6G Upper-mid 대역을 위한 E-MIMO 기술 개발 동향


이재학   ||  서울대학교 객원교수


*   본 내용은 이재학 교수(☎ 031-219-3891, chaehag@snu.ac.kr)에게 문의하시기 바랍니다.

**   본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

5G에서 제안되었던 여러 가지 서비스들이 6G에서 크게 활성화되기 위해서는 현재 5G에 사용되고 있는 sub6GHz 대역과 mmWave 대역 이외에 upper-mid band(7~24GHz)의 사용이 요구되고 있다. 이 대역에서 6G의 상용화를 위해서는 5G의 mMIMO(massive MIMO)보다 4배 이상 커버리지와 용량 성능이 개선된 E-MIMO(Extreme massive MIMO) 기술이 연구ㆍ개발되어야 한다. 본 고에서는 upper-mid band를 위한 E-MIMO 설계 기술, RF 트랜시버 기술, 빔포밍 기술 등을 소개하고 선진업체들의 개발 동향을 살펴본다. 사회적인 이슈가 되고 있는 탄소중립을 위한 에너지 효율성에 대하여 살펴 보고 통신과 센싱의 접목 기술을 설명한다.
I. 서론

 6G 이동통신은 5G 이동통신의 진화된 방식으로 더욱더 빠른 속도, 더 적은 지연시간 제공을 통해 가상현실, 메타버스, 자율주행 등의 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다. 이러한 서비스를 제공하며 모바일 속도와 품질을 보장하려면 2030년까지 평균 2GHz 주파수 대역폭이 필요할 것으로 예측된다[1]. 5G에서는 sub 6GHz(Frequency Range 1, FR1) 대역과 mmWave 대역(Frequency Range 2, FR2)을 사용하여 상용화를 진행하였다. FR1은 커버리지는 확보되지만 주파수 대역폭 확보에 한계가 있고, FR2는 넓은 주파수 대역폭은 제공하지만 커버리지 확보에 큰 어려움이 있음을 경험하였다. Uppermid Band(7~24GHz)는 FR2 대비 경제성 있는 커버리지와 FR1 대비 넓은 주파수 대역폭을 제공할 수 있을 것으로 기대되어 6G 신규 주파수 대역으로 고려되고 있다[2]. 7~24GHz Upper-mid Band를 Frequency Range 3이라 불리운다. FR3은 FR1 대비 2~4배 더 높은 주파수 대역으로 전파특성 측면에서 경로 손실이 크기 때문에 FR1과 같은 커버리지를 제공하기 위해서는 별도의 기술이 필요하다. 초대규모 다중입출력(Extreme massive MIMO: E-MIMO) 기술은 5G의 mMIMO(massive MIMO) 기술보다 커버리지와 용량을 4배 이상 제공하는 것을 목표로 하는 기술이며, FR3에서 커버리지와 용량을 개선하기 위한 유망 후보기술이다[그림 1]. FR3를 위한 E-MIMO 시스템을 구현하기 위해서는 E-MIMO 요소기술 개발 및 설계, FR3 안테나와 RF front-end 기술, 빔포밍 기술 등의 개발이 필요하다.

<자료> 과학기술정보통신부, [보도자료] “6G 경쟁력 확보, 본격적으로 시작합니다”, 2023. 8.

