엑시노스 모뎀 5400: FR1 주파수 대역만으로 세계 최초 11.2Gbps¹⁾ 5G 속도 구현

모든 사람이 5G에 대해 알고 있는 시대다. 5G는 더 빠른 속도, 더 적은 지연 시간, 대규모 대역폭 용량을 바탕으로 모바일의 무선 통신을 향상시키는 셀룰러 네트워크의 5세대 표준이다. 실제로 지연 시간을 1밀리세컨드 이하로 줄여 실시간에 가까운 연결이 가능하다. 유비쿼터스 연결로 정의되는 미래를 구현하려면 5G 기술이 최고 수준에 다다르도록 발전되어야 한다. 하지만 이 정도의 성능을 가까운 시일 내에 체험할 수 있을까? 삼성전자가 개발한 엑시노스 모뎀 5400은 FR1 대역폭만으로도 11.2Gbps의 속도를 달성하여 그 미래에 한층 다가서고 있다. 엑시노스 모뎀 5400이 어떻게 한계를 뛰어넘고 있는지 이해하기 위해서는, 우선 5G 통신의 작동 방식을 짚고 넘어가야 한다. 5G 표준에 정의된 주파수 대역(FR)은 FR1과 FR2 두 가지이다. FR1은 410MHz~7.125GHz 사이의 주파수를, FR2는 24.25~52.6GHz 사이의 주파수를 포함한다. 최대 채널 대역폭은 각각 100MHz와 400MHz이다. 일반적으로 주파수 대역이 높을수록 채널 대역폭이 넓어져 데이터 전송 속도를 높일 수 있기 때문에 5G 초기에는 mmWave 통신이라고도 하는 FR2 주파수 대역이 더 많은 주목을 받았다. 그러나 상황이 변하고 있다. 전송된 신호는 전송 매체를 통해 전파되면서 점차 약해지는데, 이를 신호 감쇄라고 한다. 일반적으로 주파수 대역폭이 높아질수록 신호 감쇄는 더욱 심해지고, 신호 감쇄가 증가할 수록 셀커버리지의 안정성이 떨어진다. 때문에 FR2 주파수 대역에서 이러한 커버리지 문제를 해결하는 데에 여러가지 어려움이 발생했고, 점차 FR1 주파수 대역이 주목받게 되었다. 이와 같은 트렌드 전환에는 새로운 관점이 필요하다. 하지만 삼성전자는 세계 최초로²⁾ LTE 동글과 3GPP 표준에 부합하는 5G 모뎀 칩셋을 상용화했던 혁신 정신을 다시 한번 발휘했다. 이동통신 혁신의 역사를 바탕으로 엑시노스 모뎀 5400은 단말기 모뎀 업계 최초로 FR1 주파수 대역만으로 최대 11.2Gbps의 데이터 전송 속도를 달성했다. 어떻게 이 어려운 과제를 달성할 수 있었을까? 바로 한층 진화된 주파수 집성 기술(Carrier Aggregation)과 변조 및 복조 기술(Modulation and Demodulation)을 적용했기 때문이다. 5G 모뎀은 서로 다른 주파수 대역을 마치 하나의 온전한 주파수인 것처럼 사용할 수 있는 주파수 집성 기술을 사용한다. 이로 인해 데이터 전송 속도가 빨라지고 연결성이 향상된다. FR1 주파수 대역에서 엑시노스 모뎀 5400은 100MHz 채널 대역폭을 가진 반송파 3개와 40MHz의 반송파 2개를 결합하며 단말기 업계 최초로³⁾ 총 380MHz의 대역폭을 제공한다. (그림1) 특히, FR1 380MHz 대역폭⁴⁾ 에서 노키아 기지국 장비와의 상호 연동성 테스트를 통과하며 E2E 검증을 완료했다. 이러한 성과에 비춰볼 때 이 모뎀이 상용화 될 경우 놀랍도록 빠른 속도를 제공하며 새로운 차원의 사용자 경험을 구현할 것으로 기대된다.

