Booil Jung

전이중 상호작용

현대 통신 기술의 발전은 단순히 더 빠른 속도를 넘어, 보다 효율적이고 자연스러우며 지능적인 상호작용을 지향하고 있다. 이러한 진화의 중심에 ‘전이중(Full-Duplex, FD) 상호작용’ 기술이 자리 잡고 있다. 전통적인 통신 방식이 정보를 단방향으로 전달하거나(Simplex), 순차적으로 주고받는(Half-Duplex) 제약에 묶여 있었다면, 전이중 기술은 동일한 주파수 자원을 사용하여 송신과 수신을 동시에 수행함으로써 통신의 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있다. 이는 이론적으로 주파수 효율성을 두 배로 높이는 것을 넘어, 통신 지연 시간을 획기적으로 줄이고, 네트워크의 구조적 문제를 해결하며, 나아가 인간과 기계, 그리고 기계와 기계 간의 상호작용 방식을 재정의할 잠재력을 지닌다.

그러나 이러한 혁신적인 가능성 이면에는 ‘자기 간섭(Self-Interference, SI)’이라는 거대한 기술적 장벽이 존재한다. 자신의 강력한 송신 신호가 자신의 미약한 수신 신호를 압도하는 이 문제는 전이중 통신 상용화의 가장 큰 걸림돌이었다. 지난 10여 년간 학계와 산업계는 이 문제를 해결하기 위해 전파, 아날로그, 디지털 영역을 아우르는 정교하고 다층적인 간섭 제거 기술(Self-Interference Cancellation, SIC)을 발전시켜 왔으며, 최근에는 120dB 이상의 경이적인 간섭 제거 성능을 달성하며 상용화의 문턱에 다가서고 있다.

본 보고서는 전이중 상호작용의 개념적 기초부터 시작하여, 그 핵심 기술 과제인 자기 간섭 및 다중 영역 간섭 제거 기술의 원리와 현황을 심층적으로 분석한다. 나아가 3GPP(5G-Advanced, 6G) 및 IEEE(Wi-Fi 7)와 같은 주요 표준화 동향을 살펴보고, 실제 상용화를 가로막는 기술적, 경제적 과제들을 조명한다. 마지막으로, 전이중 기술이 통합 감지 및 통신(Integrated Sensing and Communication, ISAC), AI 네이티브 시스템, 그리고 자연스러운 인간-컴퓨터 상호작용과 같은 미래 기술의 지평을 어떻게 열어가고 있는지 탐구하며, 이 기술이 가져올 미래 통신 환경의 청사진을 제시하고자 한다.

전이중 상호작용의 혁신성을 이해하기 위해서는 먼저 통신 방식의 기본적인 스펙트럼을 이해해야 한다. 데이터 흐름의 방향성에 따라 통신 기술은 단방향(Simplex), 반이중(Half-Duplex), 그리고 전이중(Full-Duplex) 방식으로 구분되며, 각 방식은 고유한 원리, 장단점, 그리고 적용 분야를 가진다.1 이러한 방식들의 역사적 발전 과정은 기술이 어떻게 더 자연스럽고 제약 없는 상호작용을 향해 진화해왔는지를 명확히 보여준다.

단방향 통신은 데이터가 한쪽 방향으로만 흐르는 가장 기본적인 통신 형태이다.3 송신 측은 오직 데이터를 보내는 역할만 수행하고, 수신 측은 오직 데이터를 받는 역할만 수행하도록 역할이 사전에 고정되어 있다.1 이는 마치 일방통행 도로와 같아서, 반대 방향으로는 어떠한 정보의 흐름도 허용되지 않는다.4

이 방식의 메커니즘은 매우 단순하여 단일 통신 채널만으로 구현이 가능하다.7 대표적인 예로는 라디오나 텔레비전 방송과 같이 방송국이 시청자에게 일방적으로 정보를 송출하는 경우, 사용자가 컴퓨터에 데이터를 입력하는 키보드, 그리고 컴퓨터가 사용자에게 정보를 출력하는 모니터 등이 있다.1

단방향 통신의 가장 큰 장점은 장비가 간단하고 비용이 저렴하며 전력 소모가 적다는 점이다.7 하지만 그 유용성은 피드백이나 상호작용이 전혀 필요 없는 응용 분야에 국한된다. 수신 측이 데이터를 정확하게 수신했는지 확인할 방법이 없다는 것은 이 방식의 치명적인 단점이다.7

반이중 통신은 양방향으로 데이터 전송이 가능하지만, 동시에는 불가능한 방식이다.3 즉, 한쪽이 송신하는 동안 다른 쪽은 수신만 할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지다. 이는 ‘양방향 교대 통신(Two-way alternating communication)’으로 정의할 수 있다.2

메커니즘적으로 반이중 통신은 단일 통신 채널을 송신과 수신이 시간적으로 공유하는 형태로 동작한다.3 이 때문에 한쪽의 전송이 끝나고 다른 쪽이 전송을 시작하기까지 방향을 전환하는 데 필요한 ‘전송 반전 시간(Turn Around Time)’이 발생한다.10 만약 두 장치가 동시에 데이터를 전송하면 채널에서 ‘충돌(Collision)’이 발생하여 데이터가 손상된다.1 이 충돌 문제를 해결하기 위해 초기 유선 이더넷(Ethernet) 환경에서는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)와 같은 프로토콜이 개발되었다. 이 프로토콜은 데이터를 전송하기 전에 채널이 비어 있는지 확인하고, 전송 중 충돌이 감지되면 전송을 중단하고 잠시 대기한 후 재전송하는 방식으로 작동한다.3

