초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 차세대 무선 접속 기술의 새로운 방식을 주도하기 위한 빔 생성 및 관리 방식을 제시하는 것을 목표로 하여, 심층 학습 기능을 활용하는 빔포밍과 시그널링 설계 방안을 개발하고 높은 이동성을 갖는 송수신 장치에 적용하여 검증한다. 이를 위해 3차원 공간상 빔포밍 벡터에 위치 인덱스 차원을 추가적으로 결합한 다중 방향 빔포밍 텐서를 활용하며, 기지국 또는 무선 유닛에서 학습된 데이터베이스를 기반으로 이동 사용자의 시간 궤적이 포함된 "빔 시그니쳐 (beam signature)"를 생성하여 사용하는 방안을

□ 연구개요
본 연구에서는 차세대 무선 접속 기술의 새로운 방식을 주도하기 위한 빔 생성 및 관리 방식을 제시하는 것을 목표로 하여, 심층 학습 기능을 활용하는 빔포밍과 시그널링 설계 방안을 개발하고 높은 이동성을 갖는 송수신 장치에 적용하여 검증한다. 이를 위해 3차원 공간상 빔포밍 벡터에 위치 인덱스 차원을 추가적으로 결합한 다중 방향 빔포밍 텐서를 활용하며, 기지국 또는 무선 유닛에서 학습된 데이터베이스를 기반으로 이동 사용자의 시간 궤적이 포함된 "빔 시그니쳐 (beam signature)"를 생성하여 사용하는 방안을 연구한다. 사용자들의 대표 경로들에 대한 빔 시그니쳐들의 집합인 "빔북 (beambook)"을 정의하고, 환경 및 시간대에 따라 최적으로 결정된 빔북을 활용하여 사용자의 이동 여부, 속도, 방향성 등에 기반한 정밀하고 예측적인 빔포밍이 수행되는 방안을 제시한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
밀리미터파 전송 환경에서 이동 차량의 시간대별 대수, 이동 경로, 경로 발생 확률, 신호 대기 시간, 차선 변경 등 실제 데이터를 측정한 후 경로 모델을 발생시키기 위한 시뮬레이터의 입력 파라미터로 적용하였으며, 교통 시뮬레이션을 위한 오픈소스 소프트웨어 SUMO (Simulation of Urban MObility)를 활용하여 경로 데이터를 생성하였다. 생성된 데이터 셋을 기반으로 다양한 이동체 경로를 대표할 수 있는 궤적에 대한 빔 시그니쳐 및 빔북의 결정 방식을 제시하고, 심층 학습을 통한 빔 인덱스 결정 방식을 포함하는 환경 적응형 빔 관리 방식을 개발하였다. 환경 변화에 적응적인 신경망 구성 요소를 결정하고 입출력 데이터 크기와 차원을 포함하는 다양한 파라미터들에 대해 최적화 수행을 통해 사용 주파수 대역과 목표 송수신기의 이동 특성을 종합적으로 고려하는 정밀한 빔 트래킹 방식을 정의하고 성능 검증을 통해 그 유용성을 평가하였다. 연구 결과는 표준의 변화없이 5G NR (new radio) 시스템에 적용되어 전송 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 특히 채널 추정 결과의 보고 주기를 증가시켜 궤환 정보량을 감소시킨 상황에서도 이산 푸리에 변환 (discrete Fourier transform; DFT) 코드북 및 벡터 양자화 (vector quantization; VQ) 코드북 등 기존 방식 대비 크게 향상된 성능을 보임을 확인하였다. 가시선 (line-of-sight; Los) 환경뿐만 아니라 3GPP 표준 채널 모델 및 ray-tracing 기반 다중 경로 채널 등 다양한 신호 전송 모델 하에서의 성능 평가를 통해 제안 방식의 우수성을 검증하여 제시하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
제안 연구에서 제시하는 빔 관리 기술은 사용자 이동 특성에 대한 자율적인 학습을 통해 차원 확장적 빔포밍을 수행하는 특징을 가지며, 사용자 정보가 누적됨에 따라 계속적으로 정확도가 향상되는 스마트 빔포밍 기술이다. 사용자 통행량이 많은 대표적인 위치인 도심 사거리 환경에서 밀리미터파 기반 송수신을 이동 사용자에 대해 성공적으로 수행하는 경우, 6GHz 이하 주파수 자원의 off-loading 효과를 달성하게 되는 중요성을 가진다. 일반적으로 도심 사거리의 무선 유닛은 여러가지 비정형적 형태의 멀티 섹터 구성으로 혼재하고 있으며, 설치 및 유지 관리에 큰 비용이 소요된다. 제안 연구는 무선 유닛 하드웨어와 학습 기반 소프트웨어 패키지를 제시하여 주변 환경의 특징 및 시간적으로 변화하는 트래픽에 대한 적응적 동작을 수행하는 실용적 결과물이 될 것으로 기대된다. 향후 추가적인 연구 개발을 통해 상용화되는 경우, 설치와 함께 최적의 빔북이 결정되고 진화하는 플러그-앤-플레이 제품의 형태로 발전하게 된다. 이와 더불어 결과물은 급속한 발전이 예상되는 차량 자율 주행의 필수 요소인 노변 장치 (road-side unit; RSU)의 핵심 기술로 활용하는 것이 가능하다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 36