초록 ▼

□ 과제수행 목표 및 내용
○ 최종 목표
○ 포토닉스 기반 THz 근거리 전송을 위한 핵심 부품 및 전송 기술 확보와 고해상도 지능형 전파 영상센서, 전자파기반 에너지 전송, 입체통신 및 세계 7대 위성항법 원천기술 확보

○ 1단계
□ 목표
○ 연결의 한계를 극복하는 초연결 입체통신 원천 기술 확보
□ 내용
○ 50Gbps급 QPSK 변조된 포토닉스 기반 THz 신호 2m 전송 기술 확보
○ 방위각 해상도 0.8도 이하 전파영상센서 기술 확보
○ 중거리(공진코일 직경 대비 7배

□ 과제수행 목표 및 내용
○ 최종 목표
○ 포토닉스 기반 THz 근거리 전송을 위한 핵심 부품 및 전송 기술 확보와 고해상도 지능형 전파 영상센서, 전자파기반 에너지 전송, 입체통신 및 세계 7대 위성항법 원천기술 확보

○ 1단계
□ 목표
○ 연결의 한계를 극복하는 초연결 입체통신 원천 기술 확보
□ 내용
○ 50Gbps급 QPSK 변조된 포토닉스 기반 THz 신호 2m 전송 기술 확보
○ 방위각 해상도 0.8도 이하 전파영상센서 기술 확보
○ 중거리(공진코일 직경 대비 7배) 기술 확보
○ L6/S 항법 신호(안) 제시
○ 전파영상 가이드 원천기술 핵심성능 검증

○ 2단계
□ 목표
○ 연결의 한계를 극복하는 초연결 입체통신 기술 PoC 검증
□ 내용
○ 100Gbps급 16-QAM 변조된 포토닉스 기반 THz 신호 10m 전송 기술 확보
○ 방위각 해상도 0.5도 이하 전파영상센서 기술 확보
○ 중거리(공진코일 직경 대비 10배) 기술 확보
○ L6/S 항법 신호 생성 시뮬레이터에 의한 cm급 신호 성능 검증

□ 과제 수행과정 및 내용
○ 포토닉스 기반 THz 근거리 전송 핵심 기술 (1 세세부)
• 기술적 난제 해결방법으로 1) 포토닉스기반 THz 신호왜곡 저감, 2) THz 링크기반 기준 주파수 전달, 3) THz 전송 채널 간 간섭 저감 4) THz 어레이소자 제어 5) THz 신호 생성기/복원기 집적화 등 개발로 난제 극복코자 함
○ 포토닉스 기반 THz 근거리 전송 부품 기술 (2 세세부)
• 기술적 난제 해결 방법으로 1)초고속/고출력 UTC-PD 설계 및 공정, ２)초고속/고효율 SBD 설계 및 공정, 3) UTC-PD 포화 광입력 세기 증대, 4) 초고주파 신호 정합, 5) 고이득 안테나 설계 및 제작, 6) UTC-PD 어레이 설계 및 제작 기술을 톨해 상술한 난제를 극복하고자 함
○ 지능형 전파 영상센서 기술 (3 세세부)
• MIMO 레이다 고해상도 신호처리 기술, 디지털 레이다 기술, 인공지능 기반 분석 기술 등의 핵심기술을 아이디어 도출, 인터페이스 정의, 시뮬레이션, 실험 시스템 구축 등의 방법론으로 핵심원천기술 확보 추진
○ 중거리 무선 에너지 전송 원천 기술 (4 세세부)
• 기존 자기유도/공진의 전송거리 한계 문제를 전자기장 공명이라는 새로운 전송모드 생성기술로 전송거리 한계를 극복하고자 함
○ 입체통신 및 위성항법 핵심 기술 (5 세세부)
• 1)NTN 5G 위성통신시스템 구조기술, 2)채널 모델링 시뮬레이터, 3) NTN PHY/MAC/NTN 망구조 원천기술 및 시뮬레이터 개발, 4)위성/지상 통합 평판 안테나 구조 연구 등을 통하여 지상/위성통합 통신 기술 확보하고자 함
○ 전파치료 가이드를 위한 전파영상 가이드 원천기술개발 (6 세세부)
• 전파 에너지를 이용한 열 치료의 정확성을 확보하기 위하여 전파에너지 집속 가이드 시술 정밀도를 치료 영역 허용 마진고려(의료계 자문에 근거 도출)하여 기술을 확보하고자 함