가장 대표적인 예는 ‘Push-To-Talk(PTT)’ 버튼을 눌러야만 말할 수 있는 무전기(Walkie-talkie)나 CB 라디오, 그리고 구형 이더넷 허브(Hub) 환경이다.1 반이중 통신은 단방향보다는 상호작용이 가능하지만, 순서를 기다려야 하는 본질적인 지연 시간(Latency)과 낮은 처리량(Throughput)이라는 한계를 가진다.9 이는 전이중 방식에 비해 효율성이 떨어지는 근본적인 원인이 된다.12

전이중 통신은 통신하는 양측이 데이터를 동시에 송수신할 수 있는 가장 진보된 방식이다.2 이는 마치 두 사람이 전화 통화를 하거나 얼굴을 마주 보고 대화하는 것처럼, 상대방의 말을 들으면서 동시에 자신의 말을 할 수 있는 자연스러운 상호작용을 기술적으로 구현한 것이다.15

전이중 통신을 구현하는 메커니즘은 크게 두 가지로 나뉜다.

1. 물리적으로 분리된 채널 (이중 단방향, Dual-Simplex): 송신용과 수신용으로 두 개의 독립적인 물리적 경로를 사용하는 방식이다. 예를 들어, 4선식 회로나 이더넷 케이블 내의 분리된 두 쌍의 연선(twisted pair), 또는 두 가닥의 광섬유를 각각 송신과 수신에 할당하는 경우가 여기에 해당한다.7 이 방식은 물리적으로 경로가 분리되어 있어 충돌이 원천적으로 발생하지 않는 환경을 제공한다.1
2. 공유 채널 용량 분할: 단일 물리적 매체를 사용하되, 반대 방향으로 이동하는 신호들이 채널의 용량을 나누어 쓰도록 하는 방식이다. 무선 통신에서는 주파수 분할 이중 방식(Frequency Division Duplex, FDD)이나 시분할 이중 방식(Time Division Duplex, TDD)과 같은 다중 접속 기술을 통해 이를 구현한다.17 전통적인 2선식 전화망에서는 ‘하이브리드 코일(Hybrid Coil)’이라는 특수한 변압기를 사용하여 단일 회선에서 송수신 신호를 분리한다.14

전화기, 현대의 이동통신 시스템, 이더넷 스위치, 화상 회의 시스템, 실시간 채팅 등 오늘날 대부분의 양방향 통신 시스템은 전이중 방식을 기반으로 한다.1

전이중 통신은 이론적으로 반이중 방식에 비해 대역폭 활용률을 두 배로 높여 최고의 성능을 제공한다.3 이는 더 빠른 데이터 속도, 더 높은 처리량, 그리고 현저히 낮은 지연 시간으로 이어진다.9 하지만 이러한 고성능은 더 복잡한 회로, 높은 전력 소모, 그리고 비싼 구축 비용이라는 대가를 요구한다.1

기술의 발전은 단순히 기술적 지표를 개선하는 것을 넘어, 인간 중심의 상호작용 모델을 향한 여정으로 해석될 수 있다. 단방향 통신이 라디오나 TV와 같은 초기 대중 매체의 일방적인 정보 소비 방식을 반영했다면 1, 반이중 통신은 무전기와 같이 자원이 제한된 환경에서 시도된 초기 형태의 구조화된 상호작용을 보여준다. 이 단계에서는 CSMA/CD와 같은 복잡한 프로토콜을 통해 질서 있는 대화를 강제해야만 했다.3 전이중 통신은 이러한 구조적 제약을 제거함으로써, 뒤섞이고 중첩되지만 매우 효율적인 인간의 실제 대화와 가장 유사한 통신 환경을 구현했다.2 이러한 흐름은 오늘날 인공지능 비서에 전이중 기술을 적용하여 기계와의 대화에서 마지막 남은 ‘순차적’인 부자연스러움을 없애려는 시도로 이어지고 있다.24

네트워크 운영에서 간과하기 쉬운 중요한 문제 중 하나는 ‘이중화 불일치(Duplex Mismatch)’이다. 이는 연결된 두 장비가 서로 다른 이중화 모드로 설정될 때(예: 한쪽은 전이중, 다른 쪽은 반이중) 발생하며, 심각한 성능 저하를 유발한다.3 전이중으로 설정된 장비는 채널이 항상 비어있다고 가정하고 언제든 데이터를 전송하는 반면, 반이중으로 설정된 장비는 상대방의 지속적인 전송을 채널 사용 중으로 감지하여 데이터 전송을 계속 미루거나, 전송 시도를 하더라도 전이중 측에서는 예상치 못한 충돌을 일으키게 된다. 이 문제는

자동 협상(auto-negotiation) 프로토콜의 차이로 인해 발생하기도 하며, 진단이 어려워 네트워크 관리의 숨겨진 복병으로 작용할 수 있다. 이 때문에 안정성이 중요한 환경에서는 자동 협상 기능을 비활성화하고 속도와 이중화 모드를 수동으로 고정하는 것이 권장되기도 한다.3 이는 전이중 기술의 혜택이 올바르게 구성되고 호환되는 생태계 위에서만 온전히 발휘될 수 있음을 시사한다.

아래 표는 세 가지 통신 방식의 주요 특징을 종합적으로 비교하여 보여준다.

