2019.10.01

6G가 해결해야 할 과제 : 테라헤르츠-광 전송 변환이 관건

Patrick Nelson | Network World
2030년에 5G를 대체할 것으로 예상되는 6G 무선 기술은 수백 Gbps의 전송 속도로 동작한다는 구상이다. 그리고 느리기는 하지만, 이런 속도에 필요한 기술적인 진보 역시 이루어지고 있다.
 
ⓒ GettyImagesBank

지금까지 기술 발전 측면에서 가장 큰 허점은 테라헤르츠(THz) 스펙트럼과 광 전송 회선 간의 인터페이스였다. 극초단파와 적외선 사이에서 발견되는 무선 주파수 대역인 THz를 장거리 데이터 전송에 필요한 광 전송 회선에 어떻게 연결할 것인가? 지구는 둥글기 때문에 통신 가능한 거리는 제한이 있다. 따라서 장거리 전송에 유선 연결은 필수적이다. 단거리 전송 역시 환경 장애물의 방해를 받을 수 있다. 물체가 가로막는 것은 물론 비나 안개도 파장이 극히 짧은 대역에서는 장애 요소가 된다.

독일 카를스루에 공대(Karlsruhe Institute of Technology, KIT) 연구팀은 이를 위한 광 케이블 연결 방법을 알아냈다고 밝혔다. 보도자료를 통해 연구팀은 플라스몬 나노광학 상에서 동작하는 변조기를 개발해야만 한다고 설명했다. 이 변조기는 나노 크기의 광 포획 기술(이 경우 실리콘으로 만든)로, 수신 안테나를 직접 광 케이블에 결합한다. 다시 말해 무선 신호가 케이블의 일부가 되는 것이다. 연구팀은 “이 방법으로 매우 높은 전송 속도로 테라헤르츠 연결을 구현할 수 있다. 수백 Gbps의 전송 속도를 실현할 수 있다”고 강조했다.

테스트에서 연구팀은 테라헤르츠 수신기를 사용해 광 케이블에 “이음매 없이 통합된” 테라헤르츠 링크를 시연했다. 이 링크는 50Gbps의 속도로 동작했다. 비교하자면 현재의 LTE 기술을 이용한 무선 전송 속도는 약 20Mbps 정도에 불과하다. 미국에서 5G 서비스를 개시한 버라이즌은 자사 고정형 5G 서비스의 전송 속도가 보통 300Mbps에 이른다고 말한다.

6G 구현에서 테라헤르츠와 광 전송 간의 연결 외에도 해결해야 할 과제는 많다. 원하는 전송 속도를 얻기 위해서는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 역시 테라헤르츠 환경에서 구현해야 한다. 공간 다중화는 개별 데이터 신호가 연속 데이터 형태로 전송되는데, 대역폭 내의 모든 비트가 끊임없이 사용되고 재사용되는 방식으로 대역폭 효율을 높여준다.

대역폭 효율을 위해서는 MIMO 안테나 역시 발전이 필요하다. 안테나가 다중 경로를 이용하기 때문에 데이터 신호가 하나 이상의 경로로 전송될 수 있다.

투과 손실 문제 역시 해결해야 한다. 빌딩이나 구조물로 들어가는 신호의 강도와 나오는 신호의 강도 차이를 말하는데, 주파수 대역이 높을수록 손실도 커진다. 하지만 손실은 통과해야 하는 재질에 따라서도 달라진다. 예를 들어, 투명한 유리는 보통 마른 벽보다 투과 손실이 적다. 미래의 빌딩에 사용하는 건축 자재는 6G 데이터 전송 속도를 이용하기 위해 새로운 재료 공학으로 재구상할 수도 있다.

지난 3월 미국 연방통신위원회는 새로운 범주의 실험용 주파수 면허를 발표했다. 95GHz와 3THz 사이의 이 주파수 대역에서 통신업체와 과학자들이 실험을 진행하고 있다.

