0. 목차
- 기대수준에 미치지 못하는 5G 통신 기술
- 밀리미터파용 RF 프론트엔드 기술
- 밀리미터파용 RF 안테나 기술
- 밀리미터파용 RF 필터 기술
- '빔 포밍' 기술
- '스몰셀' 기술
- '밀리미터파' 관련 기업
1. 기대수준에 미치지 못하는 5G 통신 기술
'이동통신 산업(Mobile Telecommunication Industry)'은 고정된 지점에 설치되어 통신서비스를 제공하는 '유선전화', '유선 인터넷'과는 달리, 이동통신 시스템을 이용하여 사용자가 자동차 등의 탈것을 이용하거나, 도보로 이동하면서 통신할 수 있는 서비스를 제공하는 산업이다. 2011년경 상용화된 4G 이동통신 시스템의 경우, '데이터 전송률(Data Rate)', '주파수 효율(Frequency Efficiency)' 등의 측면에서 사용자 및 이동통신 사업자의 요구에 미치지 못해, 2019년부터 5G 이동통신 시스템이 상용화되었다.
'국제 전기통신연합(ITU: International Telecommunication Union)'은 '최대 전송률(Peak Data Rate)', '최대 주파수 효율(Peak Spectral Efficiency)', '체감 전송률(User Experienced Data Rate)' 등 12가지 항목에서 5G 이동통신 시스템이 구비해야 할 성능을 규정하였다. 이에 따르면, 5G 이동통신 시스템은 20Gbps의 최대 전송 속도를 보장해야 하고, 평균 지연은 1ms 미만이어야 하며, 단위 km2당 106개의 무선 연결을 지원해야 한다. 그러나 5G 가입자들은 현재 사용화된 5G 이동통신 시스템의 성능을 체감하지 못하고 있다.
한국은 '세상에서 가장 앞선 5G 강국' 실현을 목표로 5G MASTER 전략을 조기에 수립하고, 민관협력을 통해 2019년 5G 세계 최초 상용화를 달성하였다. 2014년 '미래 이동통신 산업발전전략(5G MASTER)'을 통해 '5G 글로벌 선도', '기술경쟁력 강화', '생태계 조성'을 위한 선도 전략을 제시하였다. 또한 2018년 2월, 평창 동계올림픽 기간에 5G 시험망을 구축하고, 서울에서 평창에서 필드 테스트를 진행하는 등 다양한 5G 시범 서비스를 시연하였다. 2018년 12월에는 서울을 포함한 수도권, 6대 광역시 주요 거점에서 B2B 중심의 동글 단말을 통해 5G 서비스를 개시하였다. 한국은 2019년 4월, 3.5GHz 저주파 대역에서 세계 최초로 5G 상용화하였으나, 3.5GHz 대역은 망이 불안정하고 커버리지가 작다. 또한 4G와 5G가 주파수를 공유하는 상태로, 즉 '비단독모드(Non-Standalone)'로, 5G 시스템에서 기대했던 성능을 발휘하지 못하였다.
1-1. 더 높은 주파수 대역을 이용하는 '밀리미터파' 기술
이동통신 사업자들은 '5G 이동통신 시스템'의 성능을 향상시키기 위해 '밀리미터파(Millimeter Wave)' 기술을 도입하고 있다. 기존의 4G 이동통신 시스템의 경우 3GHz 이하의 낮은 주파수 대역을 이용한다. 현재의 '5G 이동통신 시스템'은 '4G 이동통신 시스템'과 유사한 3.5GHz 주파수 대역을 이용하여 데이터를 전송한다. 현재의 5G 이동통신 시스템은 주파수 특성이 종래의 4G 이동통신과 유사해 시스템 구축이 쉽지만, 대략 100MHz 정도의 대역폭 만을 이용할 수 있는 한계점도 있다.
일반적으로 주파수 1GHz 이하를 저대역, 1~6GHz를 중대역, 24GHz 이상을 '고대역(고주파 대역)'으로 칭한다. '밀리미터파(Millimeter Wave)' 기술은 '밀리미터(mm)' 단위의 파장을 갖는 고주파 대역 '24~300GHz'을 이용하여 데이터를 전송하는 통신방식으로, 약 800MHz 이상의 대역폭을 이용할 수 있다. 밀리미터파 기술을 이용하면 넓은 대역폭을 이용할 수 있어 전송속도가 향상된다. 하지만 밀리미터파 대역의 주파수는 '회절성(Diffraction)'이 낮고, '경로 손실'이 높아 하나의 '기지국(Base Station)'이 커버할 수 있는 영역이 좁아 무선통신을 위해 사용되지는 못하였다.
