2017년 12월에 도입된 5G NR 릴리즈-15(5G New Radio Release-15)는 아주 빠른 통신 속도, 매우 짧은 지연 시간, 수십억 IoT 기기와의 연결성 기반을 구축했다. 이제 설계자는 스마트폰, 태블릿, 랩톱, 웨어러블과 같이 5G의 영향 아래 놓일 디바이스를 설계할 때, 설계할 디바이스가 새로운 주파수 대역에서 새로운 기술로 동작해야 한다는 것을 고려해야 한다.


5G NR(5G New Radio)이란, 5G 네트워크상에서 단말과 기지국 사이의 무선 접속 기술을 의미한다.

3GPP는 IMT-2020 핵심 기술의 성능 요구 사항과 세 가지 사용 시나리오인 초광대역 이동 통신(enhanced Mobile Broadband, eMBB), 종단 간 데이터 전송에 대한 초신뢰 및 저지연 통신(Ultra Reliable and Low Latency Communications, URLLC), 대규모 사물 통신(massive Machine Type Communications, mMTC)을 하나로 통합하여 무선 접속 기술을 제공하는 것을 목표로 NR 표준을 제정했다.

이에 따라 2017년 12월에 도입된 5G NR 릴리즈-15(5G New Radio Release-15)는 아주 빠른 통신 속도, 매우 짧은 지연 시간, 수십억 IoT 기기와의 연결성 기반을 구축했다. 새로운 물리 계층 표준들은 5G 네트워크상에서 벌어질 다양한 사용 사례를 지원하기 위해 유연한 에어 인터페이스(air interface)를 정의한다.

이제 설계자는 스마트폰, 태블릿, 랩톱, 웨어러블과 같이 5G의 영향 아래 놓일 디바이스를 설계할 때는, 설계할 디바이스가 새로운 주파수 대역에서 새로운 기술로 동작해야 한다는 것을 고려해야 한다.

5G NR 릴리즈-15에서는 eMBB와 URLLC를 지원하기 위한 규격을 정의했다. 이는 고화질 비디오와 영화 스트리밍을 위한 높은 데이터 처리량을 비롯하여, 원격 제어 드론 및 VR 애플리케이션의 짧은 지연 시간을 가능하게 한다.

ICT 산업에서 무언가 새로운 것이 나타났다는 것은 그만큼 설계자에게 해야 할 일이 늘어났다는 것을 의미한다. 5G NR을 활용하는 설계팀의 앞에는 더 복잡하고 더 많은 문제가 기다리고 있다.

5G NR을 구현하기 위해 디바이스 설계자가 극복해야 할 5가지 과제는 다음과 같다.

1. 확장 가능한 수비학(numerology)을 활용하여 성능 최적화하기
2. 반송파 집합, mmWave 주파수, 넓은 대역폭을 통해 더 많은 처리량 지원하기
3. mmWave 주파수에서 빔 스티어링 기법 효과적으로 활용하기
4. 5G mmWave 구성 요소 및 장치의 OTA 테스트 수행하기
5. LTE 및 기타 무선 통신과의 평화로운 공존 실현하기

이 과제를 모두 극복하는 기업은 5G NR 디바이스의 출시 기간을 단축할 수 있을 것이다. 먼저 첫 번째 과제부터 살펴보자.


확장 가능한 수비학을 활용하여 성능 최적화하기
확장 가능한 수비학을 활용한 성능 최적화는 다양한 주파수 대역에서 발생할 수 있는 다양한 사용 사례를 지원하기 위해 유연한 리소스 할당을 제공하는 5G NR 기능이다.

여기서 수비학((numerology)은 부반송파 간격 및 심볼 시간을 포함하는 파형 파라미터 함수다.
부반송파 간격은 15kHz에서 최대 120kHz로 조정되며, 부반송파 간격이 넓어짐에 따라 슬롯 길이가 짧아져 <그림1>과 같이 슬롯 지속 시간이 감소한다. 가변 슬롯 지속 시간은 주파수 범위, 위상 잡음, 지연 확산 등의 채널 특성에 더 수월히 적응한다.

프레임 구조에서 확장 가능한 부반송파 간격과 슬롯 지속 시간은 높은 처리량 mmWave 작동, 높은 신뢰성 IoT 서비스, 짧은 지연 시간, 오류 없는 애플리케이션 등을 가능케 한다.

또 5G NR은 미니 슬롯(일명 매핑 타입 "B")을 ​​사용하여 전송을 슬롯 내 어디에서나 시작할 수 있으므로 초저지연 페이로드를 신속하게 전달할 수 있다.

그러나 이 확장 가능한 수비학은 테스트의 복잡성을 늘린다. 다양한 사용 사례를 테스트하려면 더 많은 순열이 필요하다. 28GHz의 최대 처리량 사용 사례를 고려해보라. 설계자가 프레임에서 리소스를 할당하는 방법은 기기가 송신하고 수신하는 방법과 시기에 영향을 미치며 전체적인 디바이스 성능에 영향을 미친다.
만약 키사이트의 프로토콜 R&D 도구 세트와 같은 툴을 사용하면 리소스 할당을 모델링하고 스크립트를 실행하여 다양한 조건에서 디바이스 성능을 테스트하고 최적화할 수 있다. 설계자는 프레임 당 슬롯 수, 프레임 내의 다운링크와 업링크에 할당된 기호의 순서와 수와 같은 매개변수를 모델링할 수 있다.

다음 기사에서는 두 번째 과제인 반송파 집합, mmWave 주파수, 넓은 대역폭을 통해 더 많은 처리량 지원하기에 대해 알아보겠다.

▒5G NR 디바이스 설계자가 극복해야 할 5가지 과제 보러가기
<1> 가변 슬롯 지속 시간 활용하기
<2> 높은 주파수, 넓은 대역폭에서의 처리량 늘리기
<3> mmWave 주파수에서 빔 스티어링 기술 효과적으로 사용하기
<4> 5G mmWave 장치에서 OTA 테스트 하기
<5> LTE 및 기타 무선 통신과의 평화로운 공존