가까워진 자율주행과 대용량 미디어 경험, mmWave 5G TCU가 가져올 새로운 이동

운전 중 눈에 보이지 않는 위험을 미리 알려주는 안전 솔루션(Safety Solution), 좌석에 앉아 스크린으로 이동 중에 즐기는 콘서트 영상. 이처럼 차 안에서 다양한 경험을 하기 위해서는 빠르게 데이터를 송수신하는 차량용 통신 장비(Telematics Control Unit, TCU)가 필요하다.

TCU의 발전으로 자동차에서 할 수 있는 것들이 점점 더 늘어나는 만큼, 더욱 빠른 속도와 더 많은 데이터를 주고받을 수 있는 통신 기술의 중요성 역시 높아졌다. 2019년 세계 최초로 5G 통신 기술을 활용한 TCU를 선보인 삼성전자는 이제 5G mmWave^[1]에 주목하고 있다. 도로 위 수많은 정보들을 실시간으로 운전자에게 제공하고, 커넥티드 카 서비스를 구현하기 위해서는 대용량 데이터를 빠른 속도로 전송할 수 있는 5G mmWave 주파수 대역이 필요하기 때문.

5G mmWave 안테나와 시스템을 하나의 TCU 모듈로 통합한 ‘차량용 mmWave 5G TCU’로 또 한 번 혁신을 선보인 삼성전자의 노력을 소개한다.

‘초고속·초저지연·초연결성’, 커넥티드 카에서 5G mmWave가 필요한 이유

5G TCU는 차량 외부의 정보들을 운전자에게 제공하고, 빠른 인터넷으로 고화질의 영상을 감상할 수 있는 경험을 제공한다. 삼성전자는 5G TCU를 한 단계 업그레이드하면서, 주변 차량과 보행자, 인프라 사이의 신속한 통신을 위해 데이터 전송이 지연되는 시간을 최소한으로 줄이고, 대규모 차량을 한꺼번에 수용하기 위해서는 5G mmWave가 필요하다는 판단을 내렸다.

5G mmWave는 현재 대부분 무선 통신에서 사용하는 6GHz 이하 Sub-6 대역의 5~100MHz 보다 10배 이상 넓은 100MHz~1GHz 대역폭을 제공한다. 삼성전자는 2009년 초고주파수 대역에서 데이터 전송에 성공한 후 10년이 넘는 기간 동안 mmWave 5G 통신을 실제 상용 환경에서 구현할 수 있도록 연구개발에 매진해왔다. 이러한 노력이 뒷받침되어 차량용 mmWave 5G TCU 또한 선보일 수 있었던 것.

mmWave의 넓은 대역폭 덕분에 대용량 데이터를 더욱 빠르게 전송할 수 있어, 사용자는 필요로 하는 실시간 도로 상황과 차량 간의 통신 서비스를 원활하게 누릴 수 있다. 하지만 기존 무선 통신 주파수 대역보다 전파의 직진성이 강해 장애물의 회피나 투과가 어려운 만큼, 안정적인 통신을 위해서는 기존의 안테나 배치와 TCU 설계 기술에 변화가 필요했다.

mmWave와 빔포밍 기술이 만나 완성된 대용량 데이터 전송

5G mmWave를 효율적으로 송수신하고 사용하기 위해 삼성전자는 배열 안테나 빔포밍(Array Antenna Beamforming) 기술을 활용했다. 빔포밍은 안테나의 빔을 원하는 특정 방향으로 집중해서 강하게 전송하는 기술이다. 이를 활용해 원치 않는 간섭은 줄이면서 커버리지를 늘릴 수 있다. 전송 속도는 더 빨라지고, 연결 또한 보다 안정화된 것. 덕분에 차량 이동 중에도 초고속 데이터 송수신이 가능하다. 이를 위해 삼성전자는 많은 시행착오와 다양한 테스트를 거치며 회로를 설계, mmWave 5G TCU를 구현했다.

▲ 삼성전자가 개발한 차량용 mmWave 5G TCU

▲ 배열 안테나 빔포밍(Array Antenna Beamforming)

삼성전자 mmWave 기지국인 Compact Macro는 1,024개의 안테나 소자를 내장해 예리하고 정밀한 빔포밍을 지원한다. 이를 활용하면 시속 200km 이상으로 이동 중인 차량과도 끊김 없이 안정적으로 통신할 수 있다.

실제 자동차를 활용한 필드 테스트로 빔포밍 성능을 최적화하는 데에도 힘썼다. 이 외에도, 극한 지역에서도 견딜 수 있도록 소모 전류와 발열 테스트를 통해 최적의 방열구조를 설계·적용했다. 삼성전자는 여기에 그치지 않고, 무수한 돌발 상황에 대비하기 위해 다양한 유저 시나리오 발굴을 위해 노력 중이다.

자율주행, 위험 알림, VR 이벤트… mmWave 5G TCU가 여는 새로운 경험

5G mmWave 배열 안테나의 빔포밍 기술이 더해지며, 보다 더 다양한 커넥티드 카 경험이 가능해졌다. 차량용 mmWave 5G TCU가 상용화된다면, 빠르고 안정적인 통신으로 차량 내 서비스의 질이 한층 올라갈 것이기 때문. 또한 V2X(Vehicle to Everything, 차량·사물 간 통신) 서비스의 강화로 사용자는 안전한 주행뿐만 아니라 이동 중 즐기는 다양한 콘텐츠까지 끊김 없이 누릴 수 있게 된다.

mmWave 5G TCU를 통해 발전이 기대되는 기능 중 하나는 완전한 자율주행이다. 데이터 전송에 지연이 없는 실시간 통신으로 도로의 상태를 미리 파악하고 돌발 상황에도 늦지 않게 대응할 수 있기 때문. 더 나아가 한 명의 운전자가 여러 차량을 이끄는 군집 주행이나 원격으로 무인 자율 주행차를 움직이는 리모트 컨트롤 주행도 가능해질 예정이다. 또한, 운전자가 직접 주행하는 경우에는 신속한 위험 알림 서비스나, 지연 없이 전송되는 고화질의 도로 영상을 통해 보다 안전한 주행이 가능해질 것이다.

탑승자로서 누릴 수 있는 엔터테인먼트 경험도 더욱 풍부해질 것으로 보인다. mmWave를 활용해 버스나 택시 전 좌석에서 동시에 각자가 원하는 UHD 8K 해상도의 영상을 스트리밍 하는 것은 물론, 가상현실(Virtual Reality, VR), 증강현실(Augmented Reality, AR) 등으로 진행되는 콘서트, 이벤트, 게임 등 다양한 서비스도 가능하기 때문. mmWave 5G TCU 기술이 가져올 이동 경험의 혁신을 기대해본다.