특징	단방향 (Simplex)	반이중 (Half-Duplex)	전이중 (Full-Duplex)
통신 방향	단방향 (Unidirectional)	양방향-교대 (Bidirectional-Alternating)	양방향-동시 (Bidirectional-Simultaneous)
성능/처리량	낮음 (Low)	중간 (Medium)	높음 (High)
지연 시간	높음 (High)	중간 (Medium)	낮음 (Low)
복잡도	낮음 (Low)	중간 (Medium)	높음 (High)
비용	낮음 (Low)	중간 (Medium)	높음 (High)
대역폭 활용	단일 활용	단일 활용 (시간 공유)	2배 활용
충돌	해당 없음	단일 충돌 도메인	충돌 없음 (적절한 구현 시)
주요 예시	라디오, TV, 키보드	무전기, 이더넷 허브	전화, 이더넷 스위치

(자료 종합: 1)

전이중 통신, 특히 동일 주파수 대역 내에서 송수신을 동시에 수행하는 ‘동일 대역 전이중(In-Band Full-Duplex, IBFD)’ 기술의 상용화를 가로막는 가장 근본적이고 거대한 장애물은 바로 자기 간섭(Self-Interference, SI)이다. 이 문제를 해결하기 위한 다층적이고 정교한 공학적 접근법인 자기 간섭 제거(Self-Interference Cancellation, SIC) 기술은 전이중 통신 연구의 핵심을 이룬다.

자기 간섭은 IBFD 시스템에서 노드 자신의 강력한 송신(TX) 신호가 동일 노드의 민감한 수신(RX) 회로로 누설되어, 멀리서 오는 매우 미약한 목표 수신 신호를 완전히 덮어버리는 현상을 의미한다.26 이는 IBFD 구현에 있어 가장 큰 실질적인 장애물로 꼽힌다.26

이 문제의 심각성은 송신 신호와 수신 신호 간의 엄청난 전력 차이에서 비롯된다. 일반적인 무선 환경에서 자기 간섭 신호의 전력은 목표 수신 신호보다 수백만 배에서 수십억 배, 즉 100dB에서 110dB 가량 더 강력할 수 있다.26 예를 들어, 펨토셀 기지국 환경에서 송신 전력이 21dBm이고 안테나 간 격리도가 15dB일 때, 수신단에 도달하는 자기 간섭 신호는 −100dBm 수준의 잡음 플로어(noise floor)보다 무려 106dB나 높을 수 있다.26 따라서 전이중 시스템이 반이중 시스템과 동등한 성능을 내기 위해서는, 이 막대한 전력 차이를 간섭 제거 기술을 통해 거의 완벽하게 상쇄해야만 한다.26

자기 간섭 신호는 단순히 송신 신호의 깨끗한 복사본이 아니다. 여러 경로와 하드웨어적 불완전성을 거치면서 복잡하게 변형된다.

• 직접 경로 (안테나 커플링): 가장 주된 간섭원은 송신 안테나와 수신 안테나 간의 직접적인 전자기적 결합(coupling)이다.29
• 반사 경로 (환경적 다중 경로): 송신된 신호는 주변의 건물, 벽, 사물 등에 반사되어 시간적으로 지연되고 감쇠된 여러 개의 복사본이 되어 수신 안테나에 도달한다.26 이 다중 경로(multipath) 현상은 간섭 채널을 주파수 선택적(frequency-selective)으로 만들며, 단일 경로 간섭을 제거하는 것보다 훨씬 더 복잡한 문제를 야기한다.
• 비선형 왜곡 (Non-linear Distortions): 자기 간섭 신호는 아날로그 RF 회로 체인을 통과하면서 다양한 비선형 왜곡을 겪게 된다.27 이러한 왜곡을 정확히 모델링하고 제거하는 것이 고성능 SIC의 핵심이다.
  • 전력 증폭기(PA) 비선형성: 전력 증폭기는 입력 신호를 증폭하는 과정에서 완벽하게 선형적으로 동작하지 않아 고조파(harmonics) 및 상호변조 왜곡(intermodulation distortion)을 발생시킨다.27
  • I/Q 불균형: 동위상(In-phase, I) 신호와 직교위상(Quadrature-phase, Q) 신호를 처리하는 경로 간의 미세한 이득 및 위상 차이로 인해 신호가 왜곡된다.27
  • 위상 잡음(Phase Noise): 신호를 생성하는 발진기(oscillator)의 불완전성으로 인해 신호의 위상에 미세한 무작위적 변동이 발생한다.27
  • ADC 한계: 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 처리할 수 있는 신호의 크기 범위, 즉 동적 범위(dynamic range)가 제한적이다. 만약 앞선 단계에서 자기 간섭 신호가 충분히 제거되지 않으면, 강력한 간섭 신호가 ADC를 포화(saturation)시켜 목표 신호의 정보를 완전히 소실시키고 디지털 영역에서의 복구를 불가능하게 만든다.26

이처럼 복잡하고 강력한 자기 간섭을 효과적으로 제거하기 위해, 현대의 전이중 시스템은 전파(propagation), 아날로그(analog), 디지털(digital)의 세 가지 영역에 걸쳐 간섭 제거 기술을 계단식으로 적용하는 다중 영역 전략을 채택한다.26 각 단계의 목표는 자기 간섭 전력을 점진적으로 감쇠시켜 최종적으로 수신기의 잡음 플로어 수준까지 낮추는 것이다.27

• 원리: 송신 경로와 수신 경로를 물리적으로 최대한 격리하여 자기 간섭 신호가 수신 안테나에 도달하는 양 자체를 원천적으로 줄이는 방식이다. 이는 별도의 전력을 소모하지 않는 수동적(passive) 기술에 해당한다.34

• 주요 기술:

  • 안테나 이격: 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 물리적 거리를 늘리는 가장 간단한 방법이다. 다만 이는 장치의 크기를 증가시키는 단점이 있다.26
  • 안테나 지향성 및 차폐: 지향성 안테나를 사용하여 송신 에너지가 수신 안테나 방향으로 방사되는 것을 최소화하거나, 두 안테나 사이에 전파 흡수 물질로 만들어진 차폐 구조를 배치한다.26
  • 교차 편파(Cross-Polarization): 송신 안테나와 수신 안테나의 편파를 서로 직교하도록(예: 수직 편파와 수평 편파) 설계하여 신호 간 결합을 줄인다. 이는 삼성의 프로토타입에서도 활용된 핵심 기술이다.26
  • 안테나 널링(Null-Steering): 다중 안테나를 사용하여 방사 패턴을 제어하고, 수신 안테나 방향으로 방사 이득이 거의 0에 가까운 ‘널(null)’을 형성하여 간섭을 상쇄한다.28

• 제거 성능: 일반적으로 20dB ~ 50dB 수준의 격리도를 달성할 수 있다.28 삼성전자가 개발한 프로토타입은 초크 벽(choke wall)과 교차 편파를 결합한 고도화된 통합 안테나 설계를 통해 **

  70.3dB**라는 매우 높은 수동적 간섭 제거 성능을 시연했다.35

• 한계: 주변 환경의 반사파는 이러한 물리적 격리를 우회하여 수신기로 유입될 수 있으므로, 반사가 심한 환경에서는 성능이 크게 저하될 수 있다.26

• 원리: 송신 신호의 일부를 복제(tap)하여 아날로그 RF 회로 단에서 간섭 신호의 진폭, 위상, 지연 시간을 모방한 ‘역위상 신호(anti-signal)’를 생성한다. 이 신호를 ADC에 입력되기 전의 수신 신호에서 빼줌으로써 간섭을 상쇄하는 능동적(active) 제거 단계이다.27 이 단계의 가장 중요한 목표는 강력한 간섭 신호로 인한 ADC 포화를 방지하는 것이다.35

• 주요 기술:

  • 탭 지연 라인(Tapped-Delay Line): 여러 개의 지연 소자, 가변 감쇠기, 위상 변위기를 직렬 또는 병렬로 연결하여 다중 경로 간섭 채널을 모델링하고 상쇄 신호를 생성한다.35
  • 벡터 변조기(Vector Modulator): 위상 변위, 감쇠, 하향 변환(down-mixing) 기능을 효율적으로 통합하여 상쇄 신호를 생성하는 고집적 아키텍처이다.29
  • 밸런(Balun) 제거: 평형-불평형 변환기(balun)를 사용하여 송신 신호의 역상 신호를 생성하고 이를 간섭 제거에 활용하는 방식이다.28

• 제거 성능: 추가적으로 20dB ~ 60dB의 간섭 제거가 가능하다.28 삼성 프로토타입의 경우, 1단계에서 매우 높은 안테나 격리도를 확보했기 때문에 RF 단에서는 **

  12dB**의 비교적 낮은 제거량만으로도 ADC 포화를 막기에 충분했다.35

• 한계: 아날로그 회로 자체의 불완전성으로 인해 추가적인 잡음과 왜곡이 발생할 수 있다. 또한, 넓은 대역폭에 걸쳐 일관된 성능을 유지하기 어려워 광대역 전이중 구현의 주요 난제로 작용한다.26 회로의 복잡성과 전력 소모 또한 중요한 고려사항이다.38

• 원리: ADC를 통과하여 디지털화된 신호에 대해 정교한 디지털 신호 처리(DSP) 기술을 적용하여 남아있는 잔여 자기 간섭(residual SI)을 제거하는 마지막 단계이다.27 수신단은 자신이 전송한 데이터를 정확히 알고 있으므로, 이를 기반으로 매우 정밀한 잔여 간섭 모델을 생성하고 제거할 수 있다.

• 주요 기술:

  • 선형 디지털 제거: LMS(Least Mean Squares)와 같은 적응형 필터 알고리즘을 사용하여 잔여 간섭의 선형적인 성분을 추정하고 제거한다.28
  • 비선형 디지털 제거: 고성능 SIC 달성의 핵심이다. 전력 증폭기 등에서 발생한 비선형 왜곡 성분을 모델링하고 제거한다.
    • 다항식 모델(Polynomial Models): 병렬 해머스타인(Parallel Hammerstein) 모델과 같은 다항식 기반의 수학적 모델을 사용하여 비선형성을 표현하고 제거한다.36 효과적이지만 모델의 차수가 높아질수록 연산 복잡도가 급격히 증가하는 단점이 있다.36
    • 머신러닝/신경망(Machine Learning/Neural Networks): 심층 신경망(DNN)을 이용하여 복잡한 비선형 간섭 채널을 데이터로부터 직접 학습하고 제거하는 최신 접근법이다. 기존 다항식 모델과 동등하거나 더 나은 성능을 보이면서도 연산 복잡도를 크게 낮출 수 있어 활발히 연구되고 있다.36

• 제거 성능: 최종적으로 40dB ~ 60dB 이상의 간섭을 추가로 제거하여, 잔여 간섭을 수신기 잡음 플로어 수준 또는 그 이하로 떨어뜨린다.28 삼성 프로토타입은 디지털 단에서

  40dB 이상의 제거 성능을 달성하여, 최종 잔여 간섭을 잡음 플로어보다 단 3dB 높은 수준으로 억제했다.35

• 한계: 디지털 제거의 성능은 근본적으로 ADC의 동적 범위, 즉 양자화 잡음(quantization noise)에 의해 제한된다.26 만약 아날로그 단에서 간섭 제거가 불충분하여 ADC가 포화되면, 디지털 기술로는 손실된 신호를 복구할 수 없다.