ㅇ 과제 수행내용
• (1 세세부) 포토닉스 기반 THz 근거리 전송 물리계층 상세 설계 및 구현 (2020년)
• (1 세세부) 포토닉스 기반 THz 근거리 전송 물리계층 구현 및 검증 (2021년)
• (2 세세부) 25Gbps급 QPSK 변조된 포토닉스 기반 THz 신호 1m 전송 핵심 부품 기술 확보 (2020년)
• (2 세세부) 50Gbps급 QPSK 변조된 포토닉스 기반 THz 신호 2m 전송 핵심 부품 기술 확보 (2021년)
• (3 세세부) 지능형 전파 영상센서 방위각 해상도 1도 수준 기술 확보 (2020년)
• (3 세세부) 지능형 전파 영상센서 방위각 해상도 0.8도 수준 기술 확보 (2021년)
• (4 세세부) 중거리(공진코일 직경 대비 5배) 기술 확보 (2020년)
• (4 세세부) 중거리(공진코일 직경 대비 7배) 기술 확보 (2021년)
• (5 세세부) 기존 L6/S 항법 신호 분석 및 간섭최소화 항법 신호 후보 제시 (2020년)
• (5 세세부) 최종 L6/S 항법 신호(안) 제시 (2021년)
• (6 세세부) 집속 가이드 시술 정밀도(허용오차 < 1cm, 검증실험) (2020년 종료)

□ 과제 수행결과 및 목표달성도
ㅇ 과제 수행결과
2020년도 (성과)
정량
• (기타) 한국통신학회 하계학술대회 우수논문 수상 (이상욱 책임)
정성
• 포토닉스 기반 THz 무선 링크 셋업에서 스펙트럼 효율이 높은 PAM 신호 전송 가능성 검증 (세계 최초)
• 5m 전송을 위한THz 발생 및 검출 부품 자체 설계 및 제작, 구현
• 시뮬레이션 환경에서 목표 레이다 방위각 해상도 달성
• 제안하는 근역장 무선에너지 전송구조 인 ETRI 전자기장공명 기술 가능성 실험적 확인 (세계 최초)
• 채널 모델 시뮬레이터, RACH capability, 저궤도 핸드오버 등 핵심기술 확보
• 집속 가이드 시술 정밀도(허용오차 < 1cm, 검증실험)

2021년도 (성과)
정량
• [기타] 과기부장관 표창 수상 (조승현 책임)
정성
• 100 Gb/s 16 QAM THz 신호 생성 및 복원기 구현 성공으로 과제목표 (50 Gb/s QPSK) 대비 초과 달성
• 고출력 THz 발생 소자, 고이득 안테나 및 고감도 수신소자 개발
• 8×8 non-uniform array 및 딥러닝 기술을 이용한 고품질의 고해상도 레이다 이미지 결과 획득
• 전자기공명구조로 코일 직경대비 7배수 전송거리 확보 (50% 이상의 전송효율 검증)
• NTN 채널 환경에 적합한 전송 waveform 및 다중 GW/위성 전송용 핵심기술 확보
※ 과제 수행결과: 과제 수행에 따라 발생한 정량적, 정성적 연구개발성과, 기타 계획하지 않은 성과 등

ㅇ 과제 수행 목표달성도
가. 과제 수행 목표달성도 (기술개발 성과지표)
나. 공통지표
* 추가 예상 실적: ETRI J. 1건, IEEE Trans. Ind. Electron.(IF:8.236, 상위 5.3%) 1건, Optics Express (IF:3.9, 상위 19% 랭크) 2건, Journal of Lightwave Technologies (IF:4.1, 상위15% 랭크) 1건 심사중
다. 자율지표

□ 관련 분야에 대한 기여
ㅇ 관련 분야 과학적·기술적·경제적·사회적 기여
과학적
• 세계최초 포토닉스기반 THz 통신을 위한 설계 및 6G 인도어 네트워크 응용예 도출
- [세계최초] 포토닉스 기반 THz 통신 핵심기술 도출, (IEEE/WC, IF:11.98, Telecom분야 상위 1% 랭크)
• 국내최초 포토닉스기반 THz 통신을 위한 발생기, 검출기, 고이득 안테나, 공정, 제작, 시연
- [국내최초] 포토닉스 기반 THz 통신용 믹서 소자 및 패키징, 신뢰성 확보 기술 개발
• Azimuth 해상도 0.8도 수준의 고성능/고정밀 MIMO 핵심 기술 확보
• 세계 최초 전자기공명 ETRI 모델 제시와 세계최고(직경대비 7배) 성능 확보
- [세계 최고] 공진코일 직경대비 7배 50% 효율 성공 (IEEE/PEL, IF:6.153, 상위 6.4% 랭크)
• 위성항법 시스템의 사용자로서의 기술확보에서 시스템기술의 확보로의 과학적인 지평확대

