대량 다중 입출력(Massive MIMO)
0. 목차
- 기대수준에 미치지 못하는 5G 이동통신 기술
- 기지국, 중계기 안테나 기술
- 단말기용 안테나 기술
- RF 수동 소자 기술
- 신호 처리 기술
- 채널 추정 기술
- 간섭 제거 기술
- 'Massive MIMO 기술' 관련 기업
1. 기대수준에 미치지 못하는 5G 이동통신 기술
'이동통신' 산업은 고정된 지점에 설치되어 통신서비스를 제공하는 '유선전화', '유선인터넷' 등과는 달리, '이동통신 시스템'을 이용하여 사용자가 자동차 등의 탈것을 이용하거나, 도보로 이동하면서 통신할 수 있도록 서비스를 제공하는 산업이다. 2011년경 상용화된 4G 이동통신의 경우, '데이터 전송률', '주파수 효율' 등의 측면에서 이용자 및 이동통신 사업자의 요구에 미치지 못해 2019년부터는 5G 이동통신 시스템이 상용화되었다.
'국제전기통신연합(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 초가 5G 가입자들은 현재 상용화된 5G 이동통신 시스템의 성능을 체감하지 못하였다.
1-1. 밀리미터파 기술 도입과 그 한계
이동통신 사업자들은 5G 이동통신 시스템의 성능을 향상시키기 위해 밀리미터파 기술을 도입하고 있다. 기존의 4G 이동통신 시스템의 경우, 3GHz 이하의 낮은 주파수 대역을 이용한다. 초기의 5G 이동통신 시스템은 4G 이동통신 시스템과 유사한 3.5GHz 주파수 대역을 이용하여 데이터를 전송했다. 초기의 5G 이동통신 시스템은 주파수 특성이 종래의 4G 이동통신과 유사해 시스템 구축이 쉽지만, 대략 100MHz 정도의 대역폭 만을 이용할 수 있는 한계점이 있었다.
한국은 2019년 4월, 3.5GHz 저주파 대역에서 세계 최초로 5G를 상용화하였으나, 3.5GHz 대역은 망이 불안정하고 커버리지가 작다. 또한 4G와 5G가 주파수를 공유하는 상태 '비단독모드(Non-Standalone)'로, 5G 이용 중 주파수 자원이 부족해지면 4G로 전환된다.
'밀리미터파(Millimeter Wave)' 기술은 '밀리미터(mm)' 단위의 파장을 갖는 '고주파 대역(30~300GHz)' 의 주파수 대역을 이용하여 데이터를 전송하는 통신 방식으로 약 800MHz 이상의 대역폭을 이용할 수 있다. 밀리미터파 기술을 이용하면 넓은 대역폭을 이용할 수 있어 전송속도가 향상되나, 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.
1-2. Massive MIMO 기술의 적용
'경로 손실'이 높다는 밀리미터파의 단점을 보완하기 위해, 밀리미터파 주파수 대역에서 '대량 다중 입출력(Massive MIMO)' 기술을 적용하는 방안이 연구되고 있다. MIMO는 Multi Input Multi Output의 약자로, 기지국과 단말기가 서로 여러 개의 안테나를 이용하여 데이터를 송수신하는 기술을 말한다.
'MIMO(Multi Input Multi Output)' 기술은 종래의 '배열 신호 처리 (Array Signal Processing)' 기술과 '공간 다중화(Spatial Multiplexing)' 기술을 결합한 것으로, 이미 4G 이동통신 시스템 등에 일부 적용된 기술이다. 다만, 종래의 MIMO 기술은 4개 정도의 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 것으로 종래의 '안테나', 'RF 변환 장치' 등을 크게 개선하지 않고도 적용 가능하였다.
