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진수 비
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1 E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 Multi-Gbps Wireless Transmission Technology Trends in the E-band 뉴미디어시대를이끌어갈방송통신융합기술특집 김봉수 (B.S. Kim) 김광선 (K.S. Kim) 강민수 (M.S. Kang) 변우진 (W.J. Byun) 송명선 (M.S. Song) 밀리미터파기술연구팀선임연구원밀리미터파기술연구팀선임연구원밀리미터파기술연구팀선임연구원밀리미터파기술연구팀팀장인지무선연구팀책임연구원 목차 Ⅰ. 서론 Ⅱ. Gbps급고정통신시스템응용예 Ⅲ. Gbps 급고정통신시스템기술동향 Ⅳ. 송수신구성부품기술동향 Ⅴ. 결론 * 본연구는지식경제부및 KEIT 의 IT 핵심기술개발사업의일환으로수행하였음. [2008-F , 스펙트럼공학및밀리미터파대전파자원이용기술개발 ] 최근에 3.5G, 4G 이동통신, WiMax 등다양한고속무선데이터서비스의발달이급속도로진행됨에따라기지국을위한무선백홀의전송속도가현재보다급격히높아질것으로예상되며, 광백본망에연결되지않은빌딩들을위한광통신망과빌딩간 Last Mile 구간에대한경제적인통신망확보가요구되고있다. 본고에서는경제적으로 Gbps급광백본망과가입자를연결하거나, Gbps급사설통신망및백홀에이용할수있는 E-band 이용 Multi-Gbps급고정점대점통신시스템과송수신기핵심구성부품의기술개발동향을소개하고자한다. C 2010 한국전자통신연구원 57

2 Ⅰ. 서론 최근에 3.5G, 4G 이동통신, WiMax 등다양한고속무선데이터서비스의발달이급속도로진행되고있으며, 이로인해대용량 / 고속 Ethernet 망에대한수요가급속히증대되어가고있다. 이런대용량 / 고속 Ethernet 망을구성하는방법으로는밀리미터파를이용하는방법, 무선광통신 (FSO)[1], 그리고유선광통신망을이용하는방법이있다. FSO 의경우무선광통신이기때문에링크거리, 안개 / 눈 / 비등의자연환경의영향을극복하기어려운단점이있고, 유선광통신의경우링크거리나자연환경의영향을받지않는장점이있지만설치하는데많은시간과비용이드는단점이있다. 반면에, 밀리미터파를이용하는무선통신은 1~2km 정도의무선링크를구성하는시스템에서설치시간이나비용측면에서유선광통신보다큰장점이있고, 자연환경등의영향면에서는 FSO 보다유리하다는장점이있다. 이런이유로최근밀리미터파를이용한고정용점대점무선통신에대한관심이증가하고있다. 고정점대점 (point-to-point) 무선통신은서로떨어져있는두고정된위치에서무선링크를이용하여정보를주고받는통신방식을말하는데, 이런고정점대점무선통신에이용가능한주파수는 18GHz, 38GHz, 60GHz, 70/80GHz, 92GHz 대역등이있다 [2]. 그러나, 18GHz나 38GHz 대역은이용가능한주파수대역폭이수십 MHz 정도로좁기 때문에 Gbps급전송속도를충족시키는데에는한계가있다 [3]. 이로인하여주파수활용도가낮은 50GHz 이상의대역에서충분히넓은대역폭을이용함으로써비교적간단한송수신기구현을통해 Gbps급의데이터를전송할수있는주파수자원활용방안에대한관심이증가하였다. 50GHz대이상의주파수대역주파수분배의경우, 미국 FCC는 1998년 57~64GHz 대역을분배하였으며, 일본은 59~66GHz 대역을분배하였다 [4]. 한국도 2006년에용도미지정으로 57~64GHz 대역을분배하였다. 또한, 미국, 캐나다, 유럽은 2005 년에 71~76GHz, 81~86GHz, 그리고 92~95GHz 대역을고정점대점통신용으로분배하였으며, 호주는 2007년에, 그리고한국은 2009년에 71~76GHz, 81~86GHz 대역을고정점대점통신용으로분배하였다 [5]. ( 그림 1) 은주요국가들의 70/80/90GHz 대역주파수분배현황을보여준다. 57~64GHz 대역은비면허주파수용도로분배되었으므로대부분의국가에서주파수이용에따른비용부담이없기때문에무선고정점대점통신용으로활용되기도하였다. 하지만 60GHz 대역은대기중의산소에의한감쇠가매우크기때문에실외장거리통신용에는적합하지않고 WPAN과같은 10m 이내의통신용으로활용되고있다. 한편, 71~ 76GHz, 81~86GHz 대역은산소에의한감쇠가 1km 당 0.5dB 이하로매우작아서장거리무선링크에적합하다. ( 그림 2) 는밀리미터파대역에서의 구분 미국 / 캐나다 유럽 / 영국 ~ ~ GHz 비고 미국 : FCC 년 3월개정캐나다 : DGTP 년 9월분배유럽 : ECC/REC [05] 년 10 월분배영국 : Ofcom 2006 년 11 월분배 호주 보호대역요구 호주 : ACMA RAU FX 년 12 월분배 한국 ( 그림 1) 주요국가의 70/80/90GHz 주파수분배현황 한국 : 방통위고시 년 12 월분배 58 C 2010 한국전자통신연구원 58