[그림 1] 후보 6G 주파수 대역

 FR3를 위한 E-MIMO 시스템은 고도화된 신호처리와 수천 개의 다중안테나 등을 사용해야 하므로 기존 기술을 사용하여 구현하면 복잡도와 소비전력이 증가하는 문제가 예상된다. 최근 산업의 전 분야에 걸쳐 주목받고 있는 이슈는 탄소배출로 인한 기후변화에 관한 것이며, 인류의 지속 가능성과 생존을 위해 기업들은 탄소배출의 감소를 통한 사회적 의무를 수행해야 하는 상황이다. 에너지와 자원을 덜 소모하고 자원과 폐기물을 관리 하여 에너지 사용을 효율화하는 것이 필요하다[3]. 따라서, FR3 대역용 E-MIMO 시스템은 저복잡도와 저전력 구현 기술을 확보하여 에너지 사용의 효율화 달성이 요구된다.
 ITU는 2023년 6월 6G 핵심 비전에서 6G 기술은 통신 영역을 넘어 센싱 등을 기반으로 디지털 세계와의 결합을 지원하는 기술이라고 정의하며, 6G에서 센싱과 통신이 융합된 서비스를 강조하였다[4]. 고도화된 신호처리와 수천 개의 안테나를 지원하는 E-MIMO 시스템에서 커버리지 영역의 물리적 환경을 실시간으로 감지하는 센싱기술을 융합하여 통신을 고도화하고 신규 서비스 실현을 지원하는 기술을 개발하는 것이 필요한 시점이다[5][6].
 본 고에서는 6G FR3을 위한 E-MIMO 기술 개발 동향에 대해 설명하고자 한다. II장에서는 6G FR3 E-MIMO 관련된 E-MIMO 설계 기술, FR3 대역을 위한 GaN, GaAs 등을 사용한 RF 기술, 빔포밍 기술 등을 설명하고 사회적인 이슈가 되고 있는 탄소중립을 위한 에너지 효율성에 대해 살펴보며, 센싱과 통신의 접목 기술을 살펴본다. III장에서는 국내외 주요 업체들의 기술 개발 동향에 대해 정리한다.

 


II. 6G Upper-mid 대역을 위한 E-MIMO 기술

 6G 신규 주파수 대역으로 주목받고 있는 Upper-mid Band(7~24GHz)는 현재 5G로 사용되고 있는 FR1과 FR2의 사이에 존재하지만 Frequency Range 3(FR3)으로 불리우고 있다. 4~5G에서 사용되는 주요 주파수 대역을 포함하여 470MHz부터 THz 미만까지 할당된 모든 주파수 대역을 대상으로 각 주파수 대역의 특징과 적합한 서비스 등은 [그림 2]와 같다[7].

<자료> Zhuangzhuang Cui, Peize Zhang, and Sofie Pollin, “6G Wireless Communications in 7–4GHz Band: Opportunities, Techniques and Challenges”, submitted to IEEE for potential publication on 10 Oct. 2023.

[그림 2] 이동통신용 주파수 대역

 다양한 응용 분야는 주파수와 대역폭의 특성에 따라 나타난다. 대역폭이 제한된 저주파 대역은 일반적으로 사물인터넷과 같은 광범위한 적용 범위를 가능하게 하고 매우 넓은 대역폭을 갖는 subTHz 대역은 매우 높은 용량과 고정밀 센싱을 가능하게 한다. FR3 대역은 현재 기술로 상용 가능한 커버리지를 갖고 FR1의 주파수 부족 문제를 해결할 수 있는 6G의 경쟁력 있는 새로운 주파수 대역으로 부각되고 있다.

1. E-MIMO 시스템  많은 수의 안테나 어레이를 사용하는 것은 5G 시스템의 주요 특징이다. 이러한 추세가 6G 시스템으로 계속 이어질 것으로 예상되며 안테나 수는 더 증가할 것이다. 최적의 빔포밍 아키텍처에 대해서는 여러 가지 검토가 필요하다. FR1 대역에서 디지털 빔포밍은 채널의 공간 자유도를 활용하면서 더 높은 빔포밍 이득을 제공할 수 있기 때문에 좋은 선택이었다. 이에 비해 FR2 대역은 대부분의 상용 시스템에서 아날로그 빔포밍을 사용하고 있다. FR2 대역의 디지털 빔포밍은 회로 복잡성, 에너지 소비 및 운영 비용이 높기 때문이다.
 최근 고주파 전자공학의 발전으로 FR2 대역에서 64개 안테나에 대한 디지털 빔포밍을 구현하게 되었으며[8], 5G FR2 대역을 위한 64 채널 m-MIMO를 위한 디지털 빔포밍 트랜스시버(transceiver)를 구현하였다. 그러나 하이브리드 빔포밍은 아날로그와 디지털 처리 간의 적절한 균형을 유지하므로 상당한 주목을 받은 기술이지만 실시간 처리와 트랜스시버 설계 장단점에 대한 연구가 필요하다.
 현재의 대규모 MIMO 구현은 크기가 제한되어 있다. 예를 들어, 256개 요소 어레이는 한 방향으로 최대 8개의 파장을 확장할 수 있다. 그러나 크기가 더욱 증가함에 따라 어레이 근거리에서의 산란으로 인한 파면 곡률, 어레이 여러 부분의 그림자 차이, 무시할 수 없는 신호 실행 시간으로 인해 빔이 가늘어지는 효과가 발생한다. E-MIMO 어레이를 [그림 3]에 나타내었다.

