5G 기지국의 모터 제어 필터

원격 제어 안테나와 인공 지능이 모바일 네트워크를 혁신하는 방법

모바일 무선 네트워크는 30년 전 2G 네트워크가 처음 배포된 이후 트래픽이 엄청나게 증가했습니다. 이러한 용량 증가가 더 효과적인 무선 프로토콜(3G, 4G 및 곧 출시될 5G 물리 계층)과 더 많은 스펙트럼의 결과라고 생각하기 쉽지만, 실제 주요 원인은 "더 높은 스펙트럼 효율성"입니다.

이것이 영어로 무엇을 의미하는지 이해하려면 두 사람만 서로 대화하는 큰 방을 생각해 보세요. 그런 다음 같은 방에 100명을 더 추가합니다. 이 사람들은 짝을 지어 모여서 동시에 서로 대화를 시작합니다. 이제 방에서 교환되는 정보의 양이 100배로 증가합니다. 모든 사람이 동일한 기계적 전파(스펙트럼)를 사용하기 때문에 스펙트럼 효율도 같은 비율로 증가합니다.

이를 모바일 네트워크에 적용하면, 주파수 재사용을 의미하는 기지국 고밀도화는 지난 수십 년 동안 총 용량 증가의 약 99%에 기여했습니다(쿠퍼스 법칙이라고 함). 방 안에 있는 100명의 사람들이 서로 너무 가까이 붙어서는 작동하지 않는 것처럼, 무선 기지국도 지리적으로 서로 떨어져 있습니다. 한 도시에 있는 두 기지국 사이의 사이트 간 거리는 100미터 미만인 경우도 있습니다. 5G 시스템의 등장으로 점점 더 작은 셀이 실내와 실외에 배치될 것입니다.

기지국에서 송출되는 에너지는 머리의 방향에 따라 목소리의 에너지를 조종하는 것과 같은 방식으로 안테나를 통해 전달됩니다. 다시 사람들로 가득 찬 방으로 비유하자면, 일반적으로 입을 듣는 사람의 귀 방향으로 향하게 하는 것이 좋습니다. 모바일 기지국 안테나의 경우도 마찬가지인데, 오늘날에는 대상 지역에 서비스를 제공하고 서로 간섭하지 않도록 수직으로 기울어지고 수평으로 향하게 되어 있습니다. 정렬은 수동으로, 디지털 방식으로(대용량 다중 입력 다중 출력, mMIMO) 또는 수직 기울기를 조정하는 소형 엔진을 사용하여 수행할 수 있습니다. 소형 모터로 원격으로 기울기를 조정할 수 있다면 원격 전기 기울기(RET)에 대해 이야기하고 있는 것입니다.

RET 안테나는 대규모 MIMO 안테나에 비해 비용 효율적이지만 일반적으로 틸트는 설치 시 한 번만 설정합니다. 그 이유는 운영자가 일단 작동 중인 네트워크의 튜닝을 위험에 빠뜨리고 싶지 않기 때문입니다. 단일 안테나의 기울기를 변경하면 네트워크의 다른 부분에서 원치 않는 부작용(통화 끊김 또는 간섭 증가)이 발생할 수 있으며, 이를 파악하려면 숙련된 네트워크 최적화 전문가가 필요합니다.

머신러닝과 인공 지능의 빠른 발전을 고려할 때, 가까운 미래에 적응형 안테나 튜닝의 지능이 소프트웨어로 처리되고 안정적인 RET 안테나의 가치가 빠르게 성장할 것으로 예상할 수 있습니다. 한 안테나가 낮에는 산업 지역을, 오후에는 고속도로를, 저녁에는 주거 지역을 커버할 수 있는 예를 생각해 보세요. AI 소프트웨어는 전체 시스템 리소스를 최적화하기 위해 해당 지역의 모든 안테나를 파악하고 기울일 것입니다.

