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고려대학교 전기전자공학부 신원재 교수 연구팀-미 프린스턴대 공동 연구...‘빔 스퀸트’ 역이용한 6G 저궤도 위성통신 기술 개발, 글로벌 최고 권위 학술지 게재
관리자 2026.05.19 Views 91
▲ 고려대 신원재 교수 (좌), 고려대 박주하 석사과정생 (중), 프린스턴대 빈센트 푸어 교수 (우)
일론 머스크의 스페이스X ‘스타링크’를 필두로 글로벌 빅테크 기업들이 우주 공간을 활용한 위성-단말 직접 통신 서비스를 본격화하며 차세대 ‘6G 이동통신’ 선점 경쟁이 총성 없는 전쟁으로 치닫는 가운데 국내 연구진이 저궤도 위성통신의 고질적 한계로 꼽히던 물리적 결함을 역이용해 통신 성능을 획기적으로 끌어올리는 원천기술을 세계 최초로 개발했다. 고려대학교(총장 김동원)는 신원재 전기전자공학부 교수 연구팀이 미국 프린스턴대학교의 세계적 석학 빈센트 푸어(H. Vincent Poor) 교수와의 공동 연구를 통해 저궤도(LEO) 위성통신의 하드웨어적 제약을 극복하고 전송 효율을 최대 2.8배 향상시키는 혁신 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 이번 연구는 그간 안테나 공학계에서 통신 품질을 떨어뜨리는 골칫거리로만 여겨지던 전파 왜곡 현상을 새로운 통신 자원으로 승화시키는 ‘역발상의 미학’을 통해 대한민국이 차세대 우주 인터넷 인프라 시장의 독보적인 기술 주도권을 확보하는 분수령이 될 것으로 평가받는다.
지표면에서 300~2000km 고도에 수천 개의 미니 위성을 띄워 사각지대 없는 초고속·초저지연 네트워크를 구축하는 저궤도 위성통신은 산간오지나 대양, 공중 등 기지국을 세울 수 없는 곳에서도 스마트폰을 직접 위성에 연결할 수 있어 6G 구현의 핵심 인프라로 꼽힌다. 그러나 우주라는 극한 환경의 특성상 위성의 크기와 전력 공급이 제한적인 데다 지구와의 거리가 멀어 심각한 전파 손실과 데이터 전송 지연을 감수해야 하는 하드웨어적 한계가 상용화의 걸림돌이었다. 기존 우주 통신망에서 주로 쓰이던 ‘빔 호핑(Beam Hopping)’ 방식은 전파(빔)를 시간대별로 쪼개어 여러 지역에 순차적으로 도장 찍듯 전송하는 구조였다. 이 때문에 특정 순간에 수많은 사용자를 동시에 수용하지 못하고 위성이 초속 7.5km 이상의 고속으로 궤도를 달릴 때 지상에서 위성으로 데이터를 쏘아 올리는 ‘상향링크’ 과정에서 치명적인 통신 끊김과 지연이 발생했다.
신원재 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 주파수에 따라 전파가 미세하게 어긋나며 서로 다른 곳으로 꺾여 나가는 물리적 결함 현상인 ‘빔 스퀸트(Beam Squint)’에 주목했다. 기존 학계에서는 이 현상을 반드시 보정하고 제거해야 할 왜곡으로 봤으나 연구팀은 이를 오히려 주파수별로 전파를 서로 다른 방향으로 정교하게 분산시키는 일종의 ‘가이드라인’으로 역이용했다. 이를 바탕으로 고안해 낸 기술이 바로 ‘3차원 레인보우 빔포밍(3D Rainbow Beamforming)’이다. 안테나에서 방출된 전파가 마치 햇빛이 프리즘을 통과해 무지개(Rainbow)처럼 넓게 펼쳐지듯 주파수 성분별로 서비스 지역 전체에 동시에 도달하도록 설계한 것이다. 이 방식을 적용하면 특정 지역에 순차적으로 빔을 쏘아주던 기존 방식과 달리 광활한 서비스 전 영역에 중단 없이 동시에 끊김 없는 고속 상향링크 통신 환경을 제공할 수 있게 된다.
연구팀이 실제 우주 공간과 동일한 3차원 위성 궤도 환경을 시뮬레이션해 검증한 결과 새 기술을 적용한 저궤도 위성의 데이터 전송 속도(상향링크 전송률)는 기존 빔 호핑 방식 대비 최대 2.8배나 가파르게 상승했다. 제한된 위성의 배터리와 안테나 자원만으로도 수천 명의 사용자를 동시에 수용할 수 있는 고효율 통신 고속도로를 뚫은 셈이다.
신원재 고려대 전기전자공학부 교수는 “그동안 기술적 결함이자 극복해야 할 장벽으로만 인식되던 빔 스퀸트 현상을 오히려 주파수 도메인의 새로운 통신 자원으로 정의하고 활용했다는 점에서 학문적·산업적 의미가 매우 크다”라며 “이번 연구는 한정된 우주 하드웨어 자원의 한계를 소프트웨어적 알고리즘으로 돌파한 사례로 향후 글로벌 통신사들이 사활을 걸고 있는 스마트폰-위성 직접 통신(Direct-to-Cell) 분야의 표준 지형을 바꾸는 핵심 촉매제가 될 것”이라고 말했다.
