밀리미터파를 이용한 근거리 통신방식

1. 개요

2. 밀리미터파의 전파특성

3. 밀리미터파 응용시스템

4. 밀리미터파를 활용한 5G 이동통신

5. 전망

1. 개요

 - 지금까지, 밀리미터파보다 낮은 주파수 대역에서는 기존의 전자회로 기술을 바탕으로, 높은 대역에서는 광학 기술을 기반으로 하여 시스템의 설계가 이루어져 왔음

 - 최근 멀티미디어 정보를 고품질로 전송하기 위하여 넓은 대역폭을 제공할 수 있는 밀리미터파 대역의 무선통신이 요구됨

 - 밀리미터파 대역이란 통상적으로 전파의 파장이 1mm에서 10mm의 대역인 30GHz에서 300GHz 사이의 주파수 대역으로, 고속의 데이터나 영상정보를 분배할 수 있는 광대역성을 가지고 있음

 - 밀리미터파는 마이크로파의 자유공간 전파손실을 포함하여 추가적으로 대기 중의 가스나 강우 감쇠가 추가로 발생됨에 따라 이에 대한 전파전파 특성이 고려되어야 함

 - 밀리미터파는 수마일 정도 전파할 수 있으며, 고체 매질을 잘 투과하지 못하며, 대기 가스흡수나 강우감쇠가 커 장거리 전송에 적합하지 못함

 - 그러나 이러한 단점의 전파 특성을 이용, 근거리에서 주파수 재사용으로 주파수 이용효율과 통신 보안성을 높일 수 있음

 

2. 밀리미터파의 전파특성

 가. 장점

    - 전파의 특성상 파장이 짧아 안테나 및 기기의 소형, 경량화가 가능

    - 대역폭을 넓게 사용할 수 있어 정보량을 대량으로 전송 가능
    - 근거리통신에 적합

    - 주파수 재사용율이 높음

   

 나. 단점

    - 매우 강한 직진성으로 장거리 통신에는 다소 부적합

    - 대기환경에 민감하게 반응하여 강우, 대기분자, 강설 등 대기요인에 영향을 크게 받아 감쇄가 심하여 지리적 위치, 기후, 지형, 계절 등의 영향을 많이 받음

    - 회절, 투과에 의한 전파손실이 큼

    - 높은 동작 주파수 때문에 사용 부품이 대체로 고가임

 

3. 밀리미터파 응용시스템

 

  가. 근거리 무선망 백홀 기술 

    - 케이블 매설공사 불필요하고, 광대역 대용량전송이 가능, 고정, 이동, 임시회선용으로 사용이 가능(전자뉴스수집(ENG), 방송중계차 시스템(OB, Outdoor Broadcast) 등)

  나. 영상 전송용

    - Wireless HD, IEEE 802.15.3c 등

  다. 밀리미터파 위성통신

     - WARC(World Administrative Radio Conference, 세계 무선통신 주관청 회의)에서 위성통신용으로 할당한 밀리미터파 영역은 고정통신용으로 약 65GHz, 이동통신용으로 약 53GHz, 위성간 통신에 42GHz가 할당되어 있음

  라. 근거리 무선 LAN용

    - 802.11ad(WiGig), 60GHz의 대역을 사용

  마. 근거리 센싱시스템

    - 장해물 검지, 충돌 방지 등의 목적으로 차량간 통신, 고정밀도의 위치인식 시스템, 침입 방지 시스템등

  바. 첨단차량 및 도로시스템

    - 차량과 차량간의 무선통신 방법으로 연구 중

  사. 지구환경 센싱, 전파천문

    - 밀리미터파의 산란, 흡수, 감쇄 현상을 역이용하여 천문현상 관측

  아. 영상 보안

    - 공항의 수하물 검색, 전신 검색용으로 X-ray 대체

 

4. 밀리미터파를 활용한 5G 이동통신

  - 최근 모바일 스마트 기기 및 서비스의 새로운 패러다임 진화에 따른 초연결(Hyper connection) 사회로의 진입과 빅데이터 출현으로 인해, 모바일 트래픽은 해마다 2배씩 증가하여 10년 뒤 1,000배 이상 증가할 것으로 예상
  - 이처럼 급격히 증가하는 모바일 트래픽 증가로 인해 모바일 망 사업자의 부담이 가중되고 있다.

  - 추가 주파수 확보가 제한된 기존의 4G 이동통신으로는 이러한 모바일 트래픽 폭증에 따른 1,000배 용량 증대를 수용할 수 없음

  - 따라서 광대역폭 확보가 가능한 밀리미터파 기반의5세대 이동통신 기술 개발이 전 세계적으로 시작

  - 한국전자통신연구원에서는 밀리미터파를 활용한 이동 무선 백홀 기술(MHN: Mobile Hotspot Network)과 밀리미터파 활용 단말 액세스 기술(중추 네트워크)을 2012년부터 수행 중

  - 밀리미터 대역의 채널은 경로 감쇠가 크기 때문에 셀 커버리지의 감소와 링크의 품질이 떨어지는 문제가 있을 수 있는 반면, 밀리미터 대역의 신호 파장은 수 밀리 미터 단위로 짧아 작은 공간에 많은 안테나를 배치할 수 있다. 따라서 다수의 안테나를 설치한 배열 안테나를 만들고 이를 이용한 송수신 단에서의 지향성 빔을 사용하여 커버리지 감소와 링크 품질 저하의 문제점을 보상할 수 있다. 따라서 밀리미터파 이동통신 시스템에서 빔형성 기술은 매우 중요

 

 

5. 전망

  - 멀티미디어 정보를 고품질로 전송할 수 있는 광대역 밀리미터파 주파수 시스템 개발은 한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용하여 고도정보사회에 사용할 수 있을 것으로 기대됨

  - 비/저활용되고 있는 10GHz 이상의 밀리미터파 주파수를 개척하여 5G 이동통신에 사용하고자하는 연구가 진행 중, 5G 이동통신의 핵심기술이 될 것으로 전망됨

  - 유럽연합은 체계적인 주파수의 재배치 또는 효율적인 주파수 이용계획을 수립하여 소속국가들이 활용하고 있으며, 주요 이용 계획은 이동멀티미디어 서비스, 마이크로파 영상분배서비스(MVDS), 전자뉴스수집(ENG)또는 방송중 계기(OB), 도로교통정보시스템(RTT) 등과 같은 광대역 정보전송용으로 사용할 계획임. 

 

 

 

밀리미터파_5G_동향.pdf

<참조>

IEEE 802.15.3c는 비인가 57~66㎓ 대역에서 초고화질(풀HD)급 영상을 TV와 휴대폰, 케이블, 위성방송, 셋톱박스, 게임콘솔, DVD/BD 플레이어, 캠코더 및 이동식 멀티미디어 장비와 Gbps(기가비트)급 무선으로 연결시키는 초고속 비압축 무선 전송 기술

무선 HD 컨소시엄이 제정한 무선 고선명 텔레비전(HDTV) 전송 표준. 무선 HDMI라고도 한다. 국제적으로 면허 없이도 이용할 수 있는 밀리미터파(60GHz) 대역의 전파를 사용해서 4Gbps의 데이터를 통신할 수 있는 규격으로 HDTV를 압축하지 않고도 전송이 가능