RET 안테나의 일반적인 문제 중 하나는 시간이 지남에 따라 파손되는 경향이 있다는 것입니다. 많은 문제가 신호 케이블과 표준화 방식과 관련이 있지만, 또 다른 중요한 측면은 스테핑 모터로 제작되어 베어링에 먼지가 들어가면 파손되기 쉽다는 것입니다. 또한 녹이 슬 수 있는 부품으로 제작되었습니다. 대신 리니어 모터를 사용하면 RET 안테나의 수명과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

5G 기지국에 모터 제어 필터가 필요한 이유

지난 수십 년 동안 우리는 스마트폰, 자동차, 태블릿, 웨어러블 기기를 모바일 네트워크에 연결하는 데 익숙해졌습니다. 이러한 인프라를 기반으로 WhatsApp, Netflix, Uber, Spotify와 같은 서비스가 산업을 변화시켰습니다.

이러한 진화의 토대는 모바일 네트워크 인프라(2G, 3G, 4G)의 발전입니다. 지금까지 모바일 네트워크 사업자(MNO)는 각 국가에 3~5개의 네트워크를 병렬로 구축해 왔습니다. 이는 오랫동안 효과적인 모델이었지만, 사용자당 부가 수익(ARPU)이 매년 감소함에 따라 많은 MNO가 네트워크 고밀도화를 포기하고 있습니다.

이와 동시에 차세대 네트워크(일반적으로 "5G"라고 함)가 곧 출시될 예정입니다. 5G가 운영되면 이전 모바일 네트워크보다 운영 비용이 더 효율적이지만, 새로운 장비를 도입하고 더 많은 스펙트럼을 구입하는 데 드는 비용이 상당합니다.

이동통신사들이 비용을 절감할 수 있는 가장 좋은 방법은 서로 협력하는 것입니다. 이론적으로는 국가별로 하나의 물리적 인프라를 구축한 다음 자본 지출(CAPEX), 운영 비용(OPEX) 및 라이선스 비용을 공유할 수 있습니다. 기존의 이유로 인해 이들은 이러한 방식에 큰 관심이 없지만, 이미 많은 국가에서 인프라를 공유하고 있으며 이러한 추세는 계속될 것입니다. 독일에서는 이동통신사들이 지방 지역에 5G를 위한 단일 공통 인프라를 구축하겠다는 의지를 표명했습니다.

사업자가 무선 장비를 공유할 때는 다중 표준(2G, 3G, 4G, 5G) 및 다중 주파수 구성 요소로 제작되어 스펙트럼 및 액세스 기술을 원격으로 적응적으로 추가하거나 제거할 수 있는 것이 유리합니다. 이렇게 하면 예비 부품 측면뿐만 아니라 마스트 등반, 문제 해결, 튜닝 및 시장 출시 시간 측면에서 많은 비용을 절감할 수 있습니다.

오늘날 대부분의 무선 장비 공급업체는 다중 표준에 가까운 기지국을 제공합니다. 누락된 부분은 기지국의 작동 주파수를 정의하는 데 사용되는 필터입니다. 이러한 좁은 필터는 일반적으로 안테나 가까이에 위치하기 때문에 스펙트럼 경매 또는 다른 사업자를 인수한 후 사이트에 더 많은 스펙트럼이 할당되는 경우 필터를 교체하는 데 많은 비용과 시간이 소요됩니다.

완전히 유연한 다중 주파수 베이스 스테이션을 얻으려면 이러한 좁은 필터에 원격 튜닝 기능이 지원되어야 합니다. 이는 기술적으로 필터의 차단 주파수를 조정하는 데 사용되는 소형 모터를 사용하여 수행할 수 있습니다. 많은 회사에서 이를 검토했지만 필터를 제어해야 하는 모터의 가격, 크기 및 품질이 아직 충족되지 않아 아직 기술이 성숙하지 않았습니다.

튜너블 필터 시장은 방대합니다. 현재 전 세계에 수백만 개의 기지국이 배치되어 있으며 5G로 인해 그 밀도는 더욱 증가할 것입니다. 각 기지국에는 많은 필터가 제공되며 각 필터를 완벽하게 튜닝하려면 많은 모터가 필요합니다. 모터 제어 다중 주파수 기지국의 미래는 밝습니다. 시장이 기다리고 있는 것은 바로 적절한 종류의 모터입니다.