그러나 Massive MIMO 기술은 기지국에는 수백 개의 안테나를, 단말기에는 수십~수백 개의 안테나를 밀집하여 배치하는 것을 가정하고 있다. 이에 Massive MIMO 기술의 특성을 고려한 새로운 '안테나', 'RF 부품' 등의 개발이 필요하다. Massive MIMO 기술을 이용하면, 여러 개의 안테나를 이용하여 신호를 특정 방향으로 집중하여 전송하거나 원하는 방향으로부터 수신되는 신호를 제외한, 간섭 신호를 차단할 수 있어 도달거리가 짧은 밀리미터파 기술의 단점을 보완할 수 있다.
2. 기지국 및 중계기용 안테나 기술
Massive MIMO 기지국 및 중계기 안테나는 '빔 포밍(Beam Forming, 빔 형성)'이 가능한 '위상 배열 안테나 시스템(Phased Array Antenna System)'으로 구성된다. 일반적인 '위상 배열 안테나 시스템'은 'RFIC 회로', '전치단 회로(위상천이기, 전력증폭기)', '급전부 회로(Feeder Circuit)', '배열 안테나 방사 소자(Array Antenna Radiating Element)'로 구성되며 타일 형태로 집적된다.
'수동 소자(Passive Element)' 중에서 '급전부 회로(Feeder Circuit)', '배열 안테나 방사 소자(Array Antenna Radiating Element)'는 '위상 배열 안테나'의 '이득', '빔조향 각도', '빔 폭(Beam Width)' 등 주요 안테나 성능을 크게 좌우할 수 있다. 특히 저손실 급전부 회로, 고이득 배열 안테나 방사 소자 설계·집적·측정은 '위상 배열 안테나'의 이득과 배열 개수에 따른 확장성과 연관된 가장 중요한 핵심 기술이다.
'대량 다중 입출력(Massive MIMO)' 기지국 및 중계기 안테나는 20dBi 이상의 고이득을 가지는 안테나 형상을 가질 것으로 예상되며 '설치 공간', '셀 커버리지', '설치 예산' 등에 따라 구체적인 형상이 선택될 수 있다. 고이득 안테나의 경우, 통상 10도 내외의 반전력 '빔 폭(Beam Width)'을 가지는 것이 특징이며, 특히 수평축과 수직축의 '빔 폭'에 대한 정밀한 '설계', '관리', '성능 검증'이 필수적이다.
'기지국 및 중계기용 안테나' 형상은 패치 안테나를 배열한 'PCB 기판 평면 배열 안테나', '렌즈 안테나(Lens Antenna)', '유전율 기반 레이돔 안테나', '반사체 안테나' 등이 활용된다. 현제 '삼성전자', '화웨이(HUAWEI)', '에릭슨(Ericcsoon)', '노키아(Nokia)', '퀄컴(Qualcomm)' 등 국내외 유수의 기업들이 Massive MIMO 기지국 및 중계기용 안테나를 개발하기 위해 연구개발에 집중하고 있다.
3. 단말기용 안테나 기술
Massive MIMO 단말기용 안테나는 삼성전자에서 세계 최초로 제안하여, 아래의 그림 A와 같은 표준 안테나 형상을 제시하였다. 삼성전자는 좌표가 수시로 변하는 단말기의 특성상 편파 부정합에 의한 수산 감도 전하를 방지하기 위해, 고이득의 '펜 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 단말기의 단축 외곽 상단에 이중편파 안테나가 각각 2개씩 위치하며, 상호 간섭이 억제되도록 직교하는 2개의 편파 특성을 포함한 종방향의 빔조향 방사가 이뤄지도록 하였다.
3-1. 단말기용 Massive MIMO 안테나의 방사 소자
삼성전자가 공개한 안테나의 '방사 소자(Radiating Element)'는 수평 편파 특성의 '메시 그리드 패치(Mesh Grid Patch)' 구조를 활용하였으며, 다층 PCB 형태의 패키지 기반 1×16 배열 안테나로 구성되었다. 제작된 안테나는 하이브리드 방식의 빔 포밍 위상 배열 구조를 채택하였으며, 빔조향 각도는 약±70도이며, 스마트폰 상하부에 위치하면서 종 방향에서 360도 빔을 대부분 커버할 수 있다.
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.
