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대규모 MIMO 란 무엇이며 5G 채택을위한 길은 어떻게 마련할까요?

스마트 폰, VR 헤드셋 또는 집 밖의 보안 카메라가 될 수없는 극복 할 수없는 수많은 장치가 한 번에 통신 네트워크에 연결됩니다. 이로 인해 시간이 지남에 따라 데이터 트래픽이 급격히 증가하고 대역폭이 개선되어 시간이 필요하게되었습니다. 우리 모두가 필요로하는 것은 높은 데이터 속도입니다. 그렇지 않습니까? 중국 통신 업체 인 화웨이 (Huawei)는 2021 년은 2016 년에 비해 전세계 모바일 데이터 트래픽이 7 배 증가 할 것으로 전망했다. 개인 데이터 수요는 향후 5 년 동안 평균 15GB에 달할 것이라고 덧붙였다. 우리는 인도와 같은 국가에서 4G LTE 네트워크의 출현을 목격하고 있지만 전 세계 통신 사업자는 신호 강도, 사용자 용량 및 데이터 속도를 극대화하기 위해 더욱 복잡하고 견고한 기술을 실험하기 시작했습니다. 그들은 5 세대 (5G) 셀룰러 기술의 기초가 될 Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output)라는 스마트 안테나 기술을 사용하고 있습니다. 아직 발달 초기 단계에 있지만 곧 주목할 것으로 예상됩니다. 따라서 방대한 MIMO가 무엇인지 궁금해했다면 여기에 방대한 MIMO에 대해 알아야 할 모든 것이 있습니다.

대규모 MIMO와 5G와의 관계는 무엇입니까?

대규모 MIMO (다중 입력, 다중 출력) ( Large-Scale Antenna Systems )는 무선 통신의 발전을위한 중추입니다. MIMO 기술은 더 많은 모바일 사용자를 지원하고, 더 빠른 속도와 더 신뢰할 수있는 네트워크 서비스를 장기적으로 제공하는 데 엄청난 도움이 될 것으로 예상됩니다.

현재 대부분의 4G LTE 네트워크 인프라는 기지국에 8 개의 안테나 (송신기 + 수신기)를 배치 할 수있게 해줌으로써 모바일 사용자의 증가하는 요구를 충족시킬만큼 충분하지 않다. 이는 제한된 대역폭을 제공하여 데이터 속도 및이 스테이션에 연결할 수있는 사용자 수에 영향을줍니다.

이것은 MIMO가 들어가는 곳으로 두 개 이상의 송신기와 수신기를 동시에 사용하여 동일한 무선 채널을 통해 데이터를 교환 할 수 있습니다. 이 기술은 이미 일부 첨단 4G 네트워크 스테이션 에서 4x4 MIMO 형태 로 구현되었으며 현재 인도의 일부 사업자들에 의해 연구되고 있습니다.

대규모 MIMO 안테나 시스템 프로토 타입 (이미지 제공 : 내쇼날 인스트루먼트)

그러나 기지국 (셀룰러 타워)에서 단일 어레이로 100 개의 안테나를 수용 할 수 있도록 상기 개념을 확장하는 것은 다가올 5G 네트워크의 기반을 형성 할 것입니다. 한 장소에서 더 많은 송신기 / 수신기에 추가되는 총 안테나 수의 증가는 가능한 신호 경로의 증가와 데이터 속도 및 링크 신뢰성 측면에서의 향상된 성능을 가져옵니다. 대규모 MIMO는 속도면에서 최대 4 배의 향상을 가져오고 네트워크 용량을 몇 배 확장합니다.

Massive MIMO 네트워크의 안테나 시스템 모음은 대부분의 이전 및 현재 네트워크 시스템에서 볼 수있는 정확한 풍선 모양의 빔을 형성하지 않습니다. 그 대신, 안테나 모음에 의해 방출 된 신호의 직교 특성은 하나 이상의 이동국 (사용자)에게 즉시 제공되는 개별 광선을 형성합니다. Massive MIMO는 수많은 복잡한 기술을 사용하기 때문에 안테나 시스템의 기능을 설명하는 가장 간단한 방법은 아래에 첨부 된 다이어그램을 사용하는 것입니다.