성공적인 전이중 시스템 설계는 이 세 가지 영역의 기술을 독립적으로 최적화하는 것이 아니라, 유기적으로 연계하여 전체 시스템을 공동으로 설계하는 데 달려있다. 예를 들어, 삼성 프로토타입의 사례에서 보듯이, 안테나 단에서 월등한 수동적 격리 성능(70.3dB)을 확보함으로써 35, 상대적으로 복잡하고 전력 소모가 큰 아날로그 RF 제거 회로의 부담을 크게 덜어줄 수 있었다(단

12dB만 필요). 이는 각 영역 간의 상보적인 관계를 명확히 보여준다. 반대로, 디지털 제거 기술은 ADC의 물리적 성능이라는 명확한 한계에 부딪히기 때문에 26, 앞선 전파 및 아날로그 단계에서 반드시 ADC 포화를 막을 수 있을 만큼의 간섭 제거를 달성해야만 하는 제약 관계도 존재한다. 결국, 전이중 시스템의 성능은 안테나, RF 회로, 디지털 알고리즘 중 어느 한쪽의 기술만으로는 달성될 수 없으며, 이들 간의 균형 잡힌 최적화가 필수적이다.

또한, 간섭 제거 기술의 발전 방향은 정적인 채널을 가정했던 초기 모델에서 동적으로 변화하는 실제 환경에 적응하는 방향으로 진화해왔다. 초기에는 알려진 신호를 단순히 빼는 개념에서 시작하여 26, 실시간 채널 변화를 추적하는 적응형 필터가 도입되었다.28 그러나 하드웨어의 복잡한 비선형 왜곡을 처리하는 데 한계를 보이자, 이를 명시적으로 모델링하는 다항식 기법이 등장했다.36 그리고 마침내, 채널의 시변 특성과 하드웨어의 비선형성을 동시에, 그리고 별도의 수학적 모델 없이 데이터로부터 직접 학습할 수 있는 머신러닝 및 신경망 기술이 가장 강력한 해결책으로 부상하고 있다.36 이는 ‘신호 제거’라는 문제의 정의가 ‘복잡하고, 시변적이며, 비선형적인 시스템을 실시간으로 모델링하고 상쇄하는’ 문제로 진화했음을 보여주며, 이러한 복잡성에 대응하기 위해 데이터 기반의 지능형 학습 기술이 자연스럽게 채택되었음을 의미한다.

아래 표는 이러한 다중 영역 자기 간섭 제거 프레임워크를 요약하여 보여준다.

영역	원리	주요 기술	일반적 제거 이득(dB)	주요 한계점
전파 (수동)	물리적 격리	안테나 이격, 교차 편파, 차폐	20 ~ 70	환경적 반사파
아날로그 RF (능동)	ADC 이전 신호 상쇄	탭 지연 라인, 벡터 변조기	20 ~ 60	대역폭, 부품 불완전성
디지털 기저대역 (능동)	ADC 이후 정밀 보정	적응형 필터(선형), 다항식/ML 모델(비선형)	40 ~ 60+	ADC 동적 범위
전체 시스템	계단식 연계 제거	세 영역의 통합 설계	>120 (시연됨)	시스템 전체의 복잡도 및 비용
(자료 종합: 26)

실험실 수준의 기술적 성공을 넘어 실제 통신망에 전이중 기술을 적용하기 위해서는 표준화 기구의 지원과 상용화 과정에서 발생하는 다양한 현실적 문제들을 해결해야 한다. 3GPP와 IEEE와 같은 주요 표준화 단체들은 전이중 기술의 잠재력을 인정하면서도, 기존 시스템과의 호환성 및 구현 복잡성을 고려한 점진적이고 실용적인 접근법을 취하고 있다.

현행 5G NR(New Radio) 시스템에서는 시분할 이중 방식(TDD)이 널리 사용되고 있다. TDD는 상향링크(Uplink, UL)와 하향링크(Downlink, DL)가 동일한 주파수 대역을 시간적으로 나누어 사용하므로 주파수 자원의 유연한 활용이 가능하지만, 시간 분할로 인한 본질적인 지연 시간 증가와 특정 상황에서의 상향링크 처리량 감소라는 단점을 안고 있다.51 전이중 기술은 이러한 TDD의 한계를 극복할 수 있는 자연스러운 진화 방향으로 여겨진다.

이에 3GPP는 5G-Advanced(Release 18) 표준화 과정에서 ‘이중화 방식 진화(Duplex Evolution)’에 대한 연구 과제(Study Item)를 시작했으며, 그 핵심으로 부대역 전이중(Sub-band Full Duplex, SBFD) 기술을 집중적으로 검토하고 있다.51

SBFD는 완전한 동일 대역 전이중(IBFD)의 극심한 기술적 난이도를 피하면서도 전이중의 핵심 이점을 일부 취하기 위한 실용적인 절충안이다. SBFD 시스템에서 기지국(gNB)은 동일한 TDD 주파수 대역 내에서 서로 겹치지 않는(non-overlapping) 다른 주파수 부대역을 사용하여 송신과 수신을 동시에 수행한다.51 예를 들어, 넓은 TDD 대역의 일부는 DL 전송에, 나머지 일부는 UL 수신에 동시에 할당하는 방식이다. 이 구조에서는 단말(UE)은 기존과 같이 반이중(Half-Duplex)으로 동작하며, 기지국만이 SBFD 기능을 수행한다.51 이 접근법은 가장 해결하기 어려운 기지국-기지국 간 자기 간섭 문제를 완화하면서도, 상향링크 커버리지 향상, 지연 시간 감소, 비대칭적인 트래픽에 대한 시스템 용량 및 설정 유연성 증대와 같은 중요한 목표를 달성할 수 있다.51