김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 Attenuation (db/km) 100 10 1 0.

3 김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 Attenuation (db/km) Average atmospheric absorption of millimeter-waves Horizontal propagation at sea level H 2O O 2 O 2 H 2 O Horizontal propagation at 9150m H 2 O Point to Point Access Cellular Phone Frequency (GHz) ( 그림 2) 밀리미터파대역의대기감쇠특성대기감쇠특성을보여준다 [6]. E-band는 60~90GHz 대역을의미하는데, 특히 70/80GHz 대역을이용한고정무선통신의경우시장자료전문조사기관인 Visant Strategic사는 2014년까지연평균성장률이 125% 정도될것으로예측하고있다. 본고에서는현재특히관심이증대되고있는 70/80GHz 대역을이용한 Multi-Gbps 급고정점대점통신시스템의응용분야와시스템및 MMIC, 안테나등과같은송수신핵심구성부품의기술개발동향을소개하고자한다. Ⅱ. Gbps 급고정통신시스템응용예 70/80GHz 대역고정점대점통신시스템은다음과같이초고속데이터전송이필요한다양한응용분야에적용가능하다. 1. 기업및학교의건물간고속통신망오늘날기업이나대학내에는비디오, 그래픽, 데이터파일등각종많은용량의데이터의전송을필요로하고있다. ( 그림 3) 에서보여지는것처럼, 하나의건물을이용하는경우에는상대적으로자가통신망을형성하는것이용이하지만여러건물을이용하는경우에는각건물사이에유선망으로형성하면설치비용이크게증가한다. 특히, 망을임대하는경우매달많은임대비용을지불해야하는문제점도발생하게된다. 70/80GHz 주파수대역의경우이용 Fiber Networks Campus LAN ( 그림 3) 기업및학교의고속통신망 가능한주파수대역폭이 10GHz 정도이므로수 Gbps 급의전송시스템구현이가능하고, 간단한안테나설치만으로망을형성할수있기때문에설치비용이저렴하며, 안테나빔폭이매우좁아서 (2feet 안테나의경우 3dB 빔폭이 1도이내임 ) 높은보안성을유지할수있는장점이있다. 2. HDTV 방송용통신망 WiFi Hotspot 현재전세계적으로 HDTV에대한보급이활발히이루어지고있으며, 이에맞추어 HDTV 관련망기반시설구축사업도활발히이루어지고있다. HDTV의경우실시간비압축으로영상을전송하는경우최소 1.485Gbps의속도가요구된다. 기존유선망을이용하여비압축으로영상을전송하는경우망에서발생하는용량이너무커서전용선을이용하지못하면영상을압축하여전송해야하는데, 이와같은경우영상압축에따른화질열화와전달지연이발생하기때문에운동경기중계와같은실시간방송의경우수초의지연시간이발생할수있다. 이와같은상황에서 ( 그림 4) 와같이 70/80GHz 대역의점대점무선통신을이용하여카메라와고속전용망이있는곳과의무선연결이가능하다면이런단점을보완할수있어영상의지연을줄일수있다. C 2010 한국전자통신연구원 59

( 그림 4) HDTV 방송용통신망 중앙통제센터 3. 재난극복용통신망 기존유선망은자연재해 ( 불, 홍수, 지진, 태풍등 ) 또는인재로인하여기간망의기능을상실하는사고가발생하는경우망을복구하는데많은시간과비용이소요된다.

