초록 ▼

연구의 목적 및 내용
⚪ 진화적/변혁적 기술 선점과 IoT/웨어러블 등 신개념 네트워크를 선도하는 기술 선도형 R&D 기술 개발과 기술 상용화를 통해 중소기업 육성을 위한 시장지향형 R&D 기술 개발의 두 방향으로 진행

[기술선도형 R&D]
⚪ 대용량 안테나 시스템을 활용한 전송용량 증대 (10 bps/Hz/macro-area) 기술, 촉각의 지연 민감도를 만족하기 위한 저지연 무선액세스 (단방향 무선구간 1ms) 기술, 초연결 디바이스 접속을 위한 대규모 연결성 (10⁶개/km²

연구의 목적 및 내용
⚪ 진화적/변혁적 기술 선점과 IoT/웨어러블 등 신개념 네트워크를 선도하는 기술 선도형 R&D 기술 개발과 기술 상용화를 통해 중소기업 육성을 위한 시장지향형 R&D 기술 개발의 두 방향으로 진행

[기술선도형 R&D]
⚪ 대용량 안테나 시스템을 활용한 전송용량 증대 (10 bps/Hz/macro-area) 기술, 촉각의 지연 민감도를 만족하기 위한 저지연 무선액세스 (단방향 무선구간 1ms) 기술, 초연결 디바이스 접속을 위한 대규모 연결성 (10⁶개/km²) 제공 기술 및 이동성 제공 광대역 엑스홀(Xhaul) 네트워크(20Gbps/Hop) 기술 등의 5G 원천 및 표준기술 연구 개발

⚪ 주요 기능
- (표준추진형) 5G 이동통신의 3대 서비스 시나리오 (eMBB, mMTC, URLLC)를 효율적으로 지원하는 Unified Frame Structure를 중심으로 한 프레임워크 기술(3GPP Rel-15)
- (표준추진형) 5G Unified Frame Structure내의 eMBB를 위한 전송 규격(3GPP Rel-15)
- (원천선도형) 이동성이 제공되는 C-RAN (Mobile C-RAN)을 위한 프론트홀/백홀을 활용한 기지국 인터페이스 기술
- (원천선도형) 초다수 사물디바이스의 Scalable Access를 위한 waveform 및 multiple access 방식
- (미래지향형) 다중 송수신점을 활용한 단위면적당 밀집도 향상을 통해 단위 면적당 전송용량 증대
- (미래지향형) 동일 주파수에서 동시에 신호를 송수신하여 시간/주파수 자원이용 효율의 증대
- (미래지향형) 단일 안테나를 사용하여 상용 다중 주파수 대역에서 무선기기의 소형화 및 복잡도 감소
- (저지연)저지연 전송을 위한 짧은 TTI의 무선 액세스(전송 및 제어)
- (저지연)저지연 무선전송/제어 기술 (2.6GHz, DL 20MHz, UL 20MHz 대역폭)
⚪ 주요 성능치
- MXN(backhaul/fronthaul) 용량: 20Gbps
⚪ 106개/km2 이상의 단위면적당 수용 IoT 디바이스 지원
- 다중 송수신점을 활용한 3GPP Rel-8 대비 1,000배 Areal Capacity 증대

[시장지향형 R&D]
⚪ 단일 RF 체인 및 단일 능동 안테나 기반 compact MIMO 빔포밍 모듈 상용화 개발 및 안테나코딩 원천 기술 개발, 이동통신 소형셀 기지국 SW 상용화 기술 개발, 기가급 이동무선백홀 전송기술 및 시스템 개발, 근접거리 저전력 비접촉식 데이터 순간무선전송(Zing) 기술 개발, 이동통신 네트워크 기반 NB-IoT 단말융합통신칩 개발 및 기지국 연동 검증을 통한 전략적 중소기업 육성
⚪ 주요 기능
- 3GPP Rel.10 소형셀 기지국 L2/L3 프로토콜
- 소형셀 기지국 스마트 무선 자원 관리(RRM)
- 소형셀 기지국용 SON&OAM (SW)
- LTE-A Pro 소형셀 기지국 SW (Rel.13이상), 밀집한 소형셀 환경에서의 Advanced SON
- 밀리미터파 전송기반 Gbps 급 이동무선백홀 기지국 시스템 및 단말
- 3.5 Gbps급 근접거리 무선전원 데이터 무선전송
- 200kHz 채널 대역폭을 사용하는 NB-IoT 단말 및 기지국을 위한 협대역 무선 전송 및 L2/L3 프로토콜

