Capacity Limits in 5G Prompt a 6G Focus on Infrastructure
More connected devices than ever will strain 6G with a surge of uplinks
When the head of Nokia Bell Labs core research talks about “lessons learned” from 5G, he’s doing something rare in telecom: admitting a flagship technology didn’t quite work out as planned.
That candor matters now, too, because Bell Labs core research president Peter Vetter says 6G’s success depends on getting infrastructure right the first time—something 5G didn’t fully do.
2030년이 되면 5G 용량 고갈
5G 용량 제한으로 인해 6G는 인프라에 집중
그 어느 때보다 많은 연결된 기기가 6G에 부담을 줄 것입니다.
그 솔직함은 지금도 중요합니다. 벨 연구소 핵심 연구 책임자인 피터 베터는 6G의 성공은 처음부터 인프라를 제대로 구축하는 데 달려 있다고 말했는데, 이는 5G에서는 완벽히 이루어지지 않은 부분입니다 .
그는 2030년이 되면 5G 의 용량이 고갈될 것이라고 말합니다 . 5G 킬러 앱이 내일 갑자기 등장하여 모든 사람의 휴대폰이 현재보다 10배 또는 100배 더 많은 데이터 용량을 요구하게 될 것이기 때문이 아닙니다 . 오히려 2030년대가 되면 무선 통신은 더 이상 휴대폰 중심이 아닐 것입니다 .
AI 에이전트 , 자율주행차 , 드론 , IoT 노드, 그리고 센서, 센서, 센서까지, 6G 세상에서는 모든 것이 잠재적으로 네트워크에 접속할 방법을 필요로 할 것입니다. 즉, 6G가 출시되기 전까지 남은 몇 년 동안은 무엇보다도 기지국 뒤편의 대용량 연결이 핵심 승부처가 될 것입니다. 따라서 통신 업계에서는 백홀(backhaul)이라고 부르는, 기지국에서 인터넷 백본으로 데이터를 전달하는 대용량 광섬유 또는 무선 링크에 대한 업계의 관심이 높아지고 있습니다. 백홀은 휴대폰에서 인근 기지국까지의 "로컬" 연결과 수백만 개의 신호를 동시에 전달하는 "트렁크" 연결의 차이입니다.
베터의 경력은 무선 통신 시대 전반에 걸쳐 있습니다. 1990년대 알카텔 (광섬유-가정 연결의 선구적 연구 센터) 에서 광 상호연결을 담당한 것부터 벨 연구소 와 노키아 벨 연구소 에서 일한 것까지 , 그리고 2021년 현재 업계의 선구적 기관에서 근무하면서 정점을 찍었습니다.
11월 뉴욕 브루클린 6G 서밋 에서 열린 이 대화에서 베터는 5G가 무엇이 잘못되었는지, 6G는 무엇을 다르게 해야 하는지, 그리고 이러한 혁신이 통신 네트워크의 용량이 부족해지기 전에 도래할 수 있는지에 대해 설명합니다.
5G의 값비싼 오산
IEEE Spectrum: 현재 통신은 5G 출시와 예상되는 6G 출시 사이의 중간 지점에 있습니까?
피터 베터: 현재 우리는 충분한 주파수와 용량을 보유하고 있습니다. 하지만 앞으로는 충분하지 않을 것입니다. 5G 네트워크는 10년 안에 고갈될 것입니다. 트래픽 시뮬레이션을 진행하고 있는데, 이는 2G부터 3G, 4G 까지 세대를 거쳐 꾸준히 진행되어 왔습니다 . 10년마다 용량은 약 10배씩 증가합니다. 따라서 이에 대비해야 합니다.
연구자로서 우리에게 주어진 과제는 어떻게 에너지 효율적인 방식으로 이를 구현할 수 있느냐는 것입니다. 전력 소비량을 10배로 늘릴 수는 없고, 비용도 10배로 늘릴 수 없습니다. 5G에서 얻은 교훈은 "아, 더 높은 주파수 대역에서 하면 되겠다. 대역폭이 더 넓으니 밀리미터파로 가자 "였습니다. 밀리미터파는 도달 범위가 짧다는 것입니다. 300미터마다 소형 셀[타워]을 설치해야 합니다. 하지만 그것만으로는 충분하지 않았습니다. 이렇게 많은 소형 셀을 설치하는 데 비용이 너무 많이 들었습니다 .
노키아 벨 연구소는 통신 타워와 통신 인프라 간 통신을 위한 백홀 신호를 위한 글래스 기반 칩 아키텍처를 개척했습니다. 노키아
베터: 백홀은 기지국과 네트워크의 핵심인 데이터 센터 , 그리고 서버를 연결하는 연결 수단입니다 . 이상적으로는 기지국에 광섬유를 사용하는 것이 좋습니다. 서비스 제공업체가 해당 광섬유를 보유하고 있다면 그대로 사용하세요. 이렇게 하면 최대 용량을 확보할 수 있습니다. 하지만 새로운 기지국에는 광섬유 백홀이 없는 경우가 많으므로, 무선 백홀이라는 대안이 있습니다.