( 그림 6) 비디오감시용통신망장, 건설부지, 고속도로, 철도, 공항, 창고등다양한장소에서방범용영상카메라가쓰이고있다. 현재비디오기술은기존아날로그에서초고화질디지털영상기술로발전하고있으며, 이로인해비디오영상을효율적으로관리하는방법이요구되고있다.

고속전송이가능하기때문에많은비디오영상을하나로통합하여통신이가능하고, 빠른설치및저렴한비용, 그리고밀리미터파의직진성을이용하여높은보안성을갖는장점이있다. 5. 의료용통신망 ( 그림 5) 재난극복용통신망 4. 비디오감시용통신망최근사회안전망구축을위해방범용영상카메라의역할이증대되고있다.

4 ( 그림 4) HDTV 방송용통신망 중앙통제센터 3. 재난극복용통신망 기존유선망은자연재해 ( 불, 홍수, 지진, 태풍등 ) 또는인재로인하여기간망의기능을상실하는사고가발생하는경우망을복구하는데많은시간과비용이소요된다. 특히, 자연재해등으로재난이발생한경우상황극복을위한통신망의유무는재난극복이나피해자구호등에있어서매우중요한요소가된다. 이런재난사항에서이용가능한통신방법이 ( 그림 5) 에서보여지는것처럼송수신장비를원하는위치에바로설치하여고속통신을가능하게하는밀리미터파점대점무선통신이다. ( 그림 6) 비디오감시용통신망장, 건설부지, 고속도로, 철도, 공항, 창고등다양한장소에서방범용영상카메라가쓰이고있다. 현재비디오기술은기존아날로그에서초고화질디지털영상기술로발전하고있으며, 이로인해비디오영상을효율적으로관리하는방법이요구되고있다. 비디오영상또한보다선명한영상을요구하며효율적인비디오감시용통신망의관리를위해서여러비디오영상을동시에관리하는방향으로진화하고있다. 고정점대점통신시스템은 ( 그림 6) 에서보이는것처럼이런요구를효과적으로수용하면서비디오감시용통신망을형성할수있다. 고속전송이가능하기때문에많은비디오영상을하나로통합하여통신이가능하고, 빠른설치및저렴한비용, 그리고밀리미터파의직진성을이용하여높은보안성을갖는장점이있다. 5. 의료용통신망 ( 그림 5) 재난극복용통신망 4. 비디오감시용통신망최근사회안전망구축을위해방범용영상카메라의역할이증대되고있다. 최근에빌딩입 / 출구, 주차 70/80GHz에서이용가능한수 GHz의대역폭은비압축실시간 HD급영상의통신을가능하게하여병원에적용될경우 ( 그림 7) 에서보이는것처럼건물이분리되어있는응급실, 집중치료실, 수술실, 방사선실등으로고화질디지털 x-ray 영상이나, 긴급환자의고해상도의 MRI 영상등의전송이가능하다. 이로써긴급상황에서보다빠른응급조치가가능해져환자의보다효과적인치료가가능해진다. 60 C 2010 한국전자통신연구원 60

김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 5GHz 이상의대역폭이할당되어있다.

이를살펴보기위하여현재상 용제품의기술수준과보다빠른전송을위해연구 되고있는기술동향을설명하고자한다. 수술실 ( 그림 7) 의료용통신망 중앙진료센터 Ⅲ. Gbps 급고정통신시스템기술동향 70/80GHz 대역은 60GHz 대역에비해서대기감쇠도적고강우감쇠는비슷하며고정통신용으로 1.