밀리미터파를 무선 통신에 사용하기 위해 ITU-R의 표준화 그룹은 2017년에 밀리미터파 대역에서의 전파 전달 특성 표준 모델을 결정하는 등 상용화를 위한 연구를 계속하였다. 그리고 이에 기초하여 2019년 5월에 미국의 '버라이즌(Verizon)'사가 상대적으로 경로 손실이 낮은 28GHz 대역을 중심으로 밀리미터파 기술을 최초로 상용화하였다.
1-2. 순차적으로 적용되는 밀리미터파 기술
2020년 5월, '노키아(Nokia)'는 밀리미터파 기술을 이용하여 최대 4.7Gbps의 통신 속도를 달성했다고 밝혔으며, '퀄컴(Qualcomm)'은 밀리미터파 기술이 적용된 단말기용 모뎀칩을 발표한 바 있다. 삼성전자는 밀리미터파 기술이 적용된 갤럭시 S20 단말기를 미국에 출시하였으며, AT&T의 경우 39GHz의 밀리미터파 대역을 활용한 5G 플러스 서비스를 상용화하였다.
그러나 한국에 출시된 단말기들은 대부분 밀리미터파 기술을 이용할 수 있는 부품을 탑재하지 않고 있으며, 기지국도 밀리미터파 기술을 지원하지 않아 밀리미터파 기술을 사용할 수는 없다. 그러나 2021년부터 이동통신 사업자들과 장비 제조업체들은 '스마트 팩토리(Smart Factory)', '스마트 시티(Smart City)', '자율주행(Self-Driving)', '원격 의료(Telemedicine )', '재난 안전' 분야 등을 중심으로 밀리미터파 기술을 상용화하였다. 밀리미터파 기술이 전면적으로 상용화되기보다 'B2B(Business to Business)'나 '스몰셀(Small Cell: 일반적인 기지국보다 작은 영역을 책임지는 소형 이동통신 기지국)' 등을 이용해 특정 영역을 중심으로 하여 상용화한 것이다.
1-3. '밀리미터파' 기술 분류
이동통신을 위해 사용하지 않던 주파수 대역을 사용하기 위해 '안테나(Antenna)', '필터(Filter)' 등 새로운 'RF 소자(Radio Frequency Element)'를 개발하고 있으며, 경로 감쇄가 큰 단점을 극복하기 위해 '빔포밍(Beamforming)' 기술, '스몰셀(Small Cell)' 기술 등이 적용되고 있다.
| '밀리미터파' 기술 분류 | 세부 |
| RF 소자 기술 | 밀리미터파용 RF 프론트엔드 기술 |
| 밀리미터파용 RF 안테나 기술 | |
| 밀리미터파용 RF 필터 기술 | |
| 빔포밍 기술 | 빔포밍 기술 |
| 스몰셀 기술 | 스몰셀 기술 |
2. 밀리미터파용 RF 프론트엔드 기술
밀리미터파 대역의 'RF 프론트엔드(Radio Frequncy Front-end)'는 '전력증폭기(PA: Power Amplifier)', '저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)', 'Tx/Rx 스위치', '필터(Filter)' 등으로 구성된다. 종래에는 밀리미터파 대역을 고정 무선·위성 통신용으로 사용하였기에, 종래의 밀리미터파용 'RF 프론트엔드(RF Front-end)'는 이동통신에 사용하기에는 전력 소모와 크기 등의 측면에서 적합하지 않다.
- 전력 증폭기(PA: Power Amplifier): '전력 증폭기'는 단말 RF 전력 소모량의 상당 부분과 기지국 전체 전력 소모의 80% 이상을 차지하고 있어, RF 프론트엔드에서 PA 고효율화는 필수적이다.
- 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier): 밀리미터파 '저잡음 증폭기(LNA)'는 수신단의 첫 번째 증폭 회로로 동작하여 수신단 전체의 잡음 특성을 개선시킨다. 이때 LNA는 '저잡음 정합(Low Noise Amplify)'을 통하여 자체적인 잡음의 증가를 억제시키는데, 밀리미터 대역에서는 기생성분의 영향을 최소화하는 기술이 중요하다.