4G 네트워크가 5G MAssive MIMO 네트워크로 진화 (이미지 제공 : Mitsubshi)

즉, 운영자는 대규모 MIMO 기술을 배치하여 한 지역에서 더 많은 모바일 장치 세트를 제공 할 수 있습니다. 또한 운영자가 현재 설정에 더 많은 안테나를 추가하여 가능한 신호 경로를 늘리고 기존 스펙트럼을 방해하지 않으면 서 효율성을 향상시킬 수 있기 때문에 동일하게 확장 할 수 있습니다.

대용량 MIMO over Current 4G 네트워크의 이점

대규모 MIMO (5G) 시스템에 더 많은 수의 입력 및 출력 안테나가 사용되므로 통신 사업자가 수신 범위 및 데이터 속도를 크게 향상시키는 데 도움이됩니다. 이는 다중 스펙트럼으로 인해 증가하는 높은 스펙트럼 및 에너지 효율 및 결합 된 안테나 어레이 이득으로 인해 가능해질 것입니다. 현재 4G 시스템에서 M-MIMO (Massive MIMO) 안테나 시스템의 주요 이점은 다음과 같습니다.

1. 향상된 적용 범위 및 더 높은 속도

더 높은 주파수 스펙트럼과 결합 된 대용량 MIMO 기술 덕분에 통신 회사는 앞으로 더 다양한 장치의 요구를 충족시킬 수있게 될 것입니다. 뿐만 아니라 실내 에서의 신호 강도는 매우 강하고 차트에서 벗어납니다.

Massive MIMO 시스템의 빔 형성 기능은 통신 사업자 가 농촌 지역 에도 고속 커버리지를 신속하게 확산 할 수있게 해줍니다. 직접 시야는 고주파수에서 잘 작동하므로 더 빠른 속도를 제공합니다.

업그레이드의 주요 목표는 또한 데이터 속도를 높이는 것이며 전문가는 최소 속도가 1Gbps이며 최대 10Gbps에 도달 할 것으로 예상합니다. 이것은 올해 초 CES에서 중국어 네트워킹 거대 ZTE가 보여준 기가비트 LTE 데모를 통해 일부 실험에서 이미 입증되었습니다.

2. 낮은 인프라 및 구성 요소 비용

대부분의 글로벌 통신 거대 기업들이 인프라를 꾸준히 업그레이드하여 고속 4G 네트워크 (5G 속도 이전)를 지원하기 때문에 5G 로의 업그레이드가 원활하게 이루어질 것입니다. 기존의 4G 시스템은 이미 그럴듯한 5G 기술이 실현 될 때 확장되어야하는 MIMO 기술을 사용하고 있습니다.

새로운 대규모 MIMO 안테나 시스템은 많은 수의 안테나를 가지고있을뿐만 아니라 확장 성이 있습니다. 통신 거인이 기존의 속도와 사용자 기반을 추가 하기 위해이 시스템새로운 안테나를 추가하는 것이 더 쉬울 것입니다. 또한, 많은 수의 안테나가 안테나 시스템의 개별 고장에 영향을받지 않는 견고한 네트워크를 형성하게됩니다.

3. 시간 제한 연결 지원

대규모 MIMO 지원 5G 네트워크는 향상된 커버리지 및 데이터 속도를 제공하지만 신호가 송신기와 수신기 사이를 이동하는 데 걸리는 시간을 줄여줍니다. 이것은 대기 시간 (latency)으로 알려져 있으며 다가오는 5G 네트워크는 VR / AR, 자가 운전 및 기타 인공 지능 또는 ML 제어 서비스 에이 네트워크를 더욱 쉽게 사용할 수 있도록 도와줍니다.