4. 'RF 수동 소자' 기술
'대량 다중 입출력(Massive MIMO)' 기술이 적용될 '밀리미터파(Millimeter Wave)' 대역은 경로 손실이 크게 증가하여, 전파 음영지역을 제거하는 별도의 'RF 수동 소자(RF Passive Element)'가 필요하다. '경로 손실 보상' 및 '전파 음영지역 제거'를 위해 '렌즈(Lens)', '반사체', '변조기(편파, 주파수, 진폭, 위상)' 등의 '중계형 RF 수동 소자'가 효율적으로 배치 및 활용되어야 한다.
최근에는 밀리미터파 대역의 '수동 소자(Passive Element)' 중에서 '편파 변조기(Polarization Modulator)'가 주목을 받고 있다. 특히 근거리장에서 일차원 Fresnel Zone Plate를 활용하여 '선형 편파(Linearly Polarized Wave)'를 가진 전파를 24~40GHz 내에서 원형 편파로 변환시킴과 동시에 22도 빔조향 기능까지 갖춘 '편파 변조기'가 개발되었다. 개발된 '편파 변조기'는 아래의 그림과 같이 입사되는 편파에 '보강' 또는 '상쇄 간섭'을 일으켜, 전자기적으로 개방 및 단락되는 특성을 가진다. 이러한 전자기적 특성을 활용해 '두 직교 편파 성분(수직·수평 편파)'에서 모두 1dB 이내의 삽입 손실을 가진다. 또한 두 직교 편파 간에 dB 이내 진폭 차이와 90도 위상 차이를 가져 '선형 편파'에서 '원형 편파'로 변환됨을 알 수 있다.
5. 신호처리 기술
'대량 다중 입출력(Massive MIMO)' 기술이 적용되면, 복수의 안테나를 이용하여 수신한 복수의 신호들이 생성된다. 이 신호들을 적절히 처리하여 전송 장치가 전송한 오리지널 신호를 복원할 수 있는 '신호처리 기술(Signal Processing Technology)'도 Massive MIMO 기술의 한 종류로 분류된다.
5-1. '빔 포밍' 기술
'빔 포밍(Beam Forming, 빔 형성)' 기술은 여러 안테나를 이용하여 특정 방향으로 큰 이득을 주어 전송 장치가 전송한 오리지널 신호를 수신하고, 다른 방향으로는 작은 이득을 주어 간섭 장치가 전송한 간섭 신호의 영향을 배제하는 신호처리 기술이다. '빔 포밍(Beam Forming)'은 공간 영역에서의 '선형 필터링(Linear Filtering)'으로 해석될 수 있다. '안테나 어레이(Antenna Array)'의 기하학적 구조에 의해 고주파 신호는 서로 다른 시간에 각각의 안테나 소자에 도달하게 되고, 이는 서로 다른 수신 신호 사이에 '위상 천이(Phase Shift)'를 유발하게 된다. 만약 신호의 방향을 알 수 있다면, 고주파 신호의 위상 차이는 수신 신호들을 더하기 이전에 '위상 이동기'나 '지연 소자'를 사용하여 보상될 수 있을 것이다. 그 결과, 위상 조정된 어레이의 전체 '안테나 패턴'은 신호의 방향으로 최대가 될 것이다. '안테나 패턴(Antenna Pattern)'이란 안테나에서 방사되는 전자파가 각 방향으로 어느 정도 방사되고 있는가를 표시한 곡선도를 말한다.