기술적
• THz 근거리 부품/전송 기술 핵심 IPR 확보 및 THz 부품/링크 시험 플랫폼 구축
- [선제적 핵심 IPR 확보] THz 근거리 전송을 위한 핵심 부품 및 시스템 관련 핵심 IPR 확보, 주요 부품, 전송 속도 및 거리 변화에 따른 THz 링크 성능 확인이 가능한 시험 플랫폼 구축
• 지능형 전파영상센싱 핵심 특허 확보
- [고유특허 확보] 위상 시차 송신 방식 등 핵심 국제특허 5건 등
• 전자기공명 핵심 길목 특허 선점
- [원천 핵심 IRP 확보] 기존 짧은 자기유도기술 한계를 극복한 3극 특허 산출
• 위성항법신호 변조방식과 데이터 프레임 구조 및 탐색구조 메시지 방식 등 핵심 특허 확보
- [우수논문] ‘20년 한국통신학회 하계종합학술발표회 우수논문상 수상

경제적/사회적
• 포토닉스 기반 THz 근거리 통신 관련 산업의 수직계열화를 위한 기술적 기반 구축
- [관련 산업의 수직계열화 기반 구축]　포토닉스 기반 THz 칩/소자/모듈/시스템 기술의 동시 확보를 통해 관련 산업의 수직계열화 및 동반 성장을 위한 기반 구축
• 고해상도 객체 인식 디지털 레이다 개발로 교통, 무인감시, 헬스케어, 범죄억제 등 안전사회 구축
• 새로운 무선 에너지 전송 서비스 창출 신산업 창출 견인
- [미래 새로운 서비스 창출]　스마트 팩토리, 홈 등 미래 에너지전송 서비스 관련 산업 창출 견인
• 한국형 위성항법시스템 핵심모듈 기술 확보로 4차산업의 핵심인 위치정보의 자주권 획득

ㅇ 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과
• ’23년 신규 과제 수요 조사서서 작성시 활용 (sub-THz 기반 차세대 인도어 네트워크 기술 기획 작업에 활용)
• 고정밀 거리 정확도 기술 특허 등을 기반으로 ’22년 IITP 신규과제기획 등에 활용
• ’22년 IIPT 신규과제(3.3kW급 무선전력전송 기술개발) 기획 및 선정에 활용
• 한국형위성항법시스템(KPS:Korea Positioning System) 예타 심의 대응에 활용, 예타 통과(6/25)
• ‘22 KPS 사업 추진을 위한 개발방안 수립에 활용

□ 성과관리 및 활용계획
ㅇ 성과관리 현황
• (데이터 생산 및 관리) H/W 및 S/W 기술 개발 결과와 관련된 결과물 (기술문서, 논문, 특허, 표준 기고서 등)에 대해서, 주로 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험 결과 등을 텍스트, 이미지, 동영상 파일 등으로 정리하여 수집 후 관리
• (연구 데이터 저장 및 보존) 데이터의 백업은 원내 e-disk 및 이음 서비스를 이용해 분기별로 백업 시행하고 데이터의 복원은 e-disk 및 이음 서비스 두곳에서 복원 가능 여부를 검토 및 시행
• (데이터 공동활용) SW, 소스코드, 수치, 텍스트, 이미지, 음향, 동영상, 기타 자료 등을 주로 원내에서 공동활용 (원내 그룹웨어를 통해 원내 구성원 전체에 공개)
ㅇ 성과활용 계획
• THz 주파수 대역을 활용하는 경제적인 6G 기반 차세대 인도어 네트워크 구축시 활용
• 고해상도 전파센싱 기술은 제스춰 인식, 산업용 정밀 측위 등의 분야에 활용
• 전자기공명 기술은 향후 기존 6mm 한계를 극복하는 스마트 팩토리 분야에 활용
• 한국형항법위성시스템 개발과 연계하여 고정밀 위치·항법·시각정보 서비스 등 4차산업혁명 핵심 인프라 등에 활용