⚪ 주요 성능치
- 소형셀 기지국 SW 최대 처리 용량(DL/UL): 110/30Mbps
(DL Carrier Aggregation 적용)
- 5G 소형셀 간섭제어에 의한 용량 증대 (50%)
- 이동무선백홀 링크 용량: 10 Gbps (per train)
- 이동무선백홀 최대 주파수 효율: 10 bps/Hz (per train)
- Zing 최대 전송속도: 3.5 Gbps
- Zing 리더/태그 공용칩의 에너지 효율: 27 pJ/bit
- NB-IoT 단말 채널 대역폭 및 모뎀 복잡도 : 200kHz Bandwidth, 모뎀 게이트 수 25% 이하

연구개발성과
< 소형셀 >
⚪ 이동 네트워크 용량 극대화를 제공하기 위해, 현재 서비스 중인 국제규격 (LTE-A.pro)에 맞춰 상용수준의 ‘소형셀 SW’ 기술 국산화
⚪ 국가과학기술연구회 주관 ”2017 출연(연) 우수 연구성과“ 최종 선정
⚪ LTE-FDD 소형셀 기지국 L2/L3 프로토콜 스택 기술 등 4건 6.49억 기술이전
⚪ 소형셀 기지국 SW 기술 및 관련 기술(운용관리, 개발환경)을 중소기업 2건, 대기업 1건 기술이전하여 저개발국가 수출용, 군용 및 특수망으로 사업화 추진
⚪ MWC 2018 에 이중연결성 기술 시연 (2018.02)

< NB-IoT >
⚪ 저비용 저전력의 다수 사물인터넷 디바이스들을 광역 커버리지(LTE 대비 셀반경 최대 10배 확장)로 안전하게 연결하는 기술 개발 (NB-IoT)
⚪ 특정 IoT 서비스를 위한 통신과 센서를 융합한 저전력 NB-IoT 센서융합 통합칩 개발로 일반 통신칩 개발과 차별화
⚪ 세계 최초로 센서와 통신을 융합한 NB-IoT 단말 센서 융합칩 개발
⚪ 저전력 NB-IoT 기술의 선도 개발을 통한 기술 경쟁력 확보
⚪ 3GPP Rel-13 표준 지원 NB-IoT 저전력 NB-IoT 센서융합 통신칩 개발 완료
⚪ 3GPP Rel-13 표준 지원 NB-IoT 전용기지국 및 범용 단말용 모뎀 IP 개발 완료
⚪ NB-IoT 단말모뎀 상위설계 기술 기술이전(2017.2, 0.3억원, ㈜네스랩)

< Zing >
⚪ 비면허대역(60 GHz)을 이용하여 근접거리(< 10cm)에서 기가급의 대용량 컨텐츠를 손쉽고 빠르게 송수신할 수 있는 초고속 근접통신 및 칩셋 기술 개발
⚪ 기존 NFC 기술 대비 4천배 이상의 에너지효율과 8천배 이상의 전송속도를 제공함으로써, 세계 최고 전송속도와 에너지 효율성을 제공
⚪ 상품화가 용이한 60 GHz 저복잡도/저전력 기술 적용 (Cost-Effective 모뎀)
⚪ 국가과학기술연구회 주관 ”2017 출연(연) 우수 연구성과“ 최종 선정
⚪ Zing 기술의 IEEE 802.15.3e 국제표준 채택 (표준특허 6건, 표준기고서 23건 등 관련 IPR 확보)
⚪ 세계 최초로 저전력 초고속 근접통신 칩셋 개발에 성공 및 초고속 무선근접통신 기술 등 2건, 1.98억 기술이전
⚪ 2018년 하반기 초고속 근접통신용 칩셋 및 제품의 사업화 추진