- 밀리미터파 스위치(Millimeter Wave Switch): '밀리미터파 스위치'는 'TDD(Time Division Duplexing)' 동작을 하는 시스템에서 안테나를 수신단과 송신단으로 구분하여 연결시켜주는 기능을 하며, 특히 밀리미터 대역에서는 통과 신호의 감소와 누설 신호의 증가를 해결하기 위한 기술이 필요하다.
3. 밀리미터파용 RF 안테나 기술
'밀리미터파 5G 기지국 및 중계용 안테나'는 20dBi 이상의 고이득을 가지는 안테나 형상을 요구한다. 고이득 안테나의 경우 통상 10도 이내의 반전력(3dB) 빔 폭을 가지는 것이 특징이며, 특히 '수평축(Azimuth)'과 '수직축(Elevation)'의 빔 폭에 대한 정밀한 설계·관리 및 성능의 검증이 필수적이다.
'기지국 및 중계기용 안테나 형상'은 패치 안테나를 배열한 PCB 기반 '평면 배열 안테나(Flat Array Antenna)', '렌즈 안테나(Lens Antenna)', '유전율 기반 레이돔 안테나', '반사체 안테나(Reflector Antenna)' 등이 활용된다. 현재 '삼성전자', '화웨이(Huawei)', '에릭슨(Ericsson)', '노크아(Nokia)', '퀄컴(Qualcomm)' 등 국내외 유수 대기업들이 '밀리미터파 5G 기지국 및 중계기용 안테나'를 개발하기 위해 주도적으로 참여하고 있다.
3-1. 삼성전자
'밀리미터파 5G 단말기용 안테나'는 삼성전자에서 세계 최초로 제안하여, 아래의 그림 A와 같은 밀리미터파 5G 상용화를 위한 표준 안테나 형상을 제시하였다. 이 연구에서 삼성전자의 안테나는 좌표가 수시로 변하는 단말의 특성상 편파 부정합에 의한 수신 감도 저하를 방지하기 위해, 고이득의 '팬 빔(Pen Beam)'을 2차원 공간에서 실시간으로 조향하고, '이중편파(DSB: Double Sideband)' 특성의 다중 안테나를 활용하여 데이터 채널을 2배 늘리는 안테나 형상을 제안하였다. 제안된 안테나는 아래의 그림 B와 같이 단말의 단축 외곽 상단에 이중편파 안테나가 각각 2개씩 위치하며, 상호 간섭이 억제되도록 직교하는 2개의 편파 특성을 포함한 종방향의 빔조향 방사가 이루어지도록 하였다.
3-1-1. 단말기용 안테나의 방사 소자
삼성전자에서 발표한 본 안테나의 '방사 소자(Radiating Element)'는 아래 그림 A와 같이 수평 편파 특성의 '메시 그리드 패치(Mesh Grid Patch)' 구조를 활용하였으며, 다층 PCB 형태의 패키지 기반 5G 1×16 배열 안테나로 연구를 수행하였다. 최종 제작된 안테나는 하이브리드 방식의 빔 포밍 위상 배열 구조를 채택하였으며, 빔조양 각도는 약 ±70˚이며, 스마트폰 상하부에 위치하면서 종방향에서 360˚ 빔을 대부분 커버 가능하다.
하지만 본 안테나는 단말의 위치 변화로, 편파 부정합에 의한 수신 감도가 저하되는 치명적인 단점이 있다. 그래서 이를 극복하기 위해 이중 편파 특성을 지원하는 다채널의 대용량 '위상 배열 안테나(Phased Array Antenna)'가 제안되었다. 전류 분포를 변화 유도한 수직 편파 특성의 '메시 그리드 패치(Mesh Grid Patch)' 구조를 추가 설계하였으며, 아래의 그림 A와 같이 수직-수평 편파 안테나 '방사 소자(Radiating Element)'가 서로 교차하는 형태로 단말의 위치 변화에 둔감한 대용량 '위성 배열 안테나(Phased Array Antenna)'를 구현하였다.
3-2. 퀄컴(Qualcomm)
'퀄컴(Qualcomm)'의 경우, 밀리미터파 5G용 'RF 칩셋'과 '안테나 모듈(Antenna Module)'을 모두 개발하여 해당 솔루션을 전 세계 단말 업체에 제공하며, 밀리미터파 5G용 RF 소자 기술을 선도하고 있다. '퀄컴'은 아래 그림과 같이 스마트폰 실장을 위한 '2×2 배열 빔형성' 및 '이중 편파 안테나 모듈'을 개발하였다. 이를 통해 밀리미터파용 모뎀칩, RF 전치단 회로 구성과 패키지 기반 안테나 모듈까지 모두 제조하여, 인체의 전파 차단에 취약한 밀리미터파 특성 개선에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 또한 '적응형 아날로그 빔 포밍'과 '빔추적/조향' 기술을 접목하여, 전파 음영 환경에서도 통신이 끊기지 않고 자유자재로 연결되는 기술도 제공하고 있다.
