6G 네트워크: 휴대폰을 넘어 IoT와 AI까지

Nokia Bell Labs 핵심 연구 책임자는 5G에서 얻은 ‘교훈’에 대해 이야기할 때 모든 것이 계획대로 진행되지 않는 방식에 대해서도 솔직하게 말했습니다.

Bell Labs의 핵심 연구 회장인 Peter Vetter는 6G의 성공은 처음부터 인프라를 제대로 확보하는 데 달려 있다고 말하면서 이러한 솔직함은 지금도 중요합니다. 이는 5G가 완전히 수행하지 못한 일입니다.

그는 2030년이 되면 5G의 용량이 고갈될 것이라고 말했습니다. 일부 5G 킬러 앱이 내일 등장하여 모든 사람의 휴대폰이 갑자기 현재 요구되는 데이터 용량의 10~100배를 요구하게 될 것이기 때문이 아닙니다. 오히려 10년이 지나면 무선 통신은 더 이상 휴대폰에만 집중되지 않을 것입니다.

AI 에이전트, 자율주행차, 드론, IoT 노드, 센서, 센서, 센서: 6G 세계의 모든 것은 잠재적으로 네트워크로 연결되는 경로가 필요할 것입니다. 이는 6G가 예상되는 출시 전 남은 몇 년 동안 무엇보다 셀 타워 뒤의 대용량 연결이 승리를 위한 핵심 게임이라는 것을 의미합니다. 그러면 통신 업계에서 백홀이라고 부르는 것, 즉 셀 타워에서 인터넷 백본으로 데이터를 전달하는 고용량 광섬유 또는 무선 링크에 대한 업계의 정밀 조사가 이루어집니다. 이는 휴대폰에서 근처 타워까지의 “로컬” 연결과 수백만 개의 신호를 동시에 전달하는 “트렁크” 연결의 차이입니다.

하지만 앞으로 다가올 백홀 위기는 용량만의 문제가 아닙니다. 건축에 관한 것이기도 합니다. 5G는 휴대폰이 지배적이며 점점 더 높은 해상도로 비디오를 다운로드하는 세상을 위해 설계되었습니다. 6G는 이제 완전히 다른 형태로 변모하고 있습니다. 5G의 예상되는 다운링크 대홍수에서 6G의 업링크 부활에 이르기까지 이러한 반전에는 사실상 처음부터 핵심 수준의 모든 것을 다시 생각해야 합니다.

Vetter의 경력은 1990년대 Alcatel(광섬유-가정 연결을 개척한 연구 센터)의 광 상호 연결부터 Bell Labs 및 이후 Nokia Bell Labs에서의 역할에 이르기까지 무선 통신 시대의 전체 범위에 걸쳐 있으며, 2021년에 업계의 선구자 기관에서 현재 직책을 맡게 됩니다.

지난 11월 뉴욕 브루클린 6G 서밋에서 열린 이 대화에서 Vetter는 5G가 무엇을 잘못했는지, 6G가 어떻게 달라야 하는지, 그리고 통신 네트워크의 공간이 부족해지기 전에 이러한 혁신이 이루어질 수 있는지 여부를 설명합니다.

5G의 값비싼 오산

IEEE 스펙트럼: 5G 출시와 6G 예상 출시 사이의 중간 지점인 오늘날 통신은 어디에 있습니까?

피터 베터: 오늘날 우리는 충분한 스펙트럼과 용량을 보유하고 있습니다. 그러나 앞으로는 충분하지 않을 것입니다. 트래픽 시뮬레이션 및 예측에서 볼 수 있듯이 10년이 지나면 5G 네트워크는 활력을 잃을 것입니다. 그리고 이는 2G에서 3G, 4G까지 세대를 거쳐 일관되게 이어져 온 것입니다. 10년마다 용량이 약 10배씩 증가합니다. 따라서 이에 대비해야 합니다.

그리고 연구자로서 우리가 직면한 과제는 어떻게 에너지 효율적인 방식으로 이를 수행할 수 있는가 하는 것입니다. 전력 소비는 10배로 올라갈 수 없기 때문입니다. 비용은 10배로 올라갈 수 없습니다. 그리고 5G에서 배운 교훈은 다음과 같습니다. “아, 우리는 더 높은 스펙트럼에서 합니다. 더 많은 대역폭이 있습니다. 밀리미터파로 가자.” 배운 교훈은 밀리미터파의 도달 범위가 짧다는 것입니다. 작은 세포가 필요합니다 [tower] 300미터 정도마다. 그리고 그것은 그것을 자르지 않습니다. 이 작은 셀을 모두 설치하는 데 비용이 너무 많이 들었습니다.

이것이 백홀 질문과 관련이 있습니까?

베터: 따라서 백홀은 기지국과 우리가 네트워크의 핵심이라고 부르는 데이터 센터 및 서버 간의 연결입니다. 이상적으로는 기지국에 광섬유를 사용합니다. 해당 광섬유를 서비스 제공업체로 보유하고 있다면 이를 사용하세요. 가장 높은 용량을 제공합니다. 그러나 새로운 셀 사이트에는 해당 파이버 백홀이 없는 경우가 많으므로 무선 백홀이라는 대안이 있습니다.

Nokia Bell Labs는 타워와 통신 인프라 간 통신을 위한 통신 백홀 신호용 유리 기반 칩 아키텍처를 개척했습니다.노키아

더 높은 푸시 주파수를 지닌 유리 기반 라디오

무선 백홀의 과제는 무엇입니까?

베터: 초당 100기가비트의 광섬유 속도를 얻으려면 더 높은 주파수 대역으로 이동해야 합니다.

백홀 안테나가 사용하는 신호에 대해 더 높은 주파수 대역이 있습니까?

베터: 예. 문제는 해당 주파수의 무선 프런트 엔드와 RFIC(무선 주파수 집적 회로)를 설계하는 것입니다. 실제로 통합할 수는 없습니다. [present-day] RFIC가 장착된 안테나는 이러한 고속 속도를 제공합니다.

그리고 해당 신호 주파수가 높아지면 어떻게 될까요?

베터: 따라서 밀리미터파, 예를 들어 28기가헤르츠에서는 여전히 할 수 있습니다. [the electronics and waveguides] 이를 위해 고전적인 인쇄 회로 기판을 사용합니다. 그러나 주파수가 올라가면 감쇠가 너무 높아집니다.

가령 100GHz에 도달하면 어떻게 될까요?

베터: [Conventional materials] 더 이상 좋지 않습니다. 그래서 우리는 여전히 저가의 다른 재료들을 살펴볼 필요가 있습니다. 우리는 Bell Labs에서 유리 라디오에 대한 선구적인 작업을 수행했습니다. 그리고 우리는 광학적 투명성이 아니라 서브테라헤르츠 무선 범위에서의 투명성을 위해 유리를 사용합니다.

Nokia Bell Labs에서 100GHz 통신용 Radio-On-Glass 백홀 시스템을 만들고 있습니까?

베터: 100GHz 이상에서는 다른 재료를 살펴봐야 합니다. 정도의 크기를 사용했지만 [the wavelength range] 실제로는 140~170GHz이며 이를 D-밴드라고 합니다.