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[무선 통신의 혁명: MIT의 고급 수신기로 간섭 차단] 새로운 무선 수신기는 원치 않는 신호가 증폭되기 전에 가능한 한 빨리 공간 간섭을 감지하고 차단하여 성능을 향상

박세훈 | 기사입력 2024/07/04 [10:02]

[무선 통신의 혁명: MIT의 고급 수신기로 간섭 차단] 새로운 무선 수신기는 원치 않는 신호가 증폭되기 전에 가능한 한 빨리 공간 간섭을 감지하고 차단하여 성능을 향상

박세훈 | 입력 : 2024/07/04 [10:02]

 

무선 통신의 혁명: MIT의 고급 수신기로 간섭 차단

 

5G 휴대폰부터 자율주행차용 센서에 이르기까지 고속 무선 통신 기기의 보급이 증가함에 따라 전파가 점점 더 혼잡해지고 있다. 따라서 장치 성능을 저해할 수 있는 간섭 신호를 차단하는 기능이 훨씬 더 중요하고 어려운 문제가 되었다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 MIT 연구원들은 새로운 밀리미터파 MIMO(다중 입력-다중 출력) 무선 수신기 아키텍처를 시연했다. 이 혁신적인 설계는 이전 모델보다 더 강한 공간 간섭을 처리할 수 있다. 여러 개의 안테나가 있는 MIMO 시스템은 서로 다른 방향에서 신호를 송수신할 수 있다. 새로운 무선 수신기는 원치 않는 신호가 증폭되기 전에 가능한 한 빨리 공간 간섭을 감지하고 차단하여 성능을 향상시킨다.

이 MIMO 수신기 아키텍처의 핵심은 원치 않는 신호를 타겟팅하고 상쇄할 수 있는 비역수 위상 시프터로 알려진 특수 회로이다. 연구진은 재구성 가능하고 저전력이며 컴팩트한 새로운 위상 시프터 구조를 만들어 수신기 체인에서 간섭을 조기에 상쇄하는 데 사용할 수 있는 방법을 시연했다.

수신기는 유사한 장치보다 최대 4배 더 많은 간섭을 차단할 수 있습니다. 또한 간섭 차단 구성 요소는 에너지를 절약하기 위해 필요에 따라 켜고 끌 수 있다. 휴대폰에서 이러한 수신기는 느리고 고르지 않은 Zoom 통화 또는 비디오 스트리밍으로 이어지는 신호 품질 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다.

"새로운 5G 및 6G 시스템에 사용하려고 하는 주파수 범위에서 이미 많은 활용이 이루어지고 있습니다. 따라서 새로 추가하려는 모든 것에는 이러한 간섭 완화 시스템이 이미 설치되어 있어야 합니다. 여기서는 이 새로운 아키텍처에서 비역수 위상 시프터를 사용하면 성능이 향상된다는 것을 보여주었습니다. 특히 우리가 다른 모든 사람들과 동일한 통합 플랫폼을 사용하고 있기 때문에 이는 매우 중요합니다"라고 전기 공학 및 컴퓨터 과학(EECS)의 X-Window 컨소시엄 경력 개발 조교수이자 마이크로시스템 기술 연구소 및 전자 연구소(RLE)의 회원이자 이 수신기에 대한 논문의 수석 저자인 Negar Reiskarimian은 말한다.

Reiskarimian은 EECS 대학원생인 Shahabeddin Mohin, 수석 저자인 Soroush Araei, RLE 박사후 연구원인 Mohammad Barzgari와 함께 논문을 썼다. 이 연구는 최근 IEEE 무선 주파수 회로 심포지엄에서 발표되었으며 최우수 학생 논문상을 수상했다.

디지털 MIMO 시스템은 아날로그와 디지털 부분으로 구성됩니다. 아날로그 부분은 안테나를 사용하여 신호를 수신하며, 이 신호는 증폭, 하향 변환 및 장치의 디지털 도메인에서 처리되기 전에 아날로그-디지털 변환기를 통과한다. 그런 다음 원하는 신호를 검색하기 위해 디지털 빔포밍이 필요하다.

그러나 다른 방향에서 오는 강한 간섭 신호가 원하는 신호와 동시에 수신기에 부딪히면 증폭기가 포화되어 원하는 신호가 사라질 수 있다. 디지털 MIMO는 원치 않는 신호를 필터링할 수 있지만, 이 필터링은 수신기 체인의 후반부에서 발생합니다. 증폭된 간섭은 걸러내기가 더 어렵다.

"초기 저잡음 증폭기의 출력은 최소한의 페널티로 이 필터링을 수행할 수 있는 첫 번째 장소이며, 이것이 바로 우리가 접근 방식으로 하고 있는 것입니다"라고 Reiskarimian은 말한다.

연구원들은 각 수신기 체인의 첫 번째 증폭기 출력에 즉시 4개의 비역수 위상 시프터를 설치했으며, 모두 동일한 노드에 연결되었다. 이 위상 시프터는 신호를 양방향으로 전달하고 들어오는 간섭 신호의 각도를 감지할 수 있습니다. 장치는 간섭을 상쇄할 때까지 위상을 조정할 수 있다.

이러한 장치의 위상은 원치 않는 신호가 수신기의 나머지 부분으로 전달되기 전에 감지하고 제거하도록 정밀하게 조정할 수 있으므로 간섭이 다른 부품에 영향을 미치기 전에 간섭을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한 위상 시프터는 위치를 변경하는 경우 간섭을 계속 차단하기 위해 신호를 따를 수 있다.

"연결이 끊기거나 신호 품질이 저하되면 이 기능을 켜고 즉시 간섭을 완화할 수 있습니다. 우리의 방식은 병렬 접근 방식이기 때문에 수신기 자체의 성능에 미치는 영향을 최소화하면서 켜고 끌 수 있습니다"라고 Reiskarimian은 덧붙인다.

새로운 위상 시프터 아키텍처를 튜닝 가능하게 만드는 것 외에도 연구원들은 일반적인 비역수 위상 시프터보다 칩의 공간을 덜 사용하고 더 적은 전력을 소비하도록 설계했다.

연구원들이 아이디어가 효과가 있다는 것을 보여주기 위해 분석을 수행한 후 가장 큰 과제는 이론을 성능 목표를 달성하는 회로로 변환하는 것이었다. 또한 수신기는 실제 장치에서 유용하기 위해 엄격한 크기 제한과 빠듯한 전력 예산을 충족해야 했다.

최종적으로 연구팀은 3.2제곱밀리미터 칩에 다른 디바이스보다 최대 4배 더 강한 신호를 차단할 수 있는 소형 MIMO 아키텍처를 시연했다. 일반적인 설계보다 단순한 위상 시프터 아키텍처는 에너지 효율도 더 높다.

앞으로 연구원들은 장치를 더 큰 시스템으로 확장하고 위성의 강력한 간섭에 취약한 6G 무선 장치에서 사용하는 새로운 주파수 범위에서 작동할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 또한 비역수 위상 시프터를 다른 응용 분야에 적용하려고 한다.  Impact Lab

 

 
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