밀리미터파 통신

밀리미터파(mmWave)는 10mm(30GHz)에서 1mm(300GHz) 사이의 파장을 갖는 전자기 스펙트럼 대역입니다.ITU(International Telecommunication Union)에서는 극초단파(EHF) 대역이라고 합니다.밀리미터파는 스펙트럼에서 마이크로파와 적외선 사이에 위치하며 점대점 백홀 링크와 같은 다양한 고속 무선 통신 애플리케이션에 사용될 수 있습니다.
매크로 추세는 데이터 증가를 가속화합니다.
데이터 및 연결에 대한 글로벌 수요가 증가함에 따라 현재 무선 통신에 사용되는 주파수 대역이 점점 더 복잡해지고 밀리미터파 스펙트럼 내에서 더 높은 주파수 대역폭에 액세스해야 하는 수요가 증가하고 있습니다.많은 거시적 추세로 인해 더 큰 데이터 용량과 속도에 대한 요구가 가속화되었습니다.
1. 빅데이터가 생성하고 처리하는 데이터의 양과 종류는 나날이 기하급수적으로 증가하고 있습니다.세상은 매초 수많은 장치에서 대용량 데이터의 고속 전송에 의존하고 있습니다.2020년에 각 사람은 초당 1.7MB의 데이터를 생성했습니다.(출처: IBM).2020년 초 전 세계 데이터 볼륨은 44ZB(세계 경제 포럼)로 추정되었습니다.2025년까지 전 세계적으로 생성되는 데이터는 175ZB 이상에 이를 것으로 예상됩니다.즉, 이렇게 많은 양의 데이터를 저장하려면 오늘날 가장 큰 하드 드라이브가 125억 개 필요합니다.(국제 데이터 공사)
유엔 추산에 따르면 2007년은 도시 인구가 농촌 인구를 초과한 첫 해였습니다.이러한 추세는 여전히 진행 중이며 2050년까지 세계 인구의 3분의 2 이상이 도시 지역에 거주할 것으로 예상됩니다.이로 인해 이러한 인구 밀집 지역의 통신 및 데이터 인프라에 대한 압력이 증가했습니다.
3. 전염병에서 정치적 혼란과 갈등에 이르기까지 다극적인 글로벌 위기와 불안정성은 국가들이 글로벌 불안정의 위험을 완화하기 위해 주권 능력을 개발하기 위해 점점 더 열망하고 있음을 의미합니다.전 세계 정부는 다른 지역의 수입 의존도를 줄이고 국내 제품, 기술 및 인프라 개발을 지원하기를 희망합니다.
4. 탄소 배출량을 줄이기 위한 전 세계의 노력과 함께 기술은 탄소 배출량이 많은 여행을 최소화할 수 있는 새로운 기회를 열어주고 있습니다.오늘날 회의 및 컨퍼런스는 일반적으로 온라인으로 개최됩니다.외과 의사가 수술실에 오지 않고도 원격으로 의료 절차를 수행할 수 있습니다.매우 빠르고 안정적이며 중단되지 않는 낮은 지연 시간의 데이터 스트림만이 이 정밀한 작업을 달성할 수 있습니다.
이러한 거시적 요소는 사람들이 전 세계적으로 점점 더 많은 데이터를 수집, 전송 및 처리하도록 유도하며, 더 빠른 속도와 최소한의 대기 시간으로 전송해야 합니다.

밀리미터파는 어떤 역할을 하나요?
밀리미터파 스펙트럼은 넓은 연속 스펙트럼을 제공하여 더 높은 데이터 전송을 허용합니다.현재 대부분의 무선 통신에 사용되는 극초단파 주파수는 특히 국방, 항공 우주 및 비상 통신과 같은 특정 부서 전용의 여러 대역폭으로 혼잡해지고 분산되고 있습니다.
스펙트럼을 위로 이동하면 사용 가능한 중단되지 않은 스펙트럼 부분이 훨씬 더 커지고 유지된 부분은 더 작아집니다.주파수 범위를 늘리면 데이터 전송에 사용할 수 있는 "파이프라인"의 크기가 효과적으로 증가하여 더 큰 데이터 스트림을 얻을 수 있습니다.밀리미터파의 훨씬 더 큰 채널 대역폭으로 인해 덜 복잡한 변조 방식을 사용하여 데이터를 전송할 수 있으며, 이는 훨씬 낮은 대기 시간을 가진 시스템으로 이어질 수 있습니다.
도전 과제는 무엇입니까?
스펙트럼을 개선하는 데 관련 문제가 있습니다.밀리미터파에서 신호를 송수신하는 데 필요한 구성 요소와 반도체는 제조하기가 더 어렵고 사용 가능한 프로세스가 더 적습니다.밀리미터파 구성 요소의 제조는 훨씬 더 작아서 손실을 줄이고 진동을 방지하기 위해 더 높은 조립 공차와 상호 연결 및 캐비티의 신중한 설계가 필요하기 때문에 더 어렵습니다.