<자료> Harsh Tararia, et al., “6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities”, Proc. OF THE IEEE, Vol.109, No.7, July 2021.

[그림 3] E-MIMO 어레이 예시

 [그림 3]에서 서브패널(subpanel)의 수평거리는 dH이고 수직거리는 dV이며 전체 패널의 수평거리는 dgH이고 수직거리는 dgV이다. λ는 반송파의 파장이다. 서브패널에서 안테나 소자는 dH/λ와 dV/λ씩 떨어져 있다. 전체 패널에서는 서브패널이 dgH/λ와 dgV/λ씩 떨어져 있다. E-MIMO 어레이는 4개의 서브패널로 구성되어 있다. 각각의 서브패널은 32×16개의 컴포넌트로 구성된다. 따라서 E-MIMO 어레이는 4,096개의 개별 컴포넌트를 갖게 된다. 총 컴포넌트 수는 설계 매개변수이며 링크 버짓(link budget) 고려사항의 적용을 받는다[9].

<자료> Keith Benson, GaN Breaks Barriers: RF Power Amplifiers Go Wide and High, Analog Dialogue 51-09, Sep. 2017.

[그림 4] 반도체 물질별 주파수에 따른 증폭기 출력 전압

 GaN과 같은 새로운 반도체 소재의 출현으로 넓은 대역폭을 지원하고 높은 값의 파워를 낼 수 있게 되었다. 짧은 길이의 게이트를 갖는 GaAs 장치는 20GHz에서 40GHz 이상까지 확장된 주파수 범위를 갖는다. 반도체 물질별 주파수에 따른 증폭기 출력 전압은 [그림 4]와 같다[10]. GaAs는 마이크로웨이브 주파수에서 수년간 전력 증폭기로 많은 분야에서 사용되어 왔다. LDMOS(Laterally-Diffused MOS)는 마이크로파 전력 증폭기에 사용되는 평면 이중 확산 MOSFET이다. 주로 4GHz 이하에서 유용하므로 광대역 응용에서는 널리 사용되지 않는다. 저손실, 고열 전도성의 특성을 갖는 탄화규소(SiC) 기판에서 28~50V에서 작동하는 GaN 기술로 더 많은 응용 분야를 갖게 되었다. 실리콘 기반 GaN 기술은 6GHz 미만에서 작동하도록 제한된다. 실리콘 기판과 관련된 RF 손실과 SiC에 비해 낮은 열 전도성으로 인해 주파수가 증가함에 따라 이득, 효율 및 전력 등이 손상된다.
 현재 서비스 중인 FR1 5G 통신 기지국은 mMIMO 구현을 위해 192개 안테나와 64개 트랜스시버로 구성된다. FR2에서 안테나와 빔 포밍 모듈을 포함한 위상 배열 트랜스시버를 구현한 사례를 볼 수 있다[11]. 빔 포밍에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 하이브리드 빔포밍 설계는 5G의 효율적인 에너지 설계를 통해 전력 소비를 줄이는 효과를 가져온다. 5G FR2 mMIMO 통신은 고차원 아날로그 위상 변환기와 전력 증폭기를 저차원 디지털 신호처리 장치와 결합한 하이브리드 트랜스시버에 의해 구현하면 많은 장점을 갖는다[12]. 하이브리드 트랜스시버 구조의 시스템 모델, 가능한 안테나 구성 시나리오가 있는 디지털 및 아날로그 빔포밍 매트릭스, 이기종 무선 네트워크의 하이브리드 빔포밍의 다양한 연구가 진행되고 있다[13]. 6G에서 FR3를 위한 E-MIMO 시스템에서는 초대형 안테나 어레이가 필요한데 5G와 동일한 구조를 사용하면 비용 및 무게 증가로 인해 근본적인 한계에 부딪힐 수도 있다. E-MIMO를 효율적으로 구현하기 위해서는 안테나와 고효율 빔포밍 IC의 모듈화 기술이 필요하다. FR3 대역에의 배열 안테나 구성 시 모듈 단위에서 결합할 경우, 칩들 간의 연결에 따른 추가 유전체 손실, 방사 손실 및 안테나 공간 배치에 문제가 발생하기 때문에 이를 해결하는 기술이 필요하다.

