ICT/융합

중국 궤도교통, 세계 최초로 5G 시대 진입

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최근, 중처(中車)주저우(株洲)전기기관차연구원 산하 스다이(時代)전기주식유한회사에서 자체로 개발한 5G 통신기술 기반 대용량 데이터 덤프(Dump) 시스템(이하 "5G 덤프 시스템")이 청두(成都)기관구에서 열차 탑재 데이터 고속 다운로드를 성공적으로 구현하였다. 이는 중국 궤도교통이 세계 최초로 5G 시대에 진입하였음을 의미한다. 열차 운행 과정에서 생성되는 대량의 모니터링 데이터는 기관구에서 열차의 운영 유지보수를 연구 분석하는데 제공된다. 열차 장거리 라우팅(Routing), 승무교대제(Crew shifting system) 시행에 따라 열차 탑재 데이터 특히 열차 탑재 비디오 데이터가 급증되고 있다. 그러나 기존에 열차 탑재 비디오 데이터는 승무원이 USB 메모리를 이용하여 인공적으로 덤프하는 방식을 이용하였기에 USB 메모리 파괴, 비디오 데이터 분실 또는 인위적 피괴 등 문제가 발생하여 기관구에서의 운용 안전에 아주 큰 잠재위험을 가져다준다. 열차 탑재 비디오 데이터의 자동 무선 고속 다운로드를 구현하기 위해 중처주저우전기기관차연구원은 화웨이(華為)회사와 공동으로 궤도교통 응용에 적합한 5G 덤프 시스템을 개발함과 아울러 2018년 11월, 청두기관구에서 열차 탑재 응용을 구현하였다. 응용 결과, 해당 시스템은 10분 내에 55GB의 열차 탑재 데이터 쾌속 덤프를 완료할 수 있는데 이는 현재 표준 WLAN 동일한 작동상태 조건에서 전송 속도의 100배 이상에 달한다. 이로써 기존에 수동 조작 과정에서 나타나는 데이터 손실 및 이상 문제를 효과적으로 해결하여 기관차에 대한 응용 분석에 풍부한 데이터 지원을 제공함과 아울러 기관차 운행 안전을 효과적으로 보장할 수 있다. 현재 세계에서 일반적으로 사용되는 열차 탑재 데이터 덤프 시스템은 3G 또는 4G 통신으로 전송하기에 덤프 전송 효율이 비교적 낮다. 5G 덤프 시스템의 개발 성공은 빅데이터 지능 운영 유지보수 응용 조건에서의 데이터 전송에 존재하는 문제점을 해결하여 간선 기관차, 고속열차 및 도시철도 열차에 광범위하게 응용될 수 있을 뿐만 아니라 풍력, 전기 자동차 등 기타 영역에 응용되어 광대역 데이터 전송을 구현할 수 있기에 중국이 5G 시대에 국제 궤도교통 첨단 기술 시장을 선점하는데 강대한 기술 지원을 제공할 전망이다.

중국과기대, 최초로 얽힘교환 과정의 자기점검 실험적 구현

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최근 중국과기대학 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 양자얽힘상태의 비국소성 및 Bell 기반 측정을 정량적으로 연계시켜 최초로 얽힘교환 과정에서 Bell 기반 측정의 자기점검을 구현했다. 해당 연구성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 양자얽힘은 양자통신 및 양자컴퓨팅의 주요 자원이다. 양자얽힘 네트워크 구축 과정에서 고품질 양자얽힘 상태를 재현해야 할 뿐만 아니라 노드 간 고품질 얽힘교환을 실현해야만 각 노드 간 얽힘을 달성할 수 있다. 얽힘교환은 Bell 기반 측정을 통해 구현한다. 예를 들어 애초에 Alice 노드에 A1과 A2라는 2개 입자가 얽혀있고 Bob 노드에 B1과 B2라는 2개 입자도 얽혀있다. 그러나 Alice와 Bob의 입자 사이는 서로 얽혀있지 않다. Alice와 Bob는 각자 A2와 B2라는 2개 입자(일반적으로 광자)를 약속한 지점에 발송해 Bell 기반 측정을 할 수 있는데 소모시킨 A2와 B2를 측정하는 대가로 원래 얽혀있지 않던 서로 다른 노드의 A1과 B1라는 2개 입자를 얽히게 할 수 있다. 장치 독립적 얽힘상태 및 Bell 기반 측정의 품질 점검을 학술계에서는 얽힘 자기점검이라 부른다. 장치에 대한 신뢰성이 없을 경우에도 자기점검을 통해 이미 구축한 양자얽힘 네트워크의 안전성을 보장할 수 있다. 앞서 연구팀은 얽힘상태 자기점검[Phys. Rev. Lett. 121, 240402 (2018)] 및 고차원 얽힘상태 자기점검[npj Quant. Info. 5, 4 (2019)]을 구현했다. 그러나 Bell 기반 측정에 한해 그 품질을 검측할 적합한 방법을 찾지 못했다. 따라서 그 정확성을 정량적으로 특성화할 방법이 없고 자기점검은 더구나 불가능하다. 연구팀은 Bell 기반 측정 및 얽힘상태의 비국소성 정량적 연계를 통해 광학시스템에서 실험적으로 장치 독립적 Bell 기반 측정에 대한 검측을 구현했다. 실험에서 얽힘교환시 발생한 둘의 얽힘에 대한 자기점검 외에 얽힘교환전의 2쌍 얽힘상태 독립성에 대한 자기점검도 수행했다. 이로써 실험 결과는 매우 양호한 강인성을 갖추었고 최종 Bell 기반 측정 관련 충실도 감정치는 0.87에 도달했다. 이는 세계 최초의 Bell 기반 측정 자기점검을 대상한 원리 검증실험으로서 양자얽힘 네트워크 자기점검 구현 및 양자네트워크 안전성 보장에 있어 걸림돌을 제거했다.

