개요

 

3G부터 5G, 그리고 이외의 모든 무선 표준은 산업 발전과 함께 이를 지원하고 가속화하기 위해 개발됐다. 예를 들어 4G는 유연한 IP 중심의 음성, 데이터 및 영상 통신에 중점을 뒀고 5G는 이를 또 한 번 전체적으로 개선한 식이다. 3G와 5G 사이 괄목한 변화가 일어났듯이, 다가올 6G는 대중에게 보편적이고 효율적이며 몰입감 넘치는 무선 연결을 제공할 것으로 기대된다. 

 

6G 시스템에 대한 연구개발이 꾸준히 진행되며 6G가 가져올 기술적 발전이 점차 명확해지고 있다. 지금까지 여러 무선 표준이 산업 발전을 도운 것처럼 6G는 새로운 기술을 탄생시켜 엔지니어로 하여금 현재와 미래의 다양한 프로젝트에 박차를 가할 전망이다. 무선 엔지니어 역시 다가오는 6G 시대에 만나게 될 주요 기술의 장단점을 한 발 앞서 파악해 미래 프로젝트를 위한 성공적인 엔지니어링의 초석을 다져야 한다. 
 
새로운 주파수의 등장으로 보다 매끄러운 연결 구현

 

6G 통신 시스템은 7-24GHz 및 100GHz 이상의 서브 THz와 같은 새로운 주파수 범위를 사용할 것으로 예상된다. 이를 위해 새로운 스펙트럼 관리 방법론이 도입되고 데이터 레이트 및 속도 면에서 성능이 개선돼 네트워크 용량과 전송 대역폭이 확장되는 반면, 네트워크 간섭은 줄어들어 더욱 매끄러운 연결을 가능하게 한다.

 

JCAS, 합동 통신 및 센싱

 

미래의 무선망은 전송을 최적화하기 위해 무선 기기의 위치를 정확히 파악하는 것을 골자로 한다. 6G 무선망은 새로운 주파수를 사용함으로써 더욱 정확한 감지 능력과 물리적 환경에 대한 공간적 지식을 확보할 수 있게 된다. 따라서 무선망의 위치추정, 감지, 통신 기능이 통합된 JCAS(합동 통신 및 센싱, Joint Communication and Sensing)의 사용이 필수적이다.

 

JCAS 시스템은 실내 공간, 거리, 장애물, 위치에 관해 보다 정확한 정보를 확보해 망에 전송함으로써 다양한 실내 통신 상황에서 개선된 성능을 선보일 수 있다. 에릭슨의 최근 연구에 따르면, 이미 대부분의 인프라 전반에 송신 및 수신 노드와 노드들 간의 내부연결이 안정적으로 갖춰져 있어 JCAS 시스템 활용 시 다양한 신호를 받는 멀티스태틱 센서 메시를 구현할 수 있다.

 

무선 시스템에 센싱을 통합하고, 6G와 함께 도입되는 서브 THz 등의 새로운 주파수를 활용하면, 무선 엔지니어는 이를 기반으로 레이더와 흡사한 기술을 이용하게 된다. 그러나 JCAS 시스템 설계는 여러 시스템 결합으로 인해 상승되는 연산 복잡도로 인해 가용 자원에 대한 경쟁이 높아져 무선 서비스가 느려지거나 교란이 발생할 수 있다는 문제를 안고 있다. 

 

RIS로 편리하고 지속가능한 통신 구현

 

RIS(재구성 가능한 지능형 표면, Reconfigurable Intelligent Surface)는 6G 무선통신의 핵심 기술로, 엔지니어가 반사 소자의 배열을 통해 송신기와 수신기 간의 신호 확산을 효과적으로 제어하도록 돕는다. 이 기술은 도입이 쉽고, 스펙트럼 효율을 개선시켜 단위 시간 및 주파수 당 이용 효율을 높인다.