2. 에너지 효율성  산업의 전 분야에서 에너지 효율성이 최우선 과제로 부각되고 있다. ESG 인증이 있는 제품은 연간 6.4%의 성장률을 보이는 반면, 그렇지 않은 제품은 연간 4.7% 성장한 것으로 보고되었다[14]. 5G 기지국 업체에서도 여러 가지 방안으로 수년 동안 연구를 진행하고 있다. 클라우드 RAN은 기지국의 디지털 신호처리를 담당하는 DU(Digital Unit)를 중앙국 사이에 놓고 RU(Radio Unit)를 원격에서 DU와 연결하는데 RU는 전파를 증폭하는 기능을 수행한다. 상용 서버를 이용하면 더 낮은 가격으로 RAN을 구축할 수 있고 로드 밸러싱 네트워크 프로비저닝 등을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다. 하드웨어와 소프트웨어 기능을 모두 활용하여 에너지 소비를 더욱 줄이는 동시에 네트워크 성능을 유지하고 향상시킨다[15][16].

3. 통신-센싱 융합기술  전파를 사용하는 통신과 센싱 기술은 각각 독립적으로 개발되고 발전하였으며, 두 기술은 별도의 시스템으로 사용되고 있다. Upper mid 대역에서 사용되는 E-MIMO 기술은 높은 주파수 대역의 신호손실을 극복하고 시스템 용량을 증가시키기 위해 사용되는데 배열 안테나 및 빔포밍 기술이 적용된다. 이것을 활용하여 통신과 센싱 기술이 서로 융합되도록 하는 것이 가능해진다. 많은 센싱 노드 사이에서 환경을 풍부하게 시각화하기 위해 센싱을 지원하는 통신이 가능하고 전송 및 수신을 조정하기 위해 환경을 센싱하여 이동성 및 빔 형성에 활용하여 향상된 성능을 위해 통신을 지원하는 센싱 기술이 되는 것이다[17]. 주요 연구 분야로는 센싱 노드 간의 동기화 기술, 통신과 센싱 성능 간의 균형을 연구하기 위한 평가 방법론, 센싱을 위한 채널 모델링, 파형 빔포밍 설계, 통신과 센싱 기능 간의 공존, 협력 및 공동 설계, 자원 할당, 협력 센싱, 하드웨어 요구사항 발생 등이 있다. 통신-센싱 융합기술 운용과 AI/ML 기반 센싱 융합도 중요한 기술이다.

 


III. 국내외 주요 업체 개발 동향

 6G에 대한 연구는 5G 상용화와 동시에 여러 연구기관에서 시작되었다. 여러 가지 주제 중에 massive MIMO 개선에 대한 연구가 중심이 되고 있다[18]. 이러한 연구는 6G 시대에 최첨단 기술, 방법론 및 아키텍처와 결합된 E-MIMO 시스템을 만들어 가는 초석이 될 것이다. E-MIMO는 5G에서 6G로의 자연스러운 진화로 기록될 것으로 기대된다. 퀄컴(Qualcomm)과 삼성전자, 화웨이(Huawei), 에릭슨(Ericsson), 노키아(Nokia) 등의 업체들이 진행하고 있는 5G 제품 성능개선, 6G 기초연구 및 프로토타입 개발, 에너지 효율성 구현 등에 대한 개발 동향을 살펴본다.