최근에는기존의넓은주파수대역을활용하는 ASK나 FSK와같은아날로그방식의변조방식에서점차적으로 BPSK나 QPSK 등의디지털변조방식을 < 표 1> 고정통신용 70/80GHz 상용송수신시스템 업체명모델명인터넷주소 Comotech TE1000C www.comotech.com LOEA L2710 www.

25Gbps Full duplex 사용주파수 71~76GHz 71~76 & 81~86GHz 72.5 & 82.5GHz 71.125~75.

5 김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 5GHz 이상의대역폭이할당되어있다. 또한다른허 가대역과달리라이선스를받기쉬우면서도주파수 사용료가저렴하면서기본적인통신품질에대한보 방사선실 HD 급영상무선통신망 응급실 호를받을수있어서여러나라에서 Gbps급이상의무선전송시스템에적용하기위한기술개발이활발히이루어져왔다 [7]. 이를살펴보기위하여현재상 용제품의기술수준과보다빠른전송을위해연구 되고있는기술동향을설명하고자한다. 수술실 ( 그림 7) 의료용통신망 중앙진료센터 Ⅲ. Gbps 급고정통신시스템기술동향 70/80GHz 대역은 60GHz 대역에비해서대기감쇠도적고강우감쇠는비슷하며고정통신용으로 1. 상용 Gbps급밀리미터파시스템동향 70/80GHz를이용한 1.25Gbps 급밀리미터파송수신시스템은몇년전부터 Gigabeam, Bridgewave 등여러회사에서상용제품으로출시하고있다. 최근에는기존의넓은주파수대역을활용하는 ASK나 FSK와같은아날로그방식의변조방식에서점차적으로 BPSK나 QPSK 등의디지털변조방식을 < 표 1> 고정통신용 70/80GHz 상용송수신시스템 업체명모델명인터넷주소 Comotech TE1000C LOEA L Bridgewave AR80X Rayawave Airebeam 70~ 사진 전송속도 1.25Gbps Full duplex 1.5Gbps Full duplex 1.0Gbps Full duplex 1.25Gbps Full duplex 사용주파수 71~76GHz 71~76 & 81~86GHz 72.5 & 82.5GHz ~75.875GHz 출력전력 +17dBm(50mW) +17dBm(50mW) - +17dBm(50mW) 변조방식 ASK OOK OOK ASK 안테나 카세크레인 카세크레인 카세크레인 카세크레인 업체명모델명인터넷주소 ELVA-LINK PPC ADC Flexwave MMW Gigabeam G1.25/24 G4 Networks MMW-70-GE 사진 전송속도 1.25Gbps Full duplex 1.25Gbps Full duplex 1.25Gbps Full duplex 1.25Gbps Full duplex 사용주파수 71~76/81~86GHz 71~76/81~86GHz 71~76/81~86GHz 71~76GHz 출력전력 +10dBm(10mW) - 20dBm +17dBm(50mW) 변조방식 DQPSK DBPSK BPSK ASK 안테나 카세크레인 파라볼라 파라볼라 카세크레인 C 2010 한국전자통신연구원 61

사용하고에러정정알고리듬이나 1Gbps/100Mbps 로환경에따라전송속도변경이가능하게하는등다양한디지털신호처리기술이접목된제품들이나타나고있다. 장거리전송을위한고이득안테나는접시형안테나를주로사용하고있으며출력이나전달거리는유사한특성을보인다. 국내에서도코모텍에서 71~76GHz 대역을사용한 ASK 방식의 1.25 Gbps급전송시스템을개발하여판매하고있다.

