28GHz 밀리미터파 5G 신호 실내 분산 안테나로 전달
▲RoF 광전송 기술 ▲5G 기지국 인터페이스 기술 개발ㆍ활용
공항, 역사, 쇼핑몰 등 실내 환경서 20Gbps급 서비스 기대
장비 제작ㆍ운영 비용을 획기적으로 줄일 수 있어

 

미니인터뷰(Mini Interview)

 

◆ 5G 광중계기 기술 개발 계기는 무엇인가요?

2015년 5세대(5G) 이동통신 기술 논의를 본격 시작하면서, 5G 기술 활용에 있어 3.5GHz 주파수 대역과 전파의 직진성이 강한 28GHz 대역의 밀리미터파를 함께 사용하기로 계획됐습니다. 이에 이동통신 기지국이 커버할 수 있는 물리적인 거리를 상당히 축소할 것으로 예상했죠.
밀리미터파는 콘크리트와 같은 건물 벽을 투과하기 어렵습니다. 이에 저희 연구진은 실내에서 원활한 5G 서비스를 구현하는 데 실내 광중계기 기술이 반드시 필요할 것으로 예측했습니다. 같은 시기, 국내 통신사 KT도 비슷한 고민을 하고 있어 1년여간의 공동 기획을 거쳐 2016년부터 연구를 시작했습니다

◆ 기술 개발 과정에서 가장 어려운 점은 무엇이었나요?

실내 5G 광중계기 핵심 모듈인 RoF (Radio over Fiber) 광트랜시버 구현을 위해 모바일 전기 신호를 왜곡없이 광신호로 변환하는 과정이 어려웠습니다. 이는 RoF 광트랜시버 구현에 사용한 다수의 광ㆍ전자 부품의 비선형 왜곡이 원인입니다. 다양한 광ㆍ전자 부품을 복잡하게 연결하다보니 전송 품질 저하를 최소화하는 과정에 많은 시간과 노력이 필요했습니다.
RoF 광트랜시버로 입ㆍ출력하는 5G 신호 외 다른 신호를  차폐시키는 일도 힘들었습니다. 예를 들어, 대기 중에 돌아다니는 다양한 RF 신호(3G/LTE 신호, WiFi 신호, 방송신호 등)를 완벽히 차폐해야 합니다. 이 같은 RF 신호를 깨끗하게 필터링하고 5G 신호만 선택적으로 전송하는 기술을 확보하는 데 많은 시간을 소요했습니다.

◆ 이번 기술의 핵심은 무엇인가요?

실내 5G 광중계기의 핵심 기술은 RoF 광전송 기술입니다. RoF 광전송 기술은 아날로그 파형을 갖는 모바일 신호를 왜곡없이 광신호로 변환해 전송하는 기술입니다.
기존 광중계기 기술은 아날로그 파형을 갖는 모바일 신호를 디지털 신호로 샘플링해 전송을 했습니다. 디지털 신호로 샘플링을 하는 경우 전송에 필요한 용량이 10배 이상 부가적으로 증가합니다. 예를 들어, 20MHz 대역폭을 갖는 LTE 신호를 전송하기 위해서 약 2.5Gbps의 전송용량이 필요한 것입니다.
기존 기술을 이용하면, 최대 800MHz 대역폭을 갖는 밀리미터파 5G 신호 전송 시 약 120Gbps의 전송 용량이 필요합니다.
이러한 전송 용량 증가를 피할 수 있도록 디지털 샘플링을 거치지 않고 아날로그 모바일 신호를 직접 광신호로 변환해 왜곡없이 전송할 경우 장비 제작ㆍ운영 비용을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

 
이준기 ETRI 광네트워크연구실장

 

(사진=ETRI)

국내 연구진이 5세대(5G) 서비스 구역 확대를 목표로 실내에서 끊김 없는 5G 핵심 네트워크 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRIㆍ원장 김명준)은 기지국에서 밀리미터파(28GHz) 광대역 5G 신호를 받아 건물 안으로 보낼 수 있는 광중계기 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

일상 생활 속에서 사용하는 모바일 데이터의 경우 약 80%를 실내에서 소비한다. ETRI는 이 기술로 공항, 역사, 대형 쇼핑몰 등 실내 환경에서 5G 최대 전송 속도인 20Gbps급 서비스를 이용할 수 있다고 설명했다. 이어 기존 방식과 비교해 전송 용량, 장비 크기, 구축 비용 등을 개선할 수 있다며 5G의 활용성 제고를 기대했다.

