전 세계 뉴스룸과 기술 분석가들은 지속적으로 5G에 대해 이야기하고 있었다. 5G는 5세대 휴대전화 무선 주파수(RF) 통신 네트워크였다.
이 새로운 통신 표준은 밀리초 단위의 낮은 지연 시간과 초당 10기가비트 이상의 속도 덕분에 사회에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되었다.
일반 소비자에게 이는 고화질 4K 영상을 빠르게 다운로드하고, 시청하고, 전송할 수 있다는 의미였다. 실제로 관중으로 가득 찬 경기장에서도 기적 같은 터치다운 장면의 영상을 동시에 게시할 수 있었다.
산업 분야에서 5G 네트워크는 여러 응용 분야를 가질 수 있었으며, 그중 가장 두드러진 분야는 자동차 산업이었다.
미래의 RF 통신은 어떻게 달라질 것인가?
현재 4G 네트워크는 넓은 영역에 걸쳐 전송을 생성하는 안테나를 사용하였다. 이 구조에서는 송신기와 수신기 사이의 거리에 따라 신호 지연이 반비례하였다.
5G 송신기는 밀리미터파와 MIMO(Multiple-Input, Multiple-Output) 기술을 사용하여 낮은 지연 시간, 높은 데이터 전송률, 향상된 채널 용량을 갖춘 지향성 RF 통신을 전송하게 되었다.
그 이점은 MIMO 안테나가 파동 에너지를 구 형태로 주변에 전송하는 대신, 특정 방향으로 에너지를 보낸다는 점이었다. 이러한 지향성은 개별 장비 또는 작은 지리적 영역에 집중하는 표적 커버리지를 가능하게 하였다.
5G 인프라와 네트워크가 미래 기술을 구현하는 방식
Ericsson은 5G 네트워크가 1조 2천억 달러 규모의 산업으로 성장할 것으로 예측하였다.
이 흐름의 가장 명확한 수혜 산업 중 하나는 자동차 분야였다. 증가한 대역폭과 속도는 엔지니어가 고급 인포테인먼트 시스템을 만들고 자율주행차의 안전성을 개선하는 데 도움을 줄 수 있었다.
인포테인먼트 시스템을 조작하고 있다.
경기장에서 영상을 공유하는 예시와 마찬가지로, 붐비는 거리의 인포테인먼트 시스템은 각 승객이 멀티미디어 스트리밍에 만족할 수 있도록 높은 대역폭을 필요로 하였다.
자율주행차의 경우, 센서, 카메라, 소나, 라이다, 레이더에서 데이터를 지속적으로 수집하게 되었다. Intel은 자율주행차 한 대가 하루에 4TB의 데이터를 생성할 수 있다고 추정하였다. 통신 속도와 대역폭의 향상은 해당 데이터가 차량 주변 세계에 대응할 수 있을 만큼 빠르게 전송, 처리, 반환되는 것을 가능하게 하였다.
자동차 분야의 또 다른 안전상 이점은 새로운 전송 속도가 자율주행차 간 빠른 차량 간 통신을 보장한다는 점이었다.
5G 인프라는 사물인터넷(IoT)의 발전 덕분에 훨씬 더 많은 산업에 영향을 미칠 수 있었다.
5G 인프라 구현의 과제
5G 네트워크는 전 세계 여러 도시에서 테스트되고 있었다. 이러한 테스트는 5G 구현과 관련된 몇 가지 과제를 보여주었다.
가장 큰 과제 중 하나는 안테나 간 근접성이었다. 사람들은 일반적으로 수십 마일 간격으로 배치된 3G 및 4G 휴대전화 타워를 떠올렸다. 그러나 차세대 5G 안테나 인프라가 제공하는 속도와 대역폭 향상의 대가는 안테나가 수백 피트 간격으로 배치되어야 한다는 점이었다.
이는 대도시에서 네트워크를 운영하기 위해 주요 교차로마다, 또는 그보다 더 가까운 간격으로 안테나가 필요할 수 있음을 의미하였다.
“우리 동네에는 안 된다”는 NIMBY 정서와 몇 블록마다 안테나를 설치하는 비용을 피하려면, 엔지니어는 저비용이고 기존 인프라와 조화를 이루며 도시 환경에 적합한 주파수에서 작동할 수 있는 5G 인프라를 설계해야 했다.
또 다른 중요하지만 어려운 5G 네트워크 인프라 업그레이드는 광섬유 연결을 교체해야 한다는 점이었다. 무선 속도는 통신하는 유선 연결 속도만큼만 빨라질 수 있었다. 따라서 더 느린 연결은 교체되어야 했다.
경기장 예시로 돌아가면, 최근 몇 년 안에 지어진 경기장이라면 높은 대역폭을 처리하는 데 필요한 광섬유를 보유하고 있을 가능성이 있었다. 그러나 더 오래된 경기장이라면 관중의 RF 통신 요구를 처리하기 위해 연결을 교체해야 했다.
시뮬레이션이 5G 인프라 과제를 해결하는 방법
현대적인 네트워크를 구현하는 일은 매우 큰 작업이었다. 이러한 시스템을 구축하고, 테스트하고, 반복하는 과정은 비용과 시간이 많이 들 수 있었다.
다행히 가상 프로토타이핑과 시뮬레이션은 이러한 시스템의 개발 주기와 테스트 비용을 줄이는 데 도움을 줄 수 있었다. 또한 시뮬레이션은 RF 통신 기술의 추가 혁신과 재설계를 가능하게 하였다.
무선 시스템 엔지니어는 시뮬레이션과 시스템 수준 분석을 사용하여 RF 장치의 프런트엔드 설계를 관리하고 개선할 수 있었다. 이를 통해 장치의 3D 물리 및 시스템 통합과 관련된 과제를 연구하고 해결할 수 있었다.
예를 들어 다음과 같은 툴이 있다.
- Ansys HFSS 및 **Ansys HFSS SBR+**는 안테나 어레이의 설계와 설치 성능을 개선할 수 있었다.
- Ansys Icepak은 전자 조립체와 무선 장비가 냉각 상태를 유지하도록 보장할 수 있었다.
- Ansys SIwave는 서버와 대형 데이터 센터에 사용되는 인쇄 회로 기판의 신호 무결성, 전력 무결성, 신뢰성을 개선할 수 있었다.
결론
5G는 낮은 지연 시간과 높은 속도를 기반으로 소비자와 산업 모두에 큰 영향을 줄 수 있는 5세대 RF 통신 네트워크였다.
소비자에게는 4K 영상 다운로드와 전송 같은 고속 콘텐츠 이용 경험을 제공할 수 있었고, 산업에서는 특히 자동차 분야의 인포테인먼트 시스템, 자율주행차 데이터 처리, 차량 간 통신에 활용될 수 있었다.
하지만 5G 인프라 구현에는 안테나 간 짧은 거리, 도시 인프라와의 조화, 설치 비용, 광섬유 연결 교체 같은 과제가 있었다. 원문은 이러한 문제를 해결하는 방법으로 가상 프로토타이핑과 시뮬레이션을 제시하였다.
출처 : Ansys Understanding 5G Infrastructure Benefits & Challenges
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