대규모 MIMO 안테나 배치의 문제점

연구원은 지난 몇 년간 대규모 MIMO 안테나 테스트를 실험 해 왔지만, 시장에 출시 한 시스템은 여전히 ​​5G 네트워크의 출현에 대한 통신 회사의 요구보다 적은 안테나를 사용합니다. 이것은 기술 구현에서 우리가 직면 한 한계로 인한 것입니다. 다음은 광범위한 배포에서 직면 한 과제입니다.

1. 신호 처리 복잡성

이것은 대용량 MIMO 기지국을 설치하는 데있어서 가장 두드러진 어려움 중 하나입니다. 단일 위치에서의 안테나 및 주파수의 증가는 간섭의 가능성을 증가시킵니다 . 그러나이 문제는 사이트 간 채널 간섭을 줄일 수있는보다 넓은 스펙트럼 및 무 결함 정밀 기술의 채택으로 해결할 수 있습니다. 많은 수의 안테나가 전체적으로 복잡성을 증가 시키지만, 네트워크는 장애에 훨씬 더 강합니다.

2. 제한된 스펙트럼 가용성

이미 들었을 수 있듯이 주파수 스펙트럼의 분배는 치리회에 의해 제어되며 통신 사업자는 특정 스펙트럼의 섹션을 확보하기 위해 입찰을해야합니다.

현재 기본적인 문제는 새로운 데이터 연결의 과부하로 인해 현재의 3GHz 스펙트럼이 이미 혼란 스럽다는 사실에 있습니다. 그리고 파도가 단단한 재료를 통과하지 못하고 나무 나 비 구름에 흡수되어 큰 MIMO 기지국을 구축하는 데 더 높은 주파수 밀리미터 파 (3GHz - 300GHz)를 사용 하는 것은 어려운 일입니다.

주파수 스펙트럼 (Image Courtesy : UT Austin)

그러나 기술 대기업과 통신 사업자는 다중 안테나 (MIMO)를 송신 전력을 증가시키지 않으면 서 좁은 지향성 빔으로 무선 신호를 집중시킴으로써 신호 이득을 향상시키기 위해 손 잡고 노력하고 있습니다. 삼성 R & D와 Huawei는 실험에서 성공을 거두었지만 이러한 좁은 광선은 정렬 변경에 매우 민감합니다.

대규모 MIMO 네트워크의 지속적인 연구 및 배치

앞서 언급 한 네트워크 시스템은 프로토 타입이 아니지만 기존의 4G 시나리오에서 이미 작은 규모로 구현되었습니다. Huawei는 자사의 대규모 MIMO 설정을 상업적으로 실험하기 위해 China Mobile 및 일본의 SoftBank와 같은 지역 통신 사업자와 2 년 이상 협력 해 왔습니다.

엄격한 실험 끝에 SoftBank2016 년 말에 상용 MIMO 네트워크를 선보일 아주 통신 사업자로 선정되었습니다. 차이나 모바일 (China Mobile), 보다 폰 (Vodafone), T- 모바일 (T-Mobile)과 같은 다른 사업자들도이 기술을 각국의 제한된 사용자에게 선보일 예정이다.

마음을 사로 잡는 가장 큰 문제는 현재의 스마트 폰이 이러한 대규모 MIMO 네트워크와 호환 될 것인가라는 것입니다. 그렇다면 직접적인 대답은 대부분 그렇습니다 . 다수의 기존 장치가 4G MIMO 네트워크를 활용할 수 있으므로 딸꾹질없이 기가비트 속도를 제공합니다.

인도 최초의 5G 가능 설치

수많은 글로벌 통신 업체들이 하드웨어 거대 기업과 함께 네트워크에서 Massive MIMO를 이미 실험 해 왔지만 인도는 최근에 첫 번째 네트워크를 구축하면서 미래 지향적 인 5 세대 드라이브에 참여했습니다.

