무선 인터페이스/디바이스

5G Air interface

현재의 4G LTE (OFDMA) 네트워크에서는 자기 간섭 회피가 필요한데 이것은 엄격한 타이밍 기반의 접근이며, 이로 인해 높은 소비전력과 제어 평면 시그널링 자원의 상당한 낭비를 초래합니다. 현재 사용하고 있는 OFDM 을 대체할 수 있는 5G 의 간섭 저항 접속방식은 집중적인 평가를 받고 있습니다. 스펙트럼을 더욱 잘 활용하는 FBMC, UFMC, GFMD 와 같은 더욱 효율적인 직교방식은 앞으로 다가올 5G 접속 파형을 위한 우수한 후보들입니다. 일반적으로 직교 전송은 자기 간섭을 피할 수 있어 더 높은 시스템 용량으로 연결될 수 있습니다. 하지만 작은 유상하중들의 빠른 접속 때문에 다른 사용자들에게 직교 자원을 할당하는 절차가 대규모의 시그널링을 필요로 하여 또 다른 지연을 일으킬 수 있습니다. 따라서 직교 접속에 대한 보완으로서 비직교 접속에 대한 지원도 고려되고 있습니다. 비직교 다중 접속 (NOMA) 과 스파스 코드 다중 접속 (SCMA) 등과 같은 예가 포함됩니다.

FBMC, Filter Bank Multi-Carrier

FBMC 는 잠재적인 5G 파형 후보로서 높은 관심을 얻고 있습니다. 이 변조방식은 많은 장점들을 제공합니다.

FBMC 는 CP-OFDM (4G 파형에 사용되는 주기적 전치 부호를 이용하는 OFDM) 과 유사한 점이 많이 있습니다. OFDM, FBMC 에서와 같이 전체 대역을 필터링하는 대신 각 부반송파를 개별적으로 필터링합니다. FBMC 는 주기적 전치 부호를 갖지 않으므로 매우 높은 수준의 스펙트럼 효율을 제공할 수 있습니다.

부반송파 필터는 매우 협대역이며 긴 필터 시간상수를 요구합니다. 전형적으로 시간상수는 기본 다중 반송파 심볼 길이의 4 배이며, 이로 인해 단일 심볼이 시간상 겹치게 됩니다. 직교성을 달성하기 위하여 오프셋 QAM 이 변조방식으로 사용되기 때문에 FBMC 는 복소평면에 대해 직교가 아닙니다.

UFMC, Universal Filtered Multi-Carrier

이 파형은 CP-OFDM 이 향상된 것으로 생각할 수 있습니다. FBMC 와 다른 것은 각 부반송파를 개별적으로 필터링하는 것이 아니라, UFMC 가 신호를 부분 대역 수로 나누어 필터링합니다.

비록 하나는 심볼 간의 간섭 방지를 향상시키는데 쓰일 수 있지만, UFMC 는 주기적 전치 부호를 사용할 필요가 없습니다.

GFDM, Generalized Frequency Division Multiplexing

GFDM 은 OFDM 과 유사한 점이 많은 유연한 다중 반송파 전송 기술입니다.

주요 차이점은 반송파들이 서로 직교가 아니라는 점입니다. GFDM 은 대역 외 에미션에 대한 제어를 더 잘 합니다. 이로써 PAPR (Peak to Average Power Ratio) 을 줄일 수 있습니다. 이 두 가지가 OFDM 기술의 주요 결점입니다.

5G New Waveform Analysis Environment
(그림) 신파형 분석 환경

Massive MIMO

MIMO 는 기지국과 사용자 기기가 연결 효율을 높이기 위해 다중 안테나를 사용하는 LTE와 LTE-A 네트워크에 사용되고 있습니다. Massive MIMO 는 각 디바이스를 향해 국부적인 빔을 만드는 더 많은 수의 안테나들을 채용하고 있는 기지국 기술과 관련이 있습니다. 용량 이득이 막대한 만큼 이 기술에 동반된 기술적 도전 과제들도 많습니다.

Massive MIMO 는 예전에 주로 전자적으로 조종되는 레이더 시스템을 위해 개발된 위상 배열 안테나에서의 연구와 개발을 기반으로 하고 있습니다. 기본 개념은 이렇습니다. 저이득과 저지향성 안테나 어레이를 만든 다음, 각 안테나의 신호들 간의 위상 관계를 신중하게 관리함으로써 모든 서브 안테나로부터 나오는 합성신호가 전자적으로 조종 가능한 위상 시프터에 의해 제어되는 고이득의 지향성 빔을 만들게 됩니다. 이것은 각 사용자들에게 다수의 분리된 동시 데이터 경로를 합성할 수 있는 기능으로 인하여 Massive MIMO 에서 더 많은 데이터 용량으로 이끌 수 있을 것입니다.

Massive MIMO 의 기본 물리학 원칙은 이제 입증되고, 실험적 시스템이 구축되고 있습니다.