5G RAN 테스트, 가장 완벽한 정보 패키지!

1.  5G는 아직 갈 길이 멀다

올해는 5G가 대규모로 상용화되는 첫 해이자, 5G 시대(2020~2030)의 시작을 알리는 해입니다. 5G의 상용화는 이제 막 시작되었으며, 앞으로 나아갈 길은 아직 멀고도 깁니다. 향후 5G 상용화는 크게 세 단계로 진행될 것으로 예상됩니다.

① 올해 상반기 5G 네트워크와 단말기는 NSA(네트워크 공유)가 주를 이루다가 SA(네트워크 공유)로 진화하기 시작했습니다. 현재 5G 네트워크 커버리지는 충분하지 않고(주요 도시 지역과 일반 도시의 주요 도심 지역, 그리고 일부 비즈니스 수요 시나리오를 중심으로), 5G 단말기와 모듈 가격이 상대적으로 높으며, 5G 서비스는 동영상 및 게임 애플리케이션과 같은 eMBB(모바일 모바일) 대역폭 서비스에 집중되어 있습니다.

② 올해 하반기부터 2021년까지 5G SA가 대규모 상용화되고, URLLC(유선 속도 컴퓨팅) 업그레이드가 시작되며, 엣지 컴퓨팅이 수요에 맞춰 체계적으로 구축되고, 5G 산업 사슬이 점차 성숙해질 것입니다. 5G 네트워크는 도시 지역에서 안정적인 커버리지를 확보하고 있으며, 점차 농촌 지역의 비즈니스 수요 시나리오로 확대되고 있습니다. 5G 단말기와 5G 모듈 가격이 하락하고, 5G 서비스는 저지연 방향으로 발전하기 시작했습니다.

③ 2021년 하반기 이후 5G 네트워크 커버리지는 지속적으로 확대될 것이며, 커버리지의 깊이와 밀도 또한 점차 높아질 것입니다. 더 넓은 대역폭, 더 낮은 지연 시간, 더 높은 보안성을 통해 고속, 고신뢰성, 저지연이라는 애플리케이션 요구사항을 완벽하게 충족할 것입니다. 이는 수많은 산업 분야의 디지털 네트워크 지능화를 위한 기반을 마련할 것입니다. 5G 산업 애플리케이션은 폭발적으로 성장할 것이며, 5G는 진정으로 모든 생활 영역에 대규모로 통합될 것입니다.

2.  5G 기술은 계속해서 발전해야 합니다.

현재로서는 앞서 언급한 1단계 목표는 달성된 것으로 보입니다. 돌이켜보면, 산업정보부의 지도 하에 IMT-2020(5G) 추진단은 2016년 1월부터 5G 기술 연구 개발 테스트(핵심 기술 검증, 기술 솔루션 검증, 시스템 네트워크 검증 단계로 구분)를 수행해 왔습니다. 화웨이, ZTE, 에릭슨, 다탕 장비 등 주요 시스템 장비 제조업체들은 장비 기술 요구사항 및 테스트 사양을 공동으로 수립하고, 테스트 및 검증을 종합적으로 수행하여 5G 산업의 성숙도를 높이는 데 적극적으로 참여했습니다. 퀄컴과 같은 반도체 회사와 키사이트 테크놀로지와 같은 계측기 회사들도 시스템 장비 제조업체들과의 상호 연결 테스트를 통해 5G NR 전체 산업 사슬 구축을 가속화하는 데 적극적으로 참여했습니다.

앞서 언급한 2단계와 3단계에서 5G가 모든 산업에 진정으로 통합되어 공공 서비스를 제공하고 나아가 "5G가 사회를 변화시킨다"는 목표를 달성하기 위해서는 5G의 핵심 기술 연구를 가속화하는 것이 시급합니다.

5G의 완성형 버전인 Rel-16은 eMBB 및 URLLC 비즈니스 애플리케이션의 성능을 더욱 향상시키기 위해 다양한 시스템 기능과 특징을 도입했습니다. 구체적으로, 첫째, 다중 안테나 강화, 라이선스 면제, 고주파 대역, 릴레이, 유무선 통합 등을 통해 네트워크 전송 용량을 향상시켰습니다. 둘째, SON/MDT, 위치 파악, 단말기 에너지 절약, 음성, 슬라이싱 강화, 자동화 운영 등을 통해 기본 기능을 강화했습니다. 셋째, 저지연 및 고신뢰성 강화, 차량 인터넷, 산업 인터넷, 수직형 LAN 등을 통해 산업별 애플리케이션 범위를 확장했습니다.

