IC 기판 - GaN을 이용한 6GHz 이하 5G 대규모 MIMO 구현

질화갈륨 기술은 6GHz 이하의 5G 응용에서 중요한 역할을 하며 더욱 높은 데이터속도를 포함한 많은 목표를 실현하는데 도움을 줄수 있다.

2021년에는 휴대전화 보유자(55억)가 용수 보유자(53억)를 넘어설 것으로 추정된다.대역폭 소모 동영상은 이동 네트워크에 대한 수요를 더욱 증가시켜 이동 통신 데이터의 78% 를 차지할 것이다.1 대규모 다중 입력 다중 출력 (MIMO) 기술을 사용하는 5G 네트워크는 이러한 성장을 지원하는 열쇠가 될 것입니다.스트래티지 애널리틱스의 예측에 따르면 5G 모바일 연결은 2023년까지 2019년 500만 명에서 5억 7700만 명에 육박할 것으로 예상된다.2MIMO 기반 각 세대의 무선 기술은 네트워크 속도를 향상시키기 위해 안테나 기술의 진보를 활용합니다.3G는 단일 사용자 MIMO를 사용하며, 여러 개의 동시 데이터 스트림을 사용하여 기지국에서 단일 사용자에게 데이터를 보냅니다.4G 시스템은 주로 다중 사용자 MIMO 기술을 사용하여 서로 다른 데이터 흐름을 다른 사용자에게 할당하고 3G보다 더 나은 용량과 성능을 제공합니다.5G는 용량을 더 늘리고 최대 20Gb/s의 데이터 속도를 제공하기 위해 대규모 MIMO를 도입할 예정이다. 5G 대규모 MIMO는 5G가 네트워크 용량과 데이터 속도를 높이는 동시에 운영 비용을 최소화할 수 있다고 주장한다.사용자들은 또한 무선 데이터 서비스의 품질이 유선 수준에 도달하기를 원한다. 5G 대규모 MIMO는 사업자들이 이러한 목표를 달성할 수 있도록 도울 수 있다.많은 사용자에게 높은 데이터 속도를 제공하고 용량을 향상시키는 데 도움이 됩니다.실시간 멀티미디어 서비스를 지원하기 위해 추가 스펙트럼이 필요하지 않습니다.또한 대규모 MIMO는 빔 성형 (여러 개의 안테나에서 온 신호를 하나의 강한 빔으로 모으는 기술) 을 이용하여 단일 사용자에게 정방향으로 신호를 보내 에너지 소비를 줄인다.

공간 재사용 및 대규모 MIMOMassive MIMO 기술의 장점은 대규모 안테나 어레이(일반적으로 64개의 양극화 어레이 구성 요소로 구성되며 최소 16개)를 사용하여 공간 재사용을 실현합니다.공간 재사용은 동일한 리소스 모듈에서 여러 병렬 데이터 스트림을 제공합니다.총 가상 채널 수를 확장하면 추가 타워 및 스펙트럼을 추가하지 않고도 용량과 데이터 속도를 향상시킬 수 있습니다. 공간 재사용에서는 각 공간 채널에 별도의 정보가 포함됩니다.전파 환경의 분산이 충분히 풍부하면 동일한 할당 대역폭에서 많은 독립된 하위 채널이 생성되므로 추가 대역폭이나 전력 비용 없이 멀티플렉싱 이점을 얻을 수 있습니다.재사용 이득도 신호 공간 분포의 자유도를 가리킨다.대규모 MIMO 구성에서 자유도는 시스템의 전체 용량을 제어합니다.

대규모 MIMO가 도입되면 여러 개의 안테나가 송신 및 수신 신호를 작은 공간 영역에 집중시켜 처리량과 에너지 효율을 크게 향상시킵니다.데이터 흐름이 많을수록, 데이터 속도가 높을수록, 복사 전력의 사용 효율이 높아진다.이 방법은 또한 링크의 신뢰성을 향상시킵니다.안테나의 증가는 공간 집합의 자유도가 더 높다는 것을 의미한다.또한 전송 및 수신 데이터 흐름의 선택성을 높이고 간섭을 제거하는 기능을 향상시킬 수 있습니다.

대규모 MIMO는 다음과 같은 몇 가지 이점을 제공합니다.

– 불필요한 방향으로 전파되는 것을 방지하고 간섭을 줄임

– 지연 시간을 줄여 더욱 빠른 속도와 신뢰성 향상

감쇠 및 감소를 줄이고 노이즈 비율을 높입니다.

스펙트럼 효율성 및 신뢰성 향상

더욱 향상된 에너지 효율성

5G 대규모 MIMO 및 6GHz 이하 배포

5G 20Gb/s 데이터 속도 목표를 달성하려면 밀리미터파 스펙트럼이 필요한 것은 분명하다.그러나 밀리미터파가 이동통신에 사용되기 전에 몇 가지 중요한 도전을 해결해야 한다.

사업자와 원시 장비 제조업체가 밀리미터파 기술을 개선하기 위해 계속 노력하고 있지만 당분간 6GHz 이하의 주파수가 5G 네트워크 기술의 우선순위가 될 것이다.6GHz 이하의 주파수는 장거리 고속 데이터 전송을 지원하기 때문에 농촌 및 도시 지역에 적용됩니다 (그림 3).사업자는 애초 3천300∼4천200MHz와 4천400∼5천MHz의 주파수 범위에 5G를 배치해 최대 100MHz의 채널 대역폭을 지원하려 했다. 6GHz 이하의 대규모 MIMO는 기지국에 많은 양의 안테나를 사용함으로써 교란 문제를 해결함으로써 기지국이 도시 지역의 많은 사용자에게 서비스를 제공할 수 있도록 했다.또한 대규모 MIMO는 피크, 평균 및 에지 처리량을 향상시키고 사용자 커버리지와 용량 간의 균형을 최적화하여 비용 효율성을 극대화합니다.

시스템 설계에 대한 도전이 없었다면 이러한 기술적 진보는 일어나지 않았을 것입니다.6GHz 이하의 대규모 MIMO 빔 성형 기술은 대규모 MIMO 어레이에서 소형, 고성능, 비용 효율적인 전력 증폭기(PA)의 사용을 촉진할 것이다.또한 5G 변조 메커니즘이 점점 더 복잡해지고 있기 때문에 (예: 256-QAM), 무선 인프라 PA는 필요한 선형을 구현하기 위해 심도 출력 폴백 조건 (최대 8dB 이상) 에서 매우 효율적이어야 한다.