고급 안테나 시스템은 현대 통신에서 중요한 역할을 합니다. 지대지 통신 시스템과 지대공 통신 시스템 모두에서 수월하게 연결됩니다. 통신에 사용되는 안테나가 계속 진화하는 환경에서 성능 향상에 대한 요구가 매우 늘어나고 있습니다. 통신 안테나가 발전되고 사용 가능한 전자기 스펙트럼이 확장되면서 신호 속도를 향상시키고, 네트워크 용량을 늘리고, 적용 범위를 향상시킬 수 있는 기반을 마련했습니다. 이 기사에서는 항공 우주 및 지대지 응용 분야에서 현대 무선 통신 시대를 가능하게 하는 MIMO 및 분산 안테나 시스템(DAS)과 같은 첨단 고급 안테나 시스템 기술을 소개합니다.
MIMO 기술을 활용하는 안테나 시스템
휴대용 라디오 뒷면에 달린 길이 조절식 단일 안테나의 시대는 사라졌습니다. 오늘날 여러 최신 안테나 시스템에서는 MIMO(다중 입력 다중 출력) 기술을 사용합니다. MIMO는 신호의 데이터 처리량을 늘리고 신뢰성을 향상하기 위해 송신기와 수신기 모두에서 여러 안테나를 사용합니다. MIMO는 공간 다중화를 활용하여 동일한 주파수 대역에서 여러 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있습니다. 일반적으로 표준 MIMO는 2~6개의 송신기 및 수신기 안테나를 사용하여 데이터를 송수신합니다.
여러 안테나가 있는 위성 및 항공 우주 시스템은 MIMO 기술을 사용하여 지대공 통신 데이터 정격과 품질을 향상시킬 수 있습니다. MIMO는 위성 인터넷 액세스, 비디오 스트리밍 및 데이터 집약적 통신 응용 분야에 특히 유용합니다.
Massive MIMO(줄여서 mMIMO라고 함)는 이전 세대인 MIMO의 규모를 크게 확장한 기술입니다. 예를 들어, AIR 6476 제품과 같은 Ericsson의 최신 mMIMO 네트워크 안테나에는 64개의 송신기와 64개의 수신기 분기가 있습니다.
mMIMO 기술은 5G 네트워크의 핵심 요소입니다. 무선 기지국에 많은 안테나를 배치하여 네트워크 용량을 늘리고 적용 범위를 늘릴 수 있습니다. 고급 안테나 소프트웨어는 이러한 대규모 MIMO 배열을 제어하여 간섭을 감지하고, 네트워크 분산 셀을 지능적으로 형성하며 셀 간의 간섭을 줄일 수 있습니다.
신호 강도를 높이는 다중화
다중화는 MIMO 시스템에서 서로 다른 안테나에서 동일하거나 다른 주파수로 작동하는 여러 고유 정보 '스트림'을 전송하는 데 일반적으로 사용되는 기술입니다. 이러한 데이터 스트림은 개별 안테나에 의해 수신되며, 각 신호는 원래의 신호를 형성하기 위해 재결합됩니다. 각 신호가 안테나 간에 이동할 때 고유한 채널 왜곡을 갖는다는 사실을 고려하면, 수신 MIMO 안테나는 원본 신호를 재구축하기 위해 고급 디지털 신호 처리를 사용하여 왜곡을 위한 개별 신호 스트림을 조정해야 합니다.
QAM(직교 진폭 변조)과 같은 다중화 기술로 안테나 어셈블리 간의 전체 신호 강도 및 램프 데이터 전송 속도를 증가시킬 수 있습니다. QAM은 여러 안테나 채널을 통해 동시에 데이터를 전송하여, 전체 안테나 시스템이 전송할 수 있는 전체 채널을 향상할 수 있습니다. QAM은 제한된 주파수 스펙트럼을 효과적으로 활용하여 여러 사용자와 높은 데이터 정격을 수용해야 하기 때문에 Starlink와 같은 위성 통신 시스템에서 특히 유용합니다.
개별 안테나는 헤르츠당 초당 전송할 수 있는 데이터 양이 고정되어 있습니다. 큰 단일 신호를 단일 안테나 용량에 맞게 더 작은 '스트림'으로 분할할 수 있으므로, 큰 데이터 신호를 여러 개의 더 작은 안테나를 통해 전송할 수 있습니다. QAM은 단일 안테나 신호를 여러 개의 작은 스트림으로 분할하도록 설계되었습니다. 다중 안테나는 동일한 신호 주파수의 다른 채널을 추가하여 광역폭을 늘리고, 빔포밍을 통해 정확도를 증가시킬 수 있습니다.
다중화 기능은 원래 4G LTE용으로 개발되었으며, 안테나 및 스펙트럼 효율성을 유지하면서 고속 데이터 전송이 가능하여 5G에서 중요한 역할을 담당합니다.