유리 회로 기판 위의 노키아 라디오를 클로즈업으로 찍은 사진입니다. 노키아 벨 연구소는 통신 타워와 통신 인프라 간 통신을 위한 백홀 신호를 위한 글래스 기반 칩 아키텍처를 개척했습니다. 노키아
유리로 제작된 라디오는 주파수를 더 높게 밀어냅니다.
무선 백홀의 미래 과제는 무엇인가?
베터: 초당 100기가비트의 광섬유급 속도를 얻으려면 더 높은 주파수 대역으로 이동해야 합니다.
백홀 안테나가 사용하는 신호에 더 높은 주파수 대역이 필요합니까 ?
베터: 네. 문제는 해당 주파수 대역에서 무선 프런트엔드와 무선 주파수 집적 회로 (RFIC)를 설계하는 것입니다. 그렇게 빠른 속도에서는 [현재의] 안테나를 RFIC와 통합하는 것이 사실상 불가능합니다.
그러면 신호 주파수가 높아지면 무슨 일이 일어날까요?
베터: 밀리미터파 , 예를 들어 28기가헤르츠 에서는 전통적인 인쇄 회로 기판을 사용하여 [전자 장치와 도파관 ]을 만들 수 있습니다 . 하지만 주파수가 높아질수록 감쇠가 너무 커집니다.
예를 들어 100GHz에 도달하면 무슨 일이 일어날까요?
베터: [기존 소재는] 더 이상 쓸모가 없습니다. 따라서 우리는 여전히 저렴한 다른 소재를 살펴봐야 합니다. 벨 연구소에서는 유리 위에서의 무선 통신 에 대한 선구적인 연구를 수행했습니다 . 우리가 유리를 사용하는 이유는 광학적 투명성이 아니라 테라헤르츠 이하의 무선 대역 에서의 투명성 때문입니다 .
노키아 벨 연구소가 100GHz 통신을 위한 유리 기반 무선 백홀 시스템을 만들고 있나요?
베터: 저는 한 자릿수 정도를 사용했습니다. 100GHz 이상에서는 다른 소재를 살펴봐야 합니다. 하지만 [파장 범위는] 실제로 140~170GHz, 즉 D-밴드 입니다 .
저희는 이러한 컨셉을 장기 로드맵에 반영하기 위해 내부 고객과 협력합니다. 예를 들어, D-밴드 무선 시스템은 모바일 사업부와 함께 프로토타입으로 통합하여 작년 파리 올림픽에서 테스트했습니다 .
하지만 제가 말씀드렸듯이 이건 시제품입니다. 연구용 시제품과 양산을 위한 검증 과정 사이에 기술을 성숙시켜야 합니다. 이 분야의 연구원은 샤리아르 샤라미안 입니다 . 그는 이 분야에서 잘 알려져 있습니다.
Testing Backhaul Networks GL Communications I
6G 대역폭 위기가 휴대폰에만 국한되지 않는 이유
6G 대역폭에 대한 큰 수요를 견인할 애플리케이션은 무엇일까요?
베터: 저희는 점점 더 많은 카메라 와 다른 유형의 센서를 설치하고 있습니다. 즉, 물리적 세계의 동기적 복사본인 대규모 세계 모델을 구축하려는 시대로 접어들고 있습니다. 따라서 6G에서는 AI 모델에 데이터를 공급할 대규모 센서 구축이 이루어질 것입니다 . 즉, 엄청난 업링크 용량이 필요한데, 바로 이 부분에서 이러한 증가가 이루어질 것입니다.
베터: 자율주행차가 좋은 예가 될 수 있습니다. 산업 분야에서도 마찬가지입니다. 예를 들어 항만의 디지털 트윈을 만들 수 있는데, 어떻게 관리할 수 있을까요? 창고의 디지털 트윈을 만들 때, 디지털 트윈에 "내 제품 X는 어디에 있나요?"라고 질문하면 로봇은 업데이트된 디지털 트윈을 통해 창고 내 자신의 위치와 이동 경로를 자동으로 파악합니다. 물리적 세계에 대한 대규모 감지와 AI 모델을 통한 해석을 통해 장애물의 위치를 실시간으로 파악할 수 있기 때문입니다.
고객님을 대신하여 식료품을 구매하거나 자율주행차를 주문하는 담당자가 배정됩니다 . 담당자는 고객님의 위치를 적극적으로 기록하고, 적절한 개인정보 보호 조치를 시행합니다. 이를 통해 담당자는 고객님의 현재 상태를 파악하고 최적의 서비스를 제공할 수 있습니다.
6G 네트워크가 드론, 지진 , 쓰나미 감지 에 어떻게 도움이 될까요?
