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다중안테나 무선통신 신호를 디자인하는 전기공학자
KAIST 전기 및 전자공학부 최준일 교수
창의적이고 호기심 왕성한 젊은 연구자들은 남들과 다른 방식으로
관찰하고 사유하며, 누구도 가보지 않은 새로운 길을 향해 용기를 내는
이들입니다. 이들이 건강하게 성장할 수 있는 연구환경을 만드는 것은
대한민국을 넘어 인류 공동체의 지속가능성을 담보하는 중요한 열쇠입니다.

한국연구재단은 신진연구자지원사업을 통해 젊은 연구자를 응원하고
있습니다. 신진연구자의 열정과 꿈을 집중 조명하는 ‘신진연구자 톡’의
열 번째 주인공은 KAIST 최준일 교수입니다.

5G 시대에 날개를 달아준 거대 다중안테나 무선통신

다중안테나를 이용한 무선통신 기술이 진정한 디지털 노마드 시대를 열었다. 커피숍은 노트북을 펼치면 나만의 사무실이 되고, 달리는 KTX에서도
스마트폰으로 영화파일을 다운 받을 수 있다. 해외여행에서도 통역앱을 사용하면 언어장벽은 문제가 되지 않는다. 하나의 기지국에 적게는 8개부터
많게는 60개가 넘는 안테나를 세워 데이터 전송 속도와 품질을 획기적으로 향상시키는 다중안테나 기술이 5세대(5G) 이동통신의 핵심기술로 꼽히는
이유이다. 대용량 초고속 데이터 전송 기술은 4차 산업혁명에 날개를 달았다고 해도 과언이 아니다. 효율적인 데이터 전송을 위해 거대다중안테나 신호를 디자인하는 전기공학자 최준일 교수를 만났다.
신호 디자이너란 소개가 흥미롭습니다.
“대용량의 데이터를 고속으로, 깨끗하게 보내기 위해 신호의 세기와 위상을 조절하고
설계하는 연구를 하고 있습니다. 통신 시스템은 물리계층, 네트워크 계층 등 7가지
계층으로 이루어지는데요. 제가 하는 연구는 안테나 바로 밑에서 디지털 신호를
처리하는 물리계층 연구에 속합니다. 예를 들어 데이터 1을 상대에게 보내려는데
신호가 중간에 장애물을 만나면 길을 잃거나 정보가 손상되기도 합니다.
이를 해결하기 위해 1을 세 번 반복해서 보낸다거나 하는 등의 방법을 찾아야 합니다.
이때 거대다중안테나 시스템을 이용해 각각 안테나에서 나가는 신호의 위상과
크기를 조절해 원하는 곳으로 신호를 크고 선명하게 보내는 방법을 연구하는 것이
신호 디자이너라 할 수 있습니다. 돌아보면 운이 좋게 대학원 입학 이후 지금까지
이 물리계층에서 어떻게 하면 효율적으로 데이터를 주고받을 수 있을지를
연구해왔습니다. ”
4차산업 혁명 시대, 거대 다중안테나 무선통신 시스템이 사회에 미치는 영향
“우리가 주고받는 디지털 데이터는 전자기 신호로 전송이 됩니다. 안테나가 많을수록
데이터 전송 속도는 엄청나게 빨라지고, 동시에 많은 사용자를 지원할 수 있습니다.
도로가 넓어지면 자동차가 더 빨리 달릴 수 있듯 거대 다중안테나도 마찬가지입니다.
사물인터넷(IoT), 빅데이터는 점점 더 많은 데이터를 생산하고 또 이를 활용하며,
다양한 비즈니스 영역으로 확장하고 있습니다. 우리나라에 고속도로가 건설되며
전국은 일일생활권이 됐으며 산업은 보다 발전했습니다. 거대 다중안테나를 이용한
통신 기술 발달은 국민의 무선 데이터 사용 환경을 개선하고, 나아가 다양한
비즈니스가 탄생할 수 있는 토대가 될 것입니다. ”
신호 디자이너가 갖춰야 할 역량은?
“다중안테나 개념이 무선통신에서 사용된 지는 벌써 20년이 넘었습니다. 하지만 불과 10년 전만 해도 사람들이 고려하던 안테나 숫자는 8개 정도였습니다.
그러다 2010년 미국의 벨 연구소에서 기지국의 안테나 숫자가 아주 많아질수록 통신 성능을 획기적으로 높일 수 있다는 이론적인 연구결과를 발표했고,
그 이후 세계적으로 거대 다중안테나에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다.
단말기와 기지국 사이는 전자기 신호가 무선으로 전송됩니다. 채널 상태는 끊임없이 변화하기 때문에 채널이 바뀌는 특성을 이해하고, 해석할 수 있는
확률 및 통계 지식이 중요합니다. 당연히 디지털 신호처리에 대한 전문지식도 필요합니다. 무선채널과 안테나 영향을 수학적으로 모델링하기 위해 기지국과
단말 사이 관계를 매트릭스(행렬), 벡터로 나타내는 선형대수학과 같은 배경지식도 필요합니다. ”

