가로등에 와이파이 핫스팟 설치?

가로등 핫스팟, 도시 무선 통신 강화

Intel, Facebook, Nokia 등이 설립한 국제 컨소시엄은 가로등에 와이파이 핫스팟을 설치하면 도시 전체의 무선 통신을 강화할 수 있다는 전망을 제시했습니다. 하지만 이러한 핫스팟을 어디에 설치해야 가장 효율적일까요? 최근 이에 대한 새로운 알고리즘이 개발되었습니다. 이를 이용하면 통신 회사들이 와이파이 핫스팟을 가장 효율적으로 설치하는 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

국제 전기통신 인프라 프로젝트는 가로등에 접속 지점을 설치하여 60 GHz 주파수 대역(57 GHz에서 73 GHz 범위)을 통해 공공 와이파이를 사용할 수 있도록 하는 방법을 연구하는 프로젝트입니다. 60 GHz 신호를 사용할 때 발생하는 문제는 공기 중 산소 분자가 전자파를 흡수해 그 주파수 대역의 신호 전송을 제한한다는 것입니다. 따라서 무선 링크가 상대적으로 짧은 간격으로 설치된 (100 m 미만) 밀집된 도시 지역에서는 이 주파수 대역을 사용하는 것이 여전히 유용할 수 있지만, 이러한 신호를 분산시킬 수 있는 장애물을 피하기 위한 접속 지점의 이상적인 설치 높이 등 도시에서 이 주파수 대역을 사용하는 최적의 방법에 대해서는 아직 많이 알려져 있지 않았습니다.

핫스팟, 어디에 설치해야 할까

국립 표준 기술 연구소(NIST)의 연구원들이 IEEE Antenes and Wireless Propagation Letters 8월호에 발표한 새 논문에서는 큰 분산값을 갖는 가로등의 높이를 고려하여 60 GHz 신호를 추적하기 위한 모델을 개발했습니다. 개발된 모델은 신호 각도 및 지연(delay)과 같은 일반적인 매개 변수 뿐 아니라 수신기 위치를 포함하여 전송 경로를 분석하기 위해 새로운 알고리즘을 사용합니다.

과학자들은 콜로라도 볼더 시내에서 가로등에 장착된 고정 송신기와 밴 차량의 지붕에 달린 이동식 수신기로 그들의 모델을 테스트했습니다. 4미터, 6미터, 9미터 안테나 높이에서 신호를 측정했는데, 이는 가로등 높이가 도시 내부와 도시 간에 달라질 수 있다는 사실을 고려한 것입니다. 연구원들은 그들이 개발한 모델이 개발 모델보다 더 복잡한 방법을 사용했을 때와 유사한 정도로 측정값을 매우 잘 예측했다는 것을 발견했습니다. 그들은 와이파이 접속 지점의 최적 높이가 전송 주파수와 안테나 설계에 달려 있다는 것을 발견했는데요, 낮은 높이(약 4m)에 장비를 부착하는 것이 전방향성 안테나를 가진 전통적인 무선 시스템에 더 낫다는 것이 입증되었고, 6~9m 정도의 더 높은 위치는 mm파 주파수와 협광 안테나를 사용하는 5G와 같은 최신 시스템에 더 낫다는 것이 입증되었습니다.

연구팀은 전송 전력이 높이에 따라 어떻게 공간으로 전파되는지에 초점을 맞췄습니다. "낮은 높이에서는 전송을 방해하는 나무, 차량 등 장애물이 더 많습니다. 결과적으로, 전력은 덜 전파됩니다. 높은 높이에서는 전송이 더 쉽게 됩니다. 전송 전력을 잃기 전에 건물에서 여러 번 반사되어 나올 수 있기 때문에 전력이 더 전파되게 됩니다."라고 연구팀은 말합니다.

연구팀은 다음과 같이 설명합니다. "5G와 6G 무선 통신 시스템은 몇 도(degree) 정도의 매우 좁은 대역폭을 가진 안테나를 사용하며 이 때문에 해당 시스템은 종종 펜슬빔이라고 불립니다. 해당 시스템은 mm파 주파수에서보다 큰 경로 손실을 보상하기 위해 안테나 게인이 높습니다. 각 위치가 별도의 채널을 제공하는 공간 다중화를 통해 펜슬 빔을 여러 방향으로 조종하여 채널에 걸쳐 결합된 비트 전송률을 높일 수 있기 때문에 이러한 시스템에 좋습니다. 따라서 높은 높이가 확실히 더 유리하므로 가로등 기둥이 해당 시스템을 설치하는 장소로 적절한 장소가 됩니다."

연구팀이 NIST 캠퍼스에서 수행한 유사한 실험은 비슷한 결과값을 도출했습니다. 이는 개발된 모델이 주거 지역과 같은 다른 환경으로 일반화될 수 있음을 시사합니다. 연구팀은 "도시 환경 어디에나 가로등이 존재하기 때문에 셀 제공자들이 차세대 5G 및 6G 시스템을 저렴한 비용으로 구현할 수 있음을 시사한다"고 말합니다. 동시에 초고화질 비디오 스트리밍과 가상 현실과 같은 다양한 새로운 애플리케이션을 기대할 수 있으며, 이는 초당 멀티 기가비트 데이터 전송 속도와 짧은 대기 시간으로 가능해집니다. "게다가 60GHz는 무면허 대역에서 14GHz의 초광대역폭을 제공합니다."라고 연구팀은 덧붙입니다.

* 원본 기사: https://spectrum.ieee.org/wi-fi