스위스 취리히 공과대학의 과학자들이 수도 베른에서 융프라우요흐까지 53km를 연결한 레이저 통신으로 초당 1테라비트 단위의 데이터 전송에 성공했습니다. 앞으로 위성을 이용한 레이저 통신이 실용화되면 해저케이블이 불필요해질 수 있습니다.
Lasers enable internet backbone via satellite | ETH Zurich
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2023/06/lasers-enable-internet-backbone-via-satellite.html
Lasers enable internet backbone via satellite
Lasers enable internet backbone via satellite Optical data communications lasers can transmit several tens of terabits per second, despite a huge amount of disruptive air turbulence. ETH Zurich scientists and their European partners demonstrated this capac
ethz.ch
Lasers enable internet backbone via satellite, may soon eliminate need for deep-sea cables
https://techxplore.com/news/2023-06-lasers-enable-internet-backbone-satellite.html
이 실험은 2014년부터 800억 유로(당시 기준 약 98조 원)를 투입해 이루어진 전유럽 규모의 연구 및 혁신 자금 프로젝트 'Horizon2020'에서 실시된 것으로, 실험결과는 스위스 바젤에서 개최된 유럽광통신회의에서 발표되었습니다.
인터넷 백본은 광섬유 케이블을 사용하는 고밀도 네트워크로 형성되며 네트워크 노드간에 전송되는 데이터의 양은 초당 최대 100테라비트를 초과합니다. 대륙 간의 연결은 해저에 놓인 케이블을 통해 이루어지고 있으며 전세계에 530개 이상의 해저케이블이 둘러싸여 있습니다. 해저케이블의 수는 앞으로 더 늘어날 것으로 예상되나 비용이 커 대서양 횡단 케이블의 경우는 1개당 수억 달러(수천억 원)의 투자가 필요합니다.
이번 취리히 공과대학이 입증한 테라비트 단위의 데이터 전송이 가능한 레이저 통신에 의해 지구에 가까운 위성군을 통해 해저케이블보다 비용효율적이고 보다 빠른 백본접속이 가능해질 것으로 보입니다.
연구의 필두저자인 취리히 공과대학 전자기장 연구소의 야니크 홀스트 교수는 “광데이터 전송에 있어서 베른대학 Zimmerwald 천문대와 융프라우요흐의 고지 연구기지를 연결하는 테스트 루트는 위성과 지상국을 연결하는 루트보다 더 어렵다”고 평가했습니다.
위성을 이용한 인터넷으로는 SpaceX가 전개하는 Starlink 등이 알려져 있습니다. Starlink는 저궤도에 4400기의 인공위성을 발사하여 전세계에 인터넷을 제공하는 서비스로 2세대 인공위성으로 7500기를 발사할 예정입니다. 그러나 위성과 지상국을 연결하는 통신에는 파장이 수cm의 마이크로파가 사용되기 때문에 그다지 빠르지 않습니다.
한편 레이저 통신은 수 마이크로미터의 파장의 근적외선을 사용하므로 단위 시간당 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다.
원거리에 있는 수신기에 도달할 때까지 신호의 강도를 충분히 유지하기 위해 레이저 광파는 직경 수십 cm의 망원경으로부터 변조된 상태로 송신됩니다. 포함되는 정보는 16QAM일 때 4비트, 64QAM일 때 6비트입니다.
공기입자의 난류의 변동에 의해 광파가 수신기의 검출기에 도달했을 때 진폭과 위상각이 가산·상쇄되어 잘못된 값이 나올 수 있기 때문에 프로젝트 파트너인 프랑스의 국립항공우주연구소(ONERA)는 97개의 조정 가능한 미러를 갖춘 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS) 칩을 도입했고 미러를 변형시켜 광파의 위상을 초당 1500회 수정함으로써 신호강도를 약 500배로 개선되었습니다. 홀스트 교수는 이 개선을 53km의 거리에서 1테라비트의 대역폭을 확보하는데 필수적인 것이었다고 설명했습니다.
취리히 공과대학 전자기장 연구소장인 유르크 로이트홀트 교수는 “우리 시스템은 획기적인 진보로 지금까지는 몇 기가비트의 좁은 대역폭으로 장거리를 연결하거나 넓은 대역폭의 자유공간 레이저 통신으로 수 m의 단거리를 연결하는 두 가지 옵션만 있었다”고 말했습니다.
이번 시스템은 단일 파장에서 초당 1테라비트를 실현하고 있으며 향후 표준 기술을 이용해 40채널로 함으로써 초당 40테라비트까지 쉽게 확장 가능하다고 합니다.
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