1. 퀄컴 GIGA MIMO  6G 시대에 다가올 증가하는 용량 수요에 대비하기 위해 FR3(7~24GHz) 대역에 대한 타당성 조사가 5G Advanced Release 19에서 시작되었다. 퀄컴은 스펙트럼 규제기관 및 무선 생태계 리더들과 협력하여 이 대역을 6G에 대비하고 있다. FR1 대역 수준의 커버리지를 확보하고 FR2 수준의 시스템 용량 제공이 가능하게 하는 기술이 Giga-MIMO이다[19]. 기지국에서 4,096개의 안테나와 256개의 디지털 체인을 사용하며, 훨씬 더 밀도가 높은 안테나를 사용하지만 크기는 5G m-MIMO와 비슷하여 유사한 설치공간이 필요하다. 13GHz 대역에서 작동하도록 설계된 Giga-MIMO Prototype 시스템을 MWC2024에서 데모 시스템을 보였다. Giga-MIMO Prototype 시스템 구성도는 [그림 5]와 같다[20]. Giga MIMO 데모 시스템은 Radome, 4,096 안테나 elements, 256 디지털 체인을 지원하는 RF front-end와 하이브리드 빔포머, Heat sink, RF Transceiver, 디지털 신호처리부 등으로 구성된다.

<자료> Tingfang Ji, “6G spectrum expansion(7 to 16GHz) with 퀄컴 Giga-MIMO prototype”, MWC2024, Feb. 2024.

[그림 5] 퀄컴 Giga MIMO 시스템

 Radome은 Radar와 Dome의 합성어로 안테나를 보호하며, 전파에 투명한 재료로 구성되고 날씨로부터 안테나 보호 및 안테나 전자 장비를 보이지 않게 숨겨 준다. 또한, 빠르게 회전하는 안테나로 인해 주변 구조물들이 손상되는 것을 방지한다. RF 트랜스시버는 QRU100 RAN 플랫폼과 QTR185 칩셋으로 구성된다. QRU100 RAN 플랫폼은 고전력, 고용량 작동을 포함한 무선 성능을 위해 설계되었다. Giga-MIMO Prototype은 5G mMIMO 시스템과 비교하여 안테나 컴포넌트가 16배 증가하고 매우 큰 빔 형성 이득을 얻을 수 있다. 이는 유사한 광역 커버리지를 달성하기 위해 6G Giga-MIMO를 5G mMIMO와 함께 배치하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 이를 통해 기존 5G 인프라 및 서비스와의 하위 호환성을 유지하면서 전체 네트워크의 운영 효율성을 크게 높여 새로운 서비스를 가능하게 한다. 또한, 네트워크 구축 및 기존 서비스를 업그레이드하는 것이 가능하게 된다.

2. 삼성전자 X-MIMO  삼성전자는 FR3 대역에서 Massive MIMO를 더욱 발전시키는 X-MIMO 기술에 대해 다양한 연구와 시스템을 개발하고 있다[21]. X-MIMO는 FR3 대역에서 발생하는 전파 손실 등의 문제를 해결해 줄 것으로 기대된다. FR1 대비 안테나 수는 4배 이상, 안테나 소자는 10배 이상 크게 사용하여 용량을 증가시키고 셀 밀집화를 피해 투자 및 운영비를 크게 줄이며 에너지 효율을 증가시키는 것을 목표로 한다.

[표 1] SRS-based SU-MIMO와 PMI-based SU-MIMO의 비교

구분 한국어 표현 한-영 번역 결과
User capability SRS transmit antenna switching
(higher than T1R4)
CSI reporting on 32 port PMI
Associated resource overhead Four SRS resources per users in UL 32 port CSI-RS in DL,
CSI feedback overhead in UL
CSI quantization error None Relatively high
Coverage Low High
Supported duplex mode TDD only Both TDD and FDD

<자료> Samsung, Massive MIMO for New Radio, Dec. 2020.

