전 세계 뉴스룸과 테크노 분석가들은 5G(5세대 휴대전화 무선주파수(RF) 통신망)에 대해 끊임없이 이야기하고 있다.
이 새로운 통신 표준은 낮은 대기 시간(단위: 밀리초)과 속도(초당 10기가비트 이상) 덕분에 사회에 엄청난 영향을 미칠 것이다.
일반 소비자에게 이는 고화질 4K 동영상을 신속하게 다운로드, 시청 및 전송할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 사람들로 가득 찬 경기장안에서 터치다운 영상을 동시에 게시할 수 있다.
업계의 경우 5G 네트워크는 특히 자동차 부문에서 수많은 애플리케이션을 보유하게 된다.
미래의 RF 통신은 어떻게 다를까?
현재의 4G 네트워크는 넓은 지역에 걸쳐 전송을 생성하는 안테나를 사용한다. 이 설정에서 신호 지연은 송신기와 수신기 사이의 거리에 반비례한다.
5G 송신기는 밀리미터파와 MIMO(multiple-input, multiple-output) 기술을 활용해 낮은 대기 시간, 높은 데이터 속도 및 향상된 채널 용량으로 지향성 RF 통신을 전송한다.
장점은 MIMO 안테나가 특정 방향으로 에너지를 전송한다는 것이다. 이러한 방향성은 개별 장비 또는 소규모 지리적 영역에 초점을 맞춘 대상 커버리지를 가능하게 한다.
미래 기술을 구현할 5G 인프라 및 네트워크
Ericsson은 5G 네트워크가 1조 2천억 달러 규모의 산업으로 성장할 것으로 전망하고 있다.
이러한 추세로 인해 혜택을 받을 수 있는 가장 분명한 산업은 자동차 분야일 것이다. 향상된 대역폭과 속도는 엔지니어가 고급 인포테인먼트 시스템을 만들고 자율 주행 차량의 안전성을 개선하는 데 도움이 될 것이다.
경기장 비디오 공유 예제와 마찬가지로, 혼잡한 거리의 인포테인먼트 시스템은 각 승객이 멀티미디어 스트리밍에 만족할 수 있도록 높은 대역폭이 필요하다.
자율주행차는 센서, 카메라, 음파탐지기, 라이더 및 레이더 등에서 지속적으로 데이터를 수집하게 된다. 실제로 인텔은 이를 통해 자율주행차가 매일 4TB의 데이터를 생성할 수 있다고 추정했다. 통신 속도와 대역폭의 향상으로 인해 데이터를 전송, 처리 및 자동차로 빠르게 반환하여 주변 세상에 대응할 수 있게 될 것이다.
자동차 부문의 또 다른 안전 이점은 이러한 새로운 전송 속도가 자율 주행 자동차 간의 빠른 차량 대 차량 통신을 보장한다는 것이다.
5G 인프라 구현의 과제
5G 네트워크는 전 세계 여러 도시에서 시험되고 있다. 이러한 테스트는 구현과 관련된 몇 가지 문제를 밝혀냈다.
가장 큰 어려움은 안테나 사이의 근접성이다. 사람들은 수십 마일 떨어져 있는 3G와 4G 휴대폰 타워를 상상하지만 차세대 5G 안테나 인프라의 속도와 대역폭 향상의 단점은 수백 피트 떨어져 있어야 한다는 것이다.
즉, 대도시가 네트워크를 작동시키기 위해 모든 주요 교차로 또는 그 가까이에 안테나가 필요할 수 있다는 것을 의미한다. NIMBY(“Not in my backyard”) 감성과 몇 블록마다 안테나 설치 비용을 피하기 위해 엔지니어는 비용이 저렴하고 기존 인프라와 혼합할 수 있으며 도시에 적합한 주파수로 운영할 수 있는 5G 인프라를 설계해야 한다.
5G 네트워크 인프라의 또 다른 중요하면서도 어려운 업그레이드는 광섬유 연결을 교체해야 한다는 것이다. 무선 속도는 통신하는 유선 연결만큼만 빠르기 때문에 속도가 느린 연결을 교체해야 한다.
경기장 예로 돌아가서, 만약 경기장이 지난 몇 년 동안 건설되었다면, 그 곳은 높은 대역폭을 다루는 데 필요한 광섬유를 가지고 있을 것이다. 그러나 경기장이 오래된 경우 관중의 RF 통신 요구를 처리하기 위해 연결을 교체해야 한다.
시뮬레이션을 통해 엔지니어가 5G 인프라 과제를 해결하는 방법
현대 네트워크의 구현은 큰 사업이 될 것이다. 이러한 시스템을 구축, 테스트 및 반복하려면 비용과 시간이 많이 소요될 수 있다.
다행히 가상 프로토타이핑 및 시뮬레이션은 이러한 시스템의 개발 주기 및 테스트 비용을 줄이는 데 도움이 된다. 또한 시뮬레이션은 RF 통신 기술의 추가적인 혁신과 재설계를 가능하게 한다.
무선 시스템 엔지니어는 시뮬레이션 및 시스템 수준 분석을 사용하여 RF 장치의 프런트 엔드 설계를 관리하고 개선할 수 있다. 이를 통해 사용자는 기기의 3D 물리 및 시스템 통합과 관련된 문제를 연구하고 해결할 수 있다. 예를 들어 다음과 같은 툴이 있다.
- Ansys HFSS와 Ansys HFSS SBR+는 안테나 배열의 설계와 설치 성능을 향상시킨다.
- Ansys Icepak은 전자 어셈블리와 무선 장비가 시원한 상태를 유지하도록 보장한다.
- Ansys SIwave는 서버 및 대규모 데이터 센터에서 사용되는 인쇄 회로 기판의 신호 무결성, 전력 무결성 및 신뢰성을 개선한다.
출처 : Ansys Understanding 5G Infrastructure Benefits & Challenges