전이중 기술의 주요 응용 분야 중 하나는 통합 액세스 및 백홀(Integrated Access and Backhaul, IAB)이다. IAB 노드는 유선 백홀 연결이 어려운 지역에 무선으로 백홀을 제공하는 소형 기지국인데, 전이중 기술을 적용하면 단말에 서비스를 제공하는 액세스 링크와 코어망에 연결되는 백홀 링크를 동시에 운영할 수 있어 지연 시간을 줄이고 네트워크 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.54

더 나아가, 6G를 향한 비전에서 전이중 기술은 핵심 기반 기술 중 하나로 간주된다.55 3GPP Release 20부터는 6G 표준의 기초가 될 공식적인 연구가 시작되며, 이는 Release 21 이후 본격적인 6G 표준 규격으로 이어질 예정이다.56 6G 시대에는 SBFD를 넘어 더욱 진보된 형태의 전이중 기술이 네트워크 전반에 적용될 것으로 기대된다.

Wi-Fi로 대표되는 IEEE 802.11 계열의 무선랜 표준은 전통적으로 반이중 방식과 ‘말하기 전에 먼저 듣는(listen-before-talk)’ 원칙에 기반한 CSMA/CA(Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 매체 접근 제어(MAC) 프로토콜을 사용해왔다.30

동일 대역 전이중(IBFD)은 이러한 기본 원칙과 정면으로 충돌한다. IBFD 노드는 항상 송신과 수신을 동시에 하므로, 채널을 감지하는 기존의 반이중 노드들에게는 채널이 영원히 사용 중인 것처럼 보이게 된다. 이는 기존 노드들이 채널에 접근할 기회를 잃게 만드는 ‘기아(starvation)’ 현상을 유발할 수 있다. 따라서 IBFD를 무선랜에 도입하기 위해서는 기존의 CSMA/CA를 완전히 대체하거나 대폭 수정하는 새로운 MAC 프로토콜 설계가 필수적이다.30

IBFD 기술은 Wi-Fi 7(IEEE 802.11be) 표준의 후보 기술 중 하나로 논의되었으나, 앞서 언급한 자기 간섭 문제와 MAC 프로토콜의 복잡성 때문에 최종 표준에서는 필수 기능으로 채택되지 않았다.59

대신 Wi-Fi 7은 다중 링크 운용(Multi-Link Operation, MLO)이라는 혁신적인 기능을 도입하여 전이중과 유사한 효과를 구현했다.60 MLO는 하나의 단말이 하나의 AP(Access Point)에 2.4GHz, 5GHz, 6GHz 대역 중 여러 개의 주파수 대역/채널을 통해 동시에 연결될 수 있도록 허용하는 기술이다. MLO는 두 가지 주요 모드로 동작한다.

• 링크 집합(Link Aggregation): 전송할 데이터를 나누어 여러 링크를 통해 동시에 전송함으로써 전체 처리량을 극대화한다.61
• 링크 중복(Link Redundancy): 동일한 데이터를 여러 링크를 통해 중복 전송하여, 간섭이 심한 혼잡 환경에서도 데이터 전송의 신뢰성을 크게 높인다.61

MLO는 극복하기 어려운 IBFD의 자기 간섭 문제 없이도, 물리적으로 분리된 주파수 자원을 활용하여 더 높은 처리량과 신뢰성이라는 전이중의 핵심 이점 중 일부를 사용자에게 제공한다. 이는 3GPP의 SBFD와 마찬가지로, 표준화 기구가 혁신적인 개념을 도입할 때 전면적인 혁명보다는 점진적이고 실용적인 단계를 선호하는 경향을 명확히 보여준다. SBFD와 MLO는 완전한 IBFD로 나아가기 위한 중요한 징검다리 역할을 하는 ‘전이중-라이트(Full-Duplex-lite)’ 기술로 평가할 수 있다.

자기 간섭 제거라는 단일 노드 내의 문제를 해결하더라도, 전이중 기술을 실제 네트워크에 대규모로 구축하기 위해서는 더 넓은 범위의 시스템 수준의 과제들을 해결해야 한다.

전이중 기술은 네트워크의 간섭 위상(topology)을 근본적으로 변화시킨다.

• 교차 링크 간섭(Cross-Link Interference, CLI): 다중 셀(multi-cell) 환경에서 한 기지국의 하향링크(DL) 송신이 인접한 다른 기지국의 상향링크(UL) 수신에 간섭을 일으키는 새로운 유형의 간섭이다.55 기존의 TDD 시스템에서는 모든 기지국이 동일한 시간에 DL 또는 UL 모드로 동기화되어 동작함으로써 이러한 간섭을 회피했지만, 항상 수신기가 켜져 있는 전이중 기지국은 이웃 기지국의 강력한 DL 신호에 그대로 노출된다. CLI는 간섭 신호가 로컬 노드에 알려져 있지 않기 때문에 자기 간섭보다 훨씬 해결하기 어려운 문제이며, 전이중 시스템의 전체 성능을 심각하게 저하시킬 수 있다.