전송된 신호의 전파 경로 방향을 수신기에서 알고 있다면, '빔 포밍(Beam Forming)' 기술을 이용하여 수신기 '빔 패턴(Beam Pattern)'을 전파 경로 방향을 향하도록 조정함으로써, 'SNR(Signal to Noise Ratio)' 이득을 얻을 수 있다. 이러한 SNR 이득을 '안테나 이득(Antenna Gain)' 혹은 '어레이 이득(Array Gain)'이라고 한다. 만약 송신기에서 전파 경로 방향을 알고 있다면, 해당 방향으로 송신 전력을 집중함으로써 원치 않는 방향으로의 전력 소모를 줄일 수 있다. 송수신기 '빔 포밍(Beam Forming)' 기술은 '동일 채널 간섭(CCI: Co-Channel Interference)'를 억제하기 위하여 다중 사용자 환경에서 적용될 수 있다. 송신기에서 각 사용자는 동일채널 사용자들의 방향으로는 '널(Null)'이 있고, 원하는 전송 방향으로는 높은 지향성이 있도록 '빔 패턴(Beam Pattern)'을 조정함으로써, 다른 동일채널 사용자들에 대해 '신호 대 간섭 및 잡음 비율(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)' 뿐만 아니라 원하는 사용자에 대한 SNR도 향상된다.
수신기에서도 다른 동일 채널 사용자들의 방향이 무효화되고 원하는 수신 방향이 향상되도록 빔 패턴을 조정함으로써, 각 사용자는 자신의 수신 '신호 대 간섭 및 잡음 비율(SINR)'을 향상시킬 수 있다. '동일 채널 간섭(CCI)' 제거를 위해 '스마트 안테나(Smart Antenna)'를 사용함으로써 동일 주파수 대역에 있는 다수의 동일채널 사용자들을 조정할 수 있는데, 이러한 개념을 '공간 분할 다중화(Space-Division Multiple-Access)'라고 한다.
5-2. '공간 다이버시티' 기술
'공간 다이버시티(Space Diversity)' 기술은 '다이버시티(Diversity)' 및 '부호화 이득(Coding Gain)'을 통하여 오류 성능 향상으로 한느 신호처리 기술의 일종이다. '다이버시티 수신(Diversity Reception)'은 '단일 송신 안테나(Single Transmit Antenna)'와 '다중 수신 안테나(Multiple Receiving Antenna)'를 사용하고 수신 신호들을 결합하여 '다이버시티'를 얻는다.
'주파수 평탄(Frequency Flat)' 페이딩 환경의 경우, 완벽한 채널 정보를 알 때 결합기 출력의 SNR을 최대화하는 관점에서 최적 결합 방식은 '최대비 결합(Maximum Ratio Combining)'이다. 준최적 결합 방법들로 수신 신호들을 더하는 '동일 이득 결합(Equal Gain Combining)'과 최대 순시 SNR을 갖는 수신 신호만을 선택하는 '선택 다이버시티(Selection Diversity)'가 있다. 이들 모두 수신 안테나 개수에 대해서 최대 다이버시티를 달성한다.
'송신 다이버시티(Transmit diversity)'는 중복된 신호들을 다수의 송신 안테나들을 통하여 전송함으로써, '다이버시티(Diversity)' 및 '부호 이득(Coding Gain)'을 얻는다. '시공간 부호(Space-Time Coding)' 기법의 기본적인 구조는 아래의 그림과 같다. '시공간 부호화기(Space-Time Encoder)'에서 중복된 신호의 전송을 위한 '전처리(Preprocessing)'가 수행되고, 수신기에서는 '시공간 검출기(Space-Time Detector)'에 의해서 검출된다.
'다중 안테나 기술'은 '다수의 분산 송신 노드' 혹은 '수신 노드'들이 협력하여 송수신을 수행하는 '협력 무선 네트워크(Cooperative Wireless Network)'를 구성하는 데도 사용될 수 있다. '협력 무선 네트워크(Cooperative Wireless Network)'는 '센서 네트워크(Sensor Network)', '공공 안전', '군사용 응용분야'에서 활용될 수 있으며, '셀룰러 네트워크(Cellular Network)'와 같은 계층적 형태의 네트워크에도 활용될 수 있다. '네트워크 노드(Network Node)'들이 안테나들을 공유하여 가상의 '안테나 어레이(Antenna Array)'를 구성할 수 있다. 따라서 '단일 안테나'를 가진 노드들이 서로 협력하여 '가상 MIMO(Virtual MIMO)'를 구성함으로써, 기존 MIMO 시스템이 제공할 수 있는 이득을 얻을 수 있다. 또한 이러한 노드들이 서로 협력하여 '분산 시공간 부호화(Distributed Space-Time Coding)'하는 '협력 다이버시티(Collaborative Diversity)' 기법을 사용할 수 있다.