중국과기대, 강산란 환경에서 OAM 광통신 오류율 0.08% 달성

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최근 중국과기대학 물리학부 리인메이(李銀妹)/황쿤(黃坤) 연구팀은 생물조직 강산란을 극복해 생체세포 광제어를 달성한 연구성과를 기반으로 복잡 매질 라이트 필드 제어 기술을 OAM 광통신에 응용해 강산란 환경에서의 고품질 광통신을 구현했다. 해당 성과는 "Optical orbital-angular-momentum-multiplexed data transmission under high scattering"란 제목으로 "Light Science & Application"에 게재되었다. 최근에 궤도각운동량(Orbital Angular Momentum, OAM)은 고전통신 및 양자통신에 광범위하게 응용되고 있다. OAM은 이론상 무한 다차원의 직교기저(orthogonal basis)를 제공하므로 정보 부호화에 응용 가능하다. OAM 다중화 기술 기반 광통신은 통신속도를 향상시킬 수 있다. 하지만 무선 광통신에서 OAM을 지닌 광빔이 공간에서 전파시 대기 난류, 스모그 또는 공기속 먼지의 영향을 쉽게 받는다. 미세입자의 다중 산란은 광빔의 질량을 심각하게 저하시켜 수신단에서 광빔의 무작위 스펙클로의 변화를 초래해 통신 오류율을 증대시킨다. 따라서 강산란 조건에서 광정보의 정확한 전송 및 복원의 문제를 해결하는 것은 광통신 연구 및 응용에 중요한 의미가 있다. 상기 문제를 감안해 연구팀은 산란행렬 기반 정보복원 기술(scattering matrix-assisted retrieval technique, SMART)을 제안했다. 연구팀은 SMART 플랫폼을 이용해 여러 번 산란된 광학장에서 다수 OAM 신호채널속 정보를 추출했다. 광학 전송 실험에서 연구팀은 8개 신호채널과 24개 신호채널을 각각 사용해 그레이스케일 이미지와 컬러 이미지를 정확하게 전송했는데 오류율은 기존 보고 수치에 비해 20배 낮은 0.08% 이하에 도달했다. 연구팀이 제안한 SMART는 산란환경에서의 자유공간 광통신, 광섬유통신 및 양자통신을 위해 효과적인 기술수단을 제공했다.

