수천만 개 IoT 기기 동시에 소통...KAIST가 최초로 기술 개발

대규모 IoT 통신을 위한 태그(붉은색 삼각형). 1100개 태그 신호가 충돌없이 동시 발신한다.
<대규모 IoT 통신을 위한 태그(붉은색 삼각형). 1100개 태그 신호가 충돌없이 동시 발신한다.>

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김성민 전기 및 전자공학부 교수팀이 세계 최초로 최대 수천만개에 이르는 대규모 사물인터넷(IoT) 동시 통신을 가능케 하는 시스템을 개발했다고 28일 밝혔다.

'밀리미터파 후방산란 시스템'으로 대규모 동시 통신의 길을 열었다. 밀리미터파 통신은 30~300기가헤르츠(㎓) 반송파 주파수 대역을 활용하는 통신이다. 5G·6G 등 표준 도입을 준비 중인 차세대 통신 기술로 10㎓ 이상 넓은 주파수 대역폭을 확보할 수 있어 확장성도 높다.

또 기기가 직접 무선 신호를 생성하지 않고 공중의 신호를 반사하는 식으로 정보를 전달한다. 신호를 생성하지 않아 초저전력 통신이 가능하다. 낮은 설치비용으로 대규모 IoT 기기의 광범위한 인터넷 연결성을 제공할 수 있다.

연구팀은 이런 밀리미터파 후방산란을 이용, 복잡한 실내 통신 환경에서 수천만개 IoT 기기 모두에 통신할 수 있게 했다.

현재 밀리미터 후방산란 기술 단점도 보완했다. 기존에는 밀리미터파 신호 감쇄, 후방산란 시스템 반사 손실이 합쳐져 통신 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 설치 공간 내 장애물, 반사체가 많으면 작동이 어려웠다.

연구팀은 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더의 높은 코딩 이득에서 해답을 찾았다. 레이더 코딩 이득을 유지하는 동시에 후방산란 신호와 주변 잡음을 분리하는 방법을 개발, 기존 FMCW 레이더 대비 10만배 이상 개선된 수신감도를 달성했다.

연구팀은 태그 위치에 따라 복조(수신 신호를 원래의 것으로 복구하는 작업)된 신호 주파수가 달라지는 레이더 특성을 활용, 위치에 따라 통신 채널이 달라지는 후방산란 시스템을 설계했다. 이 방법으로 10㎓ 이상 밀리미터파 주파수 대역폭을 전부 활용할 수 있다.

개발 시스템은 상용 기성품 레이더를 게이트웨이로 활용할 수 있다. 또 초저전력으로 작동해 코인 전지 하나로 40년 이상 구동할 수 있다.

김성민 교수는 “밀리미터파 후방산란은 대규모 IoT 기기들을 구동할 수 있는 꿈의 기술이며 대규모 통신을 초저전력으로 구동할 수 있다”며 “이 기술이 앞으로 도래할 초연결 시대 IoT 보급에 적극로 활용되길 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.

KAIST 전기 및 전자공학부 배강민 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 모바일 시스템 분야의 최고 권위 국제 학술대회인 'ACM 모비시스(ACM MobiSys) 2022'에 6월 발표됐으며, 최우수논문상을 수상했다. (논문명: OmniScatter: extreme sensitivity mmWave backscattering using commodity FMCW radar). 이는 작년 KAIST 전기 및 전자공학부에서 아시아 대학 최초로 ACM 모비시스 2021 최우수논문상을 받은 이후 연속된 수상으로 더욱 의미가 깊다.

김영준기자 kyj85@etnews.com