5-3. '공간 다중화' 기술
'공간 다중화(Spatial Multiplexing)' 기술은 전송할 데이터들을 Mro의 서브열들로 나누고, 이들을 동일한 주파수 대역에서 서로 다른 M개의 송신 안테나들로 동시에 전송하는 기술이다. 수신기에서는 전송된 신호를 '간섭 제거 알고리즘(Interference Cancellation Algorithms)'을 사용하여 분리한다.
'주파수 평탄(Frequency Flat)' 페이딩 환경의 경우, '제로포싱(ZF: Zeroforcing)'이나 'MMSE(Minimum Mean Squared Error)'를 기반으로 하는 선형 검출 알고리즘들이 낮은 복잡도를 갖지만 성능이 미흡하다. 반면, '최대 우도(ML: Maximum-Likelihood)' 기반의 수신기는 성능은 우수하나, 송신 안테나 개수와 변조 차수가 증가함에 따라, 검출 복잡도가 지수적으로 증가하는 문제점이 있다.
6. 채널 추정 기술
'빔포밍(Bema Forming)' 등 각종 신호처리 기술을 적용하기 위해서는 송신기로부터 수신기까지의 채널 상태를 파악해야 한다. Massive MIMO 기술의 경우, '복수의 송신 안테나' 및 '복수의 수신 안테나'를 이용하므로, 각 안테나 사이의 채널을 모두 정확히 파악해야 각종 신호처리 기법을 적용할 수 있다.
종래의 4G LTE 시스템에서는 각 셀마다 달리 결정되는 'CRS(Cell-Specific Reference Signal)'을 이용하여, 셀 내의 단말기들이 기지국으로부터 단말기까지의 채널을 추정할 수 있다. 그러나 CRS는 망 구성의 유연성을 제한하며, 에너지 비효율적이고, 6GHz 이상의 고주파 영역에 적용하기 어렵다. 이를 보완하기 위해 'DM-RS(DeModulated Reference Signal)', 'TRS(Tracking Reference Signal)', 'CSI-RS(Channel State Information Reference Signal)', 'PT-RS(Phase Tracking Reference Signal)' 등의 새로운 '기준 신호(Reference Signal)'를 도입하여 서로 다른 주파수 대역과 다양한 시나리오에 대응할 수 있도록 하였다.
7. 간섭 제거 기술
Massive MIMO에서 각 기지국의 안테나는 동일한 동일한 '시간', '주파수', '코드 자원'에서 사용자의 '공간 다중화(Spatial Multiplexing)'에 사용된다. 각 사용자에게는 '원하는 신호에 대한 이득'과 '사용자 간의 간섭' 간에 균형을 맞추기 위한 전용 빔이 할당된다. '비직교 다중 접속(NOMA: Non-Orthogonal Multiple Access)' 기술은 수신단에서 순차적 간섭 제거를 이용하여 동일한 시간과 주파수 대역을 동시에 사용하는 기술로, 사용자가 간섭을 최소화할 수 있는 Massive MIMO 기술과 결합하는 경우 통신 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 기술이다.
MIMO-NOMA 시스템은 2개의 '클러스터(Cluster)'에 각 2명의 사용자로 구성되며, 각각의 사용자는 1개의 안테나를 사용한다. 클러스터 내 간섭을 억제하기 위해 '순차적 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation)'는 각 클러스터 내에 수행되며, 클러스터 간 간섭을 억제하기 위해 '빔포밍(Beam Forming)'을 이용한다. MIMO-NOMA 시스템은 주파수 성능 향상을 달성할 수는 있으나 '빔포밍(Beam Forming)', '전력 할당', '사용자 클러스터링(User Clustering)', 'SIC 순서 문제' 등에 있어 연구들이 계속되고 있다.
