삼성전자, 5G보다 50배 빠른 6G THz 무선통신 시연 성공

美 샌타바버라 캘리포니아 주립대와 공동 시연

140GHz 대역 6.2Gbps 속도…6G 주도권 확보

삼성전자의 삼성리서치 아메리카(SRA) 실험실에서 삼성전자 연구원들이 140 GHz 통신 시스템을 시연하고 있다.ⓒ삼성전자

삼성전자는 미국 샌타바버라 캘리포니아 주립대UCSB)와 6세대 이동통신(6G) 테라헤르츠(THz) 대역에서 통신 시스템 시연에 성공했다고 16일 밝혔다.

THz 대역은 100기가헤르츠(GHz)~10THz 사이의 주파수 대역을 의미한다. 일반적으로 주파수 대역이 올라갈수록 넓은 통신 대역폭을 사용할 수 있어 6G에서 요구하는 초고속 통신에 적합한 것으로 알려졌다.

전파통신 규약을 담당하는 국제 의결기구인 ITU-R에 의하면 2020~2030년 모바일 데이터 통신은 연평균 54% 수준의 지속적인 증가가 예상된다. 폭발적으로 증가하는 데이터 통신 용량을 수용하기 위해서는 더 넓은 통신 대역폭이 필요할 전망이다.

THz 대역은 데이터 전송 속도가 최고 20기가비피에스(Gbps)인 5세대 이동통신(5G) 대비 최대 50배 빠른 1테라비피에스(Tbps·1초에 1조 비트를 전송하는 속도)를 목표로 하는 6G 통신의 후보 주파수 대역으로 꼽히고 있다.

하지만 높은 주파수 대역일수록 전파 특성상 경로 손실이 크고 전파 도달 거리가 짧아지는 문제가 있어 통신 시스템 내에 수많은 안테나를 집적하고 전파를 특정 방향으로 송·수신하는 고도의 빔포밍(Beamforming) 기술이 요구된다.

초고속 통신을 위해서는 더 세밀한 무선주파수 집적회로(RFIC)의 회로 제작 등 기술적인 난제도 있다.

최근 개최된 국제전기전자공학회(IEEE) 국제통신회의(ICC 2021) 테라헤르츠 통신 워크샵에서 삼성전자의 삼성리서치와 삼성리서치 아메리카(SRA), UCSB 연구진은 공동으로 THz 대역인 140GHz를 활용해 송신기와 수신기가 15m 떨어진 거리에서 6.2Gbps 데이터 전송 속도를 확보·시연했다고 발표했다.

16 채널 140GHz 모듈(가운데)과 이를 구성하는 이중 채널 140 GHz RFIC(왼쪽), 128개 안테나 소자(우측).ⓒ삼성전자

기존 THz 대역 시연은 RFIC 또는 모뎀 역할을 하는 계측 장비와 안테나만을 이용해 데이터를 전송하는 방식이었다.

이번에 삼성전자와 UCSB 연구진은 RFIC, 안테나, 베이스밴드 모뎀까지 통합해 실시간 전송 시연에 성공함으로써 6G 상용화를 위해 해결해야 할 THz 대역의 높은 경로 손실과 낮은 전력 효율 등 기술적 난제 극복에 의미 있는 진전을 이뤘다고 강조했다.

롱텀에볼루션(LTE)과 5G에서 널리 사용되고 있는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정 기반 RFIC와 이를 통해 구동되는 128개 안테나 소자가 배열된 송신기와 수신기 모듈, 실시간 고성능 빔포밍을 지원하는 모뎀을 구성해 시연을 성공시켰다.

최성현 삼성리서치 차세대통신연구센터장 전무는 “삼성전자는 그동안 5G와 6G 기술혁신과 표준화를 주도해 왔다”며 “지난해 6G 백서에서 공유한 것처럼 THz 대역은 6G 주요 주파수 대역으로 활용될 것으로 보고 있으며 이번 시연은 이의 상용화 실현 가능성을 보여주는 중요한 이정표다”라고 말했다.

UCSB의 마크 로드웰 교수는 “UCSB는 초고주파 대역, 특히 100GHz 이상의 THz 주파수에 대한 지식을, 삼성은 무선 시스템과 통신 네트워크에 대한 전문 지식을 가지고 있다”고 말하며 협력의 중요성을 강조했다.

6G가 상용화되면 통신 성능의 획기적인 개선으로 몰입형 확장현실(XR)이나 홀로그램과 같은 신규 서비스가 모바일 단말에서도 지원이 가능해지고 이동 통신 기술의 적용 영역이 위성 통신이나 도심 항공 모빌리티까지 확장될 것으로 예상된다.

삼성전자는 2019년 삼성리서치 산하에 차세대통신연구센터를 설립하고 5G 경쟁력 강화와 6G 선행 기술 연구를 진행하고 있다. 세계 최초 5G 상용화 등 그동안 쌓아온 기술력을 바탕으로 지난해 ‘6G 백서’를 공개하는 등 6G 기술 연구를 본격화하며 글로벌 표준화와 기술개발 생태계를 주도적으로 이끌어 갈 계획이다.