3-3. 포항공과대학교
'포항공과대학교(Pohang University of Science and Technology)'에서는 국내외 산학 연계 '컨소시엄(Consortium)'을 구성해 미래형 5G 스마트폰에 활용 가능한 세계 최초의 디스플레이 일체형 밀리미터파 5G 안테나를 개발하였다. 이 컨소시엄에는 'SK텔레콤', 'LG 전자', '삼성전자 반도체 사업부', 'Keysight Technologies', '동우화인템', '삼성코닝' 등이 참여하였다.
미관상 스마트폰의 디스플레이가 대면적화되어 '안테나(Antenna)'가 실장될 공간이 부족하였다. 하지만 개발된 디스플레이 일체형 안테나를 활용해 안테나 실장 공간 부족을 극복하고, 디스플레이 구동과의 상호 간섭 없이 안테나가 정상 구동하도록 상용화 가능성을 확보하였다. 구현 방법으로는 안테나 소자 패턴을 급전선로용 'FPCB(FLEXIBLE PCB)'와 '디스플레이 패널(Display Panel)' 위에 '등방성 전도성 필름(Isotropic Conductive Film)'으로 부착하여, 밀리미터파 빔 포밍 '위상 배열 안테나(Phased Array Antenna)'를 구성하였다. 또 개방 경계의 금속 더미를 안테나 방사체 주변에 추가하여, '터치패널(Touch Pannel)' 사용 시 노이즈에 의한 빛 번짐 현상인 시인성 문제를 해결하였다.
4. 밀리미터파용 RF 필터 기술
스마트폰에 쓰이는 필터의 종류는 크게 'BAW(Bulk Acoustic Wave)' 계열 필터와 'SAW(Surface Acoustic Wave)' 계열 필터로 구분된다. LTE 스마트폰에 주력으로 쓰인 필터는 SAW 필터이며, BAW 필터는 일부 플래그십 스마트폰에만 채택되어 왔다. BAW 필터는 ASP가 SAW 필터 대비 5배 이상 높아, 중저가 스마트폰에 탑재하기에는 원가 측면에서 부담스럽기 때문이다.
그러나 밀리미터파 주파수 대역에서는 BAW 필터가 SAW 필터 대비 넓은 대역폭에 대응할 수 있어, BAW 필터의 사용이 증가할 것으로 예상된다. 일반적인 SAW 필터가 대응 가능한 주파수 대역폭은 최대 2GHz 수준에 그치는 것으로 알려져 있다. 5Gd의 Sub-6GHz 혹은 '주파수(24GHz~100GHz)' 대역은 LTE보다 훨씬 더 넓은 대역폭을 이용하기 때문에 BAW 필터 탑재가 필수적이다.
SAW 필터는 '압전 물질(Piezo-Electric Materials)' 표면에 빗살 모양의 전극을 어긋나게 배치하여 '표면 탄성파(Surface Acoustic Wave)'를 발생시키고, 그 탄성파 주파수와 동조되는 특정한 주파수만을 통과시키고 다른 주파수는 감쇄시킨다. SAW 필터는 전극을 압전체 표면에 형성하기에 소형화에 한계가 있었고, 1.9GHz 이상의 고주파수 대역에서는 성능이 제한적이다. 반면 BAW 필터는 전극이 '압전체(Piezoelectric Materials)'의 상하부에 형성되어, 신호를 수직으로 필터링하기에 '소형화', '고주파수 대응', '전력 저감', '수신 감도' 등 다양한 측면에서 SAW 필터보다 우수하다.
5. 빔 포밍 기술
'빔포밍(Beam Forming)' 기술은 여러 개의 안테나를 이용하여 특정 방향으로는 큰 이득을 가지고, 다른 방향으로는 작은 이득을 가지는 '빔을 형성(Beam Forming)'하여 간섭의 영향을 줄이고, 통신 품질을 향상시키는 기술이다. '밀리미터파(Millimeter Wave)' 대역에서는 경로 감쇄가 심해 전파가 멀리 전파되지 않는다. 따라서 빔 포밍 기술을 이용하여 전파를 특정한 방향으로 집중하여 전송함으로써, 통신을 가능하게 할 수 있다.
