성능 측정시스템 개발
# 지난 4월 3일, 우리나라는 세계 최초로 5세대(5G) 이동통신 서비스를 시작했다. 하지만 서비스 초기인 지금, ‘초고속’, ‘초연결’과 같은 5G의 특징보다는 “잘 터지나?”라는 의문이 먼저 앞선다. 기지국과 같은 5G 인프라가 갖춰지는 중이기 때문인데, 또 다른 문제는 아직 성능에 대한 정확한 측정 기준이 없다는 것이다. 즉, 네트워크망이 완성돼도 ‘진짜 고품질’인지를 판별할 수 없는 상태다.
한국표준과학연구원(KRISS)이 신개념의 5G 안테나 성능 측정시스템을 개발하는 데 성공했다. 세계 최고 수준의 새로운 측정 기술을 통해 국내 5G의 품질이 한 차원 높아질 것으로 전망된다.
KRISS 전자기표준센터 연구팀은 광섬유 기반의 초소형 센서를 이용, 5G 통신시스템을 위한 초고속 정밀 측정시스템을 개발했다. 이번 기술로 5G의 핵심이지만 지금까지 측정 불가능했던 다중입출력(MIMO) 통신시스템을 개별 안테나 단위로 정교하게 측정할 수 있게 됐다.
5G 통신시스템은 기지국과 단말기에 각각 내장된 안테나 간 신호를 주고받으며 이뤄진다. 넓은 대역의 주파수를 사용하는 5G의 특성상 안테나의 크기와 형상이 다양해지는데, 이번 기술은 안테나의 규모에 상관없이 모든 통신 성능 평가에 활용할 수 있어 매우 효율적이다.
5G는 모든 사람과 사물을 연결하는 ‘초연결’을 지향한다. 기존의 4G는 통신망이 스마트폰에만 최적화되면 서비스 제공에 문제가 없었다.
하지만 5G는 자율주행, 사물인터넷, 인공지능 등 다양한 목적을 지닌 단말기에 서비스를 제공한다. 수많은 부품 사이의 영향과 상호관계를 파악하고, 고품질을 유지하는 것이 더욱 중요해진 이유다.
5G의 품질 확보가 중요해지는 만큼 5G 통신망의 고품질 여부를 판가름하는 측정기술 또한 그 중요성이 더 커졌다. 그런데 5G는 측정 단자가 사라진데다 여러 개의 안테나를 동시에 사용하는 ‘빔포밍’ 기술 등이 포함되어 기존보다 훨씬 복잡한 조건에 놓여있다.
따라서 현존하는 기술과 전혀 다른 방식의 새로운 측정기술을 요구하고 있다.
수요에 대응하고자 최근 해외 유명 제조사들이 측정 솔루션을 제시하고 있지만, 아직 세계적으로 확립된 5G의 측정 기준은 없는 실정이다. 해외 업체들의 방식은 대부분 무향실이라는 고가의 특수한 시설이 필요하다. 더구나 측정 센서가 5G 안테나보다 크다보니 물리적인 근접 측정이 불가능하고 필연적으로 발생하는 빔포밍의 오차도 분석할 수 없다.
KRISS 전자기표준센터 홍영표, 이동준, 강노원 박사 연구팀은 머리카락 수준으로 가는 광섬유 기반 초소형 센서를 개발, 기존 기술의 문제점을 해결했다. 어떠한 공간 제약도 없이, 0.1 밀리미터(mm) 이내 초근접 거리까지 측정 가능한 컴퓨터 본체 크기의 시스템을 구현한 것이다.
초소형 센서는 두께 0.05 mm급 센서가 광섬유에 결합된 형태로 구성돼 있다. 마이크로미터(µm)급의 초미세선로까지 구별할 수 있어 입출력이 제각각인 수많은 안테나들을 정확하게 측정할 수 있다.
이번 성과는 현재 인프라 구축에 한창인 5G 산업 일선에 바로 적용할 수 있다. 안테나가 100여개 들어가는 대형 기지국은 물론, 스마트폰과 같이 안테나가 내장된 단말기의 양산 단계까지 바로 활용할 수 있다는 점에서 큰 의의를 가진다.
홍영표 KRISS 선임연구원은 “현재 이번 기술에 대해 삼성전자의 여러 사업부로부터 연구 제안을 받아 과제를 수행하고 있다”이라며 “5G에서 활용하는 6 기가헤르츠(GHz) 이하 및 그 이상인 밀리미터파 주파수 대역 이동통신시스템 평가에 널리 활용될 것”이라고 말했다.
강노원 KRISS 책임연구원은 “10년 이상 수행해온 전자파 측정표준 연구가 5G 산업에 적용되어 탄생한 기술”이라며 “5G 품질 제고에 기여하여 이제 우리나라의 5G 기술이 세계 최초를 넘어 최고 수준까지 도달할 수 있도록 노력하겠다”라고 했다.
이번 연구결과의 초소형 센서 원천기술은 광학분야의 세계적 학술지인 옵틱스 레터스(Optics Letters, IF: 3.589)와 센서스(Sensors, IF: 3.031) 6월호에 게재됐으며, 기술이전을 통해 본격적인 상용화에 나설 예정이다.