Multi-Gbps 급시스템개발동향 10Gbps급유선광네트워크의보급이늘어나고무선통신서비스의속도가증가함에따라무선망 ( 그림 8) Endwave 사의 Smart T/R 모듈 [8] Digital data input Digital data output Data demultiplexing Data multiplexing N channels Modulator N

6 사용하고에러정정알고리듬이나 1Gbps/100Mbps 로환경에따라전송속도변경이가능하게하는등다양한디지털신호처리기술이접목된제품들이나타나고있다. 장거리전송을위한고이득안테나는접시형안테나를주로사용하고있으며출력이나전달거리는유사한특성을보인다. 국내에서도코모텍에서 71~76GHz 대역을사용한 ASK 방식의 1.25 Gbps급전송시스템을개발하여판매하고있다. 여러가지상용시스템의특성을 < 표 1> 에정리하여비교하였다. backhaul용으로적용하기위하여수 Gbps급전송이가능한시스템의개발이여러가지형태로이루어지고있다. 밀리미터파송수신기모듈제작으로잘알려진미국의 Endwave사는고차변조방식을지원하기 2. Multi-Gbps 급시스템개발동향 10Gbps급유선광네트워크의보급이늘어나고무선통신서비스의속도가증가함에따라무선망 ( 그림 8) Endwave 사의 Smart T/R 모듈 [8] Digital data input Digital data output Data demultiplexing Data multiplexing N channels Modulator N channels Demodulator IF multiplexer Ref. clock ~ IF demultiplexer RF LO ~ Sub-harmonic up-converter A A LNA LNA BPF Sub-harmonic down-converter Diplexer BPF Tx Rx Antenna Digital modem IF module (a) 전송시스템구조 Mm-wave transceiver Integrated mmwave front end 6Gbps link at the test range (b) 전송시스템옥외시험 ( 그림 9) 호주 CSIRO 의멀티기가비트전송시스템 62 C 2010 한국전자통신연구원 62

김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 위해디지털마이크로컨트롤러가내장된 Smart T/R 모듈이라고명명된밀리미터파송수신기모듈을개발하였는데이모듈은 100GHz 대역까지적용가능하고바이어스및주요소자의특성을검출하는기능을이용하여 RF 소자의변동을보상하는기술을개발하였다 [8].

5GHz 의대역을 4개의채널로나누고주파수효율을높이기위해 8PSK 변조방식을사용하였으며 RF 송수신경로의비선형성을보상하기위한송신에서의디지털채널보상기법을적용하였다. ( 그림 9) 는호주 CSIRO 의송수신시스템의구조및실제옥외측정장면을나 타낸다. 미국의 Univ.

7 김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 위해디지털마이크로컨트롤러가내장된 Smart T/R 모듈이라고명명된밀리미터파송수신기모듈을개발하였는데이모듈은 100GHz 대역까지적용가능하고바이어스및주요소자의특성을검출하는기능을이용하여 RF 소자의변동을보상하는기술을개발하였다 [8]. ( 그림 8) 은 Endwave 사의 Smart T/R 모듈의예를보여주고있다. 호주의 CSIRO는 80GHz 대역에서다중채널방식을이용한 6Gbps 급단방향전송시험을실시하고, 양방향시스템을개발중이다 [9]. 2.5GHz 의대역을 4개의채널로나누고주파수효율을높이기위해 8PSK 변조방식을사용하였으며 RF 송수신경로의비선형성을보상하기위한송신에서의디지털채널보상기법을적용하였다. ( 그림 9) 는호주 CSIRO 의송수신시스템의구조및실제옥외측정장면을나 타낸다. 미국의 Univ. of California Santa Barbara 에서는 MIMO 기술을적용하여최대 40Gbps의전송이가능한시스템구조를연구하였다 [10]. LOS 환경에서도전송거리에연관된적절한안테나사이의거리를유지시켜공간적인다중화이득이생기도록하는기술을적용하였다. ( 그림 10) 은상기연구기관에서제안한전체적인밀리미터파 MIMO 구조를보여준다. 일본의후지쓰연구소에서도 70~95GHz 대역에서임펄스전송방식을사용하여 10Gbps를전송하는시스템을개발하여발표하였다 [11]. ( 그림 11) 은임펄스전송방식의송수신기구조를나타내는데송신부는임펄스변조기, 필터, 고출력증폭기로구성되어있고수신부는저잡음증폭기, 검출기, lim- Transmit array Receive array Subarray IF input 16 phase VCO D D 10MHz reference R Receive array has N elements, each of which is a subarray ( 그림 10) MIMO 기술을이용한 40Gbps 급전송시스템 Transmitter(Tx) Receiver(Rx) Millimeter-wave wavelet Electrical signal Short-pulse modulator RF transmitter Filter Power amplifier Tx baseband unit Optical signal Antenna Optical signal Low-noise amplifier RF receiver Detector Rx baseband unit Limiting amplifier Electrical signal Fiber network (10Gbps) (a) 임펄스방식밀리미터파시스템구조 mm (b) 실제제작된전송시스템 ( 그림 11) 임펄스전송방식을이용한 10Gbps 급전송시스템 C 2010 한국전자통신연구원 63

