KAIST, 초정밀 GPS 기반되는 우주-지상 통신기술 개발

광신호 대기로 발사해 시간표준 동기화

초정밀 GPS, 6G 표준 주파수 등에 활용 기대

KAIST 연구팀이 개발한 초정밀 광시계 분배를 통한 펨토초 레이저 광 비트 안정화 기술 개념.[사진=KAIST]

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 김승우·김영진 교수 공동연구팀은 대기 중으로 광신호를 전송해 공간의 제약을 뛰어넘는 우주와 지상 간 광시간 동기화 원천 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

학계에 따르면 시간은 모든 물리량 중에서 가장 기본이 되는 물리단위로, 다양한 물리단위를 정의하는 데 활용되는 기준이다. 예를 들어 GPS 위성과 수신기의 시간 동기화는 내비게이션 위치 측정 정밀도를 높이는 데 중요한 역할을 한다. 우수한 시간 표준은 차세대 우주규모 측정 분야에서 물리량을 정밀하게 측정하는 기반 기술이다.

그간 이러한 초정밀 시간표준 상호 비교와 검증을 위해 광시계를 이용했다. 데이터 전송 속도가 빠른 광섬유를 통해 시간표준과 오차를 최소화하며 정밀도를 높이는 방식이다. 하지만 광섬유 매설이 가능한 구간에서만 이를 활용할 수 있어, 공간적 제약이 있다.

이에 KAIST 연구팀은 대기중으로 직접 레이저를 쏘아 광신호를 전송하는 통신 기술과 함께 데이터 전송 안정화 기술을 개발해냈다.

연구팀은 대기를 통과하는 레이저의 시간 표준 특성이 유지될 수 있도록 하는 데 성공했다. 이후 연구팀은 전송된 레이저를 펨토초 레이저 광 비트 안정화에 적용해 펨토초 레이저 안정도를 가질 수 있다는 것을 검증했다.

이번 기술은 차세대 우주-지상간 통신에 응용하거나, GPS 등의 정밀도 향상에 기여할 것으로 기대된다. 특히 우주규모의 다양한 물리현상 측정에 필수적인 기술로, 과거에는 불가능했던 정밀 측정까지 활용될 전망이다.

특히 200GHz~500GHz 주파수를 사용하는 6세대(6G) 이동통신 실현을 위해 핵심 지역에 해당 주파수를 정밀하게 전송해야 하는데 여기에도 해당 기술을 활용할 수 있다.

양재원 KAIST 기계공학과 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '빛: 과학과 응용' 8월 12일자 11권 253호에 출판됐다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 과학기술분야 기초연구사업 지원을 받아 수행됐다.