< MHN >
⚪ 고속 대중교통 이용자에게 댁내 유선 서비스와 동급의 초고속 데이터 서비스를 제공하기 위한 MHN(Mobile Hotspot Network, 이동무선백홀) 개발
⚪ 세계 최초로 지하철에 밀리미터파 기반의 MHN 기술 적용 및 실증
⚪ 현재 대중교통의 와이브로 백홀 기술 대비 최대 1,000배 용량 제공
⚪ 국가과학기술연구회 주관 ”2017 출연(연) 우수 연구성과“ 최종 선정
⚪ 2017년 ‘국가 우수성과 100 선’에 선정(’17.9.)
⚪ 2017년 ‘국가핵심기술’ 지정(’17.10, 제24차 산업기술보호 전문위원회)
⚪ MHN기술 서울시 지하철 통신수준향상사업 BMT 통과 http://www.elec4.co.kr/article/articleView.asp?idx=19153
⚪ 1.25 Gbps mmWave 백홀 성능 시연 (2017.2) 및 mmW 백홀과 연계한 지하철 초고속 와이파이 시연 (2017.6)
⚪ 서울시 공공와이파이 사업에서 MHN 기술의 제안사가 우선협상대상자로 선정 (’17.9.)
⚪ MHN 이동무선백홀 무선정송 기술 1건, 1.1억 기술이전 (2016년 클레버로직)

< cMIMO >
⚪ 기생소자 (Parasitic Element)를 사용하여 단일 RF 체인 및 단일 능동안테나로 기존 대비 최소 1/25 이하 가상 안테나 공간(선형 배치 기준)에서 MIMO 성능을 얻을 수 있는 다중안테나 구현 기술 연구개발
⚪ 안테나 코딩기술 연구개발을 통해 배열 간격=λ/16를 갖는 compact MIMO 안테나의 경우 2.45GHz 주파수 대역에서 VSWR< 4, ADoF=3을 만족하는 시제품을 만들고 세계최고 기술수준인 AIT 결과보다 우수함을 확인
⚪ ESPAR 안테나 성능 시험을 통하여 세계 최초로 다중화 이득 ADoF=4에 대한 기술 실효성을 입증
⚪ GNURADIO 기반 Compact MIMO 안테나 빔포밍 플랫폼 구현기술 등 2건, 0.54억 기술이전

< 저지연 >
⚪ 촉각통신을 실현하기 위한 저지연 무선 액세스 기술 개발
⚪ 무선구간 단방향 1ms 지연을 만족하기 위한 무선 전송/액세스 기술 연구
⚪ short-TTI를 지원하는 무선 전송 및 제어 기술 규격 개발
⚪ 저지연 V2V safety 통신을 위한, 차량 단말간 5msec 무선 패킷 전송 지연 핵심 기술 연구
⚪ 5G 저지연 요구사항인 상향링크/하양링크 무선전송 지연 요구사항 (1ms 이하) 달성 검증
⚪ ITU-R 5G 저지연 요구사항을 만족하는 5G 저지연 기술 세계최초 시연 (2016.6)

< 표준추진형 >
⚪ Dynamic TDD 운용성 향상 및 전방호환성 보장하는 다중 빔 기반의 5G NR 초기 접속 기술 연구
⚪ 단일 셀 탐색 알고리즘으로 모든 단말과 모든 주파수 대역을 지원하여 단말기 칩셋 구현 최적화 제공
⚪ PSS/SSS 동기 신호 수신 성능 개선
⚪ 3GPP NR 물리계층 규격에 초기 접속 기술로 반영 (2017.12), 반영 규격: 3GPP TS 38.213 V15.0.0 (2018-03)
⚪ IPR 확보를 위해 3극 특허 출원 (미국, 유럽, 일본, 중국)

< 원천선도형 >
⚪ 이동 엑스홀 링크를 적응적으로 이용하여 고정형/이동형 무선 접속네트워크에 멀티홉 릴레이 기반의 연결성을 제공하는 새로운 무선 전송(transport) 네트워크 기술 개발
⚪ XCU/XDU기반의 이동 엑스홀 네트워크 기능 구조 및 프로토콜 개발
⚪ 이동 엑스홀 네트워크 이동성관리, 무선자원관리, 경로관리 기술 개발
⚪ 최대 전송율 20Gbps를 지원하는 이동 엑스홀 링크 기술 및 중계기술 개발

