[기획-차세대통신] 01. 커넥터 특성 추출 알고리즘 및 디임베딩... 6G 통신기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중
효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘 및 해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성 제시
2024-10-29
미국의 화가겸 발명가인 새뮤얼 핀리 브리즈 모스(Samuel Finley Breese Morse)는 1844년 모스 부호(Morse Code)를 개발했다.
모스 부호는 짧은 발신 전류와 긴 발신 전류로 전신부호를 구성한 후 문장으로 만들어 송수신한다. 도달 거리가 상상한 것보다 길고 정확한 메시지 전달이 가능하다.
대부분의 국가에서 모스 부호의 사용을 중단했지만 아직도 북한, 중국, 한국 등 일부 국가에서 명맥을 유지 중이다. 어찌되었건 모스 부호의 등장으로 인편이나 봉화, 파발 등으로 정보를 전달하는 시대는 종말을 고했다.
◇ 6G 통신기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중... 원격의료 및 자율주행자동차 등 미래 기술 실현 가능
1세대 이동통신(1G)은 음성통화만 가능한 아날로그 통신을 말하며 1980년대 초반에 등장했다. 1990년대 초반부터 2세대 이동통신 기술(2G)이 개발됐으며 1996년 한국에서 세계 최초로 상용화에 성공했다.
2G는 디지털 통신기술을 기반으로 기존 음성통화 외에 문자메시지, e메일까지 가능해졌다. 3세대 이동통신(3G)은 영상통화, 인터넷 사용까지 허용한다.
4세대 이동통신(4G)은 이동전화 하나로 유/무선 전화, 위성통신, 무선랜, 디지털 방송 등이 연동된 서비스를 제공한다.
5세대 이동통신(5G)은 4G와는 차원이 다를 정도로 속도가 빠르다. 원격진료, 자율주행자동차의 운행 통제, 원격수술 등이 가능해졌다.
6G는 5G보다 약 100배 빠른 속도를 제공하도록 초당 최대 1Tbps(테라비트)의 전송 속도를 목표로 하며 지연 시간은 1밀리초 이하로 감소된다.
이를 통해 6G 통신망에서는 자율주행자동차, 원격 의료, 고해상도 실시간 스트리밍과 같은 서비스가 더욱 안정적으로 운영될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
특히 6G는 5G에서 사용하지 않았던 테라헤르츠(THz) 대역까지도 활용할 계획이다. 초광대역 대역폭을 통해 더욱 높은 데이터 전송률을 확보할 수 있지만 고주파는 더 짧은 거리에서 신호가 감쇄하기 때문에 더욱 촘촘한 네트워크 구축이 필요하다.
이러한 주파수 이용은 네트워크 인프라 비용을 증가시킬 수 있으며 연구개발(R&D)이 중요해지고 있다. 특히 6G 통신기술의 구현을 위해 다양한 통신 부품 및 소자의 발전이 필요하다.
이번 회에서는 '커넥터 특성 추출 알고리즘 및 디임베딩' 논문을 소개한다. 본 논문은 2021년도 한국전자파학회 추계학술대회 논문집 Vol. 31, No. 1에 게재됐다.
핵심 내용은 비대칭 커넥터를 포함한 PCB 라인이나 안테나 등 DUT(Device Under Test)의 특성을 정확하게 추출하는 알고리즘을 제안하고 이를 통해 DUT 특성을 도출한다.
◇ 서론... 효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘 및 해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성 제시
DUT의 S-파라미터(S-parameter) 특성을 정확히 측정하기 위해서는 DUT와 연결된 커넥터의 특성을 제거하는 디임베딩(de-embedding)이 필요하다.
기존 연구에서는 커넥터를 대칭으로 가정해 측정했지만 실제 커넥터가 비대칭일 경우 오류가 발생한다. 이에 따라 본 논문은 효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘을 제안한다.
즉 논문은 동일한 2개 커넥터의 등을 맞댄 구조와 특성을 알고 있는 라인이 두 커넥터 사이에 있는 구조를 측정하여 마이크로웨이브 커넥터의 특성을 추출한다. 해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성을 제시한다.
▲ 디임베딩을 위한 구조의 ABCD 매트릭스
DUT의 특성을 얻기 위해 커넥터의 특성을 디임베딩하는 데 ABCD 행렬을 사용한다. 전체 네트워크는 커넥터, DUT(마이크로스트립 라인), 커넥터로 구성되며 각 부분은 각각 ABCD 행렬로 표현된다. Thru 및 Back-to-Back 측정 구조로 커넥터 특성을 추출한다.