6G 신호가 데이터 전송뿐만 아니라 감지 기능도 제공한다는 점을 이전에 설명하셨는데요, 어떻게 작동할까요?
베터: 이제 네트워크가 감지 모드로도 전환될 수 있다는 점이 강화되었습니다. 모퉁이를 돌면 카메라가 더 이상 당신을 보지 못하게 됩니다. 하지만 무전기는 예를 들어 횡단보도에서 다가오는 사람들을 감지할 수 있습니다. 그리고 당신은 그것을 예측할 수 있습니다. 네, 차에 "보행자가 오고 있습니다. 속도를 줄이세요."라고 경고할 수 있습니다. 또한 광섬유 감지 기능도 있습니다. 예를 들어 해저에서 광섬유를 사용하여 파도의 움직임을 감지하고 쓰나미를 감지하여 조기 쓰나미 경보를 발령할 수 있습니다.
귀하의 팀은 어떤 결과를 얻었나요?
베터: 현재 쓰나미 경보 부표는 해안에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에 설치됩니다 . 이 쓰나미 파도는 초당 300미터 이상의 속도로 이동하기 때문에 사람들에게 경고하고 대피할 시간이 15분밖에 없습니다. 만약 바다 건너편에 광섬유 감지망이 설치되어 훨씬 더 깊은 바다에서도 감지할 수 있다면, 의미 있는 조기 쓰나미 경보를 발령할 수 있습니다.
최근 러시아 동부에서 대지진이 감지되었습니다 . 작년 7월이었습니다. 하와이 와 캘리포니아 사이에 광섬유 감지 시스템을 구축하여 지진을 광섬유로 관측할 수 있었습니다 . 쓰나미 발생도 확인했습니다.
6G의 수천 개의 안테나와 더욱 스마트한 파형
벨 연구소는 1990년대부터 다중 입력 다중 출력( MIMO ) 안테나 분야 의 선구자였습니다 . 여러 개의 송수신 안테나가 동시에 많은 데이터 스트림을 전송할 수 있었습니다. 벨 연구소는 현재 MIMO를 통해 앞서 말씀하신 대역폭 문제를 해결하기 위해 어떤 노력을 하고 있습니까?
베터: 앞서 말씀드렸듯이, 기존 기지국에서 용량을 확보해야 합니다. MIMO는 단순화된 빔포밍 이라는 기술을 통해 이를 구현할 수 있습니다 . 더 높은 주파수에서 더 나은 커버리지를 원한다면 전자기 에너지, 즉 무선 에너지를 더욱 집중시켜야 합니다. 따라서 이를 위해서는 더 많은 안테나가 필요합니다.
주파수를 두 배로 늘리면 5G의 C 대역 인 3.5GHz에서 6G의 7GHz로 증가합니다. 약 두 배입니다. 즉, 파장이 절반으로 줄어든다는 뜻입니다. 따라서 동일한 폼팩터에 4배 더 많은 안테나 소자를 장착할 수 있습니다. 물리학이 이런 측면에서 도움이 됩니다.
문제는 뭐죠?
베터: 물리학이 도움이 되지 않는 부분은 안테나 소자가 많아질수록 신호 처리량이 늘어나고 전력 소비량이 증가한다는 점입니다. 바로 이 부분에서 연구가 필요합니다. 전력 소비량을 늘리지 않고도 더 큰 안테나 배열을 창의적으로 구현할 수 있을까요?
여기서 AI 활용이 중요합니다. 채널 추정, 등화, 스마트 빔포밍 , 파형 학습 등을 위해 AI를 어떻게 활용할 수 있을까요?
우리는 이런 종류의 AI 기술을 사용하면 동일한 스펙트럼에서 실제로 최대 30% 더 많은 용량을 얻을 수 있음을 보여주었습니다.
그러면 초당 수 기가비트의 속도가 각 휴대전화나 기기에 전달될 수 있을까요?
베터: 그러니까 5G에서는 초당 기가비트가 이미 가능하다는 거죠. 저희는 이미 그걸 입증했습니다. 더 높아질 수도 있겠지만, 그게 진짜 필요한 건 아닙니다. 정말 필요한 건 기지국에서 얼마나 더 많은 기가비트를 지원할 수 있느냐는 겁니다.
![[멍청대전] 이재명 정청래 찌라시](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhvj8NLPYJ1gEisr6Ot9i-Yl14SuFAj6-b7TFzqN-3IklvY01O5sL4dR5Kpqn9rJXoIyVQWvDlZw6iIGuI1sZID_ZeNsyTL72bBrNXaTM6JrNLm5GZjjK5wEgNILRV3mPG02G-KlMaCXHXxHZgC5XFrSOMDw6Qm802sOv9WIy187fs3FSisLSS-6LYgSVQ/w72-h72-p-k-no-nu/ttt.jpg)
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