8. 'Massive MIMO 기술' 관련 기업
8-1. 버라이즌(Verizon)
- 국적: 미국
미국의 이동통신업체 '버라이즌(Verizon)'은 2018년 10월부터 5G 기반의 '고정형 무선접속(FWA: Fixed WIreless Access)' 서비스인 '5G Home'을 제공하고 있어 비교적 초기부터 5G 서비스를 제공하고 있다.
'버라이즌(Verizon)'은 삼성전자로부터 2.5Ghz 주파수 대역의 Massive MIMO 장비를 도입하여 '고용량 영상 스트리밍', '초고속 다운로드', '모바일 게임(Mobile Game)', '증강현실(AR)', '산업용 통신의 확장'에 이용할 수 있도록 '필드테스트(Field Test)'를 진행하였다.
8-2. 스프린트(Sprint)
- 국적: 미국
미국의 이동통신업체 '스트린트(Sprint)'도 '삼성전자'로부터 5G 이동통신 장비를 구매하였다. 스프린트는 이미 4G 이동통신에서도 삼성전자의 장비를 구매한 바 있다. 삼성전자의 Massivie MIMO 기술은 스프린트의 4G, 5G 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
8-3. 에릭슨(Ericsson)
- 국적: 스웨덴
'에릭슨(Ericsson)'은 스웨덴의 통신 장비 제조사이다. '에릭슨'은 2017년에 세계 최초로 Massive MIMO 기술을 지원하는 기지국을 개발하였다. '에릭슨'은 'NTT도코모(NTT DOCOMO)'와의 협업을 통해 Massive MIMO를 통한 데이터 통신에 성공하였으며, 다른 이동통신사와도 '필드테스트(Field Test)'를 진행하였다.
8-4. 퀄컴(Qualcomm)
- 국적: 미국
'퀄컴(Qualcomm)'은 이동통신용 반도체 제조 기업이다. '퀄컴(Qualcomm)'은 최대 6인의 사용자를 지원하는 'MU-MIMO(Multi User MIMO)' 기술을 지원하는 802.11ac 규격의 무선랜 칩 'QCA998x', 'QCA99x'를 선보였다. '퀄컴'이 발표한 칩은 무선랜과 관련된 것이지만, '빔포밍(Beam Forming)' 등 신호처리 기술은 '밀리미터파(Millimeter Wave)' 대역과 유사하다. 따라서 퀄컴이 밀리미터 주파수 대역에서의 Massive MIMO 기술을 상용화하기에 충분할 정도의 기술적 역량을 확보하고 있음을 확인할 수 있다.
8-5. 화웨이(HUAWEI)
- 국적: 중국
'화웨이(HUAWEI)'는 2019년 'LG U+'의 5G 상용망에서 'MU-MIMO(Multi User MIMO)' 기술의 성능을 검증하였다. '화웨이'의 MIMO 기술은 8대 단말기가 기지국에 동시에 접속할 수 있으며, 단말기의 체감 속도는 3~4배 높은 것으로 느낄 수 있다. 다만, 화웨이는 미국과의 통상 분쟁에 따라 기술 개발에 어려움을 겪고 있어, 향후에도 경쟁력을 확보할 수 있을지는 다소 의문이다.
8-6. 삼성전자
- 국적: 한국
'삼성전자'는 '이동통신 단말기', '이동통신 시스템'을 제조하는 통신장비 제조업체이다. '삼성전자'는 '이동통신 단말기(스마트폰)'뿐만 아니라 '이동통신 시스템' 분야에서도 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 'SK텔레콤'과 협력하여 세계 최초로 5G 이동통신 시스템을 상용화한 바 있다.
삼성전자는 실험실에서는 이미 28Gz 대역에서 8.5Gbps의 다운로드 속도를 구현하였을 뿐만 아니라, Massive MIMO 기술이 적용된 단말기를 개발하였다. Massive MIMO 기술과 관련하여 '통신 장비', '단말', '핵심 칩' 등 '엔드 투 엔드 솔루션(End-toEnd Solution)'을 확보하였다.