5-1. 밀리미터파 대역을 사용함에 따라 'RF 빔포밍' 방식이 부활하였다.
'빔 포밍(Beam Forming)' 기술을 '기저대역(Baseband)' 신호에 복소수 가중치를 곱하여 신호의 진폭과 위상을 변화시키는 '디지털 빔 포밍(Digital Beam Forming)'과 RF 회로의 위상 천이기를 이용하는 'RF 빔포밍(RF Beam Forming)' 기법으로 구분될 수 있다. '디지털 빔포밍'은 보다 정교하게 빔포밍이 가능하다는 장점이 있으나, 안테나 별로 송수신기가 필요하여 하드웨어 구현이 어려워진다.
과거 이동통신의 경우, 성능을 높이는 방향으로 진화되었기 때문에 '디지털 빔 포밍' 기반의 'MIMO(Multple Input Multiple Output)' 기술을 사용하는 것이 당연시되었다. 하지만 '5G NR(5G New Radio)'에서 밀리미터파 대역의 주파수 사용을 시도함에 따라 '디지털 빔 포밍'을 사용하기에는 '송수신부의 물리적인 크기' 및 '전력소모의 양'의 문제가 존재했고, 이러한 단점을 극복하기 위해 단일 송수신기를 갖는 'RF 빔 포밍' 방식이 새롭게 부활하고 있다.
'RF 빔 포밍'의 경우, 동시에 만들어지는 빔이 1개이므로, 단말기와 빔을 일치시키는 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 그러나 밀리미터파 5G의 서비스 대상이 '핫 스팟(Hotspot)' 위주로 단말기의 수가 많지 않은 환경을 가정할 수 있으므로, NR phase 1에서는 'RF 빔 포밍'을 이용하는 것이 가능하다. 이에 5G NR phase 1 표준에서는 'RF 빔 포밍' 기술을 채용한 '빔 운영(Beam Management)' 기술을 정의하고 있다.
5-2. 5G NR에서의 빔 운영
5G NR에서는 빔운영을 위해서 '동기신호(SS: Synchronization Signal)' 블록이 정의된다. LTE의 경우 동기 과정에서 '하향 링크(Down-Link)'에서 무지향성으로 방송되는 2개의 '물리 계층(Physical Layer)' 신호인 'PSS(Primary Synchronization Signal)'와 'SSS(Secondary Synchronization Siganl)'가 사용된 것처럼, 5G NR에서는 SS 블록이 이 역할을 수행한다. SS 블록은 4개의 'OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)' 심볼로 구성되며, 최적의 빔 포밍을 위해 'PSS(Primary Synchronization Signal)', 'SSS(Secondary Synchronization Siganl)', 'PBCH(Physical Broadcast Channel)'로 구성된다.
LTE 표준에서는 'PSS', 'SSS', 'PBCH'를 5msec마다 한번 전송한 것과 비교하여, 5G NR 표준에서는 5msec 동안 SS 블록을 최대 64번 전송할 수 있다. 다수의 SSB는 5msec 시간 내에 서로 다른 전송 빔으로 전송되며, 단말은 전송에 사용되는 특정 하나의 빔을 기준으로 볼 때 20msec의 주기마다 SSB가 전송된다고 가정하고 빔을 검출한다. 5msec 시간 내에서 SS 블록을 사용하는 빔의 개수는 주파수 대역이 높을수록 큰 값을 사용할 수 있다. 3GHz 이하에서는 최대 4개의 SSB 전송이 가능하며, 3~6GHz까지의 주파수 대역에서는 최대 8개, 6GHz 이상에서는 최대 64개의 서로 다른 빔을 사용하여 SS 블록을 전송한다.
5G NR 기지국인 gNB와 단말UE 간의 초기 접속 과정은 아래 그림과 같다. 기지국은 '동기신호(SS)' 블럭을 각 빔별로 전송하는 '빔 스위핑(Beam Sweeping)' 과정을 진행한다. UE는 수신된 신호의 수신 전력을 측정하는 'Beam Measurement' 과정을 거치는데, 이 때 'RSRP(Reference Signal Received Power)', 'RSSI(Received Signal Strength Indicator)', 'SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)' 등을 이용한다. 단말기는 Beam Etemination 과정을 통해 최적의 빔 방향을 가지는 SS 블록을 찾아낸다. 마지막으로 Beam Reporting 과정을 통해 UE는 검출된 SSB와 연결된 랜덤 접속 채널 자원을 통해 '프리앰블(Preamble)'을 전송함으로써, 어떤 빔을 통해 송수신을 수행할지에 대한 정보를 간접적으로 기지국과 주고받게 된다.