전파는 밀리미터파 신호가 직면한 주요 과제 중 하나입니다.더 높은 주파수에서 신호는 벽, 나무 및 건물과 같은 물리적 물체에 의해 차단되거나 감소될 가능성이 더 큽니다.건물 영역에서 이것은 밀리미터파 수신기가 신호를 내부적으로 전파하기 위해 건물 외부에 위치해야 함을 의미합니다.백홀 및 위성-지상 통신의 경우 장거리 신호를 전송하려면 더 큰 전력 증폭이 필요합니다.지상에서 점대점 링크 사이의 거리는 저주파 네트워크가 달성할 수 있는 더 긴 거리보다 1~5km를 초과할 수 없습니다.
예를 들어 시골 지역에서는 밀리미터파 신호를 장거리로 전송하기 위해 더 많은 기지국과 안테나가 필요합니다.이 추가 인프라를 설치하려면 더 많은 시간과 비용이 필요합니다.최근 몇 년 동안 위성 성상 배치가 이 문제를 해결하려고 시도했으며 이러한 위성 성상 성상은 다시 한 번 밀리미터파를 아키텍처의 핵심으로 사용합니다.
밀리미터파를 가장 잘 배치하는 곳은 어디입니까?
밀리미터파는 전파 거리가 짧기 때문에 데이터 트래픽이 많은 인구 밀집 도시 지역에 배치하기에 매우 적합합니다.무선 네트워크의 대안은 광섬유 네트워크입니다.도시 지역에서 새로운 광섬유를 설치하기 위해 도로를 굴착하는 것은 매우 비싸고 파괴적이며 시간이 많이 걸립니다.반대로 밀리미터파 연결은 며칠 내에 중단 비용을 최소화하면서 효율적으로 설정할 수 있습니다.
밀리미터파 신호로 달성한 데이터 속도는 광섬유의 데이터 속도와 비슷하면서도 대기 시간이 더 짧습니다.매우 빠른 정보 흐름과 최소한의 대기 시간이 필요한 경우 무선 링크가 첫 번째 선택입니다. 따라서 밀리초 대기 시간이 중요한 증권 거래소에서 무선 링크가 사용됩니다.
시골 지역에서는 광섬유 케이블을 설치하는 데 드는 거리 때문에 비용이 너무 많이 듭니다.위에서 언급한 바와 같이 밀리미터파 타워 네트워크에도 상당한 인프라 투자가 필요합니다.여기에 제시된 솔루션은 저궤도(LEO) 위성 또는 고고도 의사 위성(HAPS)을 사용하여 원격 지역에 데이터를 연결하는 것입니다.LEO 및 HAPS 네트워크는 뛰어난 데이터 속도를 제공하면서도 광섬유를 설치하거나 근거리 지점 간 무선 네트워크를 구축할 필요가 없음을 의미합니다.위성 통신은 일반적으로 스펙트럼의 하단인 Ka 주파수 대역(27-31GHz)에서 이미 밀리미터파 신호를 사용했습니다.Q/V 및 E 주파수 대역, 특히 지상으로의 데이터 반환 스테이션과 같은 더 높은 주파수로 확장할 수 있는 공간이 있습니다.
통신 반환 시장은 마이크로웨이브에서 밀리미터파 주파수로의 전환에서 주도적인 위치에 있습니다.이는 지난 10년 동안 소비자 장치(핸드헬드 장치, 랩톱 및 사물 인터넷(IoT))의 급증으로 인해 더 많고 더 빠른 데이터에 대한 수요가 가속화되었습니다.
이제 위성 사업자는 통신 회사의 예를 따라 LEO 및 HAPS 시스템에서 밀리미터파 사용을 확대하기를 희망합니다.이전에는 전통적인 정지궤도 적도궤도(GEO) 및 중지구궤도(MEO) 위성이 밀리미터파 주파수에서 소비자 통신 링크를 구축하기에는 지구에서 너무 멀리 떨어져 있었습니다.그러나 LEO 위성의 확장으로 이제 밀리미터파 링크를 구축하고 전 세계적으로 필요한 고용량 네트워크를 생성할 수 있게 되었습니다.
다른 산업에서도 밀리미터파 기술을 활용할 수 있는 큰 잠재력이 있습니다.자동차 산업에서 자율주행차는 안전하게 작동하기 위해 지속적인 고속 연결과 저지연 데이터 네트워크가 필요합니다.의료 분야에서 원격지에 있는 외과의가 정확한 의료 절차를 수행할 수 있도록 하려면 매우 빠르고 안정적인 데이터 스트림이 필요합니다.