5G 기술과 표준은 여전히 ​​개발 및 진화하고 있습니다. 5G 관련 산업 분야를 더욱 폭넓게 겨냥한 표준화 버전인 Rel-17이 곧 출시될 예정입니다. Rel-15 및 Rel-16에서 달성하지 못했던 시스템 기능을 더욱 포괄적이고 정교하게 구현하여, "전체 스펙트럼, 전체 커버리지, 전체 애플리케이션"이라는 5G 이동통신 비전에 한 걸음 더 다가서고자 합니다. 구체적으로, Rel-17의 첫 번째 범주는 저지연 및 고신뢰성, 산업 인터넷, 네트워크 지원 단말기 에너지 절약, 다중 안테나 기술 향상, 위치 파악, 차량 인터넷, 릴레이 기술, 고대역 통신, 라이선스 없는 솔루션, 위성 통신, 서비스 지향 아키텍처 향상, 네트워크 슬라이싱, 네트워크 자동화, SON 엣지 컴퓨팅 등입니다. Rel-17의 두 번째 범주는 멀티캐스트 방송, 단말기 직접 통신(긴급 통신 및 상업용 애플리케이션용), 멀티 SIM 단말기 최적화, 대화형 서비스, 소량 데이터 전송 최적화 솔루션, 커버리지 향상, 중속 및 지역 커버리지를 위한 대규모 연결 애플리케이션, 새로운 애플리케이션 및 기능 구현과 같은 신규 프로젝트입니다.

3.  강력한 지원: 5G 테스트 및 측정

업계 권위 있는 전문가들은 2021-2022년이 Rel-16 기반의 완전한 5G 네트워크 구축 단계가 될 것이며, 2023-2025년에는 Rel-17 기반의 5G 네트워크 기능이 향상될 것으로 예측합니다.

Rel-16 및 Rel-17을 앞두고 엔드투엔드 5G 산업은 새롭고 더욱 혁신적인 발전 단계에 진입할 것으로 예상됩니다.

5G 산업 전체는 칩, 단말기, 기지국, 5G 네트워크, 칩 설계 툴 소프트웨어, 칩 파운드리 라인, 계측 장비(테스트 및 측정), 운영 체제, 앱 등을 포함합니다. 그중에서도 테스트 기술은 5G 기지국, 칩, 단말기의 연구 개발, 생산, 그리고 최종 승인에 이르기까지 전 과정에 걸쳐 적용되며, 5G 산업 사슬 전체의 산업화 과정에 직접적인 영향을 미칩니다.

따라서 통신 테스트 및 측정 분야에서 5G는 무한한 가능성을 지닌다고 할 수 있습니다. 5G 이동통신망과 사물인터넷이 더욱 발전함에 따라, 특히 산업, 의료, 로봇 제어, 차량 간 통신 등 다양한 분야에서 사물인터넷 구현을 위한 새로운 애플리케이션들이 등장하면서 기지국 시뮬레이터, 단말기 시뮬레이터, RF 적합성 테스트 시스템, RRM 적합성 테스트 시스템, Massive MIMO 신호 분석기, Massive MIMO 채널 시뮬레이터 등의 테스트 장비에 대한 수요가 증가할 것으로 예측됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

① 시스템 프로토타입 검증을 위해서는 단말기 에뮬레이터가 시급히 필요합니다. 5G 통신 기술의 시스템 수준 연구 개발 및 프로토타입 검증을 위해서는 5G 단말기 시뮬레이터의 지원이 절실히 요구됩니다. 시뮬레이터는 5G 다중 시나리오의 기술 요구 사항을 충족하여 5G 단말기의 물리 계층 및 고수준 프로토콜 시뮬레이션을 완료해야 합니다. 또한 단말기 측에서 무선 인터페이스 기술 솔루션을 유연하게 구현하고 시스템 장비 제조업체와 협력하여 다양한 5G 신기술 테스트를 수행할 수 있어야 합니다.

② 5G 신호 시뮬레이션 및 분석 장비에 대한 수요가 시급합니다. 장비 개발 및 생산 과정에서 가공 부품 및 반제품의 다양한 매개변수에 대한 정성적 또는 정량적 시험이나 감독이 필요합니다. 완제품 생산 후에는 장비 전체의 기능, 성능 및 신뢰성을 종합적으로 시험해야 합니다. 시험 후에는 데이터를 분류, 분석 및 평가하고, 그 결과를 개발 및 생산 과정에서 발생한 현상 및 문제점과 비교합니다. 이러한 복잡하고 정밀한 시험 과정을 통해서만 더 많은, 더 빠르고, 더 나은 신형 5G 제품을 더 저렴한 가격으로 시장에 공급할 수 있습니다.

