PCB 뉴스 - 5G 네트워크에서의 위성의 역할

5G 건설을 지원하기 위해 셀룰러 매크로 스테이션과 마이크로 기지국의 밀집 배치가 진행 중이다.이 기지국들은 5G의 데이터 속도, 용량 및 적용 범위를 지원하기 위해 복잡한 무선 기술을 사용합니다.3GPP의 16번째 버전은 오는 6월, 17번째 버전은 2021년 하반기에 출시될 예정이다.V2X, 산업 사물인터넷, 다중 SIM 장비, 신뢰성 및 저지연 성능 개선, 71GHz 내 무단 스펙트럼 사용, 효율성 및 간섭 등에 대해 상세하고 구체적인 설명이 나온다.또 지난해 말 스페인에서 열린 3GPP 회의에서 논의된 24개 주요 프로젝트의 보완으로 위성과 고고도 플랫폼 등 비지상 접속 PCB 기술이 제공하는 5G 신무선(NR) 지원도 규명된다.고유의 장점을 가진 플랫폼으로서 위성 기술은 전 세계 5G 아키텍처에 기여할 수 있다. 5G 회귀는 5G를 지원하는 많은 무선 접속 기술과 함께루프백 기술은 LTE 네트워크의 베이스밴드 유닛(BBU)과 원격 무선 헤드를 중앙 집중식 유닛(CU), 분산 유닛(DU), 무선 유닛(RU) 등 3개의 독립된 기능 모듈로 분해하는 데 필요한 발전을 거쳤다.반송파 집선, 다운링크 조정 다중 전송/수신, MIMO 등 무선 기술은 서로 협력하여 6GHz 이하의 제한된 스펙트럼을 충분히 활용하고, 대규모 MIMO (mMIMO) 는 스펙트럼 효율과 커버리지를 높여 각 동네 사이트의 네트워크 용량을 높인다.또한 밀리미터파 소형 기지국의 고밀도 배치와 기타 솔루션의 추가 이동 스펙트럼을 통해 더 큰 접속 대역폭을 실현한다.각종 이런 기술은 국제전기통신연합 (ITU) 이 정의한 다음과 같은 5G 기능에 기여했다 (그림 1): 5G 증강형 모바일 광대역 (eMBB);초고신뢰성 및 저지연 통신(uRLLC);대규모 기계 유형 통신(mMTC). 그림 2와 같이 5G 무선접속망(RAN)의 현재 전략은 이른바 gNodeB(gNB) 기지국이다.이러한 유형의 기지국은 공장 자동화 및 의료 서비스에 낮은 지연 성능을 제공하는 분산 유닛 (DU) 이라는 두 가지 아키텍처를 사용합니다.고전력 처리를 위한 중앙 집중식 장치(CU).RU와 DU의 분리는 5G에 맞게 향상된 향상된 CPRI(eCPRI) 인터페이스로 불리는 공공 공공 무선 인터페이스(CPRI)를 노출했다.경우에 따라 DU와 RU는 소형 기지국과 같은 기능을 서로 조합할 수 있다. 5G와 위성의 통합은 현재 많은 연구들이 5G 무선 접속망에서 위성 대지 구조의 보조 사용을 탐색하고 있다. EU 지평선 2020 협력 프로젝트는 유럽 대륙의 여러 회사와 관련되어 있다.'5G 위성과 지상 네트워크'를 발전시키기 위한 것입니다.유럽우주국이 지원하는 5G 배경의 위성-지상 융합 모델 (SATis5G) 프로젝트 지원;스페이스X, 원웹, 아마존은 지구상 어디든 연결할 수 있는 저궤도(LEO) 위성망을 개발 중이다.지구정지궤도(GEO) 운행 고통량위성(HTS) 기술은 성지 네트워크와 5G가 융합된 또 다른 기술로 점빔과 멀티캐스트 기능을 제공할 수 있다.셀룰러 통신 표준단체인 3GPP도 5G1에서 위성 통신의 기능을 밝히기 위해 저궤도(LEO)와 중궤도(MEO), 지구정지궤도(GEO) 위성의 비지상 네트워크를 연구하고 있다. 2004년 4Gbps 처리량을 발사한 Anik F2부터 2017년 200Gbps 처리량을 발사한 EchoStar XIX까지대용량 위성 기술이 장족의 발전을 이루었다.가까운 장래에 Ka 밴드 트랜스포머는 Tbps 수준의 속도를 제공하며 최적화 기술은 비트당 전파 비용도 낮출 수 있습니다.위성 네트워크의"플러그 앤 플레이"기능은 위성 네트워크 가상화를 지원하는 데 목적을 두고 있습니다.셀룰러 네트워크가 위성 무선 자원을 제어할 수 있도록 허용한다;소구역 연결을 위한 링크 집합 개발;또한 셀룰러 액세스 기술과 위성 액세스 기술 간의 키 관리 및 인증으로 보안을 최적화합니다.위성 기술을 융합한 그룹 방송 우세 2.