신호가 장거리를 커버하도록 돕는 공간 다양성
먼 거리를 커버하는 무선 신호를 사용하면 페이딩 현상 또는 장애물 간섭이나 전자기 간섭을 겪을 수 있습니다. 공간적으로 다양화된 인코딩 기술은 중복된 다중 채널 통신으로 간주될 수 있습니다. 이러한 기술을 사용하여 물리적으로 분리된 여러 송신 안테나를 통해 동일한 신호의 여러 복사본을 전송합니다(이미 다중화된 경우에도 동일함).
또한 물리적으로 서로 분리된 여러 안테나는 손상되었을 가능성이 있더라도 이러한 중복 신호를 수신합니다. 그러나 신호 경로가 다르기 때문에 손상된 각 신호를 개별적으로 결합하여 경로 페이딩 현상의 영향을 줄이고 신호 신뢰성을 복원할 수 있습니다.
항공 우주 응용 분야에서 장거리 통신 요구의 특성을 고려할 때, 공간 다양성 기술은 항공 우주 통신의 신호 페이딩 및 간섭을 효과적으로 최소화합니다.
신호를 효과적으로 보내는 빔포밍
MIMO 및 분산 안테나 시스템과 같은 다중 안테나가 있는 응용 분양에서 일반적으로 발견되는 빔포밍은 무선 네트워크의 범위 및 용량을 늘리기 위해 무선 신호를 특정 방향으로 모으는 고급 안테나-네트워크 최적화 기술입니다. 안테나 패턴은 개별 전자기파가 매우 특정한 방향으로 서로 긍정적인 간섭을 일으키도록 지능적으로 조정됩니다. 이러한 전략을 통해 표적 신호 증폭, 간섭 감소 및 최대 신호 품질이 가능해집니다.
빔포밍은 여러 안테나를 통해 출력되는 단일 RF 신호의 위상 및 이득을 조정하여 구현됩니다. MIMO 응용 분야에서 각 안테나는 결합할 수 있는 서로 다른 신호를 전송할 수 있으며, 자체 이득 및 위상으로 각각 가중치를 부여하여 다중 채널 빔 형태를 생성합니다. 이러한 빔포밍 유형은 단일 MIMO 안테나 배열을 사용하여 여러 방향으로 완전히 다른 신호를 보낼 수 있습니다.
빔포밍은 항공 우주 통신 시스템, 특히 전력 효율이 필수인 공대지 통신에 매우 중요합니다. 빔포밍 기술을 통해 위성 또는 항공기가 신호 품질을 최대화하고 간섭을 최소화하도록 지상국 또는 다른 항공기 등의 특정 위치에 전송을 집중시킬 수 있습니다.
적용 범위를 고르게 확산하는 분산 안테나 시스템
최신 개별 안테나 어셈블리가 용량을 늘리는데 우수하지만, 단일 안테나 시스템은 모든 환경에서 작동하지 않을 수 있습니다. 신호 투과율이 낮거나 간섭이 많은 대형 건물에서는 분산 안테나 시스템(DAS)에서 필요로 하는 네트워크 범위를 제공할 수 있습니다. DAS는 건물 전체에 분산된 안테나 네트워크로 구성되어 있으며, 연결을 최대화하고 신호 낭비를 최소화하도록 조정하기 위해 설계되었습니다.
DAS 네트워크는 단일 안테나가 신뢰할 수 없는 범위를 제공하지 못할 수도 있는 건물로 네트워크를 확장하여 4G 및 5G 셀 타워와 같은 네트워크 기지국을 보완하도록 설계되었습니다. 일반적으로 분산 안테나 시스템은 모든 주요 네트워크 통신업체를 지원하며, 개념적으로는 Wi-Fi 범위 확장기와 비교할 수 있지만 셀룰러 네트워크에는 다릅니다.
DAS는 2~4개의 셀룰러 중계 시스템을 갖춘 10,000평방피트의 작은 사무실 공간부터 500,000평방피트 이상의 거대한 고층 건물에 이르는 다양한 건물을 지원할 수 있습니다. 야외 분산 안테나 시스템은 번화한 도시의 거리, 동물원 및 이벤트 장소 등과 같이 인구가 밀집된 대규모 지역을 커버할 수 있습니다. 항공 우주 응용 분야에서 DAS 시스템은 일반적으로 대형 항공기 내에 균일한 무선 범위와 용량을 제공하기 위해 사용됩니다.
항공 우주 응용 분야의 통신 안테나 기술
고급 안테나 기술은 지대공 및 지대지 통신 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 신뢰할 수 있는 고성능 무선 연결 솔루션은 위성, 항공기 대 항공기, 항공기 대 지상 및 기내 승객 통신 등의 항공 우주 응용 분야에 점점 더 필수가 되고 있습니다. 항공 우주 산업이 발전하면서 이러한 안테나 솔루션은 늘어나는 통신 요구 사항이 효율적이고, 신뢰할 수 있으며, 안전한 범위를 충족하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
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