6G의 테라헤르츠 대역 활용과 도전 과제

1. 테라헤르츠 주파수 대역의 개요와 6G에서의 역할

6G 이동통신 기술의 가장 핵심적인 요소 중 하나는 테라헤르츠(THz: 0.1~10THz) 주파수 대역의 활용이다. 기존 4G와 5G는 각각 3GHz 이하와 최대 100GHz 수준까지의 주파수를 사용해왔다. 그러나 6G는 현재의 데이터 트래픽 증가와 새로운 실감형 서비스 수요를 충족하기 위해 기존보다 수백 배 넓은 대역폭이 필요하며, 이는 테라헤르츠 대역을 활용함으로써 가능해진다. 테라헤르츠 파장은 밀리미터파보다 더 짧아 고속 데이터 전송에 유리하며, 이론적으로는 수백 Gbps에서 Tbps에 이르는 전송 속도를 제공할 수 있다. 이를 통해 홀로그램, 디지털 트윈, 16K 스트리밍, 실시간 확장현실(XR) 등 차세대 애플리케이션의 실현이 가능해진다. 실제로 6G는 테라헤르츠 대역을 통해 기존 통신 기술로는 불가능했던 서비스 수준을 제공하며, 통신의 패러다임을 획기적으로 변화시킬 잠재력을 지닌다.

2. 테라헤르츠 통신 기술의 실현을 위한 하드웨어 과제

테라헤르츠 대역을 실제로 통신에 활용하기 위해서는 이를 지원할 수 있는 고성능 하드웨어가 필수적이다. 그러나 현재까지는 이 영역의 상용화가 제한적인 이유 중 하나가 바로 소자 기술의 한계에 있다. 예를 들어, 테라헤르츠 대역에서는 기존 CMOS 기반 반도체가 신호 증폭이나 처리에 적합하지 않기 때문에, III-V족 화합물 반도체(예: GaN, InP)와 같은 고속소재 기반의 새로운 트랜지스터 기술이 요구된다. 또한, 고주파 신호를 효과적으로 방사·수신할 수 있는 초소형 안테나 설계, 지능형 표면(RIS: Reconfigurable Intelligent Surface)을 활용한 빔포밍 기술 등이 병행되어야 한다. 현재 연구개발이 진행 중인 실리콘 기반 THz 소자, 나노소재 기반 필터와 안테나는 높은 손실을 극복하고, 고효율 전송을 실현하기 위한 중요한 진보로 간주된다. 6G의 THz 통신을 위해서는 이러한 하드웨어 기술의 대대적인 혁신과 표준화가 반드시 선행되어야 한다.

3. 테라헤르츠 파의 전파 특성과 채널 모델링

테라헤르츠 주파수는 초고속 데이터 전송에는 유리하지만, 전파 특성 면에서는 극단적인 감쇠율과 짧은 도달 거리, 환경 민감성 등 여러 도전 과제를 안고 있다. THz 파는 공기 중의 수분, 먼지, 기체 분자 등에 의해 쉽게 흡수되며, 전파 손실이 급격하게 증가한다. 또한, 벽, 유리, 사람 등의 장애물에 대해 회절이 거의 불가능하기 때문에 통신이 차단되기 쉽다. 이로 인해 실내외 환경 모두에서 직진성에 의존한 신호 전달이 주요한 전파 특성이 되며, NLOS(비가시선) 통신의 구현이 매우 어렵다. 따라서 6G에서 테라헤르츠 대역을 실용화하기 위해서는 새로운 형태의 채널 모델링이 필요하다. 단순한 경로 손실 모델을 넘어서, 다중 경로, 산란, 반사, 흡수 등 복합적인 채널 특성을 반영한 정밀 모델이 필수다. 이러한 모델링은 시뮬레이션 기반 네트워크 설계와 성능 최적화의 기초가 되므로, 현재 학계와 산업계에서 활발히 연구되고 있다.

4. 셀 설계 및 네트워크 인프라 혁신 전략

테라헤르츠 대역의 짧은 도달 거리를 극복하기 위해 6G는 초소형 셀(Super Small Cell)을 중심으로 한 새로운 네트워크 구조를 요구한다. 전통적인 거대 셀(Macro Cell) 개념은 THz 통신에서 비효율적이기 때문에, 고밀도 소형 기지국 배치가 핵심 전략으로 부상하고 있다. 특히, 지능형 반사 표면(RIS) 기술을 도입하면, 장애물 뒤편에서도 반사 경로를 통해 신호를 전파할 수 있어 셀 커버리지를 확장할 수 있다. 이러한 RIS는 수동형이나 능동형으로 구현될 수 있으며, 환경 변화에 따라 동적으로 반사각을 조절함으로써 빔 스티어링이 가능하다. 또한, UAV(무인기) 기반 공중 중계기, 지능형 셀 자동 배치, 3D 네트워크 토폴로지 등이 THz 셀의 통합 운영 전략으로 고려된다. 궁극적으로는 공간적 복잡성, 환경 변화, 서비스 품질 보장 등의 문제를 해결하기 위해, AI 기반 네트워크 자동 최적화 기술이 동반되어야 한다.

5. 테라헤르츠 통신 상용화를 위한 국제 표준화 및 정책 과제

테라헤르츠 대역의 상용화를 위해서는 기술적인 진보뿐만 아니라, 국제적인 주파수 할당 및 표준화 작업이 필수적이다. 현재까지 THz 대역은 대부분 비통신 용도로만 제한적으로 사용되었으며, 통신용으로는 주파수 분배와 라이선스 정책이 거의 정립되지 않은 상태다. 이에 따라 ITU, 3GPP, IEEE 등 국제 표준화 기구는 THz 대역을 6G용으로 할당하는 방안을 논의 중이며, 세부 채널 대역폭, 간섭 관리, 송수신 파워 제한 등에 대한 기준을 마련하고 있다. 또한, THz 전자파의 인체 유해성에 대한 연구가 부족한 만큼, 전자파 노출 기준(Electromagnetic Exposure Limit)과 같은 안전성 평가도 함께 수반되어야 한다. 국가별로는 기술 투자 외에도 실증 환경 구축, 시범 서비스 운영, 규제 샌드박스 정책 등이 추진되어야 하며, 특히 THz 장비 및 모듈의 수입·생산에 대한 법제화가 병행돼야 한다. 종합적으로 볼 때, 테라헤르츠 통신은 기술·정책·표준의 3축이 동시에 정렬되어야 상용화에 성공할 수 있다.