8 iting 증폭기로구성되어있다. 또한고속처리를위해 GaAs 보다속도와노이즈특성이좋은 InP 를사용하여소자를개발하였다. 지금까지살펴본바와같이세계적으로데이터전송속도를높이기위한기술경쟁이치열하게전개되고있다. 국내의경우 ETRI 는 16QAM 변조방식을사용한다중채널전송방식을채택하여 70/80GHz 대에각각의 5GHz 가용대역을이용하여 10Gbps 급데이터를완전이중화방식으로전송하는시스템과안테나, RF, IF 모듈및 MMIC 기술을개발하고있다. Ⅳ. 송수신구성부품기술동향 RF 송수신시스템핵심구성부품으로는저잡음증폭기 (LNA), 전력증폭기 (PA), 믹서 (Mixer), 안테나등이있다. 본장에서는현재선진각국에서개발하고있는 InP, GaAs, 등능동소자를이용한 RF 송수신 MMIC들과시스템의최종단에위치하는안테나의기술개발현황및성능을조사분석하였다. 1. 저잡음증폭기 (LNA MMIC) 수신감도와밀접한관련이있는 LNA는현재 InP 공정이나 GaAs 공정을이용한 모델명 ANZ 080A01 ANZ 080A02 BW (GHz) < 표 2> MMIC LNA NF (db) Gain (db) P1dB (dbm) 70~ ~ 공정 GaAs GaAs HMC- ALH508 71~ GaAs HMC- ALH509 71~ GaAs LN ~ ~ InP 제조사 Gotmic Gotmic Hittite Hittite HRL Fujitsu 제품들이주류를이루고있으며 Hittite( 구 Velocium) 사, Gotmic 사에서는 GaAs 공정을이용하여 NF가 5dB 정도인부품들을개발하였으며, HRL사에서는 InP 공정을이용하여 NF 특성이 3dB인제품을개발하였다 [12]-[14]. 또한 Fujitsu 사에서는 2009년 European Microwave Integrated Circuits Conference에서 공정을이용하여잡음지수 (NF) 3.8dB의 LNA를발표하였다 [15]. < 표 2> 는상용저잡음증폭기의성능을제조사별로비교한것이다. 2. 전력증폭기 (PA MMIC) PA는옥외점대점 (PTP) 무선링크에서통신거리를결정하는중요한구성부품중의하나이다. 현재 Hittite( 구 Velocium) 사, Gotmic사에서는 GaAs 를이용하여 P1dB 가최대 20dBm 의정도인제품들을개발하였고, HRL사에서는 HFET 공정을이용하여 P1dB 24dBm 의제품을개발하였으며 [16], Fujitsu사에서는 2009 년 EuMIC 에서 공정을이용한 P1dB 25.4dBm 의 PA를발표하였다. < 표 3> 은상용전력증폭기의성능을제조사별로비교한것이다. 모델명 BW (GHz) 3. Mixer MMIC < 표 3> MMIC PA Gain (db) P1dB (dbm) 공정 HMC- APH633 71~ GaAs HMC- APH634 81~ GaAs - 71~ ~ ~ HFET HFET 제조사 Hittite Hittite HRL HRL Fujitsu IF 신호를 RF 신호로변환하는기능을하는 Mixer 는 GaAs 공정을이용한제품이주류를이루 64 C 2010 한국전자통신연구원 64