Back-to-Back 구조는 동일한 커넥터를 맞대어 연결한 구조이고 Thru 구조는 커넥터 사이에 특성을 알고 있는 라인을 끼워 넣은 구조다.
Thru 구조의 라인은 CST 소프트웨어 시뮬레이션으로 특성을 알고 있는 라인을 사용해 커넥터의 특성을 정확하게 추출한다.
또한 Thru 구조의 경우, even mode analysis를 통해 open-circuited 1-Port 네트워크로 해석하고 반사계수 및 S-parameter를 계산하여 커넥터의 특성을 정밀하게 추출할 수 있다.
◇ 측정 결과 및 분석... DUT의 ABCD parameter는 이론적 전송선로의 계산 결과와 유사
디임베딩 목표 주파수는 0.5GHz에서 5GHz까지 설정하였고 DUT와 커넥터의 특성을 50Ω 매칭 기준으로 추출했다.
커넥터의 ABCD 파라미터(parameter)가 전송선로의 ABCD 형태와 유사함을 확인했지만 비대칭성으로 A와 D 간에 차이가 발생한다. S-parameter 결과를 통해 해당 커넥터가 50Ω으로 설계됐음을 확인했다.
▲ DUT의 S 파라미터(parameter)
DUT로 설정된 2가지 길이(10mm, 40mm)의 라인에 대해 커넥터 특성을 제거한 후 S-parameter를 추출했다. 대칭 구조로 설정한 DUT의 ABCD parameter는 이론적 전송선로의 계산 결과와 유사했지만 실험에서 일부 허수부 차이가 발생했다.
이는 시뮬레이션과 제작 라인간의 미세한 오차로 인해 발생한 것으로 정확도를 높이기 위한 추가 연구가 필요하다.
◇ 결론... 비대칭성을 고려한 결과를 통해 DUT의 S-parameter를 정확히 산출
본 논문은 비대칭 커넥터의 특성을 정밀하게 추출하는 알고리즘을 통해 DUT 특성을 분리해 얻을 수 있는 방법을 제안한다.
특히 동일 커넥터를 맞댄 Back-to-Back 구조와 Thru 구조를 조합해 커넥터의 ABCD 및 S-parameter를 성공적으로 추출했다. 비대칭성을 고려한 결과를 통해 DUT의 S-parameter를 정확히 산출했다.
이 연구는 향후 정확한 디임베딩을 통해 다양한 DUT의 특성을 분석하는 데 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대된다.
모스 부호는 짧은 발신 전류와 긴 발신 전류로 전신부호를 구성한 후 문장으로 만들어 송수신한다. 도달 거리가 상상한 것보다 길고 정확한 메시지 전달이 가능하다.
대부분의 국가에서 모스 부호의 사용을 중단했지만 아직도 북한, 중국, 한국 등 일부 국가에서 명맥을 유지 중이다. 어찌되었건 모스 부호의 등장으로 인편이나 봉화, 파발 등으로 정보를 전달하는 시대는 종말을 고했다.
◇ 6G 통신기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중... 원격의료 및 자율주행자동차 등 미래 기술 실현 가능
1세대 이동통신(1G)은 음성통화만 가능한 아날로그 통신을 말하며 1980년대 초반에 등장했다. 1990년대 초반부터 2세대 이동통신 기술(2G)이 개발됐으며 1996년 한국에서 세계 최초로 상용화에 성공했다.
2G는 디지털 통신기술을 기반으로 기존 음성통화 외에 문자메시지, e메일까지 가능해졌다. 3세대 이동통신(3G)은 영상통화, 인터넷 사용까지 허용한다.
4세대 이동통신(4G)은 이동전화 하나로 유/무선 전화, 위성통신, 무선랜, 디지털 방송 등이 연동된 서비스를 제공한다.
5세대 이동통신(5G)은 4G와는 차원이 다를 정도로 속도가 빠르다. 원격진료, 자율주행자동차의 운행 통제, 원격수술 등이 가능해졌다.
6G는 5G보다 약 100배 빠른 속도를 제공하도록 초당 최대 1Tbps(테라비트)의 전송 속도를 목표로 하며 지연 시간은 1밀리초 이하로 감소된다.
이를 통해 6G 통신망에서는 자율주행자동차, 원격 의료, 고해상도 실시간 스트리밍과 같은 서비스가 더욱 안정적으로 운영될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
특히 6G는 5G에서 사용하지 않았던 테라헤르츠(THz) 대역까지도 활용할 계획이다. 초광대역 대역폭을 통해 더욱 높은 데이터 전송률을 확보할 수 있지만 고주파는 더 짧은 거리에서 신호가 감쇄하기 때문에 더욱 촘촘한 네트워크 구축이 필요하다.