6. 스몰셀 기술
6-1. 5G에서 스몰셀의 이점
'스몰셀 기지국(Small Cell Base Station)'은 통상 수 km 광대역 '커버리지(Coverage)'를 지원하는 '매크로 셀(Macro Cell)'과는 달리 10~수백m 정도의 커버리지를 갖는 기지국을 말한다. 5G에서 스몰셀은 실내에서 '네트워크 용량', '밀집 지역의 지원', '커버리지'를 증대할 수 있다는 점에서 매우 중요한 의미를 가진다.
아래의 그림에서는 5G에서 '스몰셀'이 중요한 이유를 보여준다. 먼저 5G에서는 보다 많은 용량을 지원하기 위하여, 보다 촘촘한 네트워크를 구성해야 하며 이때 '스몰셀'이 유용하게 사용된다. 스몰셀을 이용하면 기지국으로부터 가깝거나 가시거리 내에 있는 단말기들로 데이터를 전송할 수 있으며, 해당 주파수는 단말기들과 간섭을 일으키지 않는 다른 스몰셀에서 재사용될 수 있다. 단말기가 스몰셀의 영역을 이탈하면, 일반적인 5G 이동통신 서비스를 이용하거나 4G 이동통신 서비스를 이용할 수도 있다.
또한 '스몰셀(Small Cell)'은 '매크로 셀(Macro Cell)'에 비하여 설치가 용이하여, 짧은 시간에 보다 넓은 '커버리지(Coverage)'를 구축할 수 있다. 5G에서는 6GHz 이상의 주파수를 지원하기 위하여 셀의 크기를 줄여야 하며, 스몰셀의 특성상 낮은 출력의 공유 주파수를 활용할 수 있어서, 보다 많은 대역폭을 지원할 수 있는 장점을 갖는다.
6-2. 스몰셀은 '기능 분할'로 다양한 형태로 구성 가능
스몰셀은 5G RAN의 모든 기능을 수행하는 단독 기지국 구조 외에 '아래 그림의 구성예와 같은 '기능 분할(Functional Split)'을 적용해서 다양한 형태로 구성이 가능하다. 한 가지 예로 CU는 제어 기능과 사용자 평면의 PDCP의 기능을 수행하고, DU는 하위 계층을 구성하거나 두 개의 유닛으로 분리해 RLC에서 PHY-H까지 기능을 수행하는 유닛과 PHY-L과 RF를 구성하는 유닛으로 분리하여 구성할 수 있다.
7. '밀리미터파' 관련 기업
7-1. 버라이즌(Verizon)
- 국적: 미국
미국의 통신업체 '버라이즌(Verizon)'은 2017년 5월, 업계 최초로 서로 다른 제조사가 제작한 '이동통신 시스템(Mobile Communication System)'을 이용한 5G 통신 시험을 성공리에 수행하였다. 또한 2018년 10월부터 5G 기반의 '고정형 무선접속(FWA: Fixed Wireless Access)' 서비스인 '5G Home'을 제공하고 있다. '아이폰 12(iPhone 12)'의 경우, 밀리미터파 주파수를 이용할 수 있는 RF 부품 등을 탑재하고 있다.
7-2. 퀄컴(Qualcomm)'
- 국적: 미국
'퀄컴(Qualcomm)'은 미국의 이동통신용 반도체 제조 기업이다. '퀄컴'은 기저대역 신호를 처리하는 '모뎀(MODEM)'에서 절대적인 경쟁력을 가지고 있으나, 고주파 신호를 처리하는 RF칩의 경쟁력은 상대적으로 낮은 수준에 머물러있다.
그러나 퀄컴은 밀리미터파 기술의 상용화에 맞춰 RF 칩의 경쟁력을 크게 강화하였다. 퀄컴은 2020년에 미국 정부로부터 중국의 '화웨이'에 대해 5G 통신용 반도체를 판매하지 못한다는 내용의 행정 명령을 받았으나, 화웨이의 수요는 다른 경쟁기업이 충분히 대신할 수 있을 것으로 판단되어 큰 영향을 없을 것으로 예상된다.
