'5G 핵심' 다중입출력 통신 정교한 측정 가능해져
대형기지국·스마트폰·산업현장 등 활용범위 넓어
머리카락 굵기 수준의 가느다란 센서로 5G의 성능을 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 이는 세계 최고 수준의 측정기술로 국내 5G 품질이 한 차원 더 높아질 것으로 기대된다.
한국표준과학연구원(KRISS)은 전자기표준센터 연구팀이 광섬유 기반의 초소형 센서를 이용해 5G 통신시스템을 위한 초고속 정밀 측정시스템을 개발했다고 18일 밝혔다. 한국은 지난 4월 세계 최초로 5G 이동통신 서비스를 시작했지만 현재 5G 서비스에 대한 정확한 성능을 측정할 기준이 없는 상태다. 이번 기술 개발로 5G의 핵심이지만 지금까지 측정이 불가능했던 다중입출력(MIMO) 통신시스템을 정교하게 측정할 수 있게 됐다.
기존 4G 통신망은 스마트폰에 최적화될 경우 서비스 제공에 문제가 없었다. 그러나 ‘초연결’을 지향하는 5G 통신망은 스마트폰뿐만 아니라 자율주행차, 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI) 등 다양한 목적을 지닌 단말기에 서비스를 제공한다. 수많은 부품들의 영향과 상호관계를 파악하는 만큼 고품질을 유지하는 것이 중요해진 것이다.
5G의 품질 확보가 중요해진 만큼 이를 판가름하는 측정기술 또한 중요해졌다. 그러나 5G는 4G와 달리 측정단자가 사라지고 여러 안테나를 동시에 사용하는 ‘빔포밍(beamforming)’ 기술 등이 도입돼 훨씬 복잡한 조건에 놓여있다. 빔포밍은 무선통신 용량을 늘리기 위한 스마트 안테나의 한 방식으로, 5G 전파를 선택적으로 전달해 속도 및 커버리지를 향상시키는 기술이다.
연구자들은 다양한 측정 솔루션을 제시하고 있지만 아직 세계적으로 확립된 5G의 기준은 없다. 특히 해외 업체들이 개발한 솔루션은 대부분 ‘무향실(소리의 반향이 없는 실험장소나 음악실)’이라는 고가의 특수한 시설이 필요하다. 또 측정 센서가 5G 안테나보다 커 물리적인 근접 측정이 불가능하고, 필연적으로 발생하는 빔포밍의 오차 분석도 어렵다.
KRISS 전자기표준센터의 홍영표·이동준·강노원 박사 연구팀은 머리카락 수준으로 가는 광섬유 기반 초소형 센서를 개발해 기존 기술의 문제점을 해결했다. 이 센서는 어떤 공간 제약도 없이 0.1㎜ 이내의 초근접 거리까지 측정이 가능하다.
특히 이 센서는 광섬유가 결합된 형태로 구성돼 있어 마이크로미터(㎛)급의 초미세선로까지 구별할 수 있다. 입출력이 제각각인 수많은 안테나들을 정확하게 측정할 수 있는 것이다.
이번 성과는 현재 인프라가 구축되고 있는 5G 산업 현장에서 곧바로 적용할 수 있다. 특히 안테나가 100여개 들어가는 대형 기지국은 물론 스마트폰과 같이 안테나가 내장된 단말기의 양산 단계까지 바로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
홍영표 선임연구원은 ”5G에서 주로 활용되는 6기가헤르츠(GHz) 이하 및 그 이상인 밀리미터파 주파수 대역 이동통신시스템 평가에 널리 활용될 수 있다“면서 ”초고속·고품질 측정플랫폼을 기반으로 하는 새로운 패러다임의 5G 측정 솔루션을 제공할 수 있을 것“이라고 말했다.
강노원 책임연구원도 “10년 이상 수행해온 전자파 측정표준 연구가 5G 산업에 적용돼 탄생하게 된 기술”이라며 “5G 품질 제고에 기여해 우리나라의 5G 기술이 세계 최초를 넘어 최고 수준까지 도달할 수 있도록 노력하겠다”라고 강조했다.
한편 한국표준과학연구원, 삼성전자 생산기술 연구소, 삼성전자 글로벌 기술센터 등의 지원을 받은 이번 연구결과는 광학분야의 세계적 학술지인 옵틱스 레터스(Optics Letters, IF: 3.589)와 센서스(Sensors, IF: 3.031) 6월호에 게재됐다. 향후 기술이전을 통해 본격적으로 상용화 될 예정이다.
