5G(세대) 이동통신 시대를 열기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역 활용 기술이 크게 대두되고 있다. 밀리미터파 대역은 가용 대역폭이 1(기가헤르츠)GHz 이상으로 넓어, 기존 4G보다 데이터 전송 속도를 크게 높일 수 있다. 하지만 밀리미터파는 고유 특성으로 인해, 통신되는 범위가 상대적으로 좁은데, 국내 연구진이 이를 해결할 핵심기술 개발에 성공했다.

ETRI(한국전자통신연구원, 원장 김흥남)는 10일, 밀리미터파 대역을 활용한‘저지연 빔(beam)스위칭 빔 기술개발’에 성공했다고 밝혔다.

밀리미터파를 활용해 통신을 하기 위해선 몇가지 풀어야할 문제들이 있다. 밀리미터파는 30 ~ 300GHz 대역의 고주파 주파수이다 보니 직진성이 강하고 전파가 줄어들어 없어지는 특성(감쇄, 減殺)이 강하다.

따라서 밀리미터파를 쓰기위해 송출하는 전력을 기지국에서 특정방향으로 모아서 마치 빔(beam)처럼 만들어 사용해야 한다.

즉 기존 4G 통신 방식은 기지국에서 안테나를 중심으로 원형으로 퍼지기에 빔이 하나만 있어도 되었다. 또 통신가능구역을 뜻하는 셀(cell) 구간도 비교적 넓었다.
하지만, 밀리미터파에서는 빔을 여러개 만들어 안테나를 둘러싸 파워를 몰아줘야 통신이 가능하다.

이렇다 보니 기존 4G에서는 넓은 대역이라도 한 두번의 기지국을 거치면 통신이 가능하지만, 밀리미터파에서는 여러번의 빔을 거쳐야 하므로 잦은 핸드오버가 발생된다.

ETRI는 핸드오버로 인해 데이터가 뚝뚝 끊기는 현상을 없애기 위해 빔 스위칭을 빨리해 손실을 막는 기술개발에 성공한 것이다.

ETRI 연구진은 하나의 기지국에서 여러개의 빔을 효율적으로 관리하는 방식으로 연구를 진행했다. 즉, 단말이 빔에서 빔으로 이동할 때, 실시간으로 최적의 빔을 선택, 변경해줌으로써, 데이터 손실 및 지연을 최소화한 것이다. 

본 기술은 4G의 핸드오버보다 약 10배이상 빠른 속도로 최적 빔 선택이 가능하며, 이로써, 밀리미터파의 좁은 통신범위 개선이 가능해지게 되고, 통신 사각지대가 해결되는 것이다.

따라서, 향후 5G 이동통신 환경에서 이동단말의 통신 데이터 손실 및 지연을 극소화 할 것으로 기대되며, 5G 핵심기술로 활용 될 것으로 전망이 된다.

이번 ETRI 자체시연에서는 3D 고정 빔형성 기술을 기반으로 복수의 빔을 복수의 단말에 사용하였다. 또한 4G 핸드오버 절차의 시간 지연효과와 비교를 통해 실시간 빔스위칭의 우수성도 확인했다.

또한, 특정 방향으로 전파를 송신하는 여러 개의 빔들을 수신하는 상태에서 단말이 최적의 통신 채널을 실시간으로 선택함으로써, 밀리미터파의 음영 문제도 해소함을 선보였다.

한편, ETRI는 실시간 빔스위칭 기술을 향후 예상되는 다양한 망 구성 방식에 적용될 수 있도록 개선, 데이터 전송속도 및 채널 품질을 향상시킬 예정이다. 또한, 이번 시연에서 보여준 고속 빔스위칭 기술을 다양한 빔형성 기술에도 적용토록 개선한다는 계획이다.

아울러 연구진은 올해 말부터 국제표준화단체인 3GPP에서 5G관련 기술들에 대해 표준화가 진행됨에 따라 관련기술을 표준화하는 노력을 계획중이라고 말했다.

연구개발책임자인 ETRI 김태중 Giga통신연구부장은“빔스위칭 기술은 국제표준화 기구의 요구사항인 단말의 최소 데이터 전송률을 만족하는 핵심기술로 활용될 수 있으며, 향후 다양한 빔형성 기술에도 적용될 수 있도록 노력중에 있다”고 밝혔다.

한편, 본 기술은 미래창조과학부 기가코리아 사업의“밀리미터파 5G 이동통신 시스템 개발”과제로 수행중이며, ETRI 주관으로 13개 참여기관이 공동개발을 진행 중에 있다.

ETRI는 현 기술이 5G 이동통신을 위한 핵심 전송기술 일부인 빔간 스위칭 기술을 개발한 상태로 오는 2017년경에는 개발중인 모든 핵심기술을 반영한 5G 이동통신 시스템을 완벽히 갖춰 연동됨을 시연할 계획으로 있다고 설명했다.

현재 차세대 이동통신이라 불리는 5G 기술은 최대전송속도 20Gbps, 단말수신 100Mbps 등 최소요구사항만 지난 5월, 제시된 상태다. 따라서 차세대 이동통신 선점을 위한 각국의 기술확보와 노력이 치열하게 진행중인 상황이다. 국제표준화단체인 ITU-R의 경우, 오는 2017년말부터 5G이동통신 규격을 진행할 계획중이다. <보도자료 본문끝>

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