국내 대기업의 미래 기술 투자가 빚어낸 결실이라는 점도 주목받는다. 이번 대형 연구 성과는 삼성전자가 과학기술 발전을 지원하기 위해 운영하는 ‘삼성미래기술육성재단’의 전폭적인 연구비 지원을 받아 수행됐다. 글로벌 학계도 한국 연구진의 역발상에 즉각 응답했다. 이번 연구 성과는 전기·전자공학 및 정보통신 분야에서 세계 최고 수준의 권위를 자랑하는 국제학술지인 ‘IEEE Transactions on Wireless Communications’(인용지수 IF=10.7) 온라인판에 공식 게재되며 기술의 독창성과 혁신성을 세계 무대에서 공인받았다.
스마트경제 뉴스링크: https://www.dailysmart.co.kr/news/articleView.html?idxno=124288
지표면에서 300~2000km 고도에 수천 개의 미니 위성을 띄워 사각지대 없는 초고속·초저지연 네트워크를 구축하는 저궤도 위성통신은 산간오지나 대양, 공중 등 기지국을 세울 수 없는 곳에서도 스마트폰을 직접 위성에 연결할 수 있어 6G 구현의 핵심 인프라로 꼽힌다. 그러나 우주라는 극한 환경의 특성상 위성의 크기와 전력 공급이 제한적인 데다 지구와의 거리가 멀어 심각한 전파 손실과 데이터 전송 지연을 감수해야 하는 하드웨어적 한계가 상용화의 걸림돌이었다. 기존 우주 통신망에서 주로 쓰이던 ‘빔 호핑(Beam Hopping)’ 방식은 전파(빔)를 시간대별로 쪼개어 여러 지역에 순차적으로 도장 찍듯 전송하는 구조였다. 이 때문에 특정 순간에 수많은 사용자를 동시에 수용하지 못하고 위성이 초속 7.5km 이상의 고속으로 궤도를 달릴 때 지상에서 위성으로 데이터를 쏘아 올리는 ‘상향링크’ 과정에서 치명적인 통신 끊김과 지연이 발생했다.
신원재 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 주파수에 따라 전파가 미세하게 어긋나며 서로 다른 곳으로 꺾여 나가는 물리적 결함 현상인 ‘빔 스퀸트(Beam Squint)’에 주목했다. 기존 학계에서는 이 현상을 반드시 보정하고 제거해야 할 왜곡으로 봤으나 연구팀은 이를 오히려 주파수별로 전파를 서로 다른 방향으로 정교하게 분산시키는 일종의 ‘가이드라인’으로 역이용했다. 이를 바탕으로 고안해 낸 기술이 바로 ‘3차원 레인보우 빔포밍(3D Rainbow Beamforming)’이다. 안테나에서 방출된 전파가 마치 햇빛이 프리즘을 통과해 무지개(Rainbow)처럼 넓게 펼쳐지듯 주파수 성분별로 서비스 지역 전체에 동시에 도달하도록 설계한 것이다. 이 방식을 적용하면 특정 지역에 순차적으로 빔을 쏘아주던 기존 방식과 달리 광활한 서비스 전 영역에 중단 없이 동시에 끊김 없는 고속 상향링크 통신 환경을 제공할 수 있게 된다.
연구팀이 실제 우주 공간과 동일한 3차원 위성 궤도 환경을 시뮬레이션해 검증한 결과 새 기술을 적용한 저궤도 위성의 데이터 전송 속도(상향링크 전송률)는 기존 빔 호핑 방식 대비 최대 2.8배나 가파르게 상승했다. 제한된 위성의 배터리와 안테나 자원만으로도 수천 명의 사용자를 동시에 수용할 수 있는 고효율 통신 고속도로를 뚫은 셈이다.
신원재 고려대 전기전자공학부 교수는 “그동안 기술적 결함이자 극복해야 할 장벽으로만 인식되던 빔 스퀸트 현상을 오히려 주파수 도메인의 새로운 통신 자원으로 정의하고 활용했다는 점에서 학문적·산업적 의미가 매우 크다”라며 “이번 연구는 한정된 우주 하드웨어 자원의 한계를 소프트웨어적 알고리즘으로 돌파한 사례로 향후 글로벌 통신사들이 사활을 걸고 있는 스마트폰-위성 직접 통신(Direct-to-Cell) 분야의 표준 지형을 바꾸는 핵심 촉매제가 될 것”이라고 말했다.
국내 대기업의 미래 기술 투자가 빚어낸 결실이라는 점도 주목받는다. 이번 대형 연구 성과는 삼성전자가 과학기술 발전을 지원하기 위해 운영하는 ‘삼성미래기술육성재단’의 전폭적인 연구비 지원을 받아 수행됐다. 글로벌 학계도 한국 연구진의 역발상에 즉각 응답했다. 이번 연구 성과는 전기·전자공학 및 정보통신 분야에서 세계 최고 수준의 권위를 자랑하는 국제학술지인 ‘IEEE Transactions on Wireless Communications’(인용지수 IF=10.7) 온라인판에 공식 게재되며 기술의 독창성과 혁신성을 세계 무대에서 공인받았다.
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