 MIMO 기술의 고도화를 위한 다양한 연구들도 진행하고 있다[22]. E-MIMO 시스템은 안테나 요소의 배치 방식에 따라 다양한 Form Factor를 가질 수 있다. CSI(Channel State Information) 획득 방법에 따라 MIMO 방식은 SRS(Sounding Reference Signal) Based SU-MIMO, PMI(Precoding Matrix Indicator) based SU-MIMO, Beamformed CSI-Reference Signal(RS) 등으로 분류된다. TDD 시스템에서 다수의 사용자가 동시에 고부하 트래픽을 요구하는 경우, 사용자에게 상호 직교하는 빔을 할당하는 DL MU-MIMO 솔루션은 셀 처리량과 사용자 경험을 향상시킬 수 있다. SRS-based SU-MIMO와 PMIbased SU-MIMO의 비교를 [표 1]에 나타내었다. TDD 시스템에서 SRS-based SUMIMO은 PMI-based SU-MIMO에 비해 기지국 송신기는 양자화 오류 없이 CSI를 획득할 수 있고 SRS 응답을 기반으로 각 RB의 BF 가중치를 독립적으로 계산할 수 있으므로 채널 주파수 선택성에 강인하다.

3. 화웨이  5G에서 mMIMO 시스템 개발과 상용화에 선두를 달리고 있는 화웨이는 5G Advanced 시스템을 5.5G로 명명하고 지속적인 성능 향상을 추진하고 있다. 화웨이는 풀시리즈 5.5G 솔루션은 끊임없는 이노베이션 활동을 통해 5.5G 시스템을 확장시켜 나가고 있다[23]. MWC 2024에서 화웨이는 5.5G 지능형 코어 네트워크와 서비스 인텔리전스, 네트워크 인텔리전스, O&M 인텔리전스가 통합된 솔루션을 선보였다.
 탄소 절감을 수행하고 전력 소비량을 감소시키기 위해 여러 활동을 펴나가고 있다. 유럽과 아프리카 등 다양한 사업자 네트워크에서 에너지 절약 솔루션 ‘PowerStar’를 구축하고 운영 중이다. 이 솔루션은 5G 기지국의 성능 열화 없이 기지국 운영에 필요한 전력을 감소해 주는 역할을 수행한다[24]. 기지국은 주로 최대치의 전력을 사용하고 있는데 이로 인해 에너지 소비가 이슈가 되었다. PowerStar를 통해 기지국 전력을 조절하고 그 소모를 제어하고 관리할 수 있게 되었다. 2025년까지 세계적으로 600~700만 개의 5G 기지국이 구축될 예정이며 PowerStar를 통해 수백억 KWatt의 전기절약 효과가 예상되어 4,300만 톤의 탄소 절감 효과가 기대되고 있다.

4. 에릭슨  에릭슨은 독일의연방경제기후보호부(Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action)로부터 6G를 위한 유럽 마이크로 전자공학 및 통신 기술 프로젝트를위해 5년간 자금 지원을 받을 예정이다[25]. 이 프로젝트는 6G MIMO 연구를 위한 것이고 에너지 효율적이고 필요한 반도체 기술 발전을 목표로 한다. 14개 EU 회원국이 공동으로 준비했으며 재료, 설계 툴, 반도체 설계와 제조 등에 있어 기술의 전체 생태계에 걸쳐 연구개발 프로젝트를 지원한다.
 친환경 기지국을 통한 에너지 절감에 대한 연구도 활발히 진행하고 있다[26]. 2030년에는 2020년과 비교하여 장비와 공급망 탄소배출량은 50% 절감하는 것이 목표이다. 멀티 밴드 기지국은 통합 기지국에서 여러 기지국을 지원하여 에너지 사용량을 감소시킨다. 에릭슨은 2100MHz 및 1800MHz를 지원하고 전력 소비가 25% 더 낮은 듀얼밴드 5G RAN의 신제품을 발표하였다. 진화된 패킷 교환 프런트홀을 갖추고 에릭슨 클라우드 RAN에 직접 연결한다. 트래픽이 거의 또는 전혀 없을 때 최대 절전 모드로 에너지 절약에 도움이 되는 “Expanded Deep Sleep” 모드를 제안하였다. 이는 트래픽이 적은 시간 동안 라디오당 전력을 낮추는 동시에 필요할 때 작동하도록 보장하여 소비 전력을 60~70% 줄일 수 있다.