• 노드 간 간섭(Inter-Node Interference, INI): 지속적으로 송수신하는 전이중 노드들은 네트워크 전체에 더 많은 간섭을 유발하고, 더 많은 간섭을 받게 된다. 이는 주파수 공간 재사용(spatial frequency reuse)의 이점을 감소시킬 수 있다.54 이러한 네트워크 수준의 간섭 문제들을 해결하기 위해서는 기지국 간의 정교한 협력과 중앙 집중적인 자원 관리 기법이 필수적이다.62

• 비용과 복잡성: 전이중 시스템은 고성능 안테나, 정교한 RF 간섭 제거 회로, 강력한 DSP 칩 등 더 복잡하고 비싼 하드웨어를 요구한다. 이는 장비의 자본적 지출(CAPEX)과 운영비(OPEX)를 모두 증가시키는 요인이다.7
• 전력 소모: 동시 송수신 동작과 능동적 간섭 제거 회로 구동에 필요한 전력으로 인해 기존 반이중 시스템보다 전력 소모가 훨씬 크다. 이는 특히 배터리로 동작하는 모바일 단말기에게는 치명적인 단점이 될 수 있다.8

• 폼 팩터(Form Factor): 고도의 안테나 설계와 추가적인 간섭 제거 회로는 장치의 크기와 부피를 증가시켜 소형화에 걸림돌이 될 수 있다.41

• MAC 프로토콜 재설계: 앞서 언급했듯이, 반이중 노드와 전이중 노드가 공존하는 이기종 네트워크 환경에서 모든 노드에게 공평한 채널 접근 기회를 보장하고 효율적인 통신을 지원하는 새로운 MAC 프로토콜의 설계가 시급하다.30
• 자원 할당 및 스케줄링: 전이중 네트워크에서 사용자들을 효율적으로 스케줄링하고 전력 및 주파수 자원을 최적으로 할당하는 것은 매우 복잡한 비볼록 최적화(non-convex optimization) 문제로, 새로운 알고리즘 개발이 요구된다.39

전이중 기술은 단순히 기존 통신의 효율성을 높이는 것을 넘어, 감지(Sensing)와 인공지능(AI)과 같은 차세대 기술과 융합하며 통신의 역할을 근본적으로 확장하고 있다. 성숙한 전이중 기술은 6G 시대가 지향하는 초연결, 초지능, 초실감 세상의 핵심 동력이 될 것이다.

통합 감지 및 통신(ISAC)은 동일한 무선 신호와 주파수 대역을 사용하여 데이터 통신과 주변 환경 감지(예: 레이더) 기능을 동시에 수행하는 것을 목표로 하는 6G의 핵심 기술이다.66

ISAC 시스템에서 송수신기가 단일 위치 레이더(monostatic radar), 즉 자신이 보낸 신호의 반사파(echo)를 수신하여 목표물을 탐지하는 방식으로 동작하기 위해서는 본질적으로 전이중 모드로 작동해야 한다.69 이 관점에서 보면, 목표물에서 반사되어 돌아오는 신호는 ‘목표 수신 신호’이며, 기지국이 방사하는 강력한 송신 신호는 제거해야 할 ‘자기 간섭’이다. 즉, ISAC의 레이더 기능은 전이중 통신의 자기 간섭 제거 문제와 원리적으로 동일한 구조를 가진다.

전이중 기술은 지속적으로 신호를 송수신할 수 있기 때문에 FMCW(Frequency-Modulated Continuous-Wave)와 같은 연속파 레이더 기술과 완벽하게 조화를 이루며, 이는 감지 정확도를 높이고 지연 시간을 줄이는 데 크게 기여한다.67

ISAC의 성공적인 구현을 위해서는 통신과 감지 양쪽에 모두 효율적인 파형(waveform)을 공동으로 설계하는 것이 핵심 연구 분야이다. 예를 들어, 통신에 널리 쓰이는 OFDM 신호를 레이더 감지에도 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.33

주요 응용 분야로는 자율주행차가 네트워크와 통신하면서 동시에 보행자나 장애물을 감지하는 것, 드론 탐지, 스마트 인프라 관리, 환경 모니터링 등이 있다.56 더 나아가, ISAC은 잠재적인 도청자의 위치를 감지하고, 빔포밍(beamforming) 기술이나 인공 잡음(artificial noise)을 이용하여 해당 방향으로의 신호 유출을 막는 등 보안 강화에도 활용될 수 있다.68

인공지능과 전이중 기술의 융합은 서로의 발전을 가속화하는 강력한 시너지를 창출하며, 이는 6G의 ‘AI 네이티브’ 비전의 핵심을 이룬다.

앞서 2부에서 논의했듯이, 머신러닝과 신경망 기술은 복잡한 비선형 자기 간섭을 제거하는 데 있어 기존의 수학적 모델 기반 접근법보다 더 우수한 성능과 낮은 복잡도를 제공하며 최첨단 기술로 자리매김하고 있다.36

6G 시대의 AI 네이티브 물리계층(Physical Layer)에서는 이러한 역할이 더욱 확장된다.71 AI는 단순히 간섭 제거라는 특정 문제를 푸는 도구를 넘어, 무선 인터페이스 자체에 깊숙이 내장될 것이다. AI는 네트워크 상황, 트래픽 패턴, 사용자 요구사항 등을 실시간으로 학습하고 예측하여 파형, 빔포밍, 이중화 모드 등을 동적으로 최적화하는 역할을 수행하게 된다.71

전이중 기술의 가장 혁신적인 영향 중 하나는 인간과 기계의 상호작용 방식을 근본적으로 바꾸는 데 있다. 현재의 음성 비서는 사용자의 말이 완전히 끝난 후에야 응답하는 반이중 방식의 ‘요청-응답’ 모델에 머물러 있어 부자연스럽게 느껴진다.25

전이중 기술은 AI가 자신의 말을 하면서 동시에 사용자의 말을 들을 수 있게 함으로써, 진정한 대화형 AI를 가능하게 한다. 이를 통해 AI는 사용자의 말을 중간에 끊고 되묻거나(interruption), 대화 중 침묵이 길어질 때 먼저 말을 걸거나, 서로의 말이 겹치는 자연스러운 대화를 수행할 수 있게 된다.24 이는 단순한 ‘음성 명령’ 처리에서 벗어나, 인간과 AI가 동등한 참여자로서 ‘대화’를 나누는 패러다임의 전환을 의미한다.

