이동통신사들이 인공위성과의 교신에 쓰이는 고주파 대역인 밀리미터 웨이브 활용에 주목하고 있다. 미래 5G 기술을 이끌 것으로 예상되는 밀리미터 웨이브는 저주파 주파수보다 많은 데이터와 통신 신호를 전송할 수 있다. 5G 시대의 데이터 폭증을 해결할 수 있는 솔루션인 셈이다.

5세대 이동통신(5G)의 미래가 우리 눈앞에 다가왔다. 이동통신산업 관계자들은 5G가 2020년 상용화될 것을 기대하면서 5G에 사용될 빠른 전송 속도, 저(低)지연, 높은 신뢰성의 유비쿼터스 액세스 기술들을 연구하는 데 많은 공을 들이고 있다.

6 GHz 미만의 주파수에 비해 풍부한 주파수 대역(spectrum)으로서 모바일 액세스와 이동통신에 활용될 밀리미터 웨이브(millimeter wave) 주파수 대역에 대한 연구는 현재 활발히 진행 중이다.

4G보다 100배 빨라

밀리미터 웨이브는 5G 시대의 데이터폭증을 해결할 수 있는 주목받는 솔루션이다. 몇 년 전까지만 해도 대부분의 사람들은 인공위성과의 교신에 쓰이는 고주파수 대역의 이동통신을 사용하는 것은 불가능한 일이라고 생각했다.

현대의 무선 통신에서 주파수 대역은 매우 중요하다. 3 GHz 이하의 주파수는 모두 할당됐으며, 6 GHz 이하의 주파수는 포화 상태이기 때문이다. 이에 따라 고주파 대역인 밀리미터 웨이브가 가진 가능성에 많은 관심이 모아지고 있다.

밀리미터 웨이브의 30 GHz ~ 300GHz 고주파는 빠른 데이터 전송 속도를 가능케 하며 4G보다 100배 빠른 기술을 실현시킬 것이라고 관계자들은 보고 있다.

미래의 통신기술로 이행하기 위해선 더 많은 주파수 대역이 필요하다는 사실은 점차 분명한 것이 되고 있다. 무선 데이터에 대한 요구를 충족시키고 인터넷에 연결할 수 있는 수 억 개의 디바이스를 지원하는 환경을 제공하기 위해서다.

밀리미터 웨이브가 기술적으로는 30GHz ~ 300 GHz의 범위를 갖고 있다고 할지라도, 관계자들은 15, 24, 28, 38, 60 그리고 71 ~ 76 GHz 주위를 중심으로 10 GHz에서 80 GHz 정도의 범위가 주로 활용될 것으로 보고있다.

60 GHz 주파수는 특히 많은 주목을 받고 있다. IEEE 802.11ad 표준을 기반으로 하는 와이기그(WiGig, Wireless Gigabit)가 60 GHz 고주파수 대역을 이용하기 때문이다. 와이기그는 최대 7Gbps의 속도로 데이터를 주고받는 기술이다. 와이파이(WiFi)보다 빠른 속도, 저전력 등의 강점을 갖췄다.

미래 통신기술로의 이행

주요 5G 기술 벡터 중에서 밀리미터 웨이브는 통신망 구현으로 인해 긴 타임 라인을 갖췄다.

기술적 관점에서 무선 접속 기술(RAT)과 관계된 밀리미터 웨이브 대역에 대한 지식은 부족한 상황이다. 지향성 안테나 사용에 대한 이해는 안테나 파장과 결합된 주파수의 증가로 인해 야기되는 경로 손실 때문에 중요하다.
하지만 여기에 대한 이해 역시 충분치 않은 상태다.

유저들 사이에서 다양한 문제는 존재할 수 있지만, 관련 연구 종사자들이 한정된 시간 내에 시스템 디자인을 위한 솔루션을 찾도록 이끄는 동시에 프로토타입을 개발하는 것 역시 쉬운 일이 아니다.

또한 밀리미터 웨이브는 파장이 작기에 주변 전파에 간섭을 잘 받고 왜곡이 쉽게 발생할 수 있다. 수신 범위도 저주파 대역보다 좁다. 이로 인해 밀리미터 웨이브가 이동통신에 활용되기 위해 전파 간 간섭을 줄이는 것은 매우 중요한 과제였다. 그러나 최근 주파수간 간섭을 제어하는 기술이 개발됨에 따라 이러한 문제들이 점차 해결되는 모양새다. 펨토셀같은 소형 기지국이 저가화, 개량화되면서 통신사들의 비용 부담도 적어지고 있다.

학계와 기업들의 5G 연구

뉴욕대학교, 대만대학교, NTT 도코모, 에릭슨, 삼성, 화웨이, 노키아, 인텔, 텔레콤 이탈리아, 오렌지, 퀄컴 등이 밀리미터 웨이브 연구 개발에 힘쓰고 있다.

노키아는 밀리미터 웨이브 시스템 프로토타입 분야의 첫 번째 주자다. 노키아는 개발을 위해 약 1년 동안 내쇼날인스트루먼트의 SDR(software-defined radio) 플랫폼을 사용했다.

한국내쇼날인스트루먼트는 5G 시스템의 프로토타입을 제작할 수 있는 소프트웨어 LabVIEW Communications System Design Suite를 최근 발표했다. 이 소프트웨어는 SDR 하드웨어와 긴밀하게 통합된 설계 환경을 제공해 통신 시스템의 프로토타입을 신속히 제작할 수 있도록 해준다.

글로벌 시장 조사 업체 프로스트 & 설리반(Frost & Sullivan)의 측정 및 계측 산업 담당 제시 카바조스(Jessy Cavazos) 매니저는 “SDR은 무선 시스템 프로토타입의 표준이 되고 있다”며 “LabVIEW Comminications는 C와 .m의 알고리즘을 비롯한 기존의 IP를 활용하기 때문에 개발자들이 단일 설계환경에서 다양한 작업에 적합한 언어를 모두 통합할 수 있게 해준다”고 말했다.

독일 드레스덴 공대(Technische Universitat Dresden)의 게르하르트 페트바이스(Gerhard Fettweis) 교수는 “무선 대역폭 수요가 기하급수적으로 증가하고 있는 업계는 네트워크 용량을 늘리기 위한 새로운 방법을 찾기 위해 천문학적인 비용을 투자 하고 있다”고 말했다. 이어 “독일의 드레스덴 공대에서도 5G에 대한 연구를 집중적으로 진행 중이며, 이를 위해 내쇼날인스트루먼트의 하드웨어와 소프트웨어 통합 방식(hardware and software integration)을 활용하고 있다”고 말했다.

무선 테스트 장비 시장의 리더들은 R&D를 위해 애플리케이션을 통해 5G연구에 참여하고 있다. 키사이트테크놀로지스, 로데슈바르즈, 안리쓰, 내쇼날인스트루먼트는 무선 테스트 장비 시장의 대표적인 리더다. 무선 통신 분야 선두 업체며, 5G 연구의 중심축을 담당하고 있다.