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[RFIC group 연구소개2] 테라헤르츠 통신의 도전과 향후 과제

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작성자 최고관리자

댓글 0건 조회 1,331회 작성일 2021-12-14 15:16

본문

Ho-Jin Song; Namyoon Lee

"Terahertz Communications: Challenges in the Next Decade" 

in IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 논문 참조


넓은 bandwidth는 빠른 데이터 전송을 위해 과거부터 지속적으로 연구되고 있는 분야입니다. 


지난 10년간 주로 3GHz 대역에 머물렀던 통신 주파수 대역은 급속히 증가하는 데이터 요구량에 따라 millimeter와 sub-terahertz영역으로 확대되고 있습니다.


가장 최근에 이러한 시도가 이러나고 있는 5G 통신은 28GHz대역을 사용하여 통신을 하기 시작했습니다.


이러한 sub-terahertz영역의 주파수는 기존의 통신에 비해 수십배의 통신을 가능하게 만들어 주고 있습니다. ef6bcf4b992d279fb07f53aa296786d8_1639464566_4751.png
최근에 이러한 급송한 통신의 발전에 따라 위의 그래프에 나타난 바와 같이 5G, 6G 통신 관련 연구가 급속히 증가하고 있습니다. 


이러한 기술에 앞장서기 위해 기존의 연구를 이해할 필요가 있고, 또 앞의로의 과제가 무엇인지 분명히 알아야 합니다.


기존의 테라헤르츠 통신은 크게 세가지 방법을 통해 이루어 졌습니다.


그중 첫번째는 photonic transceiver입니다.


이는 laser diode, optical modulator, photomixer등을 통해 구성된 통신시스템을 의미합니다.


이러한 photonic transmitter는 loss가 적고 group delay가 주파수에 따라 일정하다는 장점을 가지고 있고, 


또한 frequency multiplexing이 쉽다는 장점이 있습니다. 


그러나 source generation에서 발생하는 phase noise문제와 약한 output power의 문제점을 가지고 있었습니다.


두번째로 사용된 방법은 3-5족 HBT, HEMT기반의 transceiver입니다. 대표적으로 GaAs나 InP기반의 소자를 이용한 통신 시스템입니다.
 

이는 빠른 electron mobility와 높은 saturation velocity를 가지고 있기 때문에 작은 loss와 넓은 bandwidth를 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.


뿐만 아니라 최근의 연구에 따라 높은 maximum oscillation frequency를 가지는 소자가 나오면서 전자공학에서 사용하는 소자를 고주파에 응용할 수 있는


길이 점차 열리고 있다는 평가가 있습니다.


마지막으로 사용된 세번째 방법은 silicon기반의 transceiver입니다. 대표적으로 SiGe HBT를 예로 들 수 있습니다.


비록 3,5족의 소자에 비해 낮은 electron mobility와 큰 loss를 가지고 있다는 단점이 있지만 


최근의 연구발전에 따라 maximum oscillation frequency가 720GHz까지 도달하는 소자를 이용할 수 있게 되었습니다.


뿐만 아니라 silicon based technology의 경우 다층구조를 활용하여 설계할 수 있다는 유연성이 있고, 오래된 공정이기 때문에 신뢰성 있는 설계가 


가능하다는 장점이 있습니다. 따라서 이러한 장점을 살리면서 단점을 최대한 커버할 수 있는 system에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며


대표적으로 mixer last, mixer first 구조를 예로 들 수 있습니다.


그렇다면 앞으로의 과제는 무엇일까요?



 


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