[전문가 칼럼] 차세대통신 6G 미래상과 7대 기술 목표 | 과학기술커리어트렌드 | W브릿지 (2024)

[전문가 칼럼]차세대통신 6G 미래상과 7대 기술 목표

│6G 통신에서 필요한 요구사항은?

6G 3차원 공간 통신 개념도. ⓒ 한국전자통신연구원

한국전자통신연구원(ETRI)은 2021년부터 이동통신 서비스 사업자, 삼성전자, KAIST 등 국내 기관 36개와 공동으로 국책연구과제로 ‘6G 핵심기술개발’ 사업을 수행하고 있다. 연구진은 6G 연구사업을 크게 5대 중점 분야(초성능, 초대역, 초공간, 초정밀, 초지능)로 나눈 뒤, 분야별 총 9대 전략과제(① Tbps급 무선통신 기술 개발, ② Tbps급 광통신 인프라 기술 개발 ③ THz 대역 RF 핵심 부품 개발 ④ THz 대역 주파수 개척 및 안전성 평가 기술 개발 ⑤ 3차원 공간 위성통신 기술 개발 ⑥ 3차원 공간 이동통신 기술 개발 ⑦ 종단 간 초정밀 네트워크 기술 개발 ⑧ 지능형 무선 액세스 기술 개발 ⓽지능형 모바일 코어 기술개발)를 기관들과 나누어 진행한다.

ETRI는 그동안 전화교환기(TDX)부터 5G 기술 개발까지 국내 정보화 혁명을 이끌며 ICT 발전사와 맥을 같이해 왔다. 이를 기반으로 연구원은 공동 연구기관들과 힘을 합쳐 6G 핵심기술을 개발하고 전 산업의 지능화를 이루며 국가 이동통신 기술 경쟁력을 강화하려 한다. 본 사업의 목표는 앞으로 소개할 7대 기술 목표에 대한 핵심원천기술을 발굴하는 것이며, 발굴된 기술들을 기반으로 향후 국제표준을 선점하고 2030년 산업화하는 것을 목표로 기술을 개발해나갈 계획이다.

이동통신 기술은 약 10년을 주기로 한 단계씩 크게 발전해왔다. 3G부터 모바일로 데이터 통신이 가능했고, 4G LTE는 일반 가입자를 대상으로 휴대전화를 통해 동영상 스트리밍까지 제공했다. 5G는 개인의 휴대전화 중심 통신서비스를 넘어서 공장, 자율주행차, 의료와 같은 산업 영역의 요구사항을 수용하여 산업 인프라로서 산업 발전을 이끌겠다는 비전을 갖고 시장에 적용되고 있다. 6G는 그러한 융합을 전 산업·사회영역으로 확대하고 더욱 발전시키자는 비전을 갖고 전 세계적으로 연구가 시작됐다.

6G 통신이 전 산업·사회의 인프라가 되려면 각 산업·서비스계의 다양한 통신 요구사항을 모두 수용할 수 있어야 한다. 4G까지 동영상 스트리밍 서비스를 위한 통신 요구사항은 오로지 광대역화였다. 5G부터는 사람 간 통신뿐 아니라 산업의 인프라로 범위를 넓혀가며, 통신 요구사항은 광대역(Extended Massive BroadBand)과 산업계의 대규모 사물통신을 위한 초연결(massive Machine Type Communication), 산업계의 생존에 필수인 미션-크리티컬 제어를 보장하는 저지연(Ultra Reliable Low Latency Communication)이란 세 축으로 확대됐다.

│6G의 7가지 기술 목표, 초광대역에서 편재지능까지

6G는 5G의 광대역(20Gbps), 초연결(1 device/m2), 저지연(1ms@무선구간)의 기술 목표를 확대하여 초광대역(1000Gbps), 초연결(100 device/m2), 초저지연(6ms@1000km 범위)의 기술 목표로 추진되고 있다. 이 외에도 5G에서 고려하지 않았던 초공간(지상뿐만 아니라 공중 10km 범위), 초절감(에너지 효율 50배 향상), 초정밀 측위(10cm 이내 측위 정확도) 및 편재지능(인공지능 기반 네트워크 자동화·최적화) 같은 차별화된 기술 목표들을 추가하여 미래 혁신적 산업·서비스들의 복잡하고 다양한 요구사항을 수용하려고 한다.

5G vs. 6G 기술 목표와 5G vs. 6G 주요 KPI 비교. ⓒ 한국전자통신연구원

7가지 기술 목표 중 첫 번째 대표적 기술은 초광대역이다. 5G의 주파수는 3.5GHz(main), 28GHz(sub)인데, 6G는 7GHz~24GHz 대역과 100GHz~1000GHz 범위의 테라헤르츠 이하의(Sub-Terahertz) 대역을 고려하고 있다. 주파수가 높아지면 더 높은 데이터 속도를 제공할 수 있지만, 하나의 기지국이 커버하는 커버리지가 작아지고 기지국 간 간섭이 많아져 장애물이 있으면 전파 통과가 어려워진다. 초광대역은 이러한 기술적 제한 속에서도 사용자가 기지국 주변 어느 위치에 있어도 광대역의 서비스를 받을 수 있도록 돕는 무선전송기술이다.

