초록 ▼

□ 연구개요
6G 이동통신의 핵심 기술로 주목받고 있는 THz 초광대역 통신을 실현하기 위해서는 높은 경로 손실, 분자 흡수 효과, 주파수 간 빔 왜곡 현상 등의 고주파 특성과 저전력 하드웨어 구조를 고려하여 구현이 용이한 전송 기술이 개발되어야 한다.
이를 위해, 본 연구에서는 환경변화에 민감하게 반응하는 THz 채널 특성과 저전력 하드웨어의 비이상적인 특성을 모두 극복하고, 유연하고 확장 가능한 THz 무선 네트워크를 운용할 수 있도록 분산 IRS와 기계학습 기반 지능형 빔포밍 기술을 개발하는 것을 최종 목표로 한다.

□ 연구개요
6G 이동통신의 핵심 기술로 주목받고 있는 THz 초광대역 통신을 실현하기 위해서는 높은 경로 손실, 분자 흡수 효과, 주파수 간 빔 왜곡 현상 등의 고주파 특성과 저전력 하드웨어 구조를 고려하여 구현이 용이한 전송 기술이 개발되어야 한다.
이를 위해, 본 연구에서는 환경변화에 민감하게 반응하는 THz 채널 특성과 저전력 하드웨어의 비이상적인 특성을 모두 극복하고, 유연하고 확장 가능한 THz 무선 네트워크를 운용할 수 있도록 분산 IRS와 기계학습 기반 지능형 빔포밍 기술을 개발하는 것을 최종 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[1차년도] 저전력 THz 빔포밍 구조 및 IRS 기반 MIMO 전송 기술 개발
1) THz 채널 특성 분석
■ 사무실과 실험실 환경에서 THz 대역 3차원 채널 측정 및 모델링 수행
2) 저전력 하드웨어 기반 robust THz 빔포밍 기술
■ 기존의 빔포밍과 비교 시 약 31.06% 향상된 최대 전송률 달성
3) 다중 IRS 기반 MIMO 전송 기술
■ 최적화되지 않은 IRS 대비 1.2 배, IRS가 없는 시스템 대비 2.1배 향상된 전송률 획득
4) 광대역 채널을 고려한 정보 및 전력 전송 기술
■ 하나의 다중 안테나 HAP로부터 FDD 방식으로 전력과 정보를 공급받는 다중 사용자 IoT 네트워크 설계
5) 채널 환경변화에 적응하는 강화학습 기반 빔포밍 기술
■ 보조 빔 쌍 기반 방향각 추정 기법, Q 학습 기반 빔 추적 기법 대비 54%, 91% 높은 전송률 달성
[2차년도] THz 채널 특성 및 하드웨어 특성을 반영한 초광대역 빔포밍 기술 개발
1) 저전력 하드웨어 기반 다중 기지국 협력 빔포밍 기술
- 아날로그 빔포밍 대비 약 2.6배의 전송률 달성
2) 분산 다중 IRS 기반 저전력 THz 빔포밍 기술
- full-digital 시스템의 성능에 근접하며 1.16배 높은 전송률 달성
3) 강화-비지도학습 기반 저전력 THz 빔포밍 기술
- 중앙집중형 빔포밍, 분산 빔포밍 방식에 비해 높은 유효 합전송률 달성
4) 광대역 분산 네트워크에서 정보 및 전력 전송 기술
■ 기존 기법에 비해 최대 약 2.1배 높은 수확 에너지 달성
[3차년도] 유연성 및 확장성이 용이한 지능형 THz 빔포밍 기술 개발
1) 초광대역 특성을 반영한 THz 빔포밍 기술
- 빔 간 영향을 고려한 부반송파 별 공통 최적 빔을 순차적으로 설계
- 높은 신호대잡음 영역에서 디지털 빔포머와 동일한 DoF 달성 및 기존 기법보다 약 14% 높은 전송률 달성
2) 커버리지 증대를 위한 기지국-IRS-사용자 스케줄링 및 자원할당 기술
- 가시선 경로가 확보되지 않는 사용자에게 12.2 dB 높은 에너지를 전송
3) 채널 환경 변화에 적응하는 강화학습 기반 THz 빔포밍 기술
- 채널 환경 변화가 발생할 경우 딥러닝 기반의 채널 예측 기술을 통해 채널 예측 후, 강화학습 기반 하이브리드 빔포밍 기술을 적용

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
[기술적 측면]
- 초소형/초저전력/초고용량 6G THz 이동통신 시스템 실현
- 새로운 네트워크 구성 요소인 IRS를 활용하여, 주어진 채널에 의존하는 기존 통신 시스템과 달리 우호 채널을 인위적으로 조성하는 통신 시스템의 새로운 패러다임
- 기계학습 기반 빔포밍 기술을 통해 네트워크 환경변화에 자율적으로 대응하여 사용자들의 요구사항을 충족시키는 지능형 네트워크 실현
[경제 및 산업적 측면]
- THz 이동통신 원천기술 연구를 통한 6G 기술 주도권 및 지식재산권 확보
- 초저전력, 초고용량 네트워크 실현으로 대용량 콘텐츠 스트리밍, 게임, V2X 네트워크, 고용량 무선 backhaul 등 새로운 네트워크 생태계 창출
- 지능형 6G 이동통신과 타 산업과의 융합을 통한 4차 산업혁명 활성화
- 현실적인 하드웨어 기반의 THz 통신 원천기술 확보로 이동통신 장비·단말·부품 분야의 관련 산업으로 기술이전 및 고용 창출
[인력 양성적 측면]
- 6G 이동통신 분야에서 국제 기술을 선도하는 우수한 석·박사 인력 배출

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 필요성 ... 4
• 나. 최종연구목표 ... 4
• 다. 연차 별 연구범위 및 추진전략 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 34