울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 최은미 교수 연구팀이 신개념 전파 자원인 ‘궤도각운동량'(OAM·orbital angular momentum)을 적용한 무선 통신의 채널 용량 예측 공식인 ‘자유도 해석법’을 개발했다고 2일 밝혔다.
이 공식을 이용하면 OAM 적용 시 한 번에 최대로 보낼 수 있는 데이터 전송량 예측이 가능하다.
연구팀에 따르면 OAM 무선 통신은 나선형 계단처럼 이동하는 OAM 전파의 특성을 이용한다.
똑같은 주파수 전파라도 동일한 파장 안에서 위상이 꼬인 횟수(OAM 모드)를 각기 다르게 만들 수 있어 제한된 주파수 자원 활용 효율을 극대화할 수 있는 기술로 주목받고 있다.
연구팀이 제안한 자유도 해석법은 실제 무선 통신 환경에서 송수신 안테나 크기, 거리 등을 고려해 전파가 꼬인 횟수(모드)를 최대 몇 개까지 늘릴 수 있는지를 알 수 있는 기술이다.
만약 전파가 꼬인 횟수를 최대 3회까지 만들 수 있다면 데이터 전송량이 3배 증가하게 된다.
전파가 1번 꼬인 모드, 2번 꼬인 모드, 3번 꼬인 모드를 각각 하나의 채널로 이용해 한꺼번에 데이터를 전송할 수 있기 때문이다.
이 자유도 해석법은 6G 시대를 열 주파수 자원으로 떠오르는 테라헤르츠(Terahertz) 주파수 영역까지 적용이 가능하다고 연구팀은 설명했다.
기존 OAM 모드 자유도 해석법은 현재 무선 통신에 일반적으로 쓰이는 무선 주파수(RF·Radio Frequency) 영역에 한정된 것이다.
테라헤르츠 영역은 빛에 가까운 단파장 영역이기 때문에 광 특성(Optic properties)과 무선 주파수 특성을 동시에 고려해야 한다.
연구팀은 이론적으로 제시한 해석법에 대한 실험적인 검증도 마쳤다.
3D 프린팅 기법으로 제작된 메타표면을 이용해 OAM 모드를 실험적으로 만들고, OAM 모드 채널 용량을 실제 측정한 결과 이론과 일치함을 확인했다.
최 교수는 “OAM 전파 모드는 향후 6G 통신 기술 중 기지국과 최상위 네트워크를 무선 연결하는 무선 백홀 통신 등에 쓰일 수 있다”며 “이번 연구는 6G 통신의 채널 용량 증대에 새로운 전파 자원을 발굴하고, 그 장단점을 정량화했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.
연구 결과는 국제전기전자공학회(IEEE)의 무선 통신 매거진(IEEE Wireless Communications Magazine)에 온라인 선공개돼 2월호에 출판될 예정이다.
연구는 삼성미래기술육성재단 지원을 받아 이뤄졌다.