고정 이익

위성에서 기지국 또는 독립형 소형 기지국으로의 고정 회정은 eMBB를 지원할 수 있지만 eMBB는 비용 효율적인 지상 회정을 실현할 수 없다.이런 상황은 벌집 네트워크 인프라와 무선 접속 자원이 적은 지구상의 저개발 지역과 서비스 부족 지역에서 자주 발생한다.eMBB 외에도 위성은 스마트 농업과 같은 사물 인터넷 응용 프로그램에서 mMTC를 지원할 수 있습니다.

HTS 에너지 사용 기술

위성 기술은 기존의 고정 위성 서비스 (FSS) 에서 HTS 기술로 발전했으며 사람들에게 점점 더 많은 기능과 서비스를 계속 제공합니다.

점 빔 및 주파수 재사용

그림 5: 포인트 빔과 주파수 분리는 HTS의 커버리지와 용량을 향상시킵니다.

HTS 위성은 대륙 전체와 마찬가지로 큰 범위를 넘나드는 FSS 빔이 매우 적을 때 주파수 재사용을 통해 균형을 맞춘 여러 점 빔을 사용하여 같은 주파수 분배 시나리오에서 처리량을 20배 높일 수 있다 (그림 5).여기서 각 포인트 빔은 FSS 위성의 와이드 빔보다 대상 영역에 더 많은 전력을 제공할 수 있습니다.이를 통해 위성 중계기가 어느 대역(C-밴드, K-밴드 또는 Ka-밴드)에서 작동하든 스펙트럼을 최적으로 활용할 수 있다.간섭과 신호 손실의 위험을 줄이기 위해 점 빔 레이아웃은 인접 빔의 주파수를 서로 가깝지 않게 합니다.점빔 주파수 분리와 위성 통량 사이에는 다음과 같은 저울질이 존재한다: 점빔 사이의 주파수가 가까울수록 주파수 중용률이 높기 때문에 위성 용량이 더 크다.이 개념은 mMIMO의 데이터 속도와 용량 증가 사이의 관계와 유사하며, 그 중 수백 개의 유원 안테나 소자와 빔 형성 유닛은 서로 다른 위치의 사용자에게 여러 빔을 제공한다.그러나 이 개념은 우주 분집과 현저하게 다르다. 육지 mMIMO 시스템이 빔 수를 증가시켜 같은 채널의 간섭을 줄일 때 위성이 있는 환경은 산란이 풍부하지 않기 때문에 같은 채널의 간섭이 문제가 된다.문제이 문제는"4색"주파수 재사용 (FR4) 을 통해 완화될 수 있다: 인접 빔은 서로 다른 편광 방향의 교차하지 않는 주파수를 통해 정교성을 실현한다.일반적으로 이러한 직교성은 사용자 터미널에 유지됩니다.

멀티캐스트

HTS 기술은 본질적으로 멀티캐스트 기능을 가지고 있다: 천 명의 사용자에게 보내는 메시지는 천 번을 보내지 않고 한 번만 보내면 된다. 이렇게 하면 스펙트럼과 데이터 자원을 효과적으로 이용할 수 있다.HTS 기술은 지상 무선 사업과 비교할 때 다음과 같은 특징을 가지고 있다: 위성 빔의 커버리지가 넓다;긴 채널 인코딩은 소음을 극복할 수 있습니다.전송 신호에는 여러 사용자의 정보가 포함됩니다.또한 이 기술의 해당 프레임은 DVB-S2X를 통해 프레임 프로토콜로 인코딩할 수 있으며 사용자 그룹이 디코딩할 수 있어 멀티캐스트 전송 6이 가능하다.따라서 브로드캐스트 콘텐츠를 더 많이 수신할수록 대역폭을 더 많이 절약할 수 있습니다.멀티캐스트 서비스의 한 예는 비디오 회의입니다. 각 참가자는 다른 모든 참가자 (즉, 멀티 투 멀티 포인트) 에게 멀티캐스트 소스를 형성합니다.멀티캐스트 서비스는 종종 지상 시스템의 고대역폭 소비의 원천이지만 HTS에는 상대적으로 문제가 되지 않습니다.

