초당 117GB 속도로 무선 데이터 전송 '세계 신기록'

스마트폰 등 모바일 기기에서 쓰는 데이터는 일반적으로 광섬유를 타고 대륙이나 데이터 센터 사이를 이동한 뒤 인터넷 공유기에서 무선으로 전달된다. 게티이미지뱅크 제공

영국 연구팀이 무선으로 초당 약 117GB(기가바이트)의 속도로 데이터를 전송하는 데 성공하며 세계 신기록을 세웠다. 통신 주파수 총 대역폭도 145GHz(기가헤르츠)로 직전 기록의 5배에 달하는 신기록을 달성했다.

지신 리우 영국 유니버시티칼리지런던대 전자전기공학부 교수팀은 기존 통신 시스템에 광학 기술을 결합해 데이터 전송 속도와 대역폭에서 세계 최고기록을 세우고 연구결과를 15일(현지시간) 국제학술지 '광파 기술 저널'에 공개했다.

일반적으로 우리가 쓰는 데이터 대부분은 각 대륙 사이와 데이터 센터 등을 연결한 광섬유를 타고 이동한다. 이후 데이터는 가정이나 회사, 공공장소 등에 설치된 인터넷 공유기에서 사용자의 전자기기 사이를 무선으로 오간다.

광섬유는 그동안 데이터 전송 속도와 대역폭 측면에서 큰 발전이 있었다. 대역폭은 보통 도로의 폭에 비유된다. 폭이 넓을수록 한 번에 많은 자동차가 이동할 수 있는 원리와 같다. 하지만 무선으로 전송하는 단계에서는 광섬유에 비해 획기적인 속도 개선이 없어 '병목 현상'이 발생한다는 과제가 있었다.

현재 널리 쓰이는 와이파이(Wi-Fi)나 모바일 5세대 이동통신(5G) 같은 무선 통신 시스템은 주로 6GHz 이하의 주파수에서 작동하도록 설계됐다. 연구팀은 기존 통신 시스템에 광학 기술을 결합해 데이터 전송 대역폭을 크게 넓히는 방법을 고안했다. 

연구팀은 낮은 주파수 대역에서는 기존 디지털-아날로그 변환기를 쓰고 높은 주파수 대역에서는 레이저를 활용해 전체 데이터 전송 대역폭을 확장했다. Zhou et al.(2024)/Journal of Lightwave Technology 제공

연구팀은 5~50GHz 대역폭에서 잘 작동하는 전자장치 기반의 신호 발생기와 50~150GHz 범위에서 작동하는 광학 기반 신호 발생기를 결합해 데이터 전송 대역폭을 5~150GHz로 확장했다.

낮은 주파수 대역에서는 0과 1을 전송하는 기존 디지털-아날로그 변환기를 활용했다. 디지털-아날로그 변환기 활용이 어려운 높은 주파수 대역에서는 광학 변조 신호와 레이저를 혼합해 노이즈(잡음)를 감소시켜 데이터를 주고받도록 설계했다.

성능 테스트 결과 데이터 전송 속도는 초당 약 117GB로 세계 신기록이었다. 영국 평균 5G 다운로드 속도인 초당 약 12.5메가바이트(MB/s)보다 9380배 빠른 속도다. 전체 대역폭인 145GHz도 기존 세계 기록보다 5배 이상 넓었다.

연구팀은 "2시간 분량의 4K UHD 화질 영화(약 14GB)를 5G 환경에서 다운로드하려면 19분이 걸리지만 새로운 기술을 활용하면 0.12초 만에 다운로드할 수 있다"고 설명했다.

리우 교수는 "우리의 솔루션은 주파수를 가능한 많이 사용해 대역폭을 늘리면서 신호 품질을 유지하는 것"이라며 "사용자의 단말기와 인터넷 사이의 속도 병목 현상을 극복할 수 있다"고 전했다.

이번 연구결과를 상업적으로 활용하기 위한 프로토타입 제작도 진행 중이다. 연구팀은 "성공적으로 진행된다면 3~5년 이내에 상용 장비에 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1109/JLT.2024.3446827

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]