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Start Up Innovation / Science
‘차기 5G’로의 진화 가속화
NTT, 2종류의 신기술 개발, 초 당 100Gb로 통신

현재의 ‘제 4세대(4G)’의 100배의 실효 속도를 실현하는 차세대 통신규격 ‘5G’. 5G의 서비스 개시가 임박해오는 가운데 NTT는 벌써부터 ‘차기 5G’를 위한 신기술 개발에 성공했다. 전송 거리가 매우 짧다는 문제는 있지만, 그 속도는 5G의 5배인 초 당 100기가비트(Gb)에 달한다. 초고속통신시대를 책임질 새로운 핵심 기술이 될 것으로 기대를 모으고 있다.

“매 초 당 100Gb로 통신할 수 있다면 DVD 1장을 1초 안에 다운로드가 가능하다. 지금까지 경험해보지 못한 새로운 서비스가 탄생할 가능성이 있다”. NTT 첨단 집적디바이스연구소의 노사카(野坂) 주간(主幹)연구원은 이렇게 강조했다.

-- 10년마다 진화 --
무선통신 기술은 1980년대에 탄생한 제 1세대(1G) 이후 거의 10년마다 큰 진화를 이루어왔다. 최대 통신속도는 지난 30년 간 약 1만 배나 빨라졌다.

무선통신의 고속∙대용량화에는 3가지 핵심 포인트가 있다. ①보다 많은 전파를 공간적으로 중첩시켜 전송한다, ②보다 폭넓은 전송 루트를 이용해 전파를 전송한다, ③보다 많은 정보를 전파에 실어 전송한다 라는 3가지 종류의 기술이다.

NTT는 5G의 다음 세대를 위해 ①과②에 관련된 새로운 기술을 개발했다. ①에서는 ‘OAM’이라고 하는 기술을 활용해 5G의 수 배에 달하는 11개의 전파를 중첩해 전송하는 기술 개발에 성공했다. OAM은 원형의 안테나로 전파를 타원형으로 회전시키면서 전송한다. “회전 수를 변화시킨 전파는 서로를 방해하지 않는 성질을 갖고 있기 때문에 중첩이 가능하다”(NTT미래네트워크연구소의 이(李) 주임연구원).

회전 수를 늘리면 늘릴수록 고속화할 수 있을 것 같지만 사실 그것은 그리 간단한 것이 아니다. 회전 수를 늘릴 경우 물리적 영향으로 인해 전파가 공간적으로 확산되기 때문에 전송이 어렵다. OAM은 지금까지 대학 등에서 연구가 추진되어왔지만, “단독으로는 대량의 전파 중첩은 어렵다”(이 주임연구원)라는 기술적 한계가 있었다고 한다.

NTT는 이러한 한계를 극복해내었다. 현재의 4G에서도 이용되고 있는 ‘MIMO’라고 하는 공간적으로 전파를 중첩할 수 있는 기술을 OAM와 결합시킨 것이다. NTT는 ”이러한 아이디어로 단독 기술로는 어려운 20개 이상의 전파를 중첩시키는 길이 열렸다”라며 앞으로는 40개의 전파를 중첩시키는 것도 시야에 넣고 있다고 밝혔다.

NTT는 보다 폭넓은 전송 루트를 이용해 전송하는 ②의 기술로 5G의 약 30배에 해당하는 25기가헤르츠(㎓)대역 이라는 넓은 전송 루트를 이용하는데 성공했다. 포인트는 ‘300㎓대라고 하는 지금까지 경험하지 못한 매우 높은 주파수 대를 활용한 것이다”(노사카 주간연구원)라고 한다.

-- 고주파 수에 주목 --
현재의 4G에서 이용되고 있는 2㎓대와 같은 무선통신에 이용하기 쉬운 주파수 대는 현재는 빈 곳이 거의 없어지고 있어, 25㎓ 대역이라는 넓은 루트를 확보하는 거의 불가능하다.

하지만 300㎓대는 5G에서 유망 시 되고 있는 28㎓대와 비교해 훨씬 높다. 일반적으로 주파수대가 높으면 높을수록 전파는 빌딩 그늘 등에 닿지 않아 무선통신에서는 취급이 어렵다. 또한 전송 루트가 넓으면 넓을수록 잡음의 영향을 받기 쉽다. 이것이 300㎓가 지금까지 이용되지 않았던 이유이다. 이를 해결하기 위해 NTT는 이리듐(Ir)과 인(P)의 화합물을 이용한 반도체를 활용해 잡음을 낮출 수 있는 회로를 실현했다.

①과 ②의 기술은 둘 다 아직 실험 단계임에도 불구하고 5G의 5배인 매 초 당 100Gb의 고속 통신에 성공했다. 앞으로 이 두 가지 기술을 조합한다면 매 초 1테라비트(Tb)라고 하는 초고속통신 세계도 실현할 수 있다고 한다.

물론 실용화하기까지 이 두 가지 기술 모두 과제가 남아있다. 최대 포인트는 전송 거리이다. ①과 ②는 둘 다 현재 2~10m 정도밖에는 전파가 닿지 않는다. “미래에는 100m까지 닿을 수 있도록 할 계획이다”라고 이 주임연구원은 말한다. 하지만 스마트폰과 같은 단말기에 탑재하는 것은 당분간은 불가능하다.

그 용도로 유망 시 되고 있는 것이 5G 기지국의 백본(Backbone: 소형 회선들로부터 데이터를 모아 빠르게 보낼 수 있는 대규모 전송회선)으로의 활용이다. 고속∙대용량화가 가능한 5G는 백본 용량을 증설할 필요가 있다. 하지만 모든 장소에 광회선을 구비하는 것은 어려우며 “광회선에 필적하는 무선통신의 수요는 높다”(이 주임연구원).

기지국의 백본 용량을 증설한다면 5G를 이용하는 일반 이용자들의 통신 속도도 고속화될 것이다. NTT의 신기술은 멈출 줄 모르는 무선통신의 진화를 더욱 가속시킬 가능성이 있다.

 -- 끝 --