5. 노키아  노키아는 2027년경 6G 장비를 시장에 출시하는 것을 목표로 한다. 6G는 2029년 상용화할 전망이고 6G로 활용이 유력한 FR3 대역의 투자 비용을 감소시키기 위해서 5G에 사용되고 있는 FR1 기지국사를 겸용으로 사용할 수 있도록 장비를 개발한다. 6G는 5G보다 더 큰 용량을 제공하지만 소비 전력을 증가시키지 않는 것이 중요하므로 이를 감안한 장비를 개발 중이다[27].
 5G-Advanced 및 6G 네트워크는 새로운 서비스, 최고의 연결성 및 보안에서 RF 감지에 이르기까지 고급 기능을 제공하는 것을 목표로 한다[28]. 또한, 미래의 무선 네트워크는 비트 당 훨씬 더 낮은 비용과 더 낮은 에너지 소비로 더 많은 용량을 제공해야한다. FR3 대역에서 아날로그 빔포밍으로 구현하는 것이 복잡도를 낮출 수 있다. FR3에서는 FR1 대비 UE에서 더 큰 어레이가 가능하므로 네트워크와 UE의 결합된 빔포밍은 높은 스펙트럼 효율성을 달성하는데 중요한 기술이 될 수 있다. E-MIMO 안테나와 더 많은 스펙트럼을 사용하여 기존 사이트 그리드에 더 많은 용량을 제공하기 위해 RF 프런트 엔드 기술, 확장 가능한 MIMO 처리 아키텍처, 좁은 빔의 이점을 활용하는 무선 시스템 설계, SoC 처리 기능의 빠른 발전, 낮은 전력 소비 등에 대한 연구가 진행 중이다.


 


Ⅳ. 결론

 6G 이동통신은 5G 이동통신에서 제시한 서비스들의 완성을 이루어주는 시스템이 되어야 한다. 6G는 현재 5G로 사용되고 있는 FR1(sub 6GHz) 대역과 FR2(mmWave) 대역은 물론이고 FR3 대역(7~24GHz)을 통해 추가적으로 상용화될 것으로 예상된다. FR3 대역은 FR1보다 더 넓은 대역폭을 제공하고 FR2 보다 더 넓은 커버리지를 가능하게 할 수 있다. 5G의 mMIMO(massive MIMO) 보다 4배 이상 커버리지와 용량 성능이 개선된 E-MIMO 기술은 6G 이동통신에서 요구하는 높은 데이터 속도와 넓은 커버리지를 가능하게 하는 핵심 기술이 될 것이다. 성공적인 상용화를 위해서는 5G mMIMO 수준의 복잡도와 전력소모를 달성해야 한다. 또한, 센싱 기술과 접목을 통해 다양한 서비스를 창출할 수 있어야 한다. 이동통신의 기술 선진업체들인 퀄컴과 삼성전자, 화웨이, 에릭슨, 노키아 등에서는 E-MIMO 대한 많은 기초연구를 진행하고 있고 FR3 대역을 위한 EMIMO 시스템 프로타입을 통해 상용화 가능성을 보여 주고 있다.
 본 고에서는 이러한 선진업체들의 기술과 개발 동향을 살펴보아 현재의 기술 수준을 설명하였다. 국내 중소기업들과 연구기관들도 선진기업들에 필적하는 E-MIMO 기술의 연구와 개발을 진행하고 있는데 본 고의 내용이 참고자료가 되어 연구개발에 도움이 되기를 기대한다.

[ 참고문헌 ]

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[2] 과학기술정보통신부, 6G 예타확정 발표자료, 2023. 8.
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[7] Zhuangzhuang Cui, Peize Zhang and Sofie Pollin, “6G Wireless Communications in 7–4GHz Band: Opportunities, Techniques and Challenges”, submitted to IEEE for potential publication on 10 Oct. 2023.
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[9] Harsh Tararia, et a.l, “6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities”, Proc. OF THE IEEE, Vol.109, No.7, July 2021.
[10] Keith Benson, GaN Breaks Barriers: RF Power Amplifiers Go Wide and High, Analog Dialogue 51-09, Sep. 2017.
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[12] Zhilin Lu, Xudong Zhang, Rui Zeng and Jintao Wang, “Towards Efficient Subarray Hybrid Beamforming: Attention Network-based Practical Feedback in FDD Massive MU-MIMO Systems”, submitted IEEE for potential publication on 5 Feb. 2023.
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