예를 들어, 밀리미터파는 5G의 핵심 기술 중 하나입니다. 국내 밀리미터파 주파수 대역은 24.75~27.5GHz와 37~42.5GHz를 포함할 수 있습니다. 응용 전망은 매우 넓지만, 특히 전력 증폭기(PA)와 같은 무선 주파수 장치는 심각한 문제에 직면해 있습니다. 국내에서는 상기 주파수 대역과 800MHz 대역폭을 지원하는 PA 제품 개발에 노력을 기울이고 있습니다. 기존 CMOS 공정 PA는 충분히 높은 출력 전력을 제공할 수 없는 반면, GaAs 및 GaN 공정 PA는 밀리미터파 주파수 대역에서 더 높은 송신 전력과 더 넓은 변조 대역폭을 지원할 수 있습니다. 128채널, 256채널, 그리고 향후 1024채널까지 테스트할 경우, 채널 수의 급격한 증가는 테스트 장비 비용의 급격한 증가뿐만 아니라 채널 간 일관성 교정 및 수정으로 인한 테스트 효율 저하를 초래할 것입니다. 따라서 빠르고 경제적인 마이크로파 및 밀리미터파 테스트 솔루션에 대한 필요성이 시급합니다. 키사이트 테크놀로지와 같은 세계적인 시험 및 측정 기업들이 2015년부터 5G 밀리미터파 및 초광대역 무선 통신용 프로토타입 시험 플랫폼 개발에 착수했다고 알려져 있습니다. 이들은 시스템뷰(SystemVue) 시뮬레이션 소프트웨어를 기반으로 업계 최초로 초고속 데이터 처리량 시험을 수행했으며, 현재까지 상당한 기술적 축적을 이루어냈습니다.

③ 복잡한 채널 환경을 시뮬레이션할 수 있는 5G 채널 시뮬레이터가 시급히 필요합니다. 예를 들어, Massive MIMO 및 관련 기술에 대한 후속 이론 및 응용 연구(신호 처리, 인코딩 및 디코딩, 변조 및 복조, 자원 관리, 직교 파일럿 설계, 3차원 빔포밍 등)는 합리적인 무선 채널 모델을 기반으로 해야 합니다. 실제 환경에서 5G 채널의 변화 양상을 이해하기 위해 채널 측정 방법을 기반으로 새로운 주파수 대역의 5G 채널 모델을 연구하려면 고성능 채널 측정 플랫폼을 구축하고 응용 시나리오의 요구에 따라 채널 측정 활동을 수행할 측정 시나리오를 선택해야 합니다. 복잡한 채널의 전파 환경은 열악하고 동적 불확실성이 큽니다. 5G 시스템의 기저대역 및 무선 주파수 칩, 기지국 및 단말 시스템의 신속한 개발 및 배포를 지원하고, 향후 대규모 5G 네트워크 구축 및 유지 관리를 지원하기 위해서는 고품질 5G 채널 시뮬레이터가 시급히 필요합니다.

Rel-15에서 Rel-16, 그리고 Rel-17로 이어지는 5G NR의 발전 과정은 본질적으로 ITU가 제시한 5G의 세 가지 주요 응용 시나리오와 여덟 가지 핵심 성능 지표를 점진적으로 구현해 나가는 과정입니다. 초광대역, 초고속, 다중 채널, 전체 스펙트럼, 실생활 시나리오 시뮬레이션, 심지어 시뮬레이션 자체도 테스트 및 측정에 있어 상당한 어려움을 야기합니다.

5G 산업의 급속하고 안정적인 발전을 위해서는 고품질 테스트 및 측정에 대한 강력한 보장이 필수적입니다. 5G 위챗 공식 플랫폼(ID: angmobile)에 따르면, 테스트 및 측정 시장에서 최고의 경쟁력을 갖춘 주요 기업들이 세계 최고 수준의 성능을 자랑하는 5G 테스트 및 측정 제품 시스템을 구축했습니다. 이들은 이제 5G 기술의 기초 지식부터 이동통신 사업자의 5G 구축 테스트 및 무선 인터페이스 테스트, 5G 신호 생성 및 분석, 5G 안테나 및 부품 테스트, 5G 구축 구동 테스트, 5G 기지국 제조 테스트, 그리고 5G 품질 보증 테스트(5G NR 적합성 테스트/O-RAN 무선 주파수 테스트 튜토리얼/5G 코어 네트워크 검증 모범 사례/UEE 단말기 에뮬레이터 튜토리얼/위상 배열 안테나를 이용한 5G 무선 인터페이스 현장 테스트 시스템/채널 시뮬레이션 솔루션)에 이르기까지, 5G NR RAN 테스트에 대한 포괄적인 정보 패키지를 업계 참고용으로 제공합니다.

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