5G 이동통신 시대를 열기 위해 밀리미터파(mmWave: 30-300GHz대역의 주파수 대역) 활용 기술이 대두되는 가운데, 단말기 이동성에 데이터 지연과 손실 문제를 최소화하는 빔간 고속 스위칭 기술이 개발됐다.
밀리미터파 대역은 가용 대역폭이 1GHz 이상으로 넓어, 기존 4G보다 데이터 전송 속도를 크게 높일 수 있다. 하지만 밀리미터파는 고유의 전파 감쇄 특성으로 인해서 통신되는 범위가 상대적으로 좁기 때문에, 이를 극복하기 위해 송출하는 전력을 특정방향으로 모아서 마치 빔처럼 만들어 사용해야 한다.
빔을 여러 개 만들어 안테나를 둘러싸 전송전력을 집중해야 통신이 가능하다보니 기존 4G에서는 넓은 구역이라도 제한적인 기지국을 거쳐서 단말기의 이동성을 지원해줄 수 있지만, 밀리미터파에서는 매우 빈번한 빔을 거치기 위해 잦은 핸드오버(이동통신 가입자가 이동중에도 자유롭게 서비스를 사용할 수 있도록 기지국간에서 끊김 없이 서비스를 가능하게 하는 기술)가 발생된다.
이번에 개발된 기술은 4G에서 단말 이동성을 위해서 제공되는 핸드오버 절차를 밀리미터파 대역 이동통신에
효과적으로 적용하여 데이터가 단절되거나 전송 지연을 극복하기 위해, 고속의 빔 스위칭을 제공한다. 따라서, 데이터의 손실을 막고, 빔간 스위칭 시 발생되는 데이터 전송지연을 최소화 시킬 수 있다.
4G 핸드오버보다 10배 빠른 속도로 최적의 빔 찾아 연결
이번 신기술은 4G의 핸드오버보다 약 10배 이상 빠른 속도로 최적 빔 선택이 가능하기 때문에 밀리미터파의 전파 특성에 따른 좁은 통신범위 및 음영지역(전파가 전달되지 않아서 통신이 이루어지지 않는 지역)을 위한 빔 형성 기술에서도 원활하게 단말의 이동성을 제공해줄 것으로 예상된다.
이번 빔스위칭 시연은 서비스 영역 확대를 위한 안테나 기술인 3D 고정 빔형성 기술을 기반으로 한 다중빔을 다중 단말에 사용했고, 4G 핸드오버절차의 시간 지연효과와 비교하여 실시간 빔스위칭의 우수성도 확인했다.
또한, 특정 방향으로 전파를 송신하는 여러 개의 빔들을 수신하는 상태에서 단말이 최적의 통신 채널을 실시간으로 선택함으로써, 향후 밀리미터파의 음영지역 극복 문제도 해결될 것으로 보인다.
따라서, 본 시연에서 보여준 저지연 빔스위칭 기술은 향후 5G 이동통신 환경에서 이동 단말의 통신 데이터 손실 및 지연을 극소화할 수 있는 5G 핵심기술 중 하나가 될 것이다.
국제표준 요구사항 반영, 5G 이동통신 시스템 개발 박차
나아가, 연구진은 올해 말부터 국제표준화단체인 3GPP에서 5G관련 기술들에 대해 표준화가 진행됨에 따라 관련기술을 표준화하는 노력할 계획이다.
ETRI 김태중 Giga통신연구부장은 “빔스위칭 기술은 국제표준화 기구의 요구사항인 단말의 최소 데이터 전송률을 만족하는 핵심기술로 활용될 수 있으며, 향후 다양한 빔 형성 기술에도 적용될 수 있도록 노력중에 있다”고 전했다.
한편, 이 기술은 미래창조과학부 기가코리아 사업의 ‘밀리미터파 5G 이동통신 시스템 개발’ 과제로 수행중이며, ETRI 주관으로 13개 참여기관이 공동개발을 하고 있다.
2017년경에는 개발 중인 모든 핵심기술을 반영한 5G 이동통신 시스템을 완벽히 갖춰 시연할 계획이다.
차세대 이동통신이라 불리는 5G 기술을 위해, 국제표준화단체인 ITU-R에서는 지난 5월에 최대전송속도 20Gbps, 최소전송속도 100Mbps 등 비전(Vision) 핵심기술사항만 결정한 상태로서, 오는 2017년 말부터 5G이동통신 규격을 제안받을 예정이다. 따라서, 5G 차세대 이동통신 시장 선점을 위한 각국의 기술 확보와 노력이 치열하게 진행 중이다.
