6G 통신의 적용 미래에는 여러 종류의 첨단 자율 비행체들로 도시의 영공이 혼잡해질 것이다. 이를 고려하면, 복잡한 영공을 관리할 수 있는 UTM이 필요할 것이며, 모든 공중 통신 서비스를 처리하기 위해 효율적인 통신 기술을 적용하여야 한다. 그러나 기존의 지상파 네트워크는 지상 통신에 가장 적합하고 항공 통신을 지원하는 데에는 한계가 있다. |
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그림 1 제공: 대한민국 정책 브리핑, '초소형위성 및 6G 위성통신기술 개발방안' |
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위의 그림에서 알 수 있듯이 통신 서비스는 계속해서 발전해왔다. 이중 6G가 다른 무선 네트워크와 특별히 다른 부분은 지상 이동통신뿐만 아니라 저궤도 위성을 이용한 공중 위성통신을 결합한 네트워크라는 점이다. 위성, 항공 및 지상파 네트워크를 통합하는 비 지상파 기반인 6G 네트워크는 미래의 UTM 시스템을 지원하는 데 가장 적합한 통신 기술이다.
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그럼, 미래 항공 운송을 위한 UTM 시스템에서 6G 역할은 무엇인지 살펴보자. |
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- High-precision positioning and seamless coverage: 6G는 고정밀 측위 및 포지셔닝을 제공하는 레이더 기술을 통합한다. 이러한 여러 첨단 센서의 도움으로 하늘에서의 동적 지도 및 3D 포지셔닝의 구현이 UAV와 동적 물체의 고정밀 위치를 제공할 수 있다. 또한, PAV의 평균 속도는 350km/h 이상으로 예상되는데, 6G는 1000km/h 이상의 속도까지도 지원할 수 있다. 4G의 지원 속도인 350km/h와 5G의 500km/h보다 매우 높은 속도이다. 따라서 6G 통신의 위성 통합은 매우 밀집된 도시 공중 시나리오에서 자율 모드로 비행하는 1000km/h의 높은 이동성을 지원할 수 있다.
- Remote and real-time control: 원격 및 실시간 연결은 지리 좌표 및 장비 상태와 같은 UAV의 실시간 비행 상태 보고에 의존한다. 위성과 통합된 6G 통신은 무한한 거리까지 연결을 제공하고 1ms 미만의 지연 시간으로 실시간 제어를 제공할 수 있다.
- Multimedia transmission: 미래에는 3D 홀로그램, 360º 초고화질 동영상 촬영과 같은 첨단 멀티미디어 서비스가 UTM에도 구현될 것이다. 이때 UAV와의 연결이 끊기지 않고 고품질 라이브 비디오를 전송받을 수 있으려면 높은 데이터 속도가 요구된다. 6G는 이러한 멀티미디어 전송을 지원하기 위해 10Gbps 피크 데이터 속도를 제공할 수 있으며, 향상된 데이터 트래픽 기능뿐만 아니라 적절한 대역폭까지도 보장할 수 있다.
- Aircraft Identification and Regulation: 미래에는 상업용 항공기를 감지하기 위한 자동 종속 감시 방송(ADS-B)이 대량의 UAV로 인해 주파수가 포화될 수 있다. 따라서 새로운 식별 메커니즘이 필요한데, 전파를 사용하여 전송되는 원격 ID 정보가 적합하다. 원격 ID 정보는 차량의 번호판과 유사한 번호판 역할을 하며 6G 기반으로 운영될 때 UAV 위치 및 경로 정보를 추적 및 모니터링하여 UAV 트래픽 상태를 자동으로 측정하고, 이에 따라 지오펜싱 및 가능한 위협을 조기에 감지할 수 있게 해준다.
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이렇듯 6G 기술을 기반으로 하는 자율 UTM 시스템은 고밀도의 공역에서도 원활한 연결, 고정밀 포지셔닝, 초고 대역폭, 실시간 원격 제어 기능을 제공할 수 있다. 그러나 6G 통신은 테라헤르츠(THz) 주파수 대역에 해당하므로 크게 두 가지의 문제가 발생한다. 테라헤르츠 대역의 전파는 빛에 가까운 특성을 가지고 있어 사물과 대기의 영향으로 전파가 쉽게 차단된다. 또, 대기의 산소 및 물분자에 의해 에너지 흡수가 상대적으로 크게 발생하므로 경로상에서 높은 손실이 초래한다. |
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그림 2 제공: 삼성전자, '5G 국제 표준의 이해' |
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현재 6G 적용에 따른 문제들을 해결하기 위한 방법으로는 빔포밍(Beamforming)과 UM-MIMO(Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output)가 있다. 빔포밍이란 모바일 기기와 네트워크 기지국 양쪽에서 안테나 여러 개로 공급되는 신호의 진폭과 위상을 변화시켜 특정 방향으로 무선 신호를 집중시키는 기술이다. 풀어 말하면, 전파를 특정 위치로 집중해 빔을 만들어 전파 전달 효율을 높이는 것으로, 높은 전파 손실을 줄일 수 있다. UM-MIMO란 다중 입력-다중 인출로, 복수의 안테나가 신호를 주고받도록 함으로써 데이터 전송량을 높이는 기술이다. 이 안테나 시스템을 통해서는 짧은 통신 거리를 보완할 수 있다. |
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이외에도 아직까지 6G 통신에 해결해야 할 과제들이 많이 남아있다. 하지만, 완전히 자율적인 비행체가 도시 영공을 날아다니기 위해서는 6G에 대한 연구가 성공적으로 진행되고 실생활에 빠르게 적용되기를 고대한다. |
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출처
- R. Shrestha, R. Bajracharya and S. Kim, "6G Enabled Unmanned Aerial Vehicle Traffic Management: A Perspective," in IEEE Access, vol. 9, pp. 91119-91136, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3092039.
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- 대한민국 정책 브리핑, '초소형위성 및 6G 위성통신기술 개발방안'
- 삼성전자, '5G 국제 표준의 이해' |
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발행 KUTAM 작성 강예린
검수 AAM Open Space |
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