 

또한, 현재 무선망 표준 및 하드웨어와의 호환성과 지속가능성을 갖춰 무선 커뮤니티에서 점차 각광을 받고 있다. 단, RIS는 유입되는 신호를 능동적으로 반사 및 조향하기 위해 MIMO 무선 시스템을 필요로 하는데, 이는 추가적인 안테나와 조준이 까다로운 좁은 빔을 필요로 한다.

 

비지상망으로 고도화된 무선 연결 구현

 

NTN은 LEO(저궤도, Low Earth Orbit) 위성을 비롯, 지상 외 공간에 존재하는 비행 물체로 구성된 네트워크를 의미한다. NTN은 무선 통신 기지국 등의 건축이 어려운 지역에도 무선망을 구출할 수 있다는 점에서 명실상부한 유비쿼터스 연결의 핵심 진보다. 

 

무선 엔지니어는 더 많은 모바일 기기를 지상망으로 통합할 뿐 아니라 하여 지상망과 비지상망을 겸하는 하이브리드 5G 인프라를 구축해 기업과 소비자에게 제공하기 위해 노력하고 있다. 위성 통신을 응용한 가장 대표적인 예로는 애플의 긴급 구조 요청 기능이 있다. 

 

 

6G와 함께 도래할 이러한 기술은 산업 내 편의성과 효율성을 높여주고 무선 시스템의 복잡도와 변동성이 기하급수적으로 상승하는 결과를 낳기도 한다. 가까운 미래에 이와 같은 기술을 활용해 무선 시스템을 개발하게 될 엔지니어에게 설계 및 모델링, 반복적인 테스트는 중요한 요소가 될 것이다. 엔지니어가 시뮬레이션하는 안전하고 효과적인 환경 제공이 산업 발전과 맞닿아 있다고 해도 과언이 아니다.

 

AI로 6G 구현에 날개를 달다

 

6G의 향상된 속도와 복잡성을 설계자 혼자 맞춰가는 것은 현실적으로 불가능하다. 6G 구현 과정에 인간의 능력을 넘어선 문제 해결력을 가진 인공지능을 얼만큼 활용하느냐가 중요하다. 비선형 문제에 숨겨진 패턴을 자동적이고 효율적으로 추출해 해결하는 방식은 인간이 아닌 인공지능의 방식이다.

 

엔지니어는 머신러닝, 딥러닝 또는 강화 학습 워크플로 등의 AI기술을 적극적으로 적용해 최적화한 6G 무선 통신을 구성할 수 있을 것이다. 통신 및 컴퓨터 분야의 다양한 자료를 제공하는 IEEE 엑스플로는 일찌감치 6G가 압축 및 코딩 결합, 빔포밍, CSI(채널 상태 정보, Channel Status Information) 압축, 위치추정 등의 기능을 개선하기 위해 AI 기반 공중 인터페이스를 지원할 가능성이 높은 것으로 전망했다.

 

AI는 소스 환경 작동을 추정해 시뮬레이션 환경을 알고리즘 모델에 통합한다. 이를 통해 엔지니어는 최소한의 연산 리소스를 사용해 시스템의 주요 효과를 빠르게 연구하고, 프로젝트 관리 전반을 효율적으로 수행할 수 있다.

 

무선 통신은 수학과 물리학이 활용되는 분야로 이론에 대한 논쟁이 적은 것이 곧 이점이다. 오히려 주된 문제는 무선 통신 구현 및 효율성 확보에 필요한 다양한 요구사항과 기술에서 발생한다. 6G의 본격적인 도입이 예상되는 2026년이 되기 전에는 전문가라 하더라도 어떤 요구사항과 기술이 6G 표준에 사용될지 알 수 없다.

 

그러나 무선 엔지니어라면 다가오는 6G 혁신에 선제적으로 대비해 언제든 기회를 잡을 준비가 돼 있어야 한다. AI를 사용해 JCAS, RIS 또는 NTN을 통합하는 설계를 구축하고, 시뮬레이션을 통해 효율적인 테스트 수행을 할 줄 아는 무선 엔지니어가 6G 미래를 사로잡을 수 있을 것이다. 
 

헬로티 서재창 기자 |