5G 기지국에 스티커 붙이면 5G 속도 빨라진다...KRISS, 고성능 필터 개발

[KRISS 융합연구팀이 개발한 얇은 형태의 5G 주파수 필름. 사진=KRISS 제공]

기지국과 안테나에 스티커처럼 붙이면 5G 통신품질을 높여주는 주파수 필터가 국내에서 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 인공지능(AI)을 기반으로 5G 통신 시스템에 최적화된 성능을 가진 5G 주파수 필터 구조를 제작했다고 30일 밝혔다. 현재 산업 현장에 즉시 투입이 가능한 수준까지 개발됐다.

5G 기지국 통신장비에는 수백개의 안테나를 2차원 평면에 배치하고 여러 사용자를 동시에 연결해 통신 속도를 높이는 기술인 대규모 다중입출력(Massive MNO) 기술이 주로 활용된다. 통신 신호의 간섭을 막기 위한 필터도 안테나 수만큼 필요하다.

5G 주파수 필터는 안테나에서 전송하는 신호 간 상호간섭을 막아주는 역할을 한다. 특정 주파수 대역에서 전송되는 신호는 모두 잡아내는 반면, 그 이외의 신호(노이즈)는 완전히 차단한다.

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5G 통신품질을 개선하려면 주파수 간 상호간섭을 막는 것이 중요하다. 특히 28㎓ 등 초고주파(밀리미터파) 기반 5G의 경우 이동통신사 별 가용 주파수 대역이 매우 인접해있어 신호 간 상호간섭이 일어나기 쉬운 구조다. 
 

[5G 안테나(좌)와 인공지능을 기반으로 설계한 5G 주파수 필터(메타표면 필터) 개념도. 사진=KRISS 제공]

시장의 80% 이상을 차지하는 외산 제품의 경우 안테나와 필터를 연결할 때 접합과 같은 별도의 조립과정이 필요하다. 필터와 필터 간 조립이 제대로 되지 않을 경우 품질편차가 발생할 우려도 있다.

이번에 KRISS가 개발한 부착형 필터는 외산 제품보다 성능은 뛰어나지만 품질이 균일하고 가격은 저렴하다는 장점이 있다. 명함 두께 4분의1에 해당하는 50μm(마이크로미터, 100만분의 1미터) 정도로 매우 얇은 단일한 금속 시트 형태다. 덕분에 유연하고 조립과정 없이 스티커처럼 붙이기만 하면 된다.

상용 수준의 5G 안테나에 부착한 뒤 진행한 성능평가 결과, KRISS의 필터는 외산 필터보다 대역폭과 손실특성, 주파수 선택특성 등에서 더욱 우수한 성능을 나타냈다.

연구팀은 AI 기반 광역최적화 방법을 적용해 5G 통신시스템에 최적화된 성능을 가진 필터를 설계했다. 이를 메타표면 필터라고 하는데, 2차원 표면에 미세하고 복잡한 단위 구조를 주기적으로 배열해 전자파나 빛의 반사, 굴절, 투과 등의 성질을 조절하는 구조다.

홍영표 KRISS 책임연구원은 "이번에 개발한 필터는 고성능, 저비용, 획기적인 설계방법 등으로 5G 주파수 필터 시장의 판도를 바꿀 수 있는 경쟁력있는 제품"이라며 "5G 안테나 빔포밍 기술뿐만 아니라 국방 스텔스 기술 등에도 쓰일 수 있다"고 밝혔다.

한편 이번에 개발된 요소기술은 통신분야에서 저명한 국제학술지(IEEE Access)에 지난 2월 게재됐다. AI 기반 설계기술은 특허 출원했다.