중국에서 자체로 개발한 3개 항목의 삼진 대등 개체 인증 기술이 국제표준으로 선정

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2019년 3월 5일, WAPI 산업연맹 소식에 따르면 중국에서 자체로 개발한 3개 항목의 삼진 대등 개체 인증(TePA-EA) 기술이 공식 발표되어 국제표준화조직/국제전기기술위원회(ISO/IEC) 국제표준으로 되었다. 이는 중국이 기본기술 분야에서 거둔 주요 성과로서 글로벌 네트워크 안전을 위해 중요한 기여를 하였다. 또한 중국의 기술 혁신이 국제표준 기술 체계화 발전 과정에서 없어서는 안 될 부분으로 되었음을 의미한다. 개체 인증 기술은 인터넷 안전 분야의 기본 범용기술로서 네트워크 사용자에게 신분 식별 및 검증을 제공한다. 이번에 발표한 3개 항목의 TePA-EA 시리즈 기술은 개체 인증 국제표준 기술 체계에 단방향성 인증, 다중 온라인 신뢰성 제3자 등 메커니즘을 증가시켜 정보 비허가 사용, 오용(Misuse) 등 네트워크 정보 안전 잠재위험을 효과적으로 방지하였다. TePA-EA 시리즈 기술의 국제표준 제안은 WAPI 산업연맹에서 앞장서 추진하였으며 시뎬제퉁(西電捷通)회사, 무선네트워크안전기술국가공정실험실, 국가상업용암호키검측센터, 국가라디오모니터링센터 검사센터 등 연맹 회원 기관에서 공동으로 표준 프로젝트팀을 구성하였다. 시뎬제퉁회사는 해당 기술 체계의 주요 기술 기여 기관이다. TePA-EA는 국외 동종 기술에 비하여 안전성 및 사용성이 더욱 뛰어나다. ISO/IEC 9798 시리즈 개체 인증 국제표준의 모든 온라인 개체 인증 기술은 중국에서 제공하였다. 이에 앞서 시뎬제퉁회사에서 개발한 2개 항목의 개체 인증 기술이 2010년 국제표준으로 선정되었다.

윈저우테크, 수질관리용 5G 무인선박 선보여

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스페인 현지시간 2019년 2월 25일 바르셀로나에서 열린 2019년 세계이동통신대회에서 윈저우테크(Yunzhou Tech)가 에릭슨, 차이나모바일과 공동으로 개발한 5G 무인선박이 선을 보였다. 전시부스 구역 관람자는 전시관 밖 조경용 수역에 떠있는 윈저우 5G 무인선박에 자율운전 명령을 전송할 수도 있고 조작대를 통해 무인선박을 원격 조종할 수도 있다. 뿐만 아니라 현장의 대형 스크린을 통해 무인선박의 운행 상황을 실시간으로 관람할 수 있다. 현장 시연에 참가한 윈저우 5G 무인선박은 고화질 카메라, 수질 샘플링 설비 및 온라인 검측기를 탑재해 수역 정보 수집이 가능할 뿐만 아니라 수질 분포도, 샘플링 보고서 및 검사 보고서를 자동으로 작성할 수 있다. 동 무인선박은 5G 통신기술의 초고효율, 초대용량, 초저시간지연 등 3대 기술우위와 수역에 널리 분포된 수질 모니터링 센서 및 원격제어형 로봇팔 오수 샘플링 설비를 이용해 수역 정보 고화질 영상 실시간 전송, VR 백엔드 시연, 수질 모니터링, 무인선박 원격제어 응용 및 자율운전 제어를 달성할 수 있다. 이로써 전통적 수문 측량, 수질 샘플링·모니터링, 은폐배관 탐측, 환경집법·순시 등 수생태환경 감시관리 방식은 무인화 지능화 수환경 감시관리 방식으로 완전히 바뀌게 되는데 데이터 정확도는 효과적으로 높아지고 비용은 낮아지며 작업효율은 향상될 전망이다. 윈저우테크사는 5G 기술우위를 바탕으로 다양한 분야의 수요에 맞춰 더 많은 5G 기술 기반의 무인선박 제품을 출시할 계획이다.

상하이시, 훙차오역에 세계 첫 5G망 구축

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2019년 1월 18일, 차이나모바일 상하이지사는 세계 최초로 훙차오(虹橋)역에 5G 통신망 구축을 가동하여 2019년 9월 5G망의 전반적 커비러지를 완료할 계획이다. 이는 세계 최초로 인구가 밀집된 기차역에 배치한 대규모 5G 실내 네트워크로서 5G 전경 연속적 커버리지가 곧 현실로 될 전망이다. 현재 훙차오역에서 4G 휴대폰으로 화웨이(華為) CPE설비로 전환한 5G모바일 핫스팟(Hot spot)을 통하여 5G기술을 체험할 수 있다. 업계의 예측에 의하면 5G 시대에 70%의 업무는 실내 위주이다. 5G는 광대역, 저지연, 대량 접속 등 특성을 보유하고 있지만 5G 고주파의 저투과성 등 요인으로 5G망의 실내 커버리지는 아주 어렵다. 기차역은 전형적인 여객 밀집 장소이다. 훙차오역의 연간 여객 수송량은 6,000만 명을 초과하고 최고봉시기 일승객 수송량은 33만 명을 초과한다. 훙차오역의 거대 건축, 초고 승객량 및 트래픽량 등 특성은 5G 전경 커버리지의 최적 시범지역이다. 5G는 차세대 모바일 기술일 뿐만 아니라 향후 디지털 세계를 구축하는 핵심 인프라 시설이다. 훙차오역에 구축한 화웨이 5G 실내 디지털 시스템은 세계에서 유일한 상업용 5G 실내 제품으로서 네트워크 최대 속도가 1.2Gbps이다. 이는 크기가 2GB 고화질 영화를 20초 내에 다운로드할 수 있음을 의미한다. 5G 실내 디지털 시스템 응용 정경의 다양화에 따라 미래의 5G 정거장은 대량 승객의 고속 인터넷 접속 요구를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 4K 고화질 영상통화, 초고화질 다중 채널 비디오 백홀 등 업무를 지원할 수 있다. 5G의 보급으로 기차역의 지능화 수준은 인간의 상상을 초월할 전망이다.

