과학기술정보통신부에 따르면 현재 5G통신 가입자 수는 전체 국민의 54%가 넘는  2806만 명으로 추산된다. 하지만 아직까지 잦은 끊김 현상, 트래픽 초과, 지방 지역 망 구축 미흡 등은 극복해야할 과제로 지적된다.

이 가운데 국내 연구진이 30㎞이상 떨어진 거리에서도 초고속 데이터 전송이 가능한 광원소자를 개발했다. 5G통신서비스 품질 향상 및 데이터센터 구축에 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 장거리에서도 초당 25기가비트(Gbps) 속도의 데이터 전송이 가능한 전계흡수변조형 광원소자 상용화에 성공했다고 2일 밝혔다. 이번 연구개발은 광통신 전문기업인 ‘엘디스’와 함께 진행했다.

일반적인 5G광원망은 광원소자를 직접 변조해 온·오프하는 방식인 ‘전류인가방식’으로 제공된다. 이는 대용량 통신서비스를 수용하기 위해서다. 하지만 이 방식은 광원소자의 전류 충·방전 시간 지연과 이에 따른 변조속도 감소와 신호품질 저하라는 한계가 있었다.

이 같은 문제를 해결하기 위해, ETRI는 ‘전계흡수변조형 광원소자’를 새롭게 고안했다. 이 광원소자는 빛을 방출하는 출력단에서 전압인가에 따라 순간적으로 빛을 흡수해 광출력 세기 조절이 가능하다. 

ETRI는 광원소자 구성 소재도 기존의 ‘인듐(In)-알루미늄(Al)-갈륨(Ga)-비소(As)’ 화합물에서 ‘인듐(In)-갈륨(Ga)-비소(As)-인(P)’ 화합물로 바꿨다. 고온에서 통신망 신뢰성이 줄어드는 문제점 해결을 위해서다. 이 화합물 구성으로 제작된 광원소자는 상온뿐만 아니라 55℃의 고온에서도 25Gbps 속도의 통신신호 전달이 가능하다. 해당 소자 양산공정은 엘디스에서 맡았다.

이와 함께 ETRI연구팀은 이 광원소자로 출력단에서 온·오프 신호를 만들 수 있는 ‘전계흡수 변조기(EAM)’도 제작했다. 이 제품으로 테스트를 진행한 결과, 기존 직접변조 방식의 문제점이던 변조속도 감소와 신호품질 저하 문제가 해결됨도 확인했다.

ETRI와 엘디스는 올해 25Gbps급 광원소자의 양산 수율을 높인 후, 국내·외 5G 시장에 공급할 예정이다. 이후 내년 상반기엔 100Gbps급 제품을 출시한다는 목표다. 

한영탁 ETRI 기술이전 책임자는 “공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체는 안정적인 파운드리 운영이 관건”이라며 “연구진의 파운드리가 세계 최고의 성과물을 창출할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

이종진 ETRI 광패키징연구실장은 “이번 광원소자 국산화 성공은 국내 광통신 부품 자립 기반 강화 및 6G 선도 기반 강화에 큰 보탬이 될 것”이라며 “사업화 과정에서도 지속적인 협력을 통해 세계 최고의 제품이 되도록 지원하겠다”고 밝혔다.

이번 사업은 과학기술정보통신부의 ‘데이터센터 통신용량 증대를 위한 저전력 온-보드 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술’과제와 ‘데이터센터 내부 네트워크용 800Gbps 광트랜시버 개발’과제의 일환으로 진행됐다.