에 채택된 기술이 다른 분야에서도 더 쉽게 적용될 수 있도록 시스템 전문지식을 그 밖의 여러 애플리케이션들에 제공하고 있다. 이러한 모든 요소들이 구성된 TI는 고객들이 차세대 접속과 기능들을 쉽게 사용할 수 있도록 도움을 준다.

차세대 무선을 향한 빠른 행보
5G 무선 통신은 2020년대 이후로 더 빠른 속도와 최소한의 레이턴시, 더 많은 접속, 더 낮은 전력사용을 확신한다. 하지만 우리는 앞으로 더 나아가기 위해 이러한 이점들의 기술적 경로를 계속 개척해야 한다.

타워의 기존 기지국 및 신규 기지국은 대규모 MIMO 안테나 어레이를 통해 업그레이드되면서 현재 가능한 것보다 더 많은 채널들을 지원하게 될 것이며 밀리미터 웨이브(mm-Wave) 전송들로 작아진 기지국은 고밀도 지역에 펼쳐져 초고속 커버리지가 가능해질 것이다. 5G는 이러한 대규모 배치 외에도 그 이전 무선 세대들처럼 기본 캐리어 스펙부터 보안까지 개선사항들을 담아 사용자 체험을 더욱 만족시킬 것이다.

기본적으로 5G로의 전환은 혁신 IC 솔루션과 반도체 기술 발전에 대한 지속적인 관심에 달려 있다. TI의 혁신 칩 포트폴리오는 기지국의 거의 모든 기능들을 포괄하고 있으며 TI는 5G 통신을 선보이는데 필요한 혁신적인 기술을 개발하는데 전념하고 있다. 세계가 이에 대비해 차세대 무선 서비스에 적응하려 한다면 TI가 개발한 첨단 기술의 혜택을 보게 될 것이다. 

<글 : 아마드 바하이(Ahmad Bahai) TI 수석 기술자/바헤르 하룬(Baher Haroun) TI 수석 펠로우/니콜라우스 클레머(Nikolaus Klemmer) TI RF IC 디자인 매니저>
<자료제공 : 텍사스인스트루먼트(www.ti.com)>



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.