7-3. 코보(Qorbo)
- 국적: 미국
'코보(Qorbo)'는 1991년에 'RF 마이크로 디바이스(RF Micro Devices)'에서 시작해 '트라이퀀트(Triquant)', '텍트로닉스(Tektronix)', '데카웨이브(Decawave)' 등을 인수하면서 'RF(Radio Frequency)' 설계 능력과 제조 능력 모두를 확보한 '종합 반도체(IDM: Integrated Device Manufacturer)' 기업이다. '코보(Qorbo)'는 '우주', '방산' 등 수백 GHz의 초고주파에 쓰이던 RF 부품에만 주력했었지만, 2013년에 들어 이동통신 시장에 뛰어들었다. RF는 신호 대역별로 특성이 상이하고, 반복 실험을 거듭하면서 조건을 다시 설정하고 설계를 진행하기 때문에 노하우를 보유한 엔지니어들이 필요하다. 또한 밀리미터파 기술에 있어 오랜 노하우를 가진 엔지니어들을 보유한 코보는 두각을 나타낼 수 있을 것으로 예상된다.
7-4. 삼성전자
- 국적: 한국
- 특징: 단말기와 시스템의 리더십 확보
'삼성전자'는 '이동통신 단말기(Mobile Communication Terminal)', '이동통신 시스템(Mobile Communication System)'을 제조하는 통신장비 제조업체이다. '이동통신 단말기'의 경우, 출시 대수를 기준으로 2019년 기준 세계 1위를 기록하였다. 삼성전자는 이동통신 시스템의 경우도 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 강력한 경쟁자였던 '화웨이(HUAWEI)'가 미국의 제대로 인해 주춤하자 시장점유율을 높여가고 있다.
삼성전자는 '밀리미터파(Millimeter Wave)' 기술이 적용된 기지국용 RF 칩을 자체 개발하였으며, 2020년 4월에 실험실에서는 이미 28GHz 대역에서 8.5Gbps의 다운로드 속도를 구현하였다. 뿐만아니라, 미국에서는 밀리미터파 기술이 적용된 단말기 '갤럭시 S20'을 출시하기도 하였다. 삼성전자는 '밀리미터파' 기술이 적용된 기지국 장비 등도 개발 완료하였으며, '버라이즌(Verizon)' 등 해외 이동통신 사업자와 함께 해당 기지국을 테스트하였따.
7-5. SK텔레콤
- 국적: 한국
- 특징: 밀리미터파 서비스의 선두주자
한국의 통신사 'SK텔레콤(SK Telecom)'은 2019년에 세계 최초로 5G 이동통신 서비스를 상용화한 바 있다. 'SK 텔레콤'은 5G 이동통신 서비스를 개선하기 위해 밀리미터 기술을 적극 도입하고 있으며, 삼성전자와 함께 밀리미터파 기술의 활용 가능성을 검증하고, 밀리미터파 기술을 활용한 새로운 서비스 개발에도 착수하였다.
'SK 텔레콤'은 밀리미터파 기술을 이용하여 '핫스팟(여러 사람이 함께 이용하는 와이파이 구역)'이나 '스몰셀(Small Cell)'을 커버하는 계획을 수립하였다. 그리고 초기에는 'B2C(Business to Consumer)' 서비스보다는 'B2B(Business to Business)' 서비스를 위주로 사업을 진행하려고 하고 있다.
7-6. 케이엠더블유(KMW)
- 국적: 한국
'케이엠더블유(KMW)'의 주요 제품군은 'RF 시스템류', 'RF 안테나류', 'RF 필터류'로 구성되어 있다.
- RF 시스템류: 'RF 시스템류'는 무선통신 기지국의 무선 신호 처리 부문으로, 디지털 신호를 주파수 대역에 따라 RF 신호로 변환하여 송수신하는 장비류이다. 접속망과 Handset을 무선으로 연결·제어하는 'RRH(Remote Radio Head)', RRH와 안테나가 결합된 'RRA(Remote Radio Antenna)' 등 이동통신 기지국용 송수신 장비가 여기에 속하며, 안테나와 인접하게 설치되어 수신 성능 향상이 가능하다.
