전파를 회오리처럼 전송…주파수 효율성 3배 늘렸다

한국전자통신연구원 신기술 개발
지구가 태양을 중심으로 공전하듯
전파도 특정궤도 따른다는 점 착안
주파수 부족 허덕이던 ICT업계 단비

[아시아경제 김동표 기자]국내 연구진이 기존 대비 주파수 이용효율을 3배나 증대시키는 기술을 개발했다. 전파가 회전하며 겹겹이 쌓여진 채로 데이터를 보낼 수 있게 됐다. 전파부족에 허덕이던 국내외 ICT업계의 주파수 갈증이 대폭 해소될 전망이다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 22일 "위성통신 지구국용으로 많이 쓰이는 안테나를 이용해 전파가 소용돌이처럼 회전하면서 전달되는 기술개발에 성공했다"고 밝혔다. ETRI는 지구가 태양을 중심으로 공전하는 것처럼 전파도 특정궤도를 따라 움직인다는 점에서 착안해 기술 개발에 성공했다.

5개의 회전하는 전자파. 전파는 소용돌이치는 모양을 가지고 있으며, 마치 태양계 주위를 회전하는 지구가 공전하는 모습과 유사하다고 하여 궤도 각운동량 이라고 한다. 전파의 회전은 시계 방향으로, 시계 반대 방향으로 회전할 수 있으며, 회전 하는 전파의 수를 여러 개 만들 수 있다. <사진제공=ETRI>

전파는 그동안 수직이나 수평방향으로만 움직인다고 생각했다. 따라서 그동안 데이터를 두 방향을 통해서만 전송했으나, 주파수 효율이 낮았다.

ETRI는 본 기술이 그동안 몰랐던 전파의 또 다른 속성을 이용하는 것이라고 설명했다. 즉 동일 주파수에서 각 전파에너지의 모양(모드)별로 서로 다른 데이터를 전달할 수 있어 주파수를 이용하는데 효율이 커진다는 것이다.

ETRI는 본 기술이 미래 미개척 주파수 자원으로 불리는 밀리미터(mm)파 대역인 30GHz~300GHz에서 큰 장점을 가지고 있다고 밝혔다. 이로써 5G 이동통신 통합망 구축시 유망할 것으로 보인다.

현재 본 기술은 위성통신, 고해상도 레이더 등에 응용을 위한 연구가 전 세계적으로 치열하게 전개되고 있다. 상용화는 4년 내로 보고 있다.

이번 기술은 미래창조과학부와 IITP(정보통신기술진흥센터)의 '모바일 빅뱅 시대의 주파수 효율 개선 핵심기술개발'과제 지원으로 전파 이론 전문가인 목원대학교 조용희 교수와 협력해 개발했다.

ETRI 연구진(김중빈 박사)이 회전하는 전파에 TV 신호를 무선으로 전달하기 위하여 안테나를 정렬하는 시연을 보이고 있다.

연구진은 본 기술을 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 등 SCI 저널 3편 게재를 비롯, 총 8편의 논문과 10여건의 국제특허를 출원했다고 밝혔다.

이번 기술은 5조원 규모의 안테나 시장에 활용가능성이 매우 높다. 또한 확보된 기술을 통해 다수의 전파 궤도 각 운동량 모드도 쉽게 발생 시킬 수 있는 원천특허도 확보했다.

이에 따라 연구진은 원하는 개수의 전파 궤도 각운동량 모드를 발생시켜 주파수 이용효율을 더 증가시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.

변우진 ETRI 전파자원연구그룹장은 "전파 궤도 각운동량 모드는 송·수신 거리가 멀어짐에 따라서 수신 안테나 크기가 커져야 하는 문제가 있다. 향후 이런 문제점을 해결하고 상용화를 위해 노력할 예정"이라고 밝혔다.

향후 ETRI는 확보된 원천 특허를 기반으로 평면 구조의 반사판 안테나, 대용량 데이터 통신 기술, 고해상도 레이더 기술 등에 단계적으로 상용화 기술을 개발할 예정이다.

김동표 기자 letmein@asiae.co.kr