두 번째 기술은 초저지연을 위한 무선 액세스 기술과 유선 전달망 기술이다. 5G에서는 센서·자동차 등 단말과 기지국 간 무선 구간 지연을 1ms(밀리초, 1ms=1000분의 1초) 이내로 보장했다. 6G에서는 10배 향상된 0.1ms의 무선 구간 지연 목표와 함께, 발신 기지국부터 전국 규모 유선 전달망을 거쳐서 착신 기지국까지의 유선망 종단 간 저지연 전달을 보장하는 기술 목표가 추가됐다. 즉, 단말부터 무선 구간, 모든 유선 인터넷 구간을 포함해 서비스 종단 간 데이터 전달 지연을 1000km 범위에서 6ms 이내로 확정적으로 보장하자는 목표를 갖는다.

세 번째 기술은 이동통신 기술을 기반으로 오차 범위 10cm 이하에서 실시간으로 단말 위치를 정확히 찾아내는 고정밀 측위 기술이다. 이 기술은 5G의 실외 10m·실내 3m 이하, 측정 지연 1초 수준의 측위 정밀도를 실내외 10cm 이하, 측정 지연 10ms 이내로 향상한다.

네 번째 기술은 초공간 입체통신 기술이다. 지금까지 지상 100m까지의 휴대전화 중심 이동통신 서비스에서 드론이나 에어택시·항공기까지 커버할 수 있도록 지상 10km 높이까지 이동통신의 무선 액세스 공간을 확장하는 기술이다. 또 다른 기술은 600~700km 구간의 위성인 저궤도 위성을 이용하는 기술이다. 저궤도 위성은 지구로부터 3만 5000km 거리의 정지궤도위성보다 비교적 지연이 작아서, 2020년경부터 원웹, 스페이스-X, 텔레셋 등을 통해 전 지구적 위성통신 서비스가 시작됐다. 지상 기지국과 저궤도 위성통신이 협력해서 초공간에서 끊김이 없는 통신이 가능한 기술이다.

다섯 번째 기술은 초연결을 위한 대규모 IoT 디바이스 연결 기술이다. 고가의 자율주행차부터 아주 저가의 각종 센서까지 모든 IoT 디바이스들을 접속하기 위한 기술이다. 10년 후쯤에는 연결되어야 하는 IoT 기기 개수가 1m2당 100개 이상 될 거라고 예상된다. 휴먼 바디 에어리어 네트워크, 공장의 정밀한 산업 제어, 자율주행차·드론 같은 자율 기기(autonomous things)의 정확성을 높이려면 지상 뿐 아니라 어느 공간에서도 저지연으로 1Gbps 속도를 보장하는 IoT 연결 기술이 필요하다.

여섯 번째 기술은 초절감 기술이다. 에너지 효율적 통신을 위해 소형 IoT 장비들은 별도의 배터리·전력 없이도 주변 주파수에서 발생하는 RF 에너지를 모아서 송신 전력으로 사용하며, 필요한 기지국만 전원의 온오프를 제어하는 식으로 에너지 효율을 50배 향상한다.

마지막 기술은 편재지능 기술이다. 지금까지 서비스는 주로 동영상 스트리밍이나 인터넷 접속, 온라인쇼핑과 같은 고속·대용량 위주의 요구사항이었다. 미래 서비스는 전 지구적 공간 속에서 사람과 사물을 대상으로 홀로그래픽 통신, 원격의료, 원격제어와 같이 고속·대용량·저지연·초연결·초공간의 복합적 통신 요구사항 제어가 필요하다. 또 유선·무선망뿐 아니라 공중·위성까지 통신의 범위가 확장됨에 따라 운영의 복잡도는 기하급수적으로 증가하고 있다. 이러한 거대한 인프라에서 다양한 서비스의 품질을 보장하며 실시간으로 제공하기 위해서는 운용자의 판단만이 아니라 인공지능에 의한 예측·제어 및 최적화 기술이 필요하다.

│미래 통신전문가에게 필요한 것은?

6G 3차원 공간 통신 개념도. ⓒ 한국전자통신연구원

이러한 7가지의 6G 기술 목표를 통해 300km/h 속도의 KTX뿐 아니라 1000km/h 속도의 비행기나 하이퍼루프를 타고 천음속으로 이동하면서도 끊김이 없는 서비스가 가능하고, 사막·오지·해상·재난 상황 등에서 언제 어디서든 초고속 인터넷 서비스를 받을 수 있다. 또 거실에서 한라산 백록담이나 미국 그랜드캐니언에 있는 드론을 원격 조정하며 원하는 각도와 고도에서 실감 나는 원격 관광이 가능해질 것이다. 공장에서 아주 민감하고 정교한 부품의 원격 조립, 고장 난 자율주행 차량의 원격 안전 운행 제어, 특정 위치만 약품을 살포하는 원격 정밀 농업처럼 그동안 불가능하거나 부족했던 서비스들이 보편화될 것이라고 기대하며 6G 연구가 추진되고 있다.

5G부터 가속화된 통신과 산업·서비스의 융합은 6G뿐 아니라 그 이후의 세대에서도 더욱 심화할 것으로 예상된다. 결국 통신을 기반으로 미래 산업·응용서비스를 얼마나 혁신적으로 발전시킬 수 있는가가 국가산업의 경쟁력이 될 것이다. 따라서 미래의 통신전문가는 통신 그 자체의 기술력뿐만 아니라 산업이나 응용서비스의 발전 방향과 요구사항을 탐색하고 적극적으로 협력할 필요가 있다. 또 클라우드 및 컴퓨팅 기술의 발전에 힘입어 전통적으로 하드웨어 중심이었던 통신 분야도 클라우드 기반 소프트웨어(SW) 중심으로 패러다임이 변화되고 있다. 따라서 학계·연구계·산업계 모두 SW 인재 양성과 역량의 향상이 절실히 필요하다.

글_김선미 한국전자통신연구원 네트워크본부 본부장