- RF 안테나류: 'RF 안테나류'는 '멀티 포트 안테나(Multi-Port Antenna)', 'MMR 안테나(Massive MIMO Radio Antenna)' 등 송수신 전송 속도가 향상된 다중 안테나 제품이다. '케이엠더블유'의 대표적인 'RF 안테나류' 장비로 'ASS(Active Antenna System)'이 있으며, 이는 안테나 소자마다 송수신 모듈을 장착한 기지국 송수신 장비이다. 단말에서 안테나 개수가 제한되는 문제점을 해결하기 위해, 기지국에서 단말로 방사되는 안테나 빔 스트림의 패턴을 조정하고 간섭이 없도록, 신호를 조정하는 '빔 형성(Beam Forming)' 기술이 적용되었다. 자유로운 '빔 성형' 및 '셀 분할' 기능으로, 이동통신 네트워크를 최적화할 수 있는 제품이다. 안테나 소자마다 장착된 송수신 모듈의 위상 및 파워를 조절할 수 있어, 자유로운 빔 성형이 가능하기 때문에, 다양한 환경에 적합한 안테나 빔 성형을 통한 '망 최적화(Network Optimization)'가 가능하다.
- RF 필터류: 'RF 필터류'는 주파수 영역에 따라 신호를 필터링하는 필터와 증폭하는 증폭기가 여기 속한다. '케이엠더블유'는 1개의 공진기를 이용하여 3차원 축 방향으로 상호 독립적인 3개의 공진을 만드는 'Triple-Mode' 기술을 상용화했으며, 이를 통해 고성능을 필터를 제조하고 있다. '케이엠더블유'는 지속적인 연구 개발을 통해 타사 대비 소형화 및 경량화를 추진하고 있으며, 장기간 축적된 필터 및 증폭기 기술 노하우를 보유하고 있다.
7-7. 와이솔(wisol)
- 국적: 한국
'와이솔(wisol)'은 휴대폰에 사용되는 RF 모듈 부품의 하나인 SAW Filter와 '송수신 전환기(Duplexer)'를 생산하고 있으며, 특히 반도체 소자에 집적하는 'RF(Radio Frequency)' 모듈 부품의 개발에 주력하고 있다. 아울러 사업 다각화를 시도하면서 기존 2G·3G·4G용 휴대폰 단말기용 부품 위주에서 '5G용 SAW 제품' 및 'RF 모듈 부품'으로 전환하고, '스몰셀(Small Cell)' 등의 소형 중계기와 전장용 제품도 개발하고 있다. '와이솔' 사가 진행하고 있는 RF 모듈 부품 사업은 초기에는 단순 제조 중심에 그쳤으나, 최근에는 휴대폰 개발 단계에서부터 참여하여 수요처 요구 사항에 맞춰 스마트폰 크기별 맞춤형 모듈 부품 개발도 진행하고 있다.
'와이솔'은 고정밀 기술이 요구되는 RF 핵심기술을 자체 개발에 의해 보유하고 있으며, 보유기술을 바탕으로 다양한 RF 신규 개발·적용하고 있다. 도한 '와이솔'은 공정개선을 통한 소형화 모듈 개발에도 집중하고 있다. 일례로 '와이솔'의 주요 단일 부품으로써 Saw Filter 중 하나인 Single Filter는 입력된 여러 주파수 성분 중 원하는 주파수 대역만을 통과시키고 나머지 대역은 감쇄시켜주는 RF 모듈 부품이고, MultiPlexer Filter는 주파수 대역을 동시에 2가지 이상을 사용하여 지원하는 RF 부품으로 집적화된 부품이다.
7-8. 이노와이어리스
- 국적: 한국
'이노와이어리스(Innowireless)'의 주요 제품군 중 '무선망 최적화 제품'은 무선망에서 전파 불량지역 및 음영지역을 찾아내고, 음성 및 데이터 서비스 품질을 실시간으로 측적하고 분석하는 솔루션이다. '빅데이터 제품군'은 통신망에서 발생하는 모든 데이터를 동시에 수집 및 분석하고 사용자가 원하는 다양한 형태로 자료를 통계화하여, 통신망 운용·관리의 효율성을 높일 수 있는 제품이다. 또한 '통신 T&M 제품군'은 기지국의 효율적인 관리를 위해 기지국의 품질 상태를 감시하거나 통신망의 유지 보수를 위해 사용하고, 이동통신 서비스 성능과 운용 효율성 향상을 위한 네트워크 시험에 사용된다. '스몰셀 제품군'은 인접 통신망의 트래픽 부하를 감소시켜 통신 품질 향상을 위해 사용되고 있다.