5G 신무선통신을 위한 새롭고 향상된 다중대역 운용 수신기

[아름이]

5G 신무선통신을 위한 새롭고 향상된 다중대역 운용 수신기
날짜:
2022년 12월 22일
원천:
도쿄공업대학
요약:
5G 네트워크의 운용 대역폭을 향상시키기 위해 고조파 선택 기법을 기반으로 한 초광대역 수신기가 개발됐다. 5세대(5G) 모바일 네트워크는 현재 전 세계적으로 100Hz 이상의 주파수로 사용되고 있습니다. 이러한 네트워크에서 데이터 트래픽을 따라잡으려면 적절한 수신기가 필요합니다. 이와 관련하여 제안된 기술은 차세대 통신의 세계를 혁신할 수 있습니다.


5G 네트워크의 작동 대역폭을 개선하기 위해 고조파 선택 기술을 기반으로 하는 초광대역 수신기가 새로운 연구에서 Tokyo Tech 연구원에 의해 개발되었습니다. 5세대(5G) 모바일 네트워크는 현재 전 세계적으로 100Hz 이상의 주파수로 사용되고 있습니다. 이러한 네트워크에서 데이터 트래픽을 따라잡으려면 적절한 수신기가 필요합니다. 이와 관련하여 제안된 기술은 차세대 통신의 세계를 혁신할 수 있습니다.

차세대 통신 네트워크가 개발됨에 따라 이를 배포하는 데 사용되는 기술도 함께 진화해야 합니다. 5세대 모바일 네트워크인 5G NR(New Radio) 대역은 채널 용량과 데이터 속도를 개선하기 위해 지속적으로 확장되고 있습니다. 따라서 5G NR을 사용하여 교차 표준 통신 및 전 세계 적용을 구현하려면 다중 대역 호환성이 필수적입니다.

최근 밀리미터파(mmW) 통신은 5G NR 네트워크에서 계속 증가하는 대형 장치 간의 데이터 트래픽을 관리하기 위한 유망한 후보로 간주되었습니다. 지난 몇 년 동안 많은 연구에서 위상 배열 아키텍처가 mmW 주파수에서 5G NR 통신의 신호 품질을 개선한다는 사실이 밝혀졌습니다. 불행하게도 다중 대역 작동에는 여러 개의 칩이 필요하므로 시스템 크기와 복잡성이 증가합니다. 또한 다중 대역 모드에서 작동하면 수신기가 변화하는 전자기 환경에 노출되어 원치 않는 반향이 있는 혼선 및 복잡한 신호가 발생합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 일본 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 연구팀은 이제 5G NR 통신의 작동 대역폭을 확장하기 위한 새로운 "고조파 선택 기술"을 개발했습니다. Kenichi Okada 교수가 주도한 이 연구는 IEEE Journal of Solid-State Circuits 에 게재되었습니다 . "기존 시스템에 비해 우리가 제안한 네트워크는 낮은 전력 소비로 작동합니다. 또한 주파수 범위는 기존의 모든 5G 대역뿐만 아니라 다음 잠재적 인허가 대역으로 지정된 60GHz와도 호환됩니다. 따라서 우리의 수신기는 계속 증가하는 5G 대역폭을 활용하는 열쇠입니다."라고 Okada 교수는 말합니다.

제안된 이중 채널 다중 대역 위상 배열 수신기를 제작하기 위해 팀은 65nm CMOS 프로세스를 사용했습니다. 칩 크기는 3.2mm x 1.4mm로 측정되었으며 여기에는 2채널 수신기가 포함됩니다.

팀은 5G NR 통신의 문제를 해결하기 위해 세 가지 접근 방식을 취했습니다. 첫 번째는 믹서를 구동하기 위해 3상 국부 발진기(LO)를 사용하는 고조파 선택 기술을 사용하는 것이었습니다. 이 기술은 다중 대역 하향 변환을 허용하면서 필요한 LO 주파수 범위를 줄였습니다. 두 번째는 이중 모드 다중 대역 저잡음 증폭기(LNA)를 사용하는 것이었습니다. LNA 구조는 대역간 차단기의 전력 효율과 허용 오차를 개선했을 뿐만 아니라(다른 대역의 간섭 감소) 회로 성능과 칩 면적 간의 균형도 양호하게 달성했습니다. 마지막으로 세 번째 갈래는 이미지 거부를 개선하기 위해 Hartley 수신기의 아키텍처를 활용하는 수신기였습니다. 연구팀은 측파대 선택 및 이미지 제거 보정을 위해 단일 단계 하이브리드 유형 다상 필터(PPF)를 도입했습니다.

팀은 제안된 기술이 다른 최첨단 다중 대역 수신기보다 성능이 우수하다는 것을 발견했습니다. 고조파 선택 기술은 (24.25 - 71) GHz 사이에서 작동할 수 있게 해주면서 36dB 이상의 대역간 차단 제거를 보여줍니다. 또한 수신기에서 소비하는 전력은 낮습니다(28GHz, 39GHz, 47.2GHz 및 60.1GHz의 주파수에서 각각 36mW, 32mW, 51mW 및 75mW).

"이중 모드 다중 대역 LNA를 다상 필터와 결합함으로써 이 장치는 다른 최첨단 필터보다 대역간 차단기에 대한 제거를 더 잘 실현합니다. 이는 현재 사용되는 대역의 경우 제거가 지원되는 전체(24-71) GHz 작동 영역에 대해 50dB 및 36dB 이상입니다. 새로운 5G 주파수 대역이 등장하면 이러한 저잡음 광대역 수신기가 유용할 것입니다."라고 Okada 교수는 낙관적으로 결론지었습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/