테라헤르츠 근적외선 이용, 100배 빠르고 끊김 없는 Wi-fi 기술 개발

지금의 와이파이는 느리고 끊어진다. 그 이유 중 하나는 다른 사람들의 기기들과 공유해서다. 따라서 모든 사람들이 공공장소에서는 어김없이 초조함을 경험한다. 더욱이 무선기기들이 증가하면서 더욱 많은 데이터(다운로드)가 필요한데, 이것이 와이파이 망을 정체시키고 있다. 기존의 와이파이는 전파 신호(Radio signal)로서 주파수대역은 대략 2.5 GHz 혹은 5GHz대다.

하지만 이를 극복할 획기적인 연구가 네덜란드 아인트호벤 공과대학교 (Eindhoven University of Technology) 에서 진행됐다. 그것도 놀라울 만한 새로운 솔루션을 개발한 것이다.

기존 와이파이 기술보다 속도가 100배 이상 빠르고, 다른 기기들과 공유할 필요가 없는, 따라서 기기들은 독자적인 별도의 와이파이를 사용할 수 있는, 속도가 느려지거나 끊기는 일이 없는, 인체에 무해한 테라헤르츠(THz) 근적외선(Near-IR)을 이용한 와이파이 기술(Wi-fi on rays of light: 100 times faster, and never overloaded)이 개발됐다.

아인트호벤 대학 톤 코넨(Ton Koonen) 교수가 이끄는 연구팀은 광통신망(an optical wireless network)에서 근적외선을 이용, 초당 40기가비트(Gb)가 넘는 42.8Gb의 엄청난 데이터 전송 속도의 와이파이 시스템 기술을 개발했다고 발표하고 이를 외신들이 보도했다(Eindhoven University of Technology & Science Daily & Phys.org, 17 Mar 2017).

▲ 네덜란드 연구팀이 개발한, 느린 작금의 와이파이를 대체할 수 있는 초고주파 근적외선 의 새로운 솔루션. Image Credit: Pixabay

아인트호벤대에서 생각한 이 시스템은 간단하고 원리상으로 구성비용이 저렴하다(The system conceived in Eindhoven is simple and, in principle, cheap to set up). 무선 데이터는 천장에 부착한 몇 개의 중앙 '광(光) 안테나들(light antennas)'로부터 나오는데, 따라서 하나의 광섬유(an optical fiber)에 의해 제공되는 근적외선 광선들을 기기 방향으로 매우 정확하게 쏘아줄 수 있다. 안테나들엔 다양한 각도(different angles)에서 다양한 파장(different wavelengths)의 근적외선 광선들을 내뿜어주는 수동격자회절(passive diffraction gratings) 한 쌍이 들어 있어 광선들이 매우 정밀하게 와이파이 기기 방향으로 나아가게 한다.

또한 근적외선 파장을 바꾸어주면 방향도 바꿀 수 있어 모든 무선기기의 정확한 위치가 추적된다. 추적의 원리는 반사되어 돌아오는 근적외선 시그널에 의해 이루어진다. 따라서 사용자가 이동해 스마트폰이나 태블릿PC 위치가 바뀌면 즉각 다른 안테나가 끊김 없이 추적해 연결해준다. 1:1로 연결해주기 때문에 공유할 필요가 없다.

이 새로운 와이파이 솔루션은 기존의 와이파이와 간섭도 없다. 기존의 와이파이는 2.5GHz 혹은 5GHz대의 전파 신호를 사용하지만, 새로운 솔루션은 1,500 나노미터 이상의 파장을 가지고, 주파수대역은 정확히 200테라헤르츠(THz)로 기존 와이파이 대역보다 수천 배 높기 때문이다(빛은 1초에 30만 km로 달리기 때문에, 1,500나노 x 200 THz = 30만 km). 이에 따라 데이터 전송능력이 획기적으로 높아진다.

2.5미터 거리에서 얻은 42.8Gb의 전송속도는 네덜란드 평균 연결속도(초당 17메가비트)의 약 2천 배에 달하는 것이다. 현재 세계에서 실제 사용 중인 가장 좋은 와이파이 망 속도인 300메가비트(Mbit / s)보다도 수백 배 빠르다. 특히 와이파이 기기 한 대에 한 가닥의 근적외선 광선 줄기가 따로 전송을 맡게 돼 적체가 일어나지 않는다. 그렇다고 한 가닥이 아니다. 여러분들이 무선기기 한대만 갖고 있다면 여러 근적외선 광선들을 한 기기에 집중시킬 수 있다. 그러면 속도는 더욱 올라간다. 단지 지금까지의 연구 결과는 다운로드 속도이며, 업로드는 아직까지 기존의 와이파이를 사용하고 있다.

게다가 어떤 움직이는 부품들이 없기 때문에, 유지관리가 필요 없으며 어떤 전원도 필요 없다는 장점 이외에, 근적외선 파장을 사용함으로 눈의 망막을 손상시키는 일이 없으며 인체에도 무해하다는 것이다. 코넨 교수는 이 신기술이 실용화돼 사용되기까지는 5년 이상 걸릴 것이라고 밝혔다. 이 시스템의 핵심인 나노 파장 근적외선을 이용한 데이터 전송 기술은 이 대학교 요안네 오(Joanne Oh) 연구원이 주도했으며, 오 연구원은 이 논문으로 우등(cum laude) 박사학위 논문상을 받았다.

▲ 이 시스템의 핵심인 나노 파장 근적외선을 이용한 데이터 전송 기술은 이 대학교 요안네 오(Joanne Oh) 연구원이 주도했으며, 오 연구원은 이 논문으로 우등(cum laude) 박사학위 논문상을 받았다. Image Credit: News and Press from Eindhoven University of Technology.

최근 들어 전자파가 가진 한계를 극복하기 위해 빛을 이용한 광학 무선 인터넷망 연구가 세계적으로 활발하다. 빛(Light)과 와이파이(WiFi)를 합성한 '라이파이'(Li-Fi)로 불리는 이런 기술 중엔 LED 조명 빛을 이용한 방법이 에너지 소비가 적고, 기존 무선 통신 주파수 대역보다 1만 배 넓은 가시광 대역을 이용해 와이파이보다 100배 넘는 전송속도를 구현할 수 있다는 점에서 주목 받는다. 그러나 이는 연결된 기기들이 여전히 공유돼 많은 기기를 동시 사용하면 느려지고 끊기는 등의 문제가 있다. 네덜란드 아인트호벤대 연구팀은 이를 극복한 것이다. [정리 김들풀 기자 itnews@itnews.or.kr]

차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

아스팩미래기술경영연구소(주) 대표, 국가과학기술심의회 ICT융합전문위원회 전문위원, 국토교통부 자율주행차 융복합미래포럼 비즈니스분과 위원, 전자정부 민관협력포럼 위원, 국제미래학회 과학기술위원장