8-7. SK텔레콤
- 국적: 한국
한국의 통신사 'SK텔레콤'은 2019년에 세계 최초로 5G 이동통신 서비스를 상용화한 바 있다. SK텔레콤은 LTE 시스템에서 종래 대비 기지국과 단말의 안테나 수를 2배 늘려 600Mbps의 데이터 속도를 내는 4×4 MIMO 기술을 '노키아(Nokia)'와 함께 개발하였다. 4×4 MIMO 기술을 이용하여 5G 이동통신 시스템의 데이터 전송 속도를 향상시킬 수 있는 '5GX 인빌딩 솔루션'을 개발하기도 하였다.
'SK텔레콤'의 경우 당장 수십, 수백 개의 안테나를 구비한 Massive MIMO 시스템을 도입하기보다는, 저렴한 비용으로 종래 인프라의 성능을 향상시킬 수 있는 4×4 MIMO 시스템을 2019년에 우선 도입하였다. 'SK텔레콤'은 MIMO 시스템의 운용에 대한 노하우를 먼저 확보하고, 추후 밀리미터파 기술과 Massive MIMO 기술을 도입할 것으로 것으로 전망된다.
8-8. 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.
'케이엠더블유(KMW)'는 '노키아'와 함께 5G용 Massive MIMO용 안테나 및 RF 장비를 개발하였으며, 이를 'Optus', '삼성전자' 등에 공급한 바 있다.
8-9. 에이스테크(AceTech)
- 국적: 한국
'에이스테크(AceTech)'는 이동통신 기지국용 RF 부품 및 안테나 등을 제조·판매하는 기업이다. '에이스테크'는 5G 글로벌 기술과 시장 주도권을 위해 '5G Massive 필터', '5G Massive MIMO용 64T64R Antenna 필터 유닛', '5G Massive MIMO용 32T32R Antenna 필터 유닛' 등 기반 기술 개발을 완료하였으며, 2018년 10월부터 국내 통신사 및 글로벌 장비 업체로 납품을 시작하였다.
8-10. 오이솔루션
- 국적: 한국
'오이솔루션'은 광통신 장치에서 전기 신호를 광신호로 변환하고, 광신호를 다시 전기 신호로 변환하는 광통신용 송수신 모듈인 '광 트랜시버(Optical Transceiver)'를 제조·판매하는 업체이다. '오이솔루션'의 무선 이동통신용 25Gbps, 10Gbps급의 '광 트랜시버'는 5G 무선 이동통신 서비스 수요와 연동되어 있다. '오이솔루션'은 '무선 이동통신', 'Datacom', 'Telecom', '댁내 가입자 망 시장'에서 활용할 수 있는 다양한 광 트랜시버 표준 제품군을 보유하고 있다. 광 트랜시버 사양은 고객사 시스템에 의해 결정되며, 광통신 시스템의 사양은 통신서비스 업체의 통신망 환경에 따라 달라지므로, '오이솔루션'은 '광 트랜시버(Optical Transceiver)' 표준 제품 외에 '커스터마이징(Customizing)' 제품도 공급하고 있다.
'오이솔루션'은 'C-RAN 프론트홀 네트워크(C-RAN fronthaul network)'를 중심으로 '무선망(Wireless Network)' 적용을 위한 '광 트랜시버 솔루션(Optical Transceiver Solution)'을 제공하고 있다. 'C-RAN'은 '클라우드 무선 접속망(Cloud Radio Access Network)'의 줄임말로, C-RAN은 기존 기지국의 '디지털 장치(DU: Digital Unit)'와 RF 장치를 분리하여 어러 기지국의 DU를 중앙에 모아서 처리하고, RF 장치는 서비스 지역에 분산시키는 '무선 접속망'이다. Massive MIMO 기술이 상용화되는 경우, C-RAN의 '데이터 트래픽(Data Traffic)'은 크게 증가할 것으로 예상되며, '오이솔루션'사의 광 트랜시버에 대한 수요도 증가할 것으로 예상된다.