6G 후보 대역의 다년간 스펙트럼 구조와 활용 가능성 분석

본 논문은 차세대 6G 무선 시스템에 필수적인 2‑8 GHz 중대역 스펙트럼의 구조적 특성을 다년간 측정 데이터를 통해 정량화하고, 실제 배치 가능성을 평가한다. 미국 연방 정책이 제시한 2.7 GHz, 4.4 GHz, 7.1 GHz 후보 대역은 고출력 레이더·항공 텔레메트리·무선 관측 등 다양한 연방·비연방 서비스가 밀집해 있어, 단순 대역폭 확보만으로는 상용화를 보장할 수 없다. 따라서 논문은 “운용 가능성(Deployability)”을 세 가지 구조적 요소—스캔‑윈도우 신뢰도(SWR), 스펙트럼 연속성, 극한 간섭 한계—로 정의하고, 이를 측정‑기반 메트릭으로 구체화한다. 측정은 2022‑2025년 매년 북캐롤라이나 주립대학에서 개최된 Packapalooza 행사 동안 진행된 AERP‑PAW 캠페인에서 수집된 SDR 데이터를 활용한다. 헬리카이트에 탑재된 USRP 기반 수신기는 87 MHz‑6 GHz 전체를 60 kHz 해상도로 스윕했으며, 각 샘플은 시간·주파수·고도 정보를 포함한다. 데이터는 15 s 스윕을 60 s 스캔‑윈도우로 집계해 초단위 변동을 평균화했으며, 10 %·25 % 분위수를 이용해 보수적인 노이즈 레퍼런스(N_band)를 추정하고, 여기에 10 dB 마진을 더해 사용 가능 임계값(T₆G)을 설정했다. 정의된 메트릭은 다음과 같다. 1. **스캔‑윈도우 신뢰도(SWR)**: 각 주파수·고도 조합에 대해 60 s 윈도우 내 95 % 이상의 샘플이 T₆G 이하인지 판단한다. 2. **USAR(Usable Spectrum Availability Ratio)**: 고도 h에서 신뢰도 기준을 만족하는 주파수 bin의 비율을 나타내며, 연속적인 서비스 제공 가능성을 정량화한다. 3. **LCCB(Largest Contiguous Clean Bandwidth)**: USAR을 만족하는 연속 bin 중 가장 큰 구간의 폭을 60 kHz 단위로 환산해, 단일 캐리어 혹은 최소 집계가 가능한 최대 대역폭을 제공한다. 4. **SFI(Spectral Fragmentation Index)**: 전체 사용 가능 bin 중 가장 큰 연속 구간이 차지하는 비율을 기반으로 파편화 정도를 0‑1 사이 값으로 표현한다. 5. **Maximum Measured Power**: 각 (주파수, 고도) 쌍에서 관측된 최대 전력을 기록해, RF 프론트‑엔드 설계 시 헤드룸 요구사항을 파악한다. 두 후보 대역에 대한 분석 결과는 다음과 같다. **2.69‑2.9 GHz 대역** - 2022·2023년 USAR≈0.95‑1.0, 고도 전반에 걸쳐 거의 전체 대역이 사용 가능했다. - 2024년에는 고도 200 m 이상에서 USAR가 0.65까지 급락, 2025년에도 0.8 수준에 머물러 연속성 저하가 두드러졌다. - LCCB는 2022·2023년 약 300 MHz(≈5 MHz 연속 구간)였으나, 2024년에는 50‑100 MHz 수준으로 감소, 연속 대역폭 확보가 어려워졌다. - SFI는 2024년에 0.45까지 상승, 여러 작은 구간으로 파편화됨을 나타냈다. - 최대 전력은 30‑40 dBm 범위로, 고출력 레이더·방송 시스템에 의한 피크 간섭이 존재한다. **4.4‑4.94 GHz 대역** - 연도별 USAR가 0.85‑0.95 사이에서 비교적 안정적이며, 2024년에도 0.78 수준으로 큰 하락이 없었다. - LCCB는 대부분의 고도에서 200‑400 MHz, 최고 600 MHz까지 연속 대역을 제공, 넓은 캐리어 구성이 가능함을 시사한다. - SFI는 0.2‑0.3 수준에 머물러 파편화가 적고, 연속성 유지가 용이했다. - 최대 전력은 25‑35 dBm 수준으로, 2.7 GHz 대역보다 낮아 RF 설계 시 헤드룸 확보가 상대적으로 수월하다. 이러한 결과는 “명목 대역폭이 넓다”는 지표만으로는 6G 서비스의 실질적 가능성을 판단할 수 없으며, 연속성·시간적 안정성·극한 간섭 제어가 핵심임을 강조한다. 정책 입안자는 고도·시간에 따른 USAR·LCCB 변동성을 고려해, 연속 대역 확보가 어려운 경우 동적 스펙트럼 접근, 다중 캐리어 집계, 혹은 인프라 재배치를 통한 보완 방안을 모색해야 한다. 또한, 측정 기반의 구조적 메트릭을 활용해 연방·비연방 서비스 재배치·전환 시나리오를 사전 평가함으로써, 효율적인 6G 대역 재분배와 상용화를 촉진할 수 있다.