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2020. 2. 4. 12:19

무선 통신 시스템을 다양한 부품으로 구성된다. 수많은 부품은 모두가 필요하고 중요하지 않은 것이 없다. 그렇지만 만드는 사람이 생각하는 것과 사용하는 사람이 생각하는 ‘중요’한 것의 우선순위는 다를 수 있다. ‘기술’에 대한 이해와 적용이 다른 까닭이다. 그중에 가장 대표적인 것이 안테나다. 사용자가 볼 때는 별것 아닌 것 같지만 기술자 입장에서는 절대적으로 중요한 부품이다.

 

MIT의 과학 및 인공지능 연구팀(CSAIL;Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory)이 이러한 안테나의 기능이나 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 알포커스(RFocus)라는 새로운 안테나 플랫폼을 연구 중에 있다. 알포커스는 소프트웨어로 제어하는 스마트 서피스(Smart Surface) 형태의 어레이(array) 안테나다. 여러 개의 안테나를 모으고 배열해서, 마치 얇은 판처럼 만든 2차원으로 배열한 안테나라는 의미다.

 

3,000개 이상이 초소형 안테나를 연결해, 수신기의 신호 강도를 최대 10배 높여주는, 알포커스(RFocus) 프로토타입. 연구팀 중의 한 명인 벤카드 아룬이 스마트 서피스 안테나 시제품 앞에 서 있다.(사진:MIT News / CSAIL)

 

연구팀이 공개한 알포커스 시제품은 안테나가 들어간 얇은 플라스틱판을 여러 개 이어 붙인 형태로 되어 있다. 초소형 안테나 3,000개 이상을 이러한 판 형태로 만들어 연결한 후, 자체 개발한 소프트웨어 컨트롤러를 이용해 전파를 투과시키거나 반사하도록 설계했다. 이러한 방법을 통해 수신기에서 받는 전파의 신호 강도를 최대 10배까지 향상할 수 있다고 연구팀은 밝혔다.

 

무선 통신 시스템은 전파에 데이터를 실어 보내고 받는 송신기와 수신기로 구성된다. 송신기에서 전파를 공중으로 떠나보내는 마지막 부분과 그렇게 전달된 전파를 수신기에서 처음으로 받아들이는 부분이 안테나다. 그래서 안테나의 성능은 무선 통신 시스템의 성능에 가장 큰 영향을 미친다. 무선으로 데이터를 더 멀리 더 많이 더 빨리 보내는 방법은 여러 가지가 있다. 예를 들면 송신 출력을 높이거나, 중간에 중계를 활용해 신호를 증폭해 주는 방법이다.

 

송신 출력을 높이거나 증폭하려면 추가적인 전기 에너지가 필요하다. 그만큼 전력을 소모해야 한다는 뜻이다. 휴대용 단말기나 사물 인터넷처럼 전력 소모량을 최대한 줄여야 하는 통신 시스템이나 환경에서는, 효율이나 비용 그리고 기술적인 문제 때문에 이러한 방법을 적용하는 데 한계가 있다. 하지만 알포커스는 신호를 증폭하는 것이 아니기 때문에, 전력 소모량이 매우 낮고 안테나의 단가도 저렴하기 때문에, 효율적이고 경제적으로 구축할 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

 

알포커스가 상용화되면 활용할 수 있는 범위는 다양하다. 수백 수천 개의 센서가 배치된 물류 창고나 무인 매장과 같은 사물 인터넷 환경부터, 많은 사람이 보이는 실내 공간에서의 무선 통신 서비스 등에 활용할 수 있다. 시제품보다 더 얇은 형태로 제작이 가능해지면, 벽지처럼 얇게 만들어 벽에 부착할 수 있고, 타일처럼 만들어 필요한 곳에 설치하는 것도 가능하다.

 

아무리 최첨단 기술을 집약시켜 만든 통신장비라도 안테나가 부실하면 제 성능을 낼 수 없다. 모든 사람의 필수품이 된 스마트폰 역시, 최첨단 안테나 설계와 제작 기술의 집약체다. 전자와 통신 분야에서는 안테나 공학이 별도로 전문분야로 존재할 만큼 안테나는 중요한 기술의 산물이다. 특히 사물인터넷, 커넥티드 카, 홈 오토메이션 등 다양한 무선 인프라를 활용하는 시스템과 장치들이 등장하면서 안테나의 중요성은 더욱 커지고 있다.

 

알포커스는 이러한 안테나의 역할과 중요성을 고려할 때 눈여겨 볼만한 연구 프로젝트다. 연구팀 중의 한 명인 벤카트 아룬(Venkat Arun)은 “우리가 측정하는 신호가 매우 약하기 때문에, 추가적인 센서를 사용하지 않고 신호 강도를 최대화할 수 있도록, 아테나를 구성하는 것이 가장 큰 과제였다”고 밝혔다. 이번 연구 결과는 다음 달에 논문으로 발표될 예정이다.

 

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