[정보통신신문=차종환기자]

5G 시장이 채 무르익기 전이지만 글로벌 표준화는 이미 6G로 무게중심이 옮겨간 지 오래다.

5G 대비 보다 적극적인 융복합, 네트워크 및 단말의 소비전력 절감, 인공지능(AI)∙머신러닝(ML) 도입 등의 특징을 보이는 6G는 글로벌 연구단체로부터 각종 후보기술들이 활발히 제안되고 있다.

북미 6G 협의체인 넥스트지 얼라이언스(Next-G Alliance)가 완성한 6G 무선접속 후보기술 포트폴리오 중 산업계와 학계에서 가장 관심이 높은 4개 기술에 대해 알아본다.

■테라헤르츠 기술

테라헤르츠 기술(㎔/Sub-㎔)은 100㎓ 이상의 주파수를 활용하는 송수신 기술을 통칭한다.

최대 1Tbps에 이르는 전송속도를 비롯한 고전송용량 지원 요구를 수㎓에 이르는 초광대역 무선전송 실현을 통해 충족시킨다.

아울러 높은 전파 직진성을 활용해 극초저지연과 고해상도 측위∙센싱 지원 등도 고려되고 있다.

하지만 주파수 대역이 높아질수록 경로 손실이 크고 전파 도달 거리가 짧아진다는 점이 극복해야 할 문제다.

현재 이러한 단점을 해결하기 위한 연구개발 움직임이 활발히 전개되고 있다.

삼성전자가 ㎔ 대역인 140㎓를 활용해 송신기와 수신기가 15m 떨어진 거리에서 6.2Gbps 데이터 전송 속도를 확보한 바 있다. 무선통신용 초고주파칩(RFIC)과 안테나, 베이스밴드 모뎀까지 통합해 실시간 전송 시연에 성공했다.

LG전자도 독일 프라운호퍼 하인리히헤르츠 연구소와 ㎔ 대역 100m 무선 데이터 송수신에 성공한 바 있다. 양측은 통신 신호를 안정적으로 출력하는 전력 증폭기를 공동 개발했다.

■AI 네이티브 무선 인터페이스

AI는 최근 자율주행, 교육, 헬스케어 등 다양한 분야에 접목되는 추세다. 이는 통신도 마찬가지로, 통신 과정에서 수집되는 빅데이터를 기반으로 AI가 분석∙예측을 수행하게 된다.

기존 5G에서는 AI 기반의 통신을 설계 단계에서부터 고려하지 않았다. 그러나 6G는 설계 단계부터 AI가 네트워크 개체들에 탑재돼 통신 기능을 하는 시나리오가 예상된다.

AI는 무선통신 인터페이스를 설계할 때 다양한 문제들을 해결할 수 있는 강력한 도구가 될 전망이다. 예로, 비선형 문제, 여러 통신 기능 블록들의 동시 최적화 문제, 저복잡도 통신 알고리즘 및 학습을 통한 기능의 진화 등이 해당된다.

AI를 통신에 접목한 유형은 크게 2가지로 제시된다.

기존 통신기능 블록 중에서 특정 혹은 다수의 기능을 신경 네트워크(Neural Network) 기반으로 대체하고 기존 통신 블록과 연계해 전체 기능을 수행하는 형태와, 송수신 기능 전체를 모두 신경 네트워크에서 자동엔코딩(Auto-encoder)하는 방식으로 설계하는 방법이 있다.

한편, 이러한 네트워크 노드와 달리, 단말기는 상대적으로 복잡한 연산과 메모리 용량 등의 한계를 추가로 고려해야 한다.

한계 극복을 위해 모델 경량화 기술이 접목될 필요가 있는데, 이는 추론 단계에서는 잘 동작하지만 학습 단계에서는 성능 열화가 발생하기 때문에 인간의 뇌 동작을 모사한 스파이킹 신경망(SNN)의 추가 도입이 숙제로 남아있다.

■전이중통신

전이중통신(FDR: Full Duplex Radio)은 주파수 이용효율 증대를 통해 모바일 데이터 트래픽의 증가에 대응하고, 동시 송수신 특성을 이용해 다양한 6G 서비스를 실현하는 기술이다.

기존 통신시스템과 같이 주파수와 시간으로 나눠 상∙하향 전송을 수행하는 반이중통신(HD: Half-duplex)와는 다르게 FDR 전송은 동일 시간, 동일 주파수 대역에서 상하향 전송을 동시에 수행해 전송효율을 최대 2배 증가시킬 수 있다.

더불어, 동시 전송을 통한 피드백 감소, 전송지연의 감소, 주파수 이용 자유도 증가 등의 효과도 기대된다.

반면, FDR 기술로 상하향 신호를 동시에 송수신할 경우, 자가간섭(SI: Self-interference) 신호가 발생해 수신신호의 품질을 떨어트릴 수 있다. 따라서 FDR 기술을 적용하기 위해서는 SI신호를 저감시키기 위해 △안테나 △RF △디지털 도메인에서 관련 기술을 적용해야 한다.

안테나 도메인에서 SI를 저감하는 기술은 송수신 안테나가 분리된 구조와 하나의 안테나를 공유하는 구조에 대한 기술로 니뉜다.

송수신 안테나가 분리된 구조는 송수신 안테나 이격, 방향 조정, 안테나 간 전파 차단 장치 삽입, 3-안테나 구조, 편파 활용 등의 물리적인 신호 차단 방법과 다중 안테나를 이용해 송수신 안테나 간 위상차를 이용하는 방법 등이 사용된다.

임의의 공용 안테나를 사용하는 구조에선 반사계수제어(RCC: Reflection Coefficient Control) 기법과 같은 기술이 사용된다. FDR을 적용한 다중입출력안테나(MIMO)의 경우, 각 안테나 사이의 SI를 저감하기 위해 디커플링(Decoupling) 네트워크 등의 기법을 사용할 수 있다.

■합동 통신∙센싱

합동 통신∙센싱(JCAS: Joint Communication and Sensing) 기술은 기존의 통신 기능 외 센싱 기능을 제공하는 솔루션에 대한 연구를 반영한다.

JCAS는 증진된 스펙트럼 공유, 하드웨어 재활용 및 간섭관리를 통한 공존(coexistence)을 지원한다. 다수 센서들에 산재된 센싱 정보를 통신으로 종합해 활용 가치를 증대시키며 센싱을 통한 상황인지 정보로 무선통신 성능을 강화할 수 있다.

보다 증진된 스펙트럼 공유를 매개로 한 공존을 전제로 한 상황에 있어 통신과 센싱 성능 간의 상호이질적인 트레이드오프(trade-off)들을 극복할 수 있는 무선 송수신부의 설계가 중요한 연구가 되고 있다. 핵심 대상은 신호파형 및 빔포밍 설계와 무선 자원 다중화 방식 등이다.

일례로 고속통신과 고해상도 센싱을 모두 지원할 수 있는 공통 목적의 신호파형 확립이 주요 연구개발 대상이며, 이에 더해 통신 목적과 센싱 목적의 빔 방향이 서로 다른 상황에서 모두를 지원할 수 있는 빔포밍(Beam-Forming) 솔루션의 발굴이 중요해지고 있다.

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