국내 연구진이 중계기 없이도 밀리미터파 대역이동통신을 실내에서 원활하게 해주는 기술개발에 성공했다. 전파의 손실은 줄이고 통신의 품질은 높인 기술로 향후 고주파시대의 통신 해결책으로 거듭날 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 밀리미터파(㎜Wave) 대역에서 고투과·광대역·광각 특성을 가진 지능형 재구성 안테나(RIS) 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
5G와 6G 서비스는 직진성이 강한 고주파수를 사용하기 때문에 실외 기지국을 통해 실내로 전송되는 통신 신호가 대부분 건물 외벽에 의해 손실된다. 창문을 통해 전송된 신호 또한 유리에 의해 감쇄된다.
이처럼 그동안, 창문을 투과하는 고주파 신호의 손실로 인해 실내의 통신 품질이 저하되는 문제점이 있었다. 높은 5G 실내 시설 접속 비율에도 불구하고 LTE 우선 모드가 적용되어 LTE 통신으로 사용될 수밖에 없었다. 통신사는 이를 해결하기 위해 추가로 고비용의 중계기를 실내에 설치해 비용이 증가하는 단점이 있어 왔다.
이러한 불편을 해소하고자 ETRI는 투명한 필름이나 패널 형태의 초소형 배열 안테나를 건물 유리창이나 벽면에 부착하여 전파를 수신하는 RIS 기술에 관한 연구가 활발히 진행 중이다.
연구진은 투명한 폴리에스테르(PET) 필름에 수 마이크로미터(μm) 미세 패턴을 형성했고 향후 이 기술이 상용화돼 이러한 필름을 건물 내·외벽 창문에 붙이면 통신이 가능토록 중계기 역할을 하게 된다.
표면에 형성된 미세 패턴에 의해 일반 전파가 안테나에 조사되면 투과도가 향상되는 특성이 나타난다. 패턴의 형상에 따라 전파의 도달여부와 투과율에 차이가 생기게 되는 것이다.
따라서 향후 이 안테나 기술이 상용화되면 간단히 건물 유리창에 붙이는 것만으로 실내 음영지역의 해소 및 데이터 속도 상승을 유도할 수 있게 될 전망이다.
RIS 기술은 특히 투과 및 전송손실이 높은 고주파 대역을 사용하는 이동통신 서비스의 영역을 확장하는데 적용되는 유용한 부품기술이지만, 대체로 협대역 주파수 특성을 가지고 있어 기술 활용에 제한적인 부분들이 많다.
그러나 ETRI에서 개발한 고투과·광대역·광각 RIS는 기존 RIS에 비해 대역폭이 10배 가까이 넓다. 하나의 RIS로도 5G, 이음5G뿐만 아니라 향후 6G 서비스에도 동시에 활용할 수 있다. 또한 80도 이상의 투과 광각에도 고투과 특성을 일정하게 유지할 수 있어 실내통신 커버리지 향상에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다.
또한 ETRI 연구진은 실내 통신환경 확장을 위한‘산란형 RIS 기술’개발 연구도 한창 진행 중이다. 산란형 RIS는 실내에 전파되는 고주파 신호를 수십도 이상의 넓은 범위로 재전파시켜 통신 영역을 확장하는 신개념의 전파 기술이다. RIS 동작을 위해 별도의 전원을 사용하지 않으므로 탄소저감을 위한 미래 전파기술 중 하나로 손꼽을 수 있다.
연구진은 실내 음영지역의 최소화를 위한 유리투과 투명 표면 및 빔 재구성 산란 안테나 개발이 목표이며 지능형 재구성 안테나 기반 서비스 커버리지 확대를 위한 이동통신 시스템 기술개발을 목표로 하고 있다.
연구진은 “밀리미터파 대역 이상의 고주파수에서는 통신신호가 금속 및 건물 벽면에 의해 모두 손실되고 창문을 통해 전송되는데 유리 때문에 신호 손실이 발생해 통신 품질감소 및 음영지역이 발생한다”고 밝혔다.
손실을 극복할 수 있는 투과형 투명 RIS를 개발해 창문에 부착해 추가적인 중계기 증설 없이도 통신 품질 향상 및 통신 수신가능 지역을 확장할 수 있다.
아울러, 연구진은 추가로 연차별 투과도 특성을 개선하고 실내 수신 빔폭 확장 등 세계 최고수준 기술을 확보할 계획이다. 현재 개발한 투과손실 개선 수준은 일반유리 대비 약 4배이며, 향후 6배까지 최고 수준으로 끌어올린다는 방침이다. 이렇게 되면 일반유리뿐만 아니라 전파 감쇄가 매우 심한 코팅 및 열차단 유리에서도 투과손실을 개선할 수 있어 적용범위가 무궁무진할 것으로 연구진은 내다봤다. 본 기술은 향후 안테나 소재부품 회사 등에 기술이전 하여 3년내 상용화할 예정이다.
ETRI 전파환경감시연구실 이정남 박사는 “앞으로 ETRI가 전파의 매질 한계를 극복해 통신을 포함한 다양한 서비스를 제공할 수 있도록 우리나라 전파기술 영역확장에 기여하겠다”고 말했다.