< 미래지향형 >
⚪ 5G 이동통신의 도래를 위해 극복해야 할 미래 지향적 요소 기술인 다중안테나/노드형 전이중통신 기술, 다중대역 단일안테나 기술, 단말 중심 협력전송 기술, 초광역 무선백홀 기술 개발
⚪ 3GPP LTE 대비 최대 1000배의 단위 면적당 전송 용량을 증대 시킬 수 있는 기술 개발
⚪ 반경이 10km에 이르는 광역에서 다수의 빔을 형성하여 Tbps급의 전송속도를 지원하는 초광역 무선 백홀 기술 개발
⚪ 다중 송수신안테나 환경에서 비선형 성분 제거가 가능한 디지털 자기간섭 제거 구조 및 아날로그/RF 자기간섭 제거 성능 향상을 위한 하이브리드 간섭제거 구조의 설계 및 구현
⚪ 무선백홀 스위치와 고정 및 이동액세스 포인트를 위한 3단계 빔포밍 기술 구현 및 검증 시스템 구축
⚪ 미래이동통신에 적용 가능한 기술 관련 SCI급 국제저널 논문 4건 게재(2017년)

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
< 소형셀 >
⚪ 소형셀 기지국 SW개발 결과물인 Rel.10 소형셀 기지국 SW는 중소기업에 기술이전 후 국산 소형셀 기지국의 실 상용화에 활용
⚪ eMBMS 기능을 보유한 소형셀 기지국 SW는 해외 수출용, 군용, 재난망 등의 특수 목적 망 시장에서 활용
⚪ LTE-TDD 기지국 SW는 ㈜유캐스트에 기술이전 되어 특수목정망, 해외 수출용으로 상용시험 중
⚪ ㈜유캐스트에서 배낭형 기지국에 ETRI 개발 SW를 탑재하여 군, 해외 사업자에게 마케팅 중
⚪ 소형셀 기지국 SW의 4차년도 결과인 LTE-A Pro(Rel.13)는 향후 5G 소형셀 SW의 후속 연구의 Baseline으로 활용
⚪ LTE-A Pro 소형셀 기지국 SW 기술은 MWC 2018에 전시하였으며, 후속 과제인 5G 소형셀 과제에서 5G 소형셀 개발 환경으로 활용될 예정
⚪ 소형셀 기지국 SW와 함께 개발된 윈도우 기반 소형셀 개발환경 기술은 5G 소형셀 신규과제에서 활용 가능

< NB-IoT >
⚪ 초저전력 IoT 모뎀 기술의 선도 개발과 사물통신 서비스에 적용 가능한 저전력 SoC 및 서비스 플랫폼 개발의 필요성이 증대하고 있는 시점에서 기술의 신속한 개발을 통한 사물통신 서비스의 경쟁력을 확보하고 초저전력 IoT 칩셋 시장을 조기 선점함
⚪ 사물인터넷(IoT) 시장은 5G massive MTC의 선행시장(pre-market)으로 볼 수 있으며, 5G 상용화가 예상되는 ‘20년경에는 이미 사물인터넷의 본격적인 성장세가 예측되므로 이에 대한 선제적 대응이 가능함
⚪ 5G 서비스 시나리오 중 m-MTC 서비스를 위한 전송기술로 활용하여 표준 IPR 및 핵심원천 기술 확보
⚪ NB-IoT 개발을 통해 확보된 기술은 massive IoT 원천기술 연구에 밀결합 될 Rel-15, Rel-16에서의 IoT 개발과 연계 가능

< Zing >
⚪ 초고속 데이터 통신기술을 통해 고품질 카 인포테인먼트 기능을 제공함과 동시에 운전자의 스마트기기 충전도 가능하게 함으로써 제품 시너지효과가 상승
⚪ 차량 내 화상회의, 차량 내 주요 영상정보에 대한 초고속 저장(블랙박스), 차량의 주요정보의 인터페이스 환경구축(차량운행정보, 상태정보, 기타) 등으로 활용 가능
⚪ Zing 기술을 탑재한 스마트기기의 기술 측면 해외시장 경쟁력 확보로 국산 스마트기기의 해외시장 지배 확대 가능