이 나라의 주요 통신 업체 인 에어텔 (Airtel)은이 위업을 달성 한 회사가되었다고 발표하면서 헤드 라인을 장식했다. 인도 최초의 M-MIMO (대량 입출력 다중 출력 기술)이 Bengaluru와 Kolkata와 함께 시작 되었지만, 앞으로 몇 개월 내에이 시험이 다른 지역으로 확대 될 것으로 예상됩니다.

Airtel은 Project Leap 이라는 지속적인 네트워크 변환 프로그램의 일환으로 새로운 5G 기술을 도입했습니다. 이미 보유하고있는 것과 동일한 스펙트럼을 사용하면서 Massive MIMO 기술이 기존 네트워크 용량을 7 배로 향상시킬 것으로 기대합니다. 또한 기존의 4G 배포 속도보다 2 배 빠른 속도를 제공 할 것입니다.

또한 중국 네트워킹 업체 인 ZTE는보다 폰 (Vodafone) 및 릴 라이언스 지오 (Reliance Jio)와 같이 널리 알려진 사업자들과 공동으로 5G 이전의 대규모 MIMO 실험에 참여하고 있다고 발표했다. Huawei는 공식 성명서에서 AirTel이이 지역에 배치 된 배경에 대해 언급했다.

인도의 통신 산업의 현 시점에서 볼 때, 이것은 통신 거인의 부품을 국가의 거점으로 유지하려는 시도입니다. 그들은 최근에 그들의 가장 치열한 경쟁자, 즉 Reliance Jio에 의해 놀랄만 한 충격을 받았다. Reliance Jio는 이제 1 년 이내에 4G LTE 네트워크 출시로 그들을 짓밟 았습니다.

예상되는 광범위한 배포

에릭슨이나 노키아와 같은 거대 네트워킹 업체들이 발표 한 대부분의 보고서에 따르면 5G 네트워크 기술 은 2020 년대까지 획기적인 발전 을 이룩할 것이라고합니다 . 이것은 엄격한 일정은 아니지만 업 그레 이드 기술이 10 년 안에 데뷔되는 산업의 운영 패턴에 부합합니다.

이미지 제공 : Sam churchill / Flickr

3G 네트워크 기술은 2001 년 10 월에 처음 데뷔되었으며, 4G LTE는 2011 년경에 10 년 후에 널리 보급되었습니다. 따라서이 10 년이 끝날 때까지 계속되는 대규모 MIMO 노력이 실현 될 것으로 추측 할 수 있습니다. 앞으로 2 년 안에 소비자와 운영자 모두에게 5G 이전의 기술 구현을 알 수 있습니다. 2018 년 동계 올림픽 관중 은이 혁신을 목격 한 첫 번째 선수가 될 수 있으며 FIFA 2018 월드컵이 뒤 따릅니다 . 칩 제조업체 인 Qualcomm조차도 비슷한 일정으로 5G 호환 (기가비트) 장치를 출시 할 계획이라고 밝혔습니다.

우리는 인도에서 진행중인 4G LTE 서비스의 지속적인 출시를 목격했을 수 있습니다. 그러나 국가의 통신 경쟁자들은 더 이상 경쟁이 치열 해지면서 최신 기술을 채택하려는 경쟁에서 뒤처지고 싶지 않다.

대규모 MIMO : 5G 채택을위한 기술 경쟁

거대한 MIMO 개발에 대한 조망은 또한 인도가 기술 강국이라는 변혁적인 이미지를 구축하고 있음을 보여줍니다. 정부는 이제 세포 기술의 진화를 시작하기 위해 필요한 조치를 취하고있다.

정부는 이미 현재의 시나리오를 평가하고 적시에 5G 서비스를 시행하기위한 행동 계획을 승인하기위한 고위급 포럼을 구성했습니다. 그것은 5G 연구 및 개발 목적을 위해 엄청난 500 크로크 코퍼스를 할당했으며, 이러한 기술 발전의 채택을 선도하는 국가들과 함께 우리를 세계지도에 올려 놓습니다. 현재 정의 된 진정한 "5G"네트워크가 없으며 향후 몇 년 동안 동일한 목표를 세워야 할 것입니다.

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