밀리미터파 혁신의 10년
Filtronic은 영국의 선도적인 밀리미터파 통신 기술 전문가입니다.우리는 고급 밀리미터파 통신 부품을 대규모로 설계하고 제조할 수 있는 영국의 몇 안 되는 회사 중 하나입니다.새로운 밀리미터파 기술을 개념화, 설계 및 개발하는 데 필요한 내부 RF 엔지니어(밀리미터파 전문가 포함)가 있습니다.
지난 10년 동안 우리는 백홀 네트워크를 위한 일련의 마이크로웨이브 및 밀리미터파 트랜시버, 전력 증폭기 및 하위 시스템을 개발하기 위해 주요 모바일 통신 회사와 협력했습니다.당사의 최신 제품은 위성 통신에서 초고용량 피더 링크를 위한 잠재적인 솔루션을 제공하는 E-대역에서 작동합니다.지난 10년 동안 점진적으로 조정 및 개선되어 무게와 비용을 줄이고 성능을 개선하고 제조 공정을 개선하여 생산량을 늘렸습니다.이제 위성 회사는 이 입증된 우주 배치 기술을 채택함으로써 수년간의 내부 테스트 및 개발을 피할 수 있습니다.
우리는 혁신의 최전선에서 내부적으로 기술을 만들고 공동으로 내부 대량 제조 프로세스를 개발하기 위해 최선을 다하고 있습니다.우리는 규제 기관이 새로운 주파수 대역을 개방함에 따라 우리 기술이 배치될 준비가 되도록 보장하기 위해 항상 시장 혁신을 주도합니다.
우리는 이미 W-band 및 D-band 기술을 개발하여 향후 몇 년 동안 E-band의 혼잡과 더 많은 데이터 트래픽에 대처하고 있습니다.우리는 업계 고객과 협력하여 새로운 주파수 대역이 열릴 때 한계 수익을 통해 경쟁 우위를 구축하도록 돕습니다.
밀리미터파의 다음 단계는 무엇입니까?
데이터의 활용률은 한 방향으로만 발전할 것이고, 데이터에 의존하는 기술도 끊임없이 발전하고 있다.증강 현실이 도래했고 IoT 장치가 유비쿼터스화되고 있습니다.국내 애플리케이션 외에도 주요 산업 공정에서 유전 및 가스전, 원자력 발전소에 이르기까지 모든 것이 원격 모니터링을 위한 IoT 기술로 전환되고 있어 이러한 복잡한 시설을 운영할 때 수동 개입의 필요성이 줄어듭니다.이러한 기술 발전과 기타 기술 발전의 성공 여부는 이를 지원하는 데이터 네트워크의 신뢰성, 속도 및 품질에 달려 있으며 밀리미터파가 필요한 용량을 제공합니다.
밀리미터파는 무선 통신 분야에서 6GHz 이하 주파수의 중요성을 줄이지 못했습니다.반대로 스펙트럼에 대한 중요한 보완 요소로서 다양한 애플리케이션, 특히 대용량 데이터 패킷, 짧은 대기 시간 및 더 높은 연결 밀도가 필요한 애플리케이션을 성공적으로 제공할 수 있습니다.

새로운 데이터 관련 기술의 기대와 기회를 달성하기 위해 밀리미터파를 사용한 사례는 설득력이 있습니다.그러나 도전 과제도 있습니다.
규제는 도전입니다.규제 당국이 특정 애플리케이션에 대한 라이선스를 발급할 때까지 더 높은 밀리미터파 주파수 대역에 진입하는 것은 불가능합니다.그럼에도 불구하고 예상되는 수요의 기하급수적 증가는 규제 기관이 정체와 간섭을 피하기 위해 더 많은 스펙트럼을 해제해야 한다는 압력을 받고 있음을 의미합니다.수동 응용 프로그램과 기상 위성과 같은 능동 응용 프로그램 간의 스펙트럼 공유는 아시아 태평양 Hz 주파수로 이동하지 않고도 더 넓은 주파수 대역과 더 연속적인 스펙트럼을 허용하는 상용 응용 프로그램에 대한 중요한 논의가 필요합니다.
새로운 대역폭이 제공하는 기회를 활용할 때 더 높은 주파수 통신을 촉진하기 위한 적절한 기술을 갖추는 것이 중요합니다.그래서 Filtronic은 미래를 위해 W-band 및 D-band 기술을 개발하고 있습니다.미래의 무선 기술 요구 사항을 충족하는 데 필요한 분야의 기술 및 지식 개발을 촉진하기 위해 대학, 정부 및 산업계와 협력하는 이유이기도 합니다.영국이 미래의 글로벌 데이터 통신 네트워크 개발을 주도하려면 올바른 RF 기술 분야에 대한 정부 투자를 유도해야 합니다.
Filtronic은 학계, 정부 및 산업계의 파트너로서 점점 더 데이터가 필요한 세상에서 새로운 기능과 가능성을 제공해야 하는 고급 통신 기술을 개발하는 데 주도적인 역할을 합니다.