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‘망했다.’ 이번 달 서울공대카페의 주인공인 심병효 전기정보공학부 교수의 방에 들어서자마자 이 생각이 머리를 스쳐 지나갔다. 심 교수의 방에 정말 아무것도 없었기 때문이다. 서울공대카페는 올해 1월부터 연구자에게 의미 있는 물건을 소개하고 있는데, 그 물건을 발굴하기가 쉽지만은 않다. 하지만 이렇게까지 아무것도 없는 방이라니. “교수님, 방이 정말 깨끗하네요”라는 기자의 말에 심 교수는 자신의 철학이라며, 미니멀리즘에 대한 이야기를 시작했다.


이동의 자유를 허락한 무선통신 기술, 5G는?
“물건이 방을 지배하던 시절도 있었어요. 그런데 쌓여있는 물건들이 저를 짓누르는 것 같더라고요. 2~3년 전쯤 다 정리했습니다. 한결 마음도 가벼워지고 자유로워진 느낌이에요.” 심 교수는 한달 뒤 은퇴한다고 생각했을 때, 반드시 할 연구에 대한 자료만 남기고 다 치웠다고 했다.

한참 방에 물건이 없는 이유를 설명하던 심 교수는 자연스럽게 자신의 연구분야인 5세대 이동통신(5G)에 대한 이야기를 꺼냈다. “무선통신은 우리에게 이동의 자유를 선물한 기술”이라며 “5G 기술은 우리가 상상할 수 없는 자유를 선물할 것”이라고 말했다.

5세대 이동통신과 1~4세대 이동통신의 가장 주된 차이는 송신자와 수신자가 사람에서 사물로 범위가 넓어졌다는 것이다. 4세대 까지는 사람 간의 송수신을 위한 통신이었지만, 5세대는 사람과 사물, 사물과 사물 등의 정보 전달까지 모두 아우르는 통신이어야 한다. 기존에는 전송속도를 높이는 것이 주된 목표였지만 5세대는 전송속도는 물론 짧은 지연시간*, 낮은 오류율 등 갖춰야 할 요소가 한 둘이 아니다.

지연시간* 송신자가 보낸 정보를 수신자가 받는 데 걸리는 시간. 

예를 들어 최근에 빠르게 발전하고 있는 무인자동차가 시속 100km로 달리다가 ‘1m 간 뒤에 오른쪽으로 바짝 붙을 예정’이라는 정보를 옆 차선에 있는 차에게 전달한다고 해보자. 사고가 나지 않으려면 적어도 0.03초 안에는 이 정보를 옆 차에 전달해야 사고를 방지할 수 있다. 상황이 이렇다 보니 전송속도보다는 지연시간을 줄이려는 연구가 많이 이뤄지고 있다. 심 교수 역시 전송 효율을 높여 지연 시간을 줄이는 연구에 집중하고 있다.

콜럼버스의 달걀처럼, 안테나를 늘려 전송 효율 높인다
심 교수가 택한 방법은 맥이 빠질 정도로 간단하다. 안테나의 수를 늘리는 것. “콜럼버스의 달걀인 거죠. 너무 당연한 이야기 같지만 송수신 안테나를 늘리면 한 번에 전송할 수 있는 정보의 양이 많아집니다.” 한 번에 1비트의 정보를 전송한다고 했을 때, 송신하는 안테나와 수신하는 안테나가 각각 1개이면 1비트, 2개씩이면 4(2×2)비트, 3개씩이면 9(3×3)비트를 전송할 수 있다. 이론적으로는 지수함수 형태로 증가한다. 하지만 여러 기술적 문제 때문에 실제로 효율을 그만큼 높이지는 못한다.

가장 대표적인 문제가 ‘채널 추정의 오류’다. 송신자가 보낸 정보는 전파의 형태로 수신자에게 전달되는데, 이때 많은 반사와 회절을 거치게 된다. 이 과정에서 전파의 형태가 변한다. 수신자는 변한 전파의 형태를 통해 송신자가 보낸 정보를 유추해야 한다. 이때 발생하는 오류를 채널 추정의 오류라고 한다. 심 교수는 “여러 안테나가 있는 상황에서는 송신자의 정보를 유추하기가 더 어렵다”며 “이런 문제들을 해결하면 안테나가 조금만 늘어도 전송 효율을 크게 높일 수 있다”고 말했다.