오늘은 5G시대의 핵심기술, 빔포밍에 대해 알아보겠습니다.
1.빔포밍이란?
(Beamforming)
빔포밍은 레이더, 무선 통신, 위성 통신 등 다양한 통신 시스템에 사용되는 신호 처리 기술입니다.
빔포밍 기술은 무선으로 전달되는 신호를 마치 빔을 쏘는 것처럼 한 방향으로 집중함으로써
수신된 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키고 다른 간섭을 줄이도록 설계되었을 뿐만 아니라
신호의 출력을 높여 커버리지를 넓히는데에도 큰 역할을 합니다.
2. 빔포밍의 원리
빔포밍은 방향성을 갖는 신호를 특정 위치 또는 수신기에 집중시키는 신호 처리 기술입니다.
이 기술은 센서나 배열안테나(Array Antenna)를 사용하여 신호를 감지하고
내가 쏘고자 하는 방향으로 신호를 증폭시키는 것을 이야기합니다.
후레쉬의 빛을 좁게 하면 멀리 나가고 넓게 하면 짧게 나가는 것과 비슷하다고 생각하면 이해하기 쉽습니다.
빔포밍의 기본 원리는 배열안테나의 다른 위치에서 수신된 신호의 공간적 다양성을 활용하는 것입니다.
원리는 복잡하지만 간단하게 설명하면 2개 이상의 안테나를 이용해 신호를 특정 방향으로
증폭시켜 원하는 신호 방향으로 신호 강도를 향상시키고 다른 소스로 인한 간섭을 줄이는 방식으로 결합됩니다.
3. 빔포밍의 종류
1 ) 아날로그 빔포밍
Analaog Beamforming
아날로그 빔포밍은 위상 시프터(위상 변환기)를 사용하여
배열안테나의 각 안테나에서 수신되는 신호의 위상을 조정하는 간단한 형태의 빔포밍입니다.
배열안테나는 여러개의 안테나를 연결하여 마치 하나의 안테나처럼 동작하게 하는 기술입니다.
위상 시프터는 각 안테나에서 수신된 신호를 결합하여 원하는 방향으로 신호를 향상시킵니다.
아날로그 빔포밍은 간단하고 저렴하지만 하나의 빔만을 생성할 수 있어
빔 방향을 제어하고 환경 변화에 적응하는 측면에서 유연성이 제한적입니다.
2 ) 디지털 빔포밍
Digital Beamforming
디지털 빔포밍은 디지털 신호 처리(DSP) 기술을 사용하여 어레이의 각 안테나에서
수신되는 신호의 진폭과 위상을 조정하는 보다 정교한 형태의 빔포밍입니다.
각 안테나에서 수신된 신호는 DSP 알고리즘에 의해 디지털화 및 처리되어 원하는 방향으로
신호를 향상시키는 방식으로 신호를 결합하는 데 사용되는 복잡한 가중치 벡터를 생성합니다.
디지털 빔포밍은 복수의 빔을 생성할 수 있으며 빔 방향을 제어하고 환경 변화에 적응한다는 점에서
아날로그 빔포밍보다 유연하다는 장점이 있습니다.
그러나 구현하는 것이 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
4. 빔포밍의 용도
1 ) 레이더
레이더 시스템에서 빔포밍은 레이더 빔을 특정 방향으로 향하게 하여 항공기, 선박 및 차량과 같은 물체를
감지하고 추적하는 데 사용됩니다. 레이더 안테나 어레이는 표적을 감지하기 위해 원하는 방향으로
조종되는 지향성(directional) 빔을 생성하는 데 사용됩니다.
레이더를 보면 긴 선이 뱅글뱅글 돌아가며 주변을 탐지하는 것을 확인할 수 있습니다.
이 빙글빙글 돌아가는 빔에 빔포밍 기술이 이용되었다고 이해하면 됩니다.
2 ) 음파탐지기
음파탐지기(소나 시스템)에서 빔포밍은 잠수함, 물고기 및 수중 지뢰와 같은
수중 물체의 탐지를 향상시키는 데 사용됩니다.
수중 음파 탐지기 어레이는 표적을 감지하기 위해 원하는 방향으로 조종되는 지향성 빔을 생성하는 데 사용됩니다.
3 ) 무선통신
5G, LTE 등 무선 네트워크 및 Wi-Fi와 같은 무선 통신 시스템에서 빔포밍은
네트워크의 커버리지와 용량을 개선하는 데 사용됩니다.
빔포밍은 무선 신호를 특정 방향으로 사용자에게 향하게 하여 간섭을 줄이고 신호 강도를 향상시키는 데 사용됩니다.
4. 빔포밍의 동향
빔포밍은 새로운 기술이 아니고 지금도 5G, LTE 무선통신에서는 활용되고 있으며,
우리 주변에서 찾아볼 수 있는 고가의 와이파이 공유기에서도 많이 활용되고 있는 기술이다.
무선 디바이스 선택 시에 빔포밍을 지원하는 제품들을 간혹 찾아볼 수 있는데
빔포밍을 이해하면 빔포밍을 지원하는 제품을 선택해야할지 선택에 도움이 됩니다.
오늘은 5G시대의 핵심기술, 빔포밍에 대해서 알아봤는데요.
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