피터 카슨 퀄컴 전무 "5G폰 도전과제, '안테나'에 있다"

[아이뉴스24 김문기기자] "스마트폰의 고주파 대역 활용과제는 RF의 복잡성을 제한된 폼팩터에 맞추는 것이다."

피터 카슨 퀄컴 제품 마케팅 전무는 7일(현지시간) 퀄컴 스냅드래곤 테크서밋 2017이 열린 미국 마우이 그랜드웨일리아호텔에서 한국기자들과 만나 5G 스마트폰 시대에는 제한된 폼팩터에서 최적화된 RF프론트엔드 설계가 중요하다고 강조했다.

초기 5G 서비스를 지원할 RF 밴드와 주파수 조합은 4G때 1천여가지 대비 약 1만개 방식으로 늘어날 전망이다. 주파수 자체가 늘어난다기 보다는 조합 가능한 수가 압도적으로 많아진다는 의미다. 5G 시대에는 28GHz 주파수 대역 안팎의 고주파 밀리미터파(mmWave)와 6GHz 주파수 대역 이하의 중대역, 현재 쓰이고 있는 저주파 대역 등 다양한 주파수 대역이 활용된다.

카슨 전무는 "밀리미터파 주파수 대역을 5G 스마트폰이 사용하게 되면, X와 Y 및 Z 방향으로 빔형성을 할 수 있는 다중 안테나 요소가 포함된 밀리미터파 RF 프론트엔드 모듈이 필요하다"고 말했다.

RF프론트엔트(RFFE) 솔루션은 RF트랜시버와 안테나 사이에 위치한 중요 부품들이다. 주로 전력증폭기(PA)와 저잡음증폭기(LNA), 스위치, 듀플렉서, 필터 및 여러 기타 구성 요소를 포함하고 있다. 안테나로 들어온 주파수 신호를 RF 트랜시버까지 전달하거나 내보내는 역할을 수행한다.

RF트랜시버는 송신기의 트랜스미터와 수신기인 리시버를 결합한 제품이다. RF프론트엔드를 통해 전달된 주파수 신호는 낮게는 수백MHz에서 높게는 수GHz 이른다. 이러한 주파수를 통신모뎀이 소화할 수 있게 저주파 대역으로 변조시키거나 그 반대의 역할을 해준다.

RF 솔루션이 5G의 화두로 부상하는 이유는 다양한 조합으로 수없이 바뀌는 주파수 대역을 유기적으로 지원할 수 있어야 하기 때문이다.

카슨 전무는 "5G 밴드는 굉장히 넓은 대역폭에 걸쳐 있다. 이들이 기존 4G LTE는 물론 2G와 3G 밴드와도 조합시켜야 한다. RF프론트엔드 기술이 베이스밴드나 RF안테나 대비 쉽지 않다"고 설명했다.

지원해야 할 또는 조합되는 주파수 대역의 수가 많아질수록 그만큼 전력소모량도 상당하다. 카슨 전무는 “굉장히 높은 주파수 대역의 밀리미터파를 전력 효율적으로 제공하기는 쉽지 않다. 더구나 베이스밴드 단계에서는 엄청난 양의 데이터를 수많은 주파수를 묶는 CA 와중에도 끊김없이 지원돼야 한다”고 말했다.

퀄컴은 5G 밀리미터파에서 전력공급이 10밀리와트(mW)까지 낮아질 수 있다고 설명했다. 엔벨롭트래킹(ET) 및 안테나 조정기(Tuner) 기술이 전력 효율면에서 중요성이 높아진다.

엔벨롭트래킹 솔루션은 전력 증폭기의 입력 전압을 동적으로 조정해 RFFE의 전력효율을 높이는 기술이다. 증폭기에 인가된 전압을 조절해 필요한 순간에만 전력을 공급해 전력을 아끼는 방식이다. 퀄컴은 2013년 스냅드래곤에 엔벨롭트래킹칩을 적용하는데 성공했다.

카슨 전무는 "11ad와 4G LTE를 비롯해 퀄컴은 전력 감소부터 최적화까지 많은 경험이 있기 때문에 기가비트 LTE에서도 뛰어난 전력효율을 제공할 것이라 확신한다"고 자신했다. 5G 시대 1만여개의 밴드 조합 역시 모두 지원하겠다고 밝혔다.

이를 바탕으로 퀄컴은 5G 스마트폰 상용화를 위한 5G NR 밀리미터파 프로토타입 및 평가판 플랫폼을 발표했다. 퀄컴은 자체적으로 9mm 두께의 레퍼런스 5G 스마트폰을 디자인하는 것이 목표다. 다만, 초기 단계에서는 5G를 지원하는 기기에서 RFFE가 차지하는 면적은 기존 대비 커질 것으로 보인다.

카슨 전무는 "면적과 관련해 최적화를 위한 노력을 경주하고 있다. 내년에 선보일 예정인 시범 단계에서는 성능과 구현에 목표가 맞춰질 것이다. 이후 2019년에는 보다 최적화에 집중해 초기 모델보다 상당히 개선된 RFFE 면적률을 보여줄 것"이라고 말했다.

퀄컴은 RF 솔루션에 대한 기술력을 바탕으로 경쟁사 대비 5G 시대에도 리더십을 공고히 할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

카슨 전무는 "경쟁사들은 모두 스마트폰 내 면적 효율성이 현저하게 떨어진다. 직접 분해해서 살펴보면 효율성이 얼마나 떨어지는지 체감할 수 있다. 다이 면적뿐만 아니라 PCB 면적에서도 차이가 난다"며, "4G 때도 퀄컴은 후발주자였음에도 불구하고 업계에서 가장 먼저 멀티모드 통합칩을 선보였다. 물론 5G는 완전히 새로운 도전과제이지만 파트너사들이 빠르게 도입할 수 있도록 처음부터 지원하는 것이 우선 목표다"라고 강조했다.