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【이슈현장 】테라헤르츠 광대역 빔포밍 솔루션 개발
2021-09-01

테라헤르츠 광대역 빔포밍 솔루션 개발
5G 대역폭의 11배… LG-KAIST 6G 연구센터 세계 첫 쾌거
사적으로 특정한 계기를 통해 생산성이 폭발적으로 증가한 사건을 두고 흔히 산업혁명이라고 일컫는다. 인류는 그간 세 차례의 산업혁명을 경험했고, 이제 4차 산업혁명으로 접어들고 있다. 산업혁명은 전 산업뿐만 아니라 사회와 문화, 일상을 크게 바꿀 정도로 지대한 영향력을 미쳤다. IoT와 커넥티드 기기, 자동화 또는 자율화를 이끄는 빅데이터와 인공지능, 혼합현실을 넘어서는 확장현실을 구현하는 기술 등이 대표하는 4차 산업혁명은 전기산업에서도 예외일 수는 없다. 무엇보다 통신기술은 4차 산업혁명을 아우르는 핵심 분야다. 전 세계가 차 세대 통신기술을 확보하기 위해 치열한 경쟁을 벌이는 이유도 바로 이것이다. (메인 사진: 한국표준과학연구원에서 LG-KAIST 6G 연구센터 연구원이 개발한 빔포밍 시스템의 테스트하는 모습. (왼쪽부터) LG-KAIST 6G 연구센터 김당오 연구원, 한국표준과학연구원 권재용 연구원)

정리 강창대 기자 자료 한국과학기술원(KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 8월 3일 KAIST 내 산학연구센터 중 하나인 ‘LG-KAIST 6G 연구센터’가 이동통신용 6G ㎔ 대역에서 세계 최초로 27 ㎓ 대역폭의 광대역 빔포밍(빔 형성) 솔루션 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

6G 이동통신에서 높은 전송속도와 많은 가입자 지원을 위해 테라헤르츠 주파수를 활용한 광대역 무선 전송이 주요 전송 기술로 대두되고 있으며, 테라헤르츠 주파수 사용으로 인한 통신 거리 감소를 빔 방사 이득으로 해소하는 광대역 빔포밍 솔루션이 필수적인 기술로 요구되고 있다. 

LG-KAIST 6G 연구센터는 2년 반의 원천기술 연구개발을 통해 테라헤르츠 주파수 영역인 143~170 ㎓에 이르는 27 ㎓ 대역폭에서 높은 신호 전달 손실의 기술 난제를 극복해 이동통신에 효과적으로 활용할 수 있는 빔포밍 솔루션을 개발하고, 하드웨어 구현 테스트 시연을 성공적으로 완료했다. 

현재 국내 5G 밀리미터파(㎜Wave) 통신 사업자 할당 전체 대역폭은 26.5~28.9 ㎓에 이르는 2.4 ㎓ 수준임을 감안할 때, 이번에 개발한 광대역 빔포밍 솔루션의 지원 대역폭dl 27 ㎓이라는 점은 큰 의미가 있다. 5G 밀리미터파 대비 11배가 넘는 확장된 대역폭을 단일 솔루션으로 지원하는 세계 최고 수준의 성능으로 평가되기 때문이다. 
 
LG-KAIST 6G 연구센터는 테라헤르츠 주파수 신호의 저손실 신호 전달-분배 및 초광대역 지원 가변 위상 제어를 실현하는 원천기술 발굴과 관련 구현기술 확보를 단계적으로 추진했고, 그 결과로 본 개발 솔루션의 적용 기술 전체를 내재화하는 성과를 도출했다. 이와 함께 하드웨어 구현 검증 테스트를 통해 27 ㎓의 초광대역 지원 상황에서 전체 시스템 신호 전달 효율을 기존 기술 대비 4.2배 개선함과 동시에, 20도의 유효 빔 폭 및 50도의 빔 조향 범위 확보를 통해 이동통신 활용 가능 수준의 빔 가변화 성능을 제공할 수 있다는 것을 확인했다. 

LG-KAIST 6G 연구센터는 6G 이동통신의 핵심 주파수인 테라헤르츠 대역에서 6G 기술 선도를 위한 핵심 원천기술 개발을 위해서 LG전자와 KAIST가 2019년 1월에 설립한 국내 최초 6G 산학연구센터로 이후 6G 원천기술 발굴 중심으로 공동 연구 개발을 수행해왔다. 특히, 이번 연구개발 과정에서 KAIST와 LG전자가 한국표준과학연구원, 키사이트코리아와 함께 6G R&D 협력벨트를 구성해 문제를 정의하고, 해법을 창출해 시제품 제작을 통해 검증하는 등 6G 산학연 연구의 우수사례로 평가될 수 있다.
LG전자-KAIST 6G 연구센터 개소식. 박일평 LG전자 CTO˙사장(왼쪽)과 이상엽 KI연구원장
6G 테라헤르츠를 연구개발을 위한 LG전자-키사이트-KAIST 3자 간 업무협약. 왼쪽부터 키사이트 신금철 전무, LG전자 김병훈 미래기술센터장, 조동호 LG-KAIST 6G 연구센터장