스펙트럼 상향 이동

최근에 출시된 HTS는 Ka 밴드 트랜스미터를 사용합니다.주파수 이동의 목적은 더 큰 대역폭을 획득하여 더 많은 점 빔을 얻는 것이다.앞으로 몇 세대 위성은 Tb/s급 용량을 제공할 것이기 때문에 Q 대역과 V 대역을 사용하여 더 큰 사용자 트래픽을 모으고 커버리지 영역에서 수천 개의 점 빔을 사용해야 할 수도 있다.

LEO의 짧은 지연 시간

LEO 위성 네트워크는 개별 GEO 위성이 구현할 수 없는 기능을 제공합니다.LEO의 주요 장점은 LEO 위성이 지연을 줄일 수 있다는 것입니다.LEO 위성 네트워크는 더 큰 커버리지를 실현할 수 있다.GEO 위성의 고도는 약 36000km이며 종단간 전파 지연은 280ms입니다.MEO 위성의 고도는 10000킬로미터이고 지연은 90밀리초입니다.LEO 위성의 고도는 350-1200km, 지연은 6-30ms이다.비록 저지구 궤도 위성의 저지연은 제한된 저지연 5G 서비스만 지원할 수 있지만, 대부분의 저지연 5G 서비스의 동기화 사슬은 매우 작은 왕복 지연과 상응하는 정시 오차 (표 1) 가 필요하다.

저궤도 위성 네트워크는 전 세계를 커버하여 mMTC 응용의 가장 좋은 선택이 되었다.비록 고통량 GEO 위성은 주파수 재사용 기능을 갖춘 점 빔 아키텍처를 통해 예정된 지역에 서비스를 제공할 수 있지만, 그들이 충분한 지상 인프라가 있는 한 LEO 위성 네트워크도 전 세계를 커버할 수 있다.세계 최초의 저궤도 위성 네트워크인 이리듐은 1998년 발사 직후 파산을 선언했다.그러나 10 년 이상 위성 네트워크는 낮은 데이터 속도 서비스를 제공하고 있으며 차세대 위성을 통해 8 을 업그레이드했습니다.

저궤도 위성 네트워크의 운행은 디지털 페이로드, 첨단 변조, 주파수 재사용, 고출력 밀도 GaN 전력 증폭기 (PA) 및 빔 빠른 변조 능동 위상 배열을 포함한 다양한 기술 덕분이다.

LEO 통신

LEO 위성 네트워크에는 지대위성, 지대지역(G2G), 위성대위성(S2S) 및 위성대지순환통신이 포함된다.이러한 물리적 링크는 지상-위성 링크와 위성 간 링크로 나뉜다.위성과 위성 간, 그리고 지상국과 지상국 간의 통신은 LEO와 HTS PCB의 또 다른 차이점이다.LEO 위성 통신망은 사용자, 제어 단말기와 원격 측정 단말기 간의 데이터 전송(예를 들어 상태, 진단, 구성)을 엄격하게 제어할 수 있다.

GEO가 우주에서 고정된 위치를 유지하는 것과 달리 LEO 위성은 매우 빠른 속도로 지상 부분을 통과하기 때문에 특정 지역을 일관되게 커버하려면 여러 위성이 필요합니다.그 중 지상국은 높은 이득, 높은 지향성의 기계적 스캔 반사 안테나 또는 능동위상배열 안테나를 통해 복잡한 전환을 해야 한다.상태가 업데이트되면 G2G 링크의 지원으로 위성과 사용자 간의 빔 점프가 해당 인프라가 없는 외딴 지역에 도달 할 수 있습니다.또한 카메라와 센서가 장착 된 위성은 상호 긴밀한 조율을 통해 우주 쓰레기 5를 추적 할 수 있습니다.

차량용 처리

높은 처리량 GEO와 LEO 위성의 경우 위성 처리량을 높이기 위해 위성 구조를 조정해야 한다.주요 아키텍처는 이전 전달 토폴로지를 재생성 토폴로지로 변환하는 것입니다.