[5G 표준 선구자] (상) 초고주파 ‘기회의 땅’ 발굴, 차세대 통신기술 선도

2018년 5월 21일 부산에서 시작한 세계이동통신표준화기구(3GPP)의 5G 이동통신 컨퍼런스. 5G 상용화에 필요한 모든 표준기술을 확정 짓는 자리다. 5G에 쓰이는 초고주파(mmWave)에 대한 연구는 이로부터 10년 전으로 거슬러 올라간다. 2009년 삼성리서치(옛 DMC연구소)에선 당시 통신업계에서 거의 관심을 두지 않던 6GHz 이상 초고주파에 대한 연구가 태동하고 있었다.

▲2009년 당시 삼성전자의 미국 댈러스 연구소 전경

삼성리서치 표준리서치팀 최성호 팀장(상무)은 “모두가 4세대(4G) 롱텀에볼루션(LTE) 사업으로 전환을 준비하는 시점이었기에 미래 기술에 대한 불확실성이 컸다”면서 “삼성전자는 통신의 미개척 지대인 초고주파의 강점을 활용할 날이 올 것이란 믿음을 가지고 다른 기업들보다 한발 앞서 관련 연구와 기술 개발에 나섰다”고 당시를 떠올렸다.

미 연구소 제안→전담팀 구성…초고주파 연구 ‘박차’

2009년 미국 댈러스 연구소는 차세대 통신기술을 선점하기 위한 심도 있는 검토에 나섰다. 그 결과 빔포밍(Beam-Forming)이란 첨단기술을 접목해 초고속, 대용량 전송기술의 난제를 해결할 수 있는 방안으로, 초고주파 기술에 대한 제안을 삼성리서치에 전달했다. 당시 해당 보고서는 300여 페이지에 달할 정도로 깊이 있는 연구 내용을 담고 있었다. 

그 무렵 초고주파는 통신 관련 논문과 전문서적에서조차 손실이 심해 이동통신 적용이 불가능하다는 인식이 지배적이었다. 반면 삼성전자는 미래에 대한 준비 차원에서 이를 아랑곳 않고, 2011년부터 독립 프로젝트로 초고주파에 대한 본사 차원의 연구에 착수했다. 삼성리서치는 이듬해 ‘차세대통신랩’을 만들고 초고주파와 5G 기술 개발을 본격화하기 시작했다.

2013년 ‘삼성전자가 세계 최초로 초고주파를 활용한 1Gpbs 속도의 5G 통신 시연에 성공했다’는 ‘깜짝 뉴스’가 매체들의 지면을 장식했다. 4G LTE 기술이 한창 대중화되던 당시에, 이미 한발 앞서 4년여의 연구 활동을 쌓아왔기에 가능한 일이었다.

▲삼성전자는 2013년 세계 최초로 초고주파를 활용한 1Gbps 속도의 5G 통신 시연에 성공했다

5G를 위한 최적 주파수, 28GHz의 발견

초고주파에 대한 연구는 국제사회에 5G용으로 어떤 주파수 대역을 제안할 것인지 결정하는 문제로 귀결됐다. 국가 재산인 주파수는 이미 각국에서 0~300GHz까지 통신, 방송, 과학, 군사 등 용도로 할당이 돼 있던 상태. 되도록 많은 국가가 5G용으로 동일 주파수 대역을 사용(용도 변경)해, 표준화와 상용화를 앞당기도록 하는 게 중요한 숙제였다.

삼성리서치 표준리서치팀 송주연 씨는 “초고주파 연구 초기에 세계 각국의 ‘주파수 지도’를 모두 조사했다”며 “통신 선도국가들에서 활용 가능성이 높으면서 채널 특성이 적합한 대역의 주파수가 28GHz라는 결론에 도달했다”고 당시 상황을 전했다.

‘15년 국제회의서 5G 후보 대역으로 초고주파 승인…표준화 ‘급물살’

삼성전자는 가장 앞서 28GHz라는 최적 후보를 찾아 관련 기술 개발에 매진했지만, 표준화 앞에는 다른 난관이 도사리고 있었다. 이미 28GHz를 통신이 아닌 다른 핵심산업 용도로 할당한 국가들, 4G 대중화 시점에 5G 상용화를 서두를 필요가 없다는 주요 기업들을 설득하는 작업이었다.

삼성리서치 표준리서치팀 최형진 씨는 “6GHz 이하 저주파 대역이 포화상태에 이르러 추가 주파수가 필요한 국가들을 대상으로 초고주파를 활용한 5G를 지속적으로 설득했다”며 “또한 한국, 미국, 일본 등 초고주파 활용과 5G 상용화에 관심이 높았던 국가, 통신기업들을 상대로 28GHz의 매력과 관련 기술을 적극 소개한 것이 지금의 표준화 완성에 중요한 밑바탕이 됐다”고 밝혔다.

2015년 스위스에서 열린 세계주파수컨퍼런스(WRC)는 국제연합(UN) 산하 정보통신기술연합(ITU)이 주관하는 자리였다. 한국 정부는 삼성전자 기술을 토대로 초고주파 활용방안을 제안했다.

당시 초고주파 대역을 통신 외 다른 서비스로 활용하려는 국가들과 대립이 팽팽하게 전개됐다. 4주 동안 계속된 ‘마라톤 회의’ 끝에 무게 중심이 기울었고 마침내 초고주파를 5G 후보대역으로 승인, 관련 표준화 작업이 급물살을 타게 됐다.

WRC 2015 회의 이후 5G 기술 표준화 과정은 다시금 초고주파 기술의 선도자로 표준을 앞당기려는 삼성전자와 이에 반대하는 진영의 보이지 않는 충돌로 이어진다. 2016년부터 28GHz[1] 초고주파 대역을 포함한 5G 표준화가 완성되기까지 27개월의 숨가쁜 여정은 다음 <5G 표준 선구자> 시리즈 (하)편 기사에서 살펴볼 수 있다.

▲2015년 WRC에서 초고주파를 5G에 활용하는 의제를 제안했던 한국대표단 모습

[5G 표준 선구자] (하) ‘48개월→27개월’…숨가빴던 표준화 여정 ▶ 기사 보러 가기

[1] 3GPP가 표준화하는 5G 주파수 후보 대역은 600MHz 저주파부터 40GHz 초고주파 대역까지 30여 개에 이른다. 이 중 28GHz는 5G 특성을 구현하면서 5G 주요 선도국가들이 우선 상용화에 활용할 예정으로, 초고주파 대표 대역으로 꼽힌다