70 80GHz 대역 5G와 기존 고정망 공존을 위한 업링크 간섭 완화 방안

본 논문은 71‑76 GHz(70 GHz)와 81‑86 GHz(80 GHz) 대역에서 5G‑NR이 기존 고정 서비스(FS)와 동시에 운용될 수 있는지를 종합적으로 조사한다. 서론에서는 5G‑NR이 mmWave 대역을 활용해 기가비트 수준의 데이터 전송을 목표로 하지만, 해당 대역에 이미 포인트‑투‑포인트 고정망이 존재한다는 문제점을 제시한다. 기존 연구는 주로 5G와 레이더·Wi‑Fi와의 공존을 다루었으며, 70 GHz 대역에서의 FS와의 간섭은 제한된 가정 하에만 분석되었다. 따라서 본 연구는 실제 FS 데이터베이스와 건물 레이아웃을 활용해 보다 현실적인 시나리오를 구축한다. 첫 번째 주요 기여는 FS 특성 분석이다. FCC 데이터베이스에서 시카고, 뉴욕, 로스앤젤레스, 샌프란시스코 4개 대도시의 FS 정보를 수집하고, 링크 수·페어 수, 고도·빔폭·이득·틸트 등을 정량화하였다. FS는 도심에 고밀도로 배치되지만 평균 고도는 30 ~ 60 m로 5G 기지국보다 높으며, 95 %가 12 m 이상에 위치한다. 이는 고주파 전파 손실과 빔 정렬 오차가 자연스럽게 간섭을 억제한다는 근거가 된다. 두 번째 기여는 5G 업링크 간섭 분석 프레임워크 구축이다. 시스템 모델은 거리 200 m, 4섹터 gNB, 2패널 UE를 가정하고, 각각 16×8·2와 4×4·2 크기의 교차 편파 배열을 사용한다. 안테나 패턴은 파라볼릭 요소 모델을 적용해 빔폭을 6°·12°(gNB)와 25°·65°(UE)로 설정하고, 전방‑후방 비율(FTBR) 55 dB를 만족하는 FS 안테나를 모델링한다. 경로 손실은 자유 공간 손실에 LOS/NLOS 차단·그림자 모델을 추가해 계산한다. 차단 여부는 실제 건물 레이아웃을 이용해 판단한다. 시뮬레이션 결과, 대부분의 FS는 잡음 플로어보다 수십 dB 낮은 간섭을 경험했으며, 이는 높은 자유 공간 손실, 빔 정렬 오차, 그리고 FS가 고도에서 배치된 점이 주요 원인임을 확인한다. 세 번째 기여는 수동 간섭 완화 기법 제안이다. 위험 FS에 대해 (1) 섹터·빔 기반 배제 구역을 설정해 gNB가 특정 방향의 빔을 차단하거나 전력을 낮춘다. (2) 공간 전력 제어(quiet‑beam) 방식을 도입해 해당 빔을 사용하는 UE의 전송 전력을 사전에 정의된 낮은 수준으로 제한한다. 두 기법 모두 시뮬레이션에서 FS 보호 효과가 크게 나타났으며, 5G 다운링크 커버리지와 평균 데이터율에 미치는 영향은 미미했다. 특히, 배제 구역만 적용했을 때는 일부 지역에서 커버리지 감소가 관찰되었지만, 공간 전력 제어와 결합하면 전체 성능 저하를 최소화할 수 있었다. 마지막으로, 시뮬레이션을 통해 5G‑NR이 70 GHz·80 GHz 대역에서 실제 네트워크 성능을 평가하였다. 평균 사용자 수신 신호 강도와 빔 사용 분포를 분석한 결과, 고밀도 도시에서도 충분한 커버리지를 제공하면서 FS와의 간섭은 규제 기준 이하로 유지될 수 있음을 확인했다. 결론적으로, 70 GHz·80 GHz 대역은 높은 전파 손실과 강한 빔 지향성 덕분에 5G와 기존 고정망이 물리적으로 공존 가능함을 입증한다. 또한, 소수 위험 FS에 대해서는 간단한 수동 제어(각도 기반 배제 구역·공간 전력 제어)만으로도 FCC 규제 기준을 만족시키면서 5G 서비스 품질을 크게 저하시키지 않을 수 있다. 이러한 결과는 이동통신 사업자와 규제 기관이 차세대 mmWave 대역을 효율적으로 활용하는 데 실질적인 설계 지침을 제공한다.