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


채널 대역폭이 넓은 mmWave 주파수를 사용하면 데이터 처리량을 늘릴 수 있다.

mmWave 주파수 신호는 그러나 경로 손실 증가와 벽과 창에 의한 침투 감소와 같은 신호 전파 문제를 겪는다.

빔 스티어링(beam steering)과 빔포밍(beamforming) 기술은 다중 안테나 요소를 결합하여 고이득의 지향성 빔을 생성하여 특정 사용자에게 전달할 수 있다.

5G NR mmWave 설계에서 기지국과 모바일 장치는 빔 조정을 통해 구성된 좁은 빔을 사용한다.

좁은 빔을 사용하는 데 있어서 가장 큰 과제 중 하나는 기지국과 사용자 단말(User Equipment, UE) 간의 통신 링크를 수립하고 유지하는 것이다.

좁은 빔을 사용할 때, 특히 네트워크에 처음 액세스하는 동안 기지국과 모바일 장치 모두 상대방의 위치를 알지 못한다.

5G NR의 새로운 초기 액세스 및 연결 절차에는 빔을 찾고, 액세스를 시작하고, 장치가 네트워크를 통해 이동할 때 빔을 전환하는 작업이 포함된다.

기지국은 UE를 찾기 위해 기지국으로부터의 신호를 송신하기 위해 빔 스위핑(beam sweeping)을 사용할 것이다. UE 장치는 가장 강한 빔을 찾아 선택하고 통신 링크를 수립 할 것이다.
5G NR 장치를 설계하는 동안 여러 단계의 테스트가 필요하다.

설계 단계 초기에 설계자는 프로토콜 절차를 검증하여 장치가 네트워크에 연결할 수 있는지를 확인해야 한다. 여기에는 장치가 네트워크를 통해 이동하면서 초기 액세스 및 빔 관리 작업을 테스트하는 작업이 포함된다.

네트워크 에뮬레이터는 테스트 중 네트워크 명령을 시뮬레이션하고 장치에서 발생하는 동작을 캡처한다.

설계자는 또한 시뮬레이션 및 하드웨어 프로토 타입을 통해 장치의 RF 성능을 검증해야한다. 두 모델 모두에서 설계자는 EVM 및 ACPR과 같은 RF 특성을 측정하고 최적화해야한다.

안테나 이득, 주엽(side lobes), 널(null) 깊이 측정으로 안테나의 3D 빔 성능을 측정하여 방사 된 신호 효율을 이해하고 최대화하는 것도 중요하다.

설계자는 이러한 측정을 수행하여 빔 특성이 이동에 따라 어떻게 변하는지를 이해해야 한다.

5G NR 준수 파형 및 3D 분석 도구를 사용하여 보정한 OTA 테스트 방법은 3D 빔 성능을 측정하는 이상적인 솔루션이다.

다음 기사에서는 네 번째 과제인 5G mmWave 구성 요소 및 장치에서 OTA 테스트 수행하기에 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