9 김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 모델명 HMC- MDB277 MDR080 A01 MDR080 A01 EWM76 01ZZ EWM86 01ZZ RF/LO (GHz) < 표 4> MMIC Mixer IF (GHz) C.L. (db) 70~90 DC ~95 DC ~95 DC ~76/ 20~40 81~86/ 25~45 공정 GaAs GaAs 제조사 Hittite Gotmic Gotmic DC Endwave DC Endwave Relative Antenna Gain (db) GHz 76GHz 81GHz 86GHz Spec: USA-FCC Off Bore Sight Angle ( o ) ( 그림 12) 70/80GHz 반사판안테나의 E-plane 복사패턴과 FCC 규격 [18] 고있으며구조는 single/double balanced 형태로 Hittite사와 Gotmic 사에서개발되었으며, 최근 Endwave 사에서 Sub-harmonic Mixer 구조의믹서가개발되었다 [17]. < 표 4> 는상용믹서의성능을제조사별로비교한것이다. x y z 27 o Primary source: Prolate horn 4. Antenna 일반적으로안테나가물리적으로큰경우또는주파수가높아지는경우복사패턴의빔폭은매우작아진다. 따라서 E-band 시스템은직경 60cm의안테나만사용하더라도 3dB 빔폭이 0.5도로매우좁은방사패턴을얻을수있다. 이로인하여시스템간의간섭이거의없어허가절차를간단하게할수있다. 이와같은장점을얻기위하여 ( 그림 12) 에서보여지는것처럼 FCC는안테나의최소이득 43dBi, 최대빔폭 1.2도의제한을두었다. 높은안테나이득과좁은빔폭특성을가지는안테나에적합한구조는카세그레인반사판안테나이며, 현재상용제품의경우모두카세그레인반사판안테나를사용하고있다. 그러나카세그레인반사판안테나는주반사판이곡면이므로제작비용이비싸고부피가여전히큰단점이있다. 이를극복하기위하여많은안테나연구자들은주반사판을평면형반사판구조로대체하기위한연구를수행하고있다. ( 그림 13) 은 94GHz 대역에서동작하는평면형반사판안테나를보여준다. Reflectarray: Rectangular patches ( 그림 13) 94GHz 평면형반사판안테나 [19] 평면형반사판은유전체기판에다수의크기가다른금속패치로구성되었다. 각금속패치의역할은급전혼으로부터급전된신호가금속패치에서반사되는데반사된모든신호의위상이정합되도록형성되었다. 비록유전체손실에의한안테나의효율감소가존재하지만제작가격과안테나의부피를고려하면매우큰장점이있음을알수있다. Ⅴ. 결론 본고에서는현재특히관심이증대되고있는 70/80GHz 대역을이용한 Multi-Gbps 급고정점대점통신시스템의응용분야와시스템및 MMIC, 안테나등과같은송수신핵심구성부품의기술개발동향에대하여살펴보았다. 70/80GHz 고정점대점통신시스템은광케이블설치비용또는시설임대비용에비해훨씬싼 C 2010 한국전자통신연구원 65

