5G 파형 후보

로데슈바르즈 테스트 및 계측 솔루션을 사용하여 5G 파형 후보를 발생 및 분석하는 방식

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)는 오늘날의 LTE/LTE-Advanced 네트워크에서 사용되고 있는 접속 방식입니다. 네트워크에 접속하기 위해 두 가지 별도의 파형, 즉 다운링크의 OFDMA(OFDM Access, OFDM 접속)과 업링크의 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, 단일 반송파 주파수 분할 다중화 접속)를 활용합니다. 두 파형 모두 다중 반송파 전송 기법인 OFDM을 활용하는 이점이 있지만 주파수 및 Clock Offset에 대한 높은 감도, 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio), 낮은 스펙트럼 민첩성과 같은 단점도 동일합니다.

주파수 및 Clock Offset에 대한 감도로 인해 전반적 신호에 동기화 신호 및 Reference 신호를 주기적으로 확보해야 하며 통신(데이터의 교환)이 실행되기 전 기기와 네트워크가 동기화해야 합니다. LTE의 제한적 스펙트럼 민첩성은 연속적 OFDM 심볼 간 전환에 따라 달라집니다. 신호 발생 중 두 OFDM 심볼 사이에 불연속(위상 전환)이 발생할 경우 주파수 영역에서 스펙트럼 스파이크가 발생합니다. 그 결과 대역외 방사가 높아지기 때문에 이로 인한 인접 채널 간섭을 방지하기 위한 Guard Band가 정의됩니다. LTE와 같은 OFDM 기반 신호도 무선 채널에 예상되는 지연 확산으로 인한 ISI(Intersymbol Interference, 심볼 간 간섭)를 회피하기 위해 긴 심볼 주기와 Cyclic Prefix를 이용합니다.

OFDM 신호 발생 프로세스에서 발생한 스펙트럼 스파이크가 포함된 20MHz LTE 다운링크 신호의 Power Spectrum

OFDM 기반 파형의 한계점은 미래 5G 파형에서 연구해야 할 항목입니다. 매우 짧은 지연시간은 새로운 서비스와 Ultra-low latency 및 높은 신뢰성을 가지는 통신망을 요구하는 자율 주행과 같은 새로운 어플리케이션을 구현할 수 있는 한 축이 됩니다.또 다른 관점으로는 Cyclic Prefix의 선택 및 더 짧은 심볼 주기를 요구합니다.이에 따라 다음과 같은 몇 가지 파형들을 후보로 요약할 수 있습니다.

  • GFDM(Generalized Frequency Division Multiplex)
  • FBMC(Filter Bank Multicarrier)
  • UFMC(Universal Filtered Multicarrier)
  • f-OFDM(Filtered OFDM)

이러한 후보 파형들의 성능은 현재 분석 및 평가 중입니다. 이와 동시에 SCMA(Sparse Code Multiple Access), NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access), RSMA(Resource Spread Multiple Access)와 같이 새로운 다중 접속 체계도 연구되고 있습니다.

하지만 현재 시점에서 이들을 미래의 5G 시스템에서 활용할 것인가에 대해 결정된 사항은 없습니다. ITU(International Telecommunication Union) 내 IMT-2020 그룹에 제안을 제출하는 문제는 표준화 위원회에서 결정합니다. 이 그룹은 제출된 제안에 대해 WRC(World Radio Conferences)에서 ITU가 식별한 주파수 대역을 사용할 수 있는 5G 이동 통신 시스템 기술로 수락할지 여부를 결정합니다. 이 과정은 현재부터 2019년 11월까지 진행됩니다.

5G 신호 파형 발생용 테스트 솔루션

R&S®SMW200A 벡터 신호 발생기용 R&S®SMW-K114 5G 파형 후보 옵션

로데슈바르즈의 R&S®SMW200A 벡터 신호 발생기는 GFDM, FBMC, UFMC, f-OFDM과 같은 5G 후보 파형의 신호 발생에 적합합니다. 유연한 GUI(Graphic User Interface, 그래픽 사용자 인터페이스)를 통해 파형 매개변수화를 쉽게 간단하게 변경할 수 있으며, 다양한 펄스 형성 필터, 필터 길이 및 정지 대역 감쇠를 선택할 수 있고 윈도우잉 기능을 사용할 수 있습니다. 다른 변조 방식을 적용할 수도 있습니다. PN 시퀀스를 사용하여 Hardware-in-the-Loop 실험, 즉 구성 요소 테스트(예: 필터, 전력 증폭기)와 5G 밀리미터파 참조 설계 검증을 실행할 수 있습니다.

5G 파형 신호 분석용 테스트 솔루션

R&S®FS-K196 옵션을 사용한 복조 UFMC 신호의 전력 스펙트럼 및 성상도

R&S®FS-K196 5G air interface candidate은 GFDM, UFMC 기반 파형 등을 분석하는 데 필요한 기능을 제공하는 OFDM 분석 소프트웨어입니다. 이 소프트웨어는 Sucarrier 및 심볼당 EVM(Error Vector Magnitude, 오류벡터치), 성상도, 그룹 지연 측정 등을 제공합니다. R&S®FS-K196은 새로 정의된 5G 파형의 신호 품질을 측정하여 성능을 조사하는 데 적합합니다.

5G 후보 파형을 위한 솔루션

  • R&S®SMW200A Vector Signal Generator
    • 5G 파형 후보 GFDM, UFMC, FBMC, f-OFDM의 전체 매개변수화
    • 기본 2GHz I/Q 변조기 이용 시 외부 광대역 ARB 발생기의 2GHz 신호 대역폭
    • 아날로그 I/Q 입력을 통해 R&S®AFQ100B I/Q 발생기 사용 시 160MHz에서 최대 528MHz까지의 대역폭 지원
  • R&S®FSW 신호 및 스펙트럼 분석기
    • 2Hz부터 85GHz의 주파수를 지원하는 독립형 기기(R&S®FSW85)
    • 500MHz 기본 신호 분석 대역폭
    • R&S®RTO1044 오실로스코프와 결합 시 2GHz 신호 분석 기능
  • R&S®FS-K196
    • GFDM, UFMC, f-OFDM용 분석 기능

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