유행을 따르지 말고, 자신의 길을 찾자

현대 사회는 유행이 빠르게 변한다. 패션도, 취미도, 심지어 음식도 트렌드라 불리는 대열에 편승하지 못하면 남보다 뒤처지고 있다는 불안감을 조성하는
사회다. 안타깝게도 이 같은 분위기는 학문에도 만연해있다. 최준일 교수는 시류에 휩쓸리지 않고 자신만의 연구를 할 때 진정한 연구자의 길을 갈 수
있음을 강조한다.

대학원부터 14년간 물리계층 한 우물을 파셨죠.

“전 운이 좋게 석사과정부터 교수로 임용된 지금까지 감사하게도 물리계층 연구를 계속 하고 있어요. 한 분야를 깊게 팔수록 더 다양한 아이디도
도출되고 연구의 질도 높아질 수 있어요. 제가 유학을 준비할 때 ‘통신’쪽으로는 더 이상 연구할 토픽이 없다며 당시 주목받던 의학과 공학의 융합
연구로 방향을 바꿔 보라고 조언해 주시는 분들도 많았습니다. 당시만 해도 거대다중안테나 같은 새로운 개념이 나오기 전이었고, 이미 통신 속도는
충분히 빨라 산업 쪽에서도 새로운 수요가 없을 것이란 의견이 팽배했거든요. 조언은 감사했지만, 저는 하고 싶은 공부를 했습니다.
당시 비전이 없다고 여겨졌던 통신 분야는 5G 시대가 열리며 새롭게 주목받고 있습니다. 물론 지금 인기 있는 분야도 10년 후엔 지는 태양이 될 수
있습니다. 따라서 후배들에게 미래는 예측하기 어려우니 시류에 휩쓸리지 말고 하고 싶은 걸 하라고 이야기합니다. ”

큰 상을 두 번이나 수상하셨습니다.

“미국 최대 전기공학 학술단체인 IEEE에서 주는 상인데요. 2015년에는 지난 5년 동안 학술지에 발표된 논문 중 분야별로 한 편을 선정해 주는 상을
받았어요. 올해 12월에는 지난 3년간의 논문들을 대상으로 선정한 상을 받게 되어, 연구자로서 큰 보람이고 행운이라고 할 수 있습니다. ”

평소 연구실 제자들에게 강조하는 점은?

“연구의 시작부터 끝까지 모든 부분에 완벽을 기하라고 이야기합니다. 아이디어가 좋다고 연구성과가 좋은 건 아닙니다. 또 실험결과가 잘 나왔어도 논문을 잘 쓰지 못하면 다른 연구자들이 논문을 잘 읽지 않아, 연구 아이디어 도출부터 마지막 논문작성까지 한결같이 정성을 쏟아야 합니다. 더불어 제가 지향하는 연구실은 연구를 잘하면서 동시에 즐겁게 하는 것입니다. 구성원들이 하고 싶은 연구를 마음껏 하되, 일과 생활의 균형을 통해 행복을 느끼길 바라고 있습니다. ”

신진연구자에게 연구재단은 어떤 의미일까요?

“산업체가 지원하는 연구는 바로 현장에 필요한 당면 과제 해결해야 하는 경우가 많습니다. 반면 한국연구재단은 미래를 준비하기 위한 과제를 많이 지원합니다. 기초연구를 토대로 미래지향적 연구를 하지 못하면 기술 발전에 한계가 있다고 생각합니다. 연구재단 덕분에 연구자로서 긴 호흡을 갖고 미래를 내다보는 연구를 할 수 있기에 비단 신진연구자뿐 아니라 모든 연구자에게도 큰 의미가 있습니다.”

연구자로서 궁극적인 목표.

“최근 포항공대에서 KAIST로 소속이 바뀌었습니다. 단기적 목표는 지금까지 진행해온 연구가 새로운 곳에서 연착륙하는 것입니다. 먼 미래를 구체적으로 그리진 않더라도, 제가 은퇴할 무렵 스스로 정말 열심히 살았다고 자신 있게
반추할 수 있는 삶을 사는 게 연구자로서 소박한 꿈입니다. ”

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