판젠웨이 연구팀, 2018년도 뉴컴 클리블랜드상 수상

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미국 현지시간 2019년 2월 14일, 워싱턴에서 열린 미국과학진흥회(AAAS) 연례회의에서 AAAS는 중국과기대학 판젠웨이(潘建偉) 연구팀인 "뭐쯔호(墨子號) 양자과학실험위성 연구팀"에 2018년도 뉴컴 클리블랜드상(Newcomb Cleveland Prize)을 수여했다. AAAS는 연구팀이 1,000km급 위성-지구 간 양방향 양자얽힘 분배를 구현해 대규모 양자통신 실험연구에 기여한 공로를 표창하기 위해 해당 상을 수상한다고 밝혔다. 중국 과학자가 본토에서 완성한 과학연구 성과가 뉴컴 클리블랜드상을 수상한 것은 해당 상이 설립된 후 처음이다. 1923년에 설립된 뉴컴 클리블랜드상은 1년에 한 번씩 수여하는데 전년도 6월부터 당년도 5월까지 "Science"에 게재된 수백 편의 논문에서 학술적 가치와 영향력이 가장 큰 성과 하나를 선정해 수여하는 상이다.

중국정보통신과학기술그룹, 최초로 Pbit/s급 광전송 구현

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2019년 2월 12일, 중국정보통신과학기술그룹은 최초로 1.06Pbit/s 초대용량 단일 모드 멀티 코어 광섬유 광전송 시스템을 구현하였는데 전송 용량은 기존의 상업용 단일 모드 광섬유 전송 시스템 최대 용량의 10배이고 1초 내에 약 130개 1TB 하드 디스크에 저장된 데이터를 전송할 수 있다. 동 실험에서 사용한 핵심 광칩 및 광섬유는 모두 완전한 지식재산권을 보유한 중국산 제품이며 광전송 시스템 기술, 광소자 및 광칩 기술, 광섬유 광케이블 기술은 중국 내 가장 선진적인 연구성과이다. 이는 중국이 "초대용량, 초장거리, 초고속" 광통신 시스템 연구 분야에서 새 단계에 진입했음을 의미한다. 국가정보광전자혁신센터, 광섬유통신기술·네트워크국가중점실험실, 광쉰과기(光迅科技) 및 펑훠(烽火)통신에서 공동으로 개발한 실리콘광 코히렌트 트랜시버 칩은 30㎟도 되지 않는 실리콘 칩에 광전송, 변조, 접수 등 60개 능동/수동 광소자를 집적했을 뿐만 아니라 C+L 주파수대의 동시 작동을 지원할 수 있는 현재 중국에서 집적도가 가장 높은 상업용 광자 집적 칩이다. 동 공법/기술로 단일 모드 19 코어 광섬유의 채널 간 크로스토크(Crosstalk) 문제점을 해결하였으며 인접한 코어(Core)의 격리도가 -40dB보다 우수하고 "채널"과 "채널" 사이의 간섭 및 영향을 최저로 감소시켰다. 해당 시스템 설비는 C+L 주파수대에서 375개 광반송자(Optical carrier)를 생성하였고 실리콘광 코히렌트 트랜시버 칩을 기반으로 25GHz 채널의 178.18Gbit/s DFTs-PDM-16QAM 신호광 트랜시버를 구현하였으며 단일 모드 19 코어 광섬유에서 광전송 검증을 완성하였고 전송 총용량은 1.06Pbit/s, 주파수 스펙트럼 순효율은 113bit/s/Hz에 도달하였다.