< MHN >
⚪ MHN기술을 사용하는 P&P+ 컨소시엄이 우선사업자로 선정(‘17.9) 된 후 BMT 통과(’17.12) 및 서울교통공사와 계약 체결(‘18.2)을 통해 서울 지하철 1~9호선 상용화 (~2019 까지 구축 예정)
⚪ 서울 지하철의 기타 노선 및 지방지하철, 경부선, 호남선 KTX 등 전국 열차 확장로 확장 (2018년 내 서울지하철 1개 노선에서 시범서비스가 제공되면 이를 참조 모델로 지방지하철, KTX 등으로 확산 예상)
⚪ 서울지하철 서비스 시작 후 이를 참조 모델로 해외 사업화로 확대 가능
⚪ 밀리미터파 기반 초고속 이동무선백홀을 선도 개발하여 대중교통 내에서 와이 파이서비스 품질 저하 문제 해결함으로써 서민 통신비 절감 정책에 부응

< cMIMO >
⚪ 실내나 작은 서비스 커버리지를 갖는 소형셀에 compact MIMO 안테나의 빔포밍 기능을 탑재 함으로써, 빔을 조정하여 소형셀 간의 간섭을 회피 할 수 있으며, 서비스 커버리지를 확대 가능
⚪ 단일 RF체인을 이용하여 MIMO 성능을 얻을 수 있어 소형기기에 적용하기 힘든 MIMO기능 탑재 가능

< 저지연 >
⚪ 저지연.고신뢰(URLLC) 기반의 Industrial IoT (IIoT) 무선 액세스 기술 연구의 기반 기술로 활용
⚪ B5G 초저지연 무선액세스 기술 연구의 기반 기술로 활용하고 3GPP 5G 및 B5G 저지연 표준기술로의 반영 추진

< 표준추진형 >
⚪ 2017년도 이후부터 시작된 3GPP와 같은 국제 표준화 기구를 통하여 4년간 확보한 5G이동통신 핵심 기술 확보를 통한 국가 경쟁력 강화
⚪ 단계적 접근을 통한 5G기술 규격 기반의 평가 환경을 구축을 통해 개방형 5G 인프라 환경 구축의 기틀 마련

< 원천선도형 >
⚪ 원천선도형 과제에서 연구된 결과들은 장기적인 원천기술 확보 및 3GPP 5G Phase-II (REL-16) 및 이후의 표준핵심기술로 전개
⚪ 이동 엑스홀 네트워크 기술은 신규 이동통신 사업자, 유선망 설치가 어려운 지역, 재난 및 트래픽 폭주 지역 등에 비용 효율적인 이동통신 서비스 제공을 위한 인프라 구축에 활용
⚪ 다중홉 기반 MXN의 구조, 프로토콜, QoS 프레임워크, 자원관리, 이동성관리, 경로관리, 그리고 엑스홀 링크 기술은 3GPP Rel-15 IAB(Integrated Access and Backhaul) Study Item 표준기술로 전개

< 미래지향형 >
⚪ IFD 기술을 차세대 셀룰러 통신망에 적용하기 위하여 진행될 것으로 예상되는 표준화 활동을 위한 핵심 원천 기술 선점
⚪ UDN의 단말 중심 협력 전송 기술은 단말의 위치에 관계없이 초고속 데이터 서비스를 제공하여 시내 중심 거리 또는 도심 광장 등 밀집된 환경에 위치하고 있는 단말 및 기지국에 활용 가능

(출처 : 요약문 46p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 45
• 요약문 ... 46
• 목차 ... 53
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 55
• 1-1. 연구개발의 목적 ... 57
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 68
• 1-3. 연구개발의 범위 ... 77
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 89
• 2-1. 연구내용 및 연구결과 ... 91
• 2-2. 연구의 기술적 성과 ... 221
• 2-3. 연구의 경제적 성과 ... 330
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 339
• 3-1. 기술 개발 목표 ... 341
• 3-2. 목표 달성여부 및 관련 분야 기여도 ... 355
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 ... 423
• 4-1. 연구 성과 활용방안 ... 425
• 4-2. 기업화, 추가연구 및 기술이전 ... 432
• 붙임. 자체 보안관리 진단표 ... 436
• 끝페이지 ... 436