이러한 주파수 이용은 네트워크 인프라 비용을 증가시킬 수 있으며 연구개발(R&D)이 중요해지고 있다. 특히 6G 통신기술의 구현을 위해 다양한 통신 부품 및 소자의 발전이 필요하다.
이번 회에서는 '커넥터 특성 추출 알고리즘 및 디임베딩' 논문을 소개한다. 본 논문은 2021년도 한국전자파학회 추계학술대회 논문집 Vol. 31, No. 1에 게재됐다.
핵심 내용은 비대칭 커넥터를 포함한 PCB 라인이나 안테나 등 DUT(Device Under Test)의 특성을 정확하게 추출하는 알고리즘을 제안하고 이를 통해 DUT 특성을 도출한다.
◇ 서론... 효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘 및 해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성 제시
DUT의 S-파라미터(S-parameter) 특성을 정확히 측정하기 위해서는 DUT와 연결된 커넥터의 특성을 제거하는 디임베딩(de-embedding)이 필요하다.
기존 연구에서는 커넥터를 대칭으로 가정해 측정했지만 실제 커넥터가 비대칭일 경우 오류가 발생한다. 이에 따라 본 논문은 효율적으로 커넥터만의 특성을 추출하는 알고리즘을 제안한다.
즉 논문은 동일한 2개 커넥터의 등을 맞댄 구조와 특성을 알고 있는 라인이 두 커넥터 사이에 있는 구조를 측정하여 마이크로웨이브 커넥터의 특성을 추출한다. 해당 알고리즘을 이용해 커넥터의 특성을 디임베딩해 DUT 의 네트워크 특성을 제시한다.
▲ 디임베딩을 위한 구조의 ABCD 매트릭스
DUT의 특성을 얻기 위해 커넥터의 특성을 디임베딩하는 데 ABCD 행렬을 사용한다. 전체 네트워크는 커넥터, DUT(마이크로스트립 라인), 커넥터로 구성되며 각 부분은 각각 ABCD 행렬로 표현된다. Thru 및 Back-to-Back 측정 구조로 커넥터 특성을 추출한다.
Back-to-Back 구조는 동일한 커넥터를 맞대어 연결한 구조이고 Thru 구조는 커넥터 사이에 특성을 알고 있는 라인을 끼워 넣은 구조다.
Thru 구조의 라인은 CST 소프트웨어 시뮬레이션으로 특성을 알고 있는 라인을 사용해 커넥터의 특성을 정확하게 추출한다.
또한 Thru 구조의 경우, even mode analysis를 통해 open-circuited 1-Port 네트워크로 해석하고 반사계수 및 S-parameter를 계산하여 커넥터의 특성을 정밀하게 추출할 수 있다.
◇ 측정 결과 및 분석... DUT의 ABCD parameter는 이론적 전송선로의 계산 결과와 유사
디임베딩 목표 주파수는 0.5GHz에서 5GHz까지 설정하였고 DUT와 커넥터의 특성을 50Ω 매칭 기준으로 추출했다.
커넥터의 ABCD 파라미터(parameter)가 전송선로의 ABCD 형태와 유사함을 확인했지만 비대칭성으로 A와 D 간에 차이가 발생한다. S-parameter 결과를 통해 해당 커넥터가 50Ω으로 설계됐음을 확인했다.
▲ DUT의 S 파라미터(parameter)
DUT로 설정된 2가지 길이(10mm, 40mm)의 라인에 대해 커넥터 특성을 제거한 후 S-parameter를 추출했다. 대칭 구조로 설정한 DUT의 ABCD parameter는 이론적 전송선로의 계산 결과와 유사했지만 실험에서 일부 허수부 차이가 발생했다.
이는 시뮬레이션과 제작 라인간의 미세한 오차로 인해 발생한 것으로 정확도를 높이기 위한 추가 연구가 필요하다.
◇ 결론... 비대칭성을 고려한 결과를 통해 DUT의 S-parameter를 정확히 산출
본 논문은 비대칭 커넥터의 특성을 정밀하게 추출하는 알고리즘을 통해 DUT 특성을 분리해 얻을 수 있는 방법을 제안한다.
특히 동일 커넥터를 맞댄 Back-to-Back 구조와 Thru 구조를 조합해 커넥터의 ABCD 및 S-parameter를 성공적으로 추출했다. 비대칭성을 고려한 결과를 통해 DUT의 S-parameter를 정확히 산출했다.
이 연구는 향후 정확한 디임베딩을 통해 다양한 DUT의 특성을 분석하는 데 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대된다.
 ▲ 신윤상 전문위원 (서울대학교) |
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