한편 핀란드 올루 대학 교수이자 5G 시스템 아키텍트인 아리 포투는 지난 해 필자와의 대화에서 “6G는 결국 마이크로초의 지연과 테라비트급 속도를 제공할 것”이라고 전망했다.  editor@itworld.co.kr


2019.10.01

6G가 해결해야 할 과제 : 테라헤르츠-광 전송 변환이 관건

Patrick Nelson | Network World
2030년에 5G를 대체할 것으로 예상되는 6G 무선 기술은 수백 Gbps의 전송 속도로 동작한다는 구상이다. 그리고 느리기는 하지만, 이런 속도에 필요한 기술적인 진보 역시 이루어지고 있다.
 
ⓒ GettyImagesBank

지금까지 기술 발전 측면에서 가장 큰 허점은 테라헤르츠(THz) 스펙트럼과 광 전송 회선 간의 인터페이스였다. 극초단파와 적외선 사이에서 발견되는 무선 주파수 대역인 THz를 장거리 데이터 전송에 필요한 광 전송 회선에 어떻게 연결할 것인가? 지구는 둥글기 때문에 통신 가능한 거리는 제한이 있다. 따라서 장거리 전송에 유선 연결은 필수적이다. 단거리 전송 역시 환경 장애물의 방해를 받을 수 있다. 물체가 가로막는 것은 물론 비나 안개도 파장이 극히 짧은 대역에서는 장애 요소가 된다.

독일 카를스루에 공대(Karlsruhe Institute of Technology, KIT) 연구팀은 이를 위한 광 케이블 연결 방법을 알아냈다고 밝혔다. 보도자료를 통해 연구팀은 플라스몬 나노광학 상에서 동작하는 변조기를 개발해야만 한다고 설명했다. 이 변조기는 나노 크기의 광 포획 기술(이 경우 실리콘으로 만든)로, 수신 안테나를 직접 광 케이블에 결합한다. 다시 말해 무선 신호가 케이블의 일부가 되는 것이다. 연구팀은 “이 방법으로 매우 높은 전송 속도로 테라헤르츠 연결을 구현할 수 있다. 수백 Gbps의 전송 속도를 실현할 수 있다”고 강조했다.

테스트에서 연구팀은 테라헤르츠 수신기를 사용해 광 케이블에 “이음매 없이 통합된” 테라헤르츠 링크를 시연했다. 이 링크는 50Gbps의 속도로 동작했다. 비교하자면 현재의 LTE 기술을 이용한 무선 전송 속도는 약 20Mbps 정도에 불과하다. 미국에서 5G 서비스를 개시한 버라이즌은 자사 고정형 5G 서비스의 전송 속도가 보통 300Mbps에 이른다고 말한다.

6G 구현에서 테라헤르츠와 광 전송 간의 연결 외에도 해결해야 할 과제는 많다. 원하는 전송 속도를 얻기 위해서는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 역시 테라헤르츠 환경에서 구현해야 한다. 공간 다중화는 개별 데이터 신호가 연속 데이터 형태로 전송되는데, 대역폭 내의 모든 비트가 끊임없이 사용되고 재사용되는 방식으로 대역폭 효율을 높여준다.

대역폭 효율을 위해서는 MIMO 안테나 역시 발전이 필요하다. 안테나가 다중 경로를 이용하기 때문에 데이터 신호가 하나 이상의 경로로 전송될 수 있다.

투과 손실 문제 역시 해결해야 한다. 빌딩이나 구조물로 들어가는 신호의 강도와 나오는 신호의 강도 차이를 말하는데, 주파수 대역이 높을수록 손실도 커진다. 하지만 손실은 통과해야 하는 재질에 따라서도 달라진다. 예를 들어, 투명한 유리는 보통 마른 벽보다 투과 손실이 적다. 미래의 빌딩에 사용하는 건축 자재는 6G 데이터 전송 속도를 이용하기 위해 새로운 재료 공학으로 재구상할 수도 있다.

지난 3월 미국 연방통신위원회는 새로운 범주의 실험용 주파수 면허를 발표했다. 95GHz와 3THz 사이의 이 주파수 대역에서 통신업체와 과학자들이 실험을 진행하고 있다.

한편 핀란드 올루 대학 교수이자 5G 시스템 아키텍트인 아리 포투는 지난 해 필자와의 대화에서 “6G는 결국 마이크로초의 지연과 테라비트급 속도를 제공할 것”이라고 전망했다.  editor@itworld.co.kr


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