□ 향후 과제 수행계획
ㅇ 다음 단계(2단계 : ’22~’24년) 연구개발 계획
1) 연구개발 목표 및 내용
ㅇ 연구개발 목표
• 연결의 한계를 극복하는 초연결 입체통신 기술 PoC 검증
ㅇ 연구개발 내용
• 포토닉스 기반 THz 신호 생성 및 복원기 시제품 제작 및 성능 평가
• THz 발생/수신용 부품 성능 보완 및 고도화
• 방위각 0.5도 이하 수준 고해상도를 위한 OFDM-MIMO 레이다 핵심 신호처리 기술 고도화
• 다중 코일 기반 직경대비 10배 중거리 전송기술 개발
• 3GPP Rel-18 NTN(Regenerative payload) 표준 관련 요소기술 연구 및 기술기고

2) 국내외 분야 환경변화
•‘24년 이후 6G 후보 기술의 구체적인 윤곽이 드러날 것으로 예상
• 6G를 위한 캐리어 주파수 대역에 대한 논의도 시작될 것으로 예상
• 5G/6G를 동시에 지원할 수 있는 차세대 인도어 광 네트워크에 대한 논의가 시작될 것으로 예상
• 스마트폰 무선충전 시장이 대출력 자동차 및 중출력 무인로봇 등으로 확장 적용을 시도하고 있음

3) 연구개발 추진전략
• ETRI는 과제 총괄 및 핵심 원천기술을 개발하고, 위탁연구를 통하여 이론적인 기초 연구를 수행하며, 산업계로 부터는 개발 결과물이 활용되는 응용시스템 관련 기술 개발 요구사항 제공 받아 최종 실제 시장에 적용 가능한 핵심기술 확보

4) 연구개발 일정 및 기대 성과
ㅇ 연구개발 일정
• 2단계 (200Gb/s, 10m) THz PoC 플랫폼 구축 및 시험(’23년)
• THz 발생/수신용 부품 성능 보완 및 고도화(‘23년)
• 방위각 0.5도 이하 수준 고해상도를 위한 OFDM-MIMO 레이다 핵심 신호처리 기술 고도화(’23년)
• 다중 코일 기반 직경대비 10배 중거리 전송기술 개발(‘23년)
• 3GPP Rel-18 NTN(Regenerative payload) 표준 관련 요소기술 연구 및 기술기고(’24년)
ㅇ 기대성과
• 기술의 선제적 연구개발을 통해 핵심 IPR을 조기에 확보하여, 향후 도래할 6G 시대에서 차세대 통신 및 전파활용 관련 글로벌 기술/시장 주도권 확보

5) 다음 단계 연구개발비 사용계획

6) 사업화 추진 계획
• 실험 시제품 구현 및 성능 평가를 완료하여 사업 종료시 주요 핵심 기술을 국내 산업체에 기술 이전하여 사업화를 추진 예정

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 3
• 목차 ... 7
• 1. 과제 개요 ... 8
• 1. 과제 수행계획 ... 8
• 2. 현황 및 접근방법 ... 10
• 2. 과제목표 및 수행과정 ... 28
• 1. 과제목표 ... 28
• 2. 과제 연차별 수행과정 및 내용 ... 28
• 3. 과제수행기간 추진체계 및 방법 ... 31
• 3. 과제 수행결과 및 목표달성도 ... 35
• 1. 과제 수행결과 ... 35
• 2. 목표달성도 ... 113
• 3. 목표 미달 시 원인분석 ... 114
• 4. 관련 분야에 대한 기여 ... 115
• 1. 과학적·기술적·경제적·사회적 파급효과 ... 115
• 2. 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과 ... 116
• 5. 성과관리 및 활용계획 ... 117
• 1. 성과관리 현황 ... 117
• 2. 성과활용 계획 ... 118
• 6. 향후 과제 수행계획 ... 120
• 1. 과제 목표 및 내용 ... 120
• 2. 국내외 관련 분야 환경변화 ... 124
• 3. 과제수행 추진전략 ... 124
• 4. 과제수행 일정 및 기대 성과 ... 126
• 5. 다음 단계 연구개발비 사용계획 ... 127
• 6. 사업화 추진 계획 ... 127
• 7. 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 127
• 7. 연구개발비 사용실적 ... 129
• 8. 중요 연구변경 사항 ... 130
• 끝페이지 ... 131