6G 시스템을 위한 안테나 설계 최적화 필요

Hank Ly, 벤치마크 | 2023년 7월 31일

이전 셀룰러 무선 시스템에서 5세대(5G) 통신 네트워크의 진화가 전 세계적으로 실현되고 있습니다. 다양한 지상파와 위성통신(Satcom) 장비를 결합해 음성, 영상, 데이터 통신이 가능한 모바일 인터넷 접속이 제공되고 있다. 그러나 5G의 넉넉한 대역폭에도 불구하고 스트리밍 앱, 사물 인터넷(IoT), 센서, 가전제품 등의 장치는 물론 사람도 빠르게 소비하고 있습니다.

그러나 5G 네트워크 인프라가 완성되기도 전에 6세대(6G) 기술 적용이 계획되고 있다. 5G가 6GHz 미만의 주파수 스펙트럼을 점유하고 72GHz에 접근하면 6G는 1THz까지 확장됩니다.

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5G 무선 네트워크가 약속하는 모든 것에도 불구하고 IoT 장치의 일부로 안전, 감시 및 모니터링을 위한 센서의 사용이 늘어나는 것은 막대한 양의 데이터가 생성되는 방법 중 하나일 뿐입니다. 5G 네트워크는 확실히 대역폭이 부족하지 않습니다. 시스템은 FR1(˂6GHz), FR2(24.25~71.0GHz), FR3(7.125~24.250GHz)의 세 가지 고유 주파수 범위(FR) 내에서 작동합니다.

그러나 5G 네트워크에 추가되는 IoT 장치의 수가 급격히 증가하고 사용자 수가 꾸준히 증가함에 따라 보안 시스템의 일부로 지연 시간이 짧은 데이터 전송을 제공해야 하는 5G 네트워크(향상된 대역폭 포함)에 대한 압력이 가해질 것입니다. , 감시, 비즈니스 미팅 등을 예로 들 수 있습니다.

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5G 네트워크의 일반적인 데이터 전송 지연 시간은 약 4밀리초로, 이는 미미한 지연처럼 보일 수 있습니다. 그러나 6G 네트워크용으로 계획된 일부 애플리케이션(예: 홀로그램, 전화 통화 시 3차원(3D) 이미징, 원격 가상 현실(VR) 비즈니스 미팅)의 경우 실제 실시간 응답을 위해서는 거의 0에 가까운 대기 시간이 필요합니다.

5G 기술을 6G 네트워크 또는 적어도 5G 고급 시스템으로 전환하려면 이전에는 어떤 형태의 상용 통신에서도 실용화할 수 없다고 고려되었던 전체 밀리미터파 주파수 스펙트럼(30~300GHz)을 포괄하는 주파수 스펙트럼의 정교한 사용이 필요합니다. . 인공 지능(AI) 및 기계 학습(ML)과 같은 최신 전자 기술의 사용이 증가하면 사람과 사물이 스펙트럼을 놓고 경쟁함에 따라 네트워크 액세스 포인트를 관리하는 데 도움이 될 것입니다.

6G 무선 통신 네트워크는 AI를 활용해 운영 환경에 대한 감각 데이터를 수집하고, 장애물 반사를 감지하고, 고주파 신호에 대한 최적의 전파 경로를 즉시 매핑합니다. 그러나 지상, 지하 또는 우주에서 사용자의 신호를 셀과 스위칭 지점으로 전달하려면 혼잡한 공역을 통해 대량의 데이터를 전송할 수 있는 지향성 에너지 빔을 형성할 수 있는 어레이 안테나와 같은 구성 요소가 여전히 필요합니다.

기계 설계 및 개발은 운영 생태계에 잘 부합하고 실용적이고 안정적인 장기 운영을 제공할 수 있는 5G/6G 네트워크 구축에 기여할 것입니다. 우주 기반 통신을 위해 수천 개의 저궤도 위성(LEOS)을 추가하여 5G가 6G 서비스로 확장됨에 따라 더 작은 위성에는 경량 구성 요소가 필요할 것입니다.

LEOS 및 지상 소형 셀용 소형 PCB에 포함된 구성 요소 및 기능의 밀도가 증가함에 따라 소형 금속 인클로저 내의 열 축적을 최소화하기 위한 효과적인 열 관리 기술이 필요합니다. 또한, 밀리미터파 신호 주파수의 작은 파장을 지원하는 미세 회로 선폭을 구현하려면 고해상도 포토리소그래피가 필요합니다.

안테나 선택과 5G/6G 인프라와의 인터페이스는 기계 공학이 안테나 설계자를 지원하는 데 중요한 역할을 하는 예입니다. 5G/6G 네트워크용 안테나는 고도의 지향성 빔포밍 장치, 무지향성 안테나, 다중 요소가 있는 능동 위상 배열, 기지국 또는 모바일 셀룰러 제품을 위한 유연한 인쇄 회로 기판(PCB) 안테나, 대규모 다중 안테나 등 다양한 구성을 활용합니다. - 소형 셀에서 광범위한 신호 트래픽을 처리하기 위한 mMIMO(입력, 다중 출력) 안테나(그림 1).