10 가격으로유선광통신에버금가는성능을제공할수있다. 따라서 4세대또는그다음세대무선통신망의기지국간중계를위한 backhaul 망등에활용될것으로예상되며, 향후시장전망에있어서높은성장률을보일것으로예측된다. 또한, 고정점대점통신시스템의데이터전송속도는현재 1.25Gbps 급수준이지만앞으로 2.5Gbps 및 10Gbps급으로증가할것이기때문에이와관련된핵심기술확보는매우중요하다고할수있다. 그러므로세계시장에서제품의시장지배력을높이기위하여 Multi-Gbps 급데이터전송기술, 시스템구성모듈설계및제작기술, 송수신모듈의구성부품인 MMIC 설계및제작기술등의경쟁력확보가시급히요구되고있다. 이를위하여산ㆍ학ㆍ연등의기관이긴밀하게협조하고기술로드맵을공유하며이를기반으로핵심기술확보를위한전략을수립하는것이매우중요하다고할수있다. ASK BPSK CMOS CSIRO FCC FSK FSO 용어해설 밀리미터파 : 30~300GHz 대역의주파수를말하며, 파장의길이가짧아회로등의소형화가가능하나대기나수분에의해감쇠되는특성으로전송거리가짧음백홀 (backhaul): 데이터를더빠르게전달하거나또는값싸게보내기위해통상적인루트가아닌곳을통해네트워크데이터를보내는것을말함고정점대점 (PTP: Point-To-Point) 통신 : 서로떨어져있는두고정된위치에서무선링크를이용하여정보를주고받는통신방식 약어정리 Amplitude Shift Keying Binary Phase Shift Keying Complementary Metal Oxide Semiconductor Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization Federal Communication Committee Frequency Shift Keying Free Space Optic GaAs HDTV InP LOS MIMO MMIC MRI QAM QPSK WPAN Gallium Arsenide Gallium Nitride High Definition TV High Electron Mobility Transistor Indium Phosphide Line-Of-Sight Multi-Input Multi-Output Microwave Monolithic Integrated Circuit Magnetic Resonance Imaging Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Wireless Personal Area Network 참고문헌 [1] T. Kamalakis et al., Hybrid Free Space Optical/Millimeter Wave Outdoor Links for Broadband Wireless Access Networks, The 18th Annual IEEE Symp. on PIMRC, [2] H. Izadpanah, A Millimeter-wave Broadband Wireless Access Technology Demonstrator for the Next-Generation Internet Network Reach Extension, IEEE Commun. Magazine, Sep. 2001, pp [3] W.J. Byun et al., A 40GHz Vertical Transition Having a Dual Mode Cavity for a Low Temperature Co-Fired Ceramic Transceiver Module, ETRI Journal, Vol.32, No.4, Apr , pp [4] C. Doan et al., Millimeter-wave CMOS Design, IEEE Journal of SSC, Vol.40, Jan. 2005, pp [5] M.S. Kang et al., Wireless PtP System in E- band for Gigabit Ethernet, ICACT2010, Feb [6] ITU-R P.676-7, Attenuation by Atmospheric Gases, [7] Jonathan Wells, Multigigabit Wireless Technology at 70GHz, 80GHz and 90GHz, RF Design, May [8] [9] Val Dyadyuk, John D. Bunton, Joseph Pathikulangara, Rodney Kendall, Oya Sevimli, Leigh Stokes, and David A. Abbott, A Multigigabit 66 C 2010 한국전자통신연구원 66

11 김봉수외 / E-band 를이용한 Multi-Gbps 무선전송기술동향 Millimeter-Wave Communication System with Improved Spectral Efficiency, IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol.55, No. 12, Dec [10] E. Torkildson, B. Ananthasubramaniam, U. Madhow, and M. Rodwell, Milimeter-wave MIMO: Wireless Links at Optical Speeds, (Invited Paper) Proc. of 44th Allerton Conf. on Commun., Contr. and Comput., Monticello, Illinois, Sep [11] [12] [13] [14] [15] S. Masuda et al., MMIC Amplifiers for W-band Transceivers, Proc. of the 4th EuMiC, Sep. 2009, pp [16] presentation/micovic.pdf [17] [18] D. Lockie and D. Peck, High-data-rate Millimeter-wave Radios, IEEE Microwave Magazine, Vol.10, Issue 5, Aug. 2009, pp [19] J. Lanteri et al., Reflectarray Using an Offset Prolate Feed at 94Hz, IEEE Antenna and Propag. Symp., July C 2010 한국전자통신연구원 67

Smart & Green Technology Innovator 경선추 밀리미터파백홀용 MMIC 설계기술 본기술은 70/80GHz 주파수대역을활용한 PtP(Point-to-Point) 시스템을구성할때필수적인부품인 E-band 용 LNA, DA, PA, Mixe

Smart & Green Technology Innovator 경선추 2-18. 밀리미터파백홀용 MMIC 설계기술 본기술은 70/80GHz 주파수대역을활용한 PtP(Point-to-Point) 시스템을구성할때필수적인부품인 E-band 용 LNA, DA, PA, Mixer 등, MMIC 설계기술임. -0- 1 기술개요 2 개발기술의주요내용 3 기술적용분야및기술의시장성