6G 핵심 원천기술 개발 성과
LG-KAIST 6G 연구센터장인 KAIST 조동호 교수는 “6세대 이동통신 광대역 빔포밍 핵심 원천기술 확보 측면에서 LG-KAIST 6G 연구센터의 세계적 연구역량을 선보였으며, LG전자를 비롯한 한국표준과학연구원, 키사이트와 공동 협력해 6G 핵심 기술을 창출하고 구현 가능성을 검증함으로써 세계적으로 6G 기술 개발을 선도하는 계기를 만들었다”라고 말했다.

LG전자 CTO부문 김병훈 미래기술센터장은 “지난 2019년 1월 LG-KAIST 6G연구센터를 설립한 이래 테라헤르츠 기술 포함 다수의 6G 핵심 원천기술 개발 성과를 도출한 것을 높이 평가하며, LG전자는 KAIST 및 한국표준과학원, 키사이트와의 6G 테라헤르츠 관련 선제적 국내 산학연 협력 성과를 기반으로 대한민국이 글로벌 톱 수준의 6G R&D 추진 역량을 갖추는데 지속적으로 기여해 나갈 것”이라고 밝혔다.

전 세계적으로 2030년 상용화를 목표로 6G 이동통신 연구개발을 강화해 나가고 있으며, 국내에서는 LG전자와 삼성전자가 6G 기술 개발을 활발히 진행하고 있다. 또한 KAIST는 올해 과학기술정보통신부의 지원을 받아 ‘6G 이동통신 무선 전송 접속 연구센터’를 9월에 개소할 예정이다. 

6G 원천기술 개발로 미래 산업을 준비
LG-KAIST 6G 연구센터가 처음 문을 연 것은 2019년 1월 28일이다. 차세대 이동통신 개발을 위해 LG전자와 KAIST가 대전광역시 유성구에 위치한 ‘카이스트 인스티튜트’(KAIST Institute, KI) 내에 연구센터를 열었다. 2006년에 설립된 KI는 여러 학문 간의 융복합 연구를 통해 한국 경제의 새로운 성장엔진 개발에 주력해 오고 있는 기관이다. 특히, 차세대 이동통신 개발 부분에서 2016년부터 2년 연속으로 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되는 등 경쟁력을 갖춰 왔다. LG전자와 KAIST는 KI의 연구 인력과 인프라를 바탕으로 다양한 산학과제들을 공동 수행하면서 5G에서 6G로 이어지는 차세대 이동통신 기반 기술을 선점하겠다는 계획을 세웠다. 

미국 특허분석기관 테크아이피엠 (TechIPM)의 분석에 따르면 LG전자는 4G(LTE/LTE-A) 표준특허부문에서 5년 (2012년 ~2016년) 연속으로 세계 1위를 차지한 바 있고, 자율 주행   자동차의 핵심기술인 Cellular-V2X 규격을 세계 최초로 제안해 표준화하는 등 이동통신 분야에서 글로벌 기술 리더십을 확보하고 있다.

올 3월 23일에는 LG전자와 KAIST가 시작한 차세대 이동통신 기반기술 개발에 키사이트(Keysight Technologies)도 합류했다. LG전자 서초 R&D 캠퍼스에서 3자 간 업무협약이 이루어졌고, 협약을 통해 6G 이동통신의 핵심 주파수인 테라헤르츠(㎔) 원천기술 개발을 비롯해 검증체계를 구축에 협력기로 했다. 이후 이들 세 기관은 2024년까지 테라헤르츠와 관련한 ▲ 원천기술 공동 개발 및 시험 인프라 구축과 ▲ 계측 장비 고도화, ▲ 전파 환경 연구 등을 단계적으로 진행해 왔다. 키사이트는 글로벌 무선통신 테스트 계측 장비 제조사로, 6G 연구를 선도하는 주요 업체에 6G 테라헤르츠 상용 테스트 장비를 공급하고 있다.

6G 이동통신은 2025년경 표준화 논의를 시작으로, 2029년에는 상용화될 것으로 예상되고 있다. 6G 이동통신은 더 빠른 무선 전송속도와 저지연·고신뢰의 통신지원이 가능할 뿐만 아니라, 사람과 사물, 공간 등이 긴밀하고 유기적으로 연결된 만물지능인터넷(AIoE: Ambient IoE)을 실현할 수단이 될 것으로 전망되고 있다.
 

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