연구진이 개발한 기술의 핵심은 ▲RoF 광전송 기술 ▲5G 기지국 인터페이스 기술 2가지다.

ETRI 연구진이 개발한 'RoF 기술' 개념도(사진=ETRI)

RoF 광전송 기술은 최대 5km 구간에서 5G 무선 신호를 광신호로 바꿔 신호 왜곡없이 전송할 수 있는 기술이다. 5G 기지국 인터페이스 기술의 경우 실외에 위치한 5G 기지국과 실내 분산 안테나 시스템을 ‘무선 소프트웨어(SW) 업데이트(OTA)’ 방식으로 연결해준다.

아파트 옥상에 설치한 5G 기지국 인터페이스가 인근 기지국으로부터 5G 신호를 받는다. 이후 이 신호를 RoF 기술을 탑재한 아파트 단자함에서 광신호로 바꾼 뒤 실내 곳곳에 분산된 안테나로 전달한다.

이 기술은 5G 신호를 32개 대역으로 다중화해 전달하기 때문에 전송 용량이 비교적 높은 편이다. 기지국처럼 복잡한 기능 구현이 필요하지 않으며, 비교적 단순 기능만 구현하기 때문에 별도 기지국 설치보다 구축 비용이 저렴하다.

연구진은 다이어리 정도 크기의 RoF 광트랜시버를 개발했다. 이후 실내 분산 안테나 시스템을 구성하는 호스트 장치와 안테나 장치에 RoF 광트랜시버를 심어 RoF 기술을 구현했다.

ETRI 연구진이 개발한 '5G 실내 광 중계기 기술' 구조 개요(사진=ETRI)

5G 기지국 인터페이스 기술도 호스트 장치와 연동할 수 있도록 노트북 크기의 독립 모듈 형태로 개발했다.

연구진은 최근 고주파 대역 활용과 대용량 데이터 사용량 급증 등에 따라 90년대부터 진행한 RoF가 다시 쓰임새가 높아졌다고 짚었다. 이에 이전부터 확보한 원천기술과 노하우를 바탕으로 이번 성과를 낼 수 있었다고 설명했다..

2018년 ETRI는 평창 동계올림픽에서 세계 최초 밀리미터파 5G 실내 분산 안테나 시스템 기술을 활용한 5G 시범 서비스를 시연했다고 소개했다. 당시 5G 신호를 2개 대역으로 다중화한 수준이었으나 이를 고도화하면서 현 수준에 이를 수 있었다고 언급했다.

ETRI 연구진이 개발한 실내 분산 안테나 시스템(사진=ETRI)

연구진은 향후 실내 환경에서 6세대(6G) 이동통신 모바일 서비스를 제공할 수 있도록 차세대 통신 인프라 구축 기술을 연구하고 있다. 이 과정에서 미래 지식재산권을 확보하고 국내 관련 산업계 발전을 도모한다는 방침이다.

김선미 ETRI 네트워크연구본부장은 “실내 음영 지역을 해소하고 서비스 품질을 보장하면서 융합 신산업 생태계 조성과 국내 광중계기 관련 산업 생태계 복원에도 기여할 수 있길 바란다”고 말했다.

 

AI타임스 김재호 기자 jhk6047@aitimes.com

[관련 기사]정부, 보안 리빙랩 구축하고 관련 법제 정비...융합 산업 보안 강화한다

[관련 기사]MS, ‘애저 디지털 트윈스’ 정식 버전 출시했다

키워드 관련기사
  • "구글 겨누겠다" 신뢰 중심 검색으로 승부수 띄운 스타트업
  • 티맥스, ‘티맥스데이’ 개최… 디지털혁신 위한 AIᆞ협업 전략 제시
  • 키스 스트리어 엔비디아 부사장 "무어의 법칙은 끝…AI 시대는 '황의 법칙'이 적합해"