실온·대기조건에서 고체상태 스핀시스템 기반 프로그래밍 가능 양자프로세서 구현

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최근, 중국과기대 두장펑(杜江峰) 연구팀은 최초로 실온·대기조건에서 고체상태 스핀시스템 기반 프로그래밍 가능 양자프로세서를 구현하였다. 해당 연구성과는 "Npj Quantum Information"에 게재되었다. 양자 컴퓨팅은 양자중첩을 이용하여 고전적 컴퓨팅 과학의 많은 난제를 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 기존에 설계한 절대다수 양자 컴퓨팅 실험은 오직 특정된 양자 컴퓨팅에만 적용되고 있다. 만약 새 양자 컴퓨팅을 수행하려면 양자 컴퓨팅 하드웨어를 재배치하여야 한다. 해당 문제점을 해결하기 위해 제안된 프로그래밍 가능 양자 컴퓨팅 개념은 하드웨어를 변화시키지 않는 조건에서 해당 양자프로세서의 소량 파라미터만 배치하면 다양한 양자 컴퓨팅을 구현할 수 있다. 실온 고체상태 시스템에서 큐비트는 소음 환경에 노출될 수 있기에 양자 결맞음은 쉽게 파괴되며 따라서 실온 고체상태 시스템에서 프로그래밍 가능 양자 컴퓨팅 구현은 아주 어렵다. 연구팀은 금강석의 전자스핀 및 핵스핀(Nuclear spin)을 2개 큐비트 시스템으로 이용하여 최초로 실온 고체상태 스핀 기반 프로그래밍 가능 양자프로세서를 구현하였다. 연구팀은 녹색 레이저 펄스를 이용하여 해당 양자프로세서의 초기화 및 판독 기능을 구현하였으며 또한 일련의 고정밀도 마이크로웨이브 및 무선주파수 펄스열(RF pulse train)을 이용하여 양자 컴퓨팅을 수행하였다. 또한 연구팀은 유비쿼터스 양자 회로를 설계하여 일련의 양자 알고리즘 수행을 대응되는 마이크로웨이브 및 무선주파수 펄스의 폭 및 위상 파라미터로 전환시켰다. 이로써 사용자는 오직 해당 일련의 파라미터를 효과적으로 배치하면 다양한 양자 알고리즘을 완성할 수 있으며 번거롭고 원가가 높은 하드웨어 재배치를 수행하지 않아도 된다.

최초로 5G 네트워크가상현실 실시간 제작 전송 테스트 성공적으로 구현

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2019년 중국중앙텔레비전(CCTV) 춘절연출회(央視春晚)는 이미 총연습 단계에 들어섰으며 5G 네트워크 전송 기반으로 전체적인 미리보기로 춘절연출회 방송실 및 창춘(長春), 선전(深圳) 지국에서 관중들에게 새로운 체험을 보여줄 전망이다. 이는 5G 네트워크 가상현실(Virtual reality, VR) 실시간 제작 전송 테스트가 성공하였음을 의미한다. 2019년 1월 28일, 중앙라디오텔레비전방송총국은 차이나유니콤, 화웨이(華為)회사와 공동으로 지린(吉林) 창춘에서 5G 네트워크 VR 실시간 제작 전송 테스트를 가동하여 CCTV 춘절연출회 창춘 지국에서의 5G 생방송 응용을 위해 기술 검증 및 준비를 제공하였다. 이는 중국에선 처음으로 5G 미디어 응용 실험실에서 2019년 1월 13일에 5G 네트워크 4K 텔레비전 전송을 구현한 후 수행한 또 한 차례의 중요한 테스트이다. 이는 중앙라디오텔레비전방송총국이 5G 뉴미디어 플랫폼 구축 추진분야에서 중대한 성과를 거둠과 아울러 강력한 선도력, 전파력, 영향력을 보유한 세계 일류의 새로운 주류 미디어를 구축하고 시대 흐름과 발맞춤, 새로운 기술 응용, 융합 발전 가속화에서 튼튼한 한 걸음을 내디디었음을 의미한다. 중앙라디오텔레비전방송총국은 다음 단계에 CCTV 춘절연출회 관심사로 떠오르게 될 프로그램에서 전체적인 VR 전경 상호연결을 구현하여 관중들에게 새로운 시각적 효과를 가져다 줄 예정이다. 또한 일련의 춘절연출회에서 짧은 VR 비디오를 제작하여 뉴미디어 플랫폼에서 방송함으로써 관중들에게 몰입식 춘절연출회 관람 체험을 제공하게 된다. 중앙라디오텔레비전방송총국은 2018년 말부터 5G 네트워크 VR 실시간 제작 전송을 추진하여 중앙라디오텔레비전방송총국 뉴미디어 새로운 플랫폼을 위해 기술 지원을 제공함과 아울러 미디어 융합의 심층적 발전을 추진하였다.