[사이언스칼럼] 미래 이동통신, 전자파 기술 대비해야

강노원 한국표준과학연구원 전자파센터장

보도에서 볼 수 있듯이 우리나라는 세계 최고의 모바일 전송속도(15.2 Mbps)와 스마트폰 세계 시장 점유율 1위의 기업을 보유하고 있는 이동통신 강국이다. 모바일 전송의 경우 스마트폰 등의 휴대 장치를 이용해 움직이면서 무선으로 기지국과 통신하며 전자파를 매개로 하여 데이터를 전송한다.

도심을 지나다 보면 건물 위에 빽빽이 들어선 여러 이동통신사의 기지국 안테나들을 쉽게 볼 수 있다. 심지어 인적이 드문 산골에도 원활한 통화와 모바일 데이터 전송을 위해 수많은 안테나들이 설치되어 있다. 또한 최근 세계 어디를 가더라도 한국산 스마트폰을 볼 수 있다. 이와 같은 이동통신 인프라와 산업기반을 바탕으로 우리는 언제 어디서나 인터넷을 통해 SNS, 인터넷 금융, 회사업무 등을 빠르고 편리하게 할 수 있는 세상에 살고 있다.

이동통신은 단순히 음성신호만 전달이 가능했던 벽돌만한 크기의 1G 휴대전화에서 문자 메시지, 장문 메시지 등의 데이터 통신이 가능한 2G로, 최초로 스마트폰을 통해 인터넷을 연결하는 것을 경험하게 해주었던 3G로 발전하였고, 3G 보다 속도가 수십 배 빨라지고 보안성이 강화된 것을 특징으로 하는 4G로 발전하였다. 각종 매체의 스마트폰 광고에서 LTE, LTE-A로 부르는 기술이 4G 기술로 우리는 이를 일상적으로 사용하고 있다. 눈치 빠른 독자는 파악하셨겠지만 여기서의 G는 세대(Generation)을 의미하는 약어다.

지금까지의 흐름을 살펴보면 다음 세대의 기술은 5G가 될 것임을 예측할 수 있으며, 2020년께 서비스 제공을 목표로 하고 있다. 세계 각국에서는 이동통신 산업의 차세대 먹거리인 5G 기술의 선점을 위해 천문학적인 연구비를 투입하고 있는 실정이다.

기존 이동통신 기술은 스마트폰이란 작은 도구를 통해 우리 생활에 지대한 영향을 주었다. 그렇다면 5G 기술은 과연 우리에게 어떤 편리함을 제공해 줄 수 있을지가 사뭇 궁금해진다. 현재까지 5G가 무엇인지에 대해서는 전 세계적으로 합의된 구체적인 수치는 없고 지속적인 협의를 통해 규격을 만들어 나가고 있다. 그러나 이 기술의 가장 큰 특징을 꼽으라면 데이터 전송 송도를 현재에 비해 10배에서 100배까지 획기적으로 올리는 것이다.

새롭게 연구되고 있는 모바일 서비스의 핵심 기술인 빠른 데이터 전송송도를 확보하기 위해서는 현재와 동일한 주파수 대역을 사용하면서 주파수 효율을 높이는 방법과 더 넓은 주파수 대역을 확보하는 두 가지 방법이 있다. 기존 대역에서 주파수 효율을 높이기는 쉽지 않으므로 넓은 주파수 대역을 확보하는 방법이 주로 연구되고 있다.

하지만 이미 많은 용도로 사용 중인 이동통신 주파수 부근에서 넓은 주파수 대역을 확보하는 것은 사용자들 사이의 이해관계로 인하여 매우 어려우므로, 기존의 주파수보다 매우 높은 대역에서 미래 이동통신 기술을 구현해 보고자 하는 시도가 계속되고 있다. 2013년 삼성전자는 기존의 업계에서 생각했던 것보다 훨씬 높은 주파수인 28 GHz 대역에서, 스웨덴의 통신장비 회사인 에릭슨 또한 2014년 15 GHz 대역에서 5G 고속 데이터 전송을 시연하였다.

5G 기술의 경우에서 보듯이 고속 데이터 전송을 위해서 이동통신 주파수는 기술 세대를 거듭할수록 높아질 가능성이 농후하다. 통신 시스템의 안정성 및 상호영향 등을 확인하기 위해서 기술적으로는 원래 주파수의 수배에 이르는 주파수 대역에서 각종 시험을 실시하고 정확한 값을 측정해야 한다. 이와 같이 사용하고자 하는 주파수가 수십 GHz대역으로 올라가는 경우 이들 주파수는 100 GHz를 넘어서는 매우 높은 주파수가 될 가능성이 높다.

세계적으로 100 GHz 이상의 주파수에서 정확한 전자파 측정값을 제공하기 위한 연구가 각 국의 측정표준기관들을 중심으로 이루어지고 있으며, 한국표준과학연구원은 미래 이동통신 산업에서 요구되는 수십 ~ 수백 GHz의 주파수 대역에서 전자파 측정표준 및 새로운 측정기술을 개발하고 있다. 장차 개발될 새로운 측정표준과 측정기술을 산업계에 보급함으로써 일반 사용자의 통신품질 향상은 물론, 우리나라 이동통신 산업 발전에 크게 기여하리라 기대한다.