5G 통신을 위해서는 0과 1로 표현되는 디지털 데이터를 무선 신호로 변환하고 복원해야 한다. 이를 수행하는 기술을 변조 및 복조라고 하며, 이는 주파수, 위상, 진폭 등의 신호 속성을 변조하여 정보를 전송하는 방식이다. 널리 사용되는 변조 기술에는 직교 위상 편이 변조 (QPSK) 및 직교 진폭 변조 (16QAM, 64QAM) 등이 있다. QAM의 숫자는 신호 포인트의 수를 나타내므로, 16QAM은 서로 다른 위상과 진폭을 갖는 16개의 신호 포인트를 갖게 된다. (그림2)

직교 진폭 변조 방식은 신호 포인트 수가 많을수록 한 번에 더 많은 비트를 전송할 수 있어 데이터 전송 속도가 빨라진다. 하지만 같은 양의 전력으로 송신된 신호에서 성상도 위의 신호 포인트 사이의 거리가 가까울수록 통신 오류가 더 많이 발생한다. 따라서 신호 포인트 수가 많아질수록 데이터 전송 속도는 빨라지지만 통신 오류가 많아지는 장단점이 공존하게 된다. 하지만 엑시노스 모뎀 5400은 통신 오류를 낮게 유지하면서 신호 포인트 수를 늘리는데 성공했다. 이전에는 5G 변복조 기술의 한계가 256QAM이었으나, 3GPP⁵⁾ 릴리즈-17에서는 보다 안정적인 무선 채널 환경에서 데이터 전송 효율을 높이기 위해 FR1 주파수 대역에 1024QAM이라는 새로운 규격을 추가했다. 1024QAM 규격은 기존 256QAM보다 25% 더 효율적인 데이터 전송을 가능하게 한다. 하지만 단말기가 오류 없이 1024QAM에 도달하려면 모뎀 Baseband와 RFIC가 256QAM보다 높은 신호대잡음비(SNR)에서 동작할 수 있도록 고도의 설계 기술이 필요한데, 엑시노스 모뎀 5400에는 이러한 고도화된 기술이 집중 적용되었다. 5G 통신의 무게 중심이 FR1 주파수 대역으로 옮겨지고 있는 현재, 엑시노스 모뎀 5400은 FR1만을 사용하여 11.2Gbps의 획기적인 데이터 전송 속도를 달성했다. 이를 위해 더 많은 반송파를 결합하여 380MHz의 최대 주파수 대역폭을 구현하고, 1024QAM 기술을 통해 더 많은 신호 포인트를 갖춘 변조 방식을 적용했다. 이처럼 속도와 성능이 모두 향상된 무선 통신을 구현한 제품을 선보이며 삼성전자의 첨단 설계 기술력을 다시 한 번 입증해냈다. 엑시노스 모뎀 5400은 놀랍도록 빠른 FR1 전용 데이터 전송 속도를 실현하며 무선 연결을 새롭게 정의하고 있다. 이는 FR1 주파수 대역폭을 이용하고자 하는 모바일 네트워크 사업자들에게 큰 도약이 될 것이다. 이처럼 삼성전자는 지속적으로 5G 통신의 기술적 한계를 뛰어넘으며 실시간 연결의 시대를 선도해나갈 것이다.

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_{¹⁾ 업계 내 공시된 날짜 기준. 해당 속도는 내부 테스트 결과로, 1024QAM을 사용한 물리 계층에서의 데이터 전송 속도 측정 기준. ²⁾ 업계 내 공시된 날짜 기준. ³⁾ 업계 내 공시된 날짜 기준. ⁴⁾ 노키아 테스트는 256QAM으로 진행되었으며 6.5Gbps의 end-to-end 데이터 속도를 달성함. ⁵⁾ 이동통신 표준화 기술협력 기구(3GPP)는 7개의 통신 표준 개발 조직을 통합하고 이동통신을 위한 완전한 시스템 설명 및 이동통신 기술을 포괄하는 사양을 제공함.}