Google Duplex는 응답 지연 시간을 조절하고 “음…”, “어…“와 같은 자연스러운 말실수(disfluency)를 삽입하여 인간과 유사한 대화 경험을 구현하는 선구적인 시도를 했다.77 최근에는 Soul App과 같은 기업들이 AI가 발화 시점을 스스로 판단하여 토론이나 논쟁과 같은 복잡한 상호작용까지 가능하게 하는 완전한 전이중 음성 모델을 개발하고 있다.24 이는 사용자에게 훨씬 더 몰입감 있고 ‘인간적인’ 교감의 경험을 제공할 것이다.24 이러한 변화는 기술과의 상호작용을 ‘명령’에서 ‘협력’으로 바꾸며, AI를 단순한 ‘비서’에서 진정한 ‘동반자’로 격상시킬 잠재력을 품고 있다.

본 보고서는 전이중 상호작용이 주파수 효율을 두 배로 높이는 이론적 개념에서 출발하여, 자기 간섭 제거라는 복잡한 다중 영역 공학적 과제를 거쳐, 이제는 ISAC과 AI 네이티브 네트워크와 같은 미래 응용을 실현하는 핵심 기반 기술로 진화했음을 확인했다. 특히, 표준화 과정에서는 혁신 기술의 이상과 기존 시스템과의 호환성이라는 현실 사이에서 SBFD나 MLO와 같은 ‘실용적 절충안’을 통해 점진적으로 발전하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 또한, 전이중 기술의 도입은 단일 노드의 문제를 넘어 교차 링크 간섭과 같은 새로운 네트워크 수준의 과제를 야기하며, 이는 시스템 전체의 통합적인 최적화가 필수적임을 시사한다.

AI와 전이중 기술의 관계는 일방적인 것이 아니라, 서로의 발전을 촉진하는 강력한 선순환 구조를 형성한다. AI 기술은 전이중의 핵심 난제인 자기 간섭 문제를 해결하는 데 필수적인 도구가 되고 있으며 40, 전이중 기술은 AI가 자연스러운 대화형 인터페이스를 구현하는 데 결정적인 역할을 한다.24 더 나은 AI는 더 나은 전이중 시스템을 만들고, 더 나은 전이중 시스템은 더 강력한 AI 응용을 가능하게 한다. 이러한 상호 강화 관계는 ‘AI 네이티브 6G’라는 비전의 실현을 가속화하는 핵심 동력이다.71

전이중 기술이 상용화의 문턱을 넘어서고 있지만, 여전히 해결해야 할 중요한 연구 과제들이 남아있다.

• 광대역 전이중(Wideband Full-Duplex): Wi-Fi 7의 320MHz 채널이나 6G에서 고려되는 mmWave/THz 대역의 훨씬 더 넓은 대역폭에 걸쳐 높은 간섭 제거 성능을 유지하는 것은 여전히 큰 도전이다. 간섭 채널의 주파수 의존적 특성과 아날로그 부품의 대역폭 한계 때문이다.26
• 대규모 MIMO와 전이중 통합: 수백 개의 안테나를 사용하는 대규모 MIMO(Massive MIMO) 시스템에 전이중 기술을 통합하는 것은 간섭 제거 회로의 하드웨어 복잡성(수백 개의 경로를 동시에 처리)과 기하급수적으로 증가하는 간섭 경로 관리 측면에서 새로운 난제를 제시한다.39
• 재구성 가능한 지능형 표면(RIS) 활용: RIS를 능동적으로 제어하여 무선 채널 환경 자체를 변화시킴으로써 자기 간섭이나 교차 링크 간섭을 완화하는 연구가 활발히 진행 중이다. 이는 송수신기 내부의 능동적 간섭 제거 회로의 부담을 줄여줄 수 있는 잠재력을 가진다.55
• 보안 및 MAC 프로토콜: 반이중 및 전이중 노드가 혼재하는 네트워크에서 보안을 보장하고 모든 노드에 공평한 자원 접근을 제공하는 효율적인 MAC 프로토콜에 대한 추가적인 연구가 필요하다.30

전이중 상호작용은 더 이상 일부 연구자들의 학문적 탐구 주제가 아니다. 이는 지연 시간을 줄이고, 효율성을 높이며, 새로운 감지 및 상호작용 패러다임을 가능하게 함으로써 미래 무선 시스템을 정의하는 핵심 기술 벡터로 자리 잡았다. 자기 간섭이라는 거대한 장벽을 넘어선 전이중 기술은, 초연결 지능형 사회를 향한 6G 비전을 실현하는 데 없어서는 안 될 필수적인 구성 요소가 될 것이다. 이 기술의 발전은 우리가 기술과 소통하고, 세상을 인식하며, 서로 연결되는 방식을 근본적으로 혁신할 것이다.

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82. Survey on Beyond Diagonal RIS Enabled 6G Wireless Networks: Fundamentals, Recent Advances, and Challenges - arXiv, accessed July 16, 2025, https://arxiv.org/html/2503.08423v1
83. Upgrading Wireless Communication Networks with Full Duplex Systems - Khalifa University, accessed July 16, 2025, https://www.ku.ac.ae/upgrading-wireless-communication-networks-with-full-duplex-systems