5G 전자파 새 측정방법으로 60% 효율화…"초고주파는 표피서 대부분 반사"

5G 기지국과 단말기가 발생시키는 전자파 측정방법을 연구한 성과가 발표돼 주목된다. 이 방법을 사용하면 전자파를 측정하는데 들이는 노력을 60%까지 절감할 수 있다.

5G가 처음 상용 서비스 된 2019년과 지난해까지만 해도 고주파 대역의 전자파기 때문에 인체에 미치는 악영향이 클 것이란 괴담이 떠돌았다. 이어 지난해 12월 정부와 연구기관이 1천300여곳의 전자파 양을 측정해 이전 세대통신보다 인체 영향력이 적고 인체보호기준을 만족한다는 분석 결과를 발표, 국민들을 안심시켰다.

그러나 이는 개별 측정값을 비교한 것이어서 일반화하기는 어려웠고, 기존 전자파강도 측정기준 고시에 명시된 5G 기지국 주변 전자파량을 구하는 산식은 복잡했다.

LTE 통신 전자파 발생(왼쪽)과 5G 전자파 발생(오른쪽) 모습을 설명한 발표 장표.

국립전파연구원은 8일 미래전파연구 발표회를 통해 ▲5G 기지국 전자파 강도 평가기술 ▲5G 전자파 인체노출량 평가기술 ▲휴대전화 전자파 동시 노출시 인체노출량 평가방법 등 연구 성과를 공개했다.

이번 발표는 고주파 대역의 전자파 측정방법을 새롭게 도출한 것이어서, 거리별 전자파 도달량과 인체에 미치는 영향력을 파악할 수 있는 근간이 된다. 5G 주파수 대역의 기지국 전자파 강도 측정기준을 추가하기 위한 개정 고시도 최근 진행됐다.

5G부터는 LTE 통신때까지와 전자파량 측정방식이 다르다. 안테나 구조가 완전히 다르기 때문이다. LTE 안테나는 방사형으로 전자파가 나오나, 여러 개의 작은 안테나를 평면에 붙여 전파 강도를 높이는 ‘빔포밍’ 기술이 사용된 5G에서는 일방향으로 전자파가 방출된다. 국립전파연구원은 5G 주파수 특성이 고려된 새로운 측정 방법을 개정고시에 추가했다.

5G 기지국 주변의 전자파 도달량을 구하는 식을 구하기 위해 연구진들은 인공지능(AI) 기술을 사용했다. 기존 방식대로 기지국 주변 반지름 1m 안팎의 간격마다 전자파 도달량을 측정하려면 한 구간에서 많게는 100개 지점씩 측정해야 한다. 간격이 0.5m일 경우 측정 포인트는 더 많아지게 돼 현실적인 어려움이 있다.

전양배 카이스트 연구원은 “의무측정 데이터와 우리의 실측 데이터를 기반으로 인공지능 학습을 시켰다”며 “이것이 실질적으로 도심이나 시외 고속도로 등 특정 지점의 기지국에서 나오는 전자파 강고가 실측한 데이터와 얼마나 일치하는지 확인하는 작업을 거쳤다”고 설명했다.

또한 전 연구원은 “데이터가 많은 것도 중요하지만, 예측 가능한 올바른 데이터가 많이 있는 것이 중요하다”며 “그럴 경우 충분히 AI 학습을 통해 전자파 강도를 예측하고, 이는 기지국뿐 아니라 다른 기기에 대해서도 새로 적용이 가능할 것으로 전망된다”고 강조했다.

전자파 인체보호 제도는 2000년 12월 제정됐고, 2002년에 휴대전화 전자파 기준이 신설됐다. 전기장판 전자파 기준은 2017년, 생활 속 레이더 기준은 2018년, 5G 휴대전화나 기지국 기준은 2019년부터 적용됐다. 향후 6G나 신기술이 나오면 이에 대한 기준도 추가되게 된다.

최동근 국립전파연구원 연구사는 “5G 전자파 평가시 중요한 것이 환산계수인데, 이전 고시에서는 복잡한 수식으로 돼있지만 개정된 수식에는 (정규화, 제로스팬 등을 적용해) 간단하게 바뀌었다”면서 “이는 국제표준 수준에도 맞춘 것”이라고 말했다.

이어 “개선된 방법을 이용하면 들이는 노력을 60% 정도 줄일 수 있고, 이는 하반기 적극행정의 우수사례로 선정되기도 했다”고 덧붙였다.

30GHz는 표피서 대부분 반사…와이파이·NFC 복합 측정 필요성 대두

방진규 영산대 교수는 저대역, 고대역 주파수가 동시에 영향을 받는 휴대전화의 전자파 영향력을 연구한 성과에 대해 발표했다.

스마트폰에는 3G, LTE, 5G 등 다양한 대역의 통신주파수를 비롯해, 이외에도 와이파이, 블루투스, DMB, FM 라디오, NFC 등 전자파가 활용된다. 특히 5G 이상의 mmWave 구간에 대해서는 추가적인 연구가 필요한 상황이었다.

저주파 대역에서는 전자파가 인체에 흡수되는 양이 비교적 많고, mmWave으로 갈수록 표피에서 머문다.

고주파일수록 피부에 투과되는 양보다는 반사되는 양이 더 많다. 6GHz인 경우 전자파가 8mm까지 투과해 지방층까지 들어가며, 10GHz에서는 4mm까지 흡수된다. 30GHz 등 mmWave 수준이 되면 0.92mm로 거의 표피 진피에 머물게 된다.

따라서 저주파 대역에서는 질량 변수가 포함된 공식, 고주파 대역에서는 평면적인 요소가 사용된 공식을 사용하는 것이 특징이다. 각각을 SAR(specific absorption rate), PD(power density) 공식이라 한다.

우리나라의 경우 10GHz까지를 SAR공식으로, 이후 구간을 PD 공식으로 계산한다. FCC와 ICNIRP, IEEE 등은 6GHz 전후로 나눈다. 5.9GHz나 6.1GHz 같은 애매한 구간일 경우 인체와 유사한 액체공간에서 측정하는 SAR 환경에서 DP 방식으로 측정한다. 6GHz 와이파이의 경우 이같은 방법으로 측정할 수 있는 길이 열렸다.

다양한 대역의 전파가 사용되는 환경에서는 특정 전파 쪽으로 전자파가 강화되거나 혹은 중간값으로 수렴하는 결과가 도출됐다.