초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
본 연구는 B5G 무선 이동통신을 위해 밀리미터파 대역에서 동작하는 주변 환경 인지가 가능한 통신-센싱 융합 플랫폼 기술 개발에 관한 것으로 초저지연의 초고속 데이터 전송을 위해서 기존의 통신 시스템과 레이다 센싱 기술을 융합하여 주변 환경의 전자파 이미지 맵을 주기적으로 측정하여 통신 시스템에 전달함으로써 고지향성을 갖는 밀리미터파 빔포밍 시스템의 빔탐색 오버헤드를 획기적으로 개선하여 최적의 통신환경을 구축하며, 이를 위해서 밀리미터파 빔포밍 안테나, RF송수신기, 통신-센싱 융

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
본 연구는 B5G 무선 이동통신을 위해 밀리미터파 대역에서 동작하는 주변 환경 인지가 가능한 통신-센싱 융합 플랫폼 기술 개발에 관한 것으로 초저지연의 초고속 데이터 전송을 위해서 기존의 통신 시스템과 레이다 센싱 기술을 융합하여 주변 환경의 전자파 이미지 맵을 주기적으로 측정하여 통신 시스템에 전달함으로써 고지향성을 갖는 밀리미터파 빔포밍 시스템의 빔탐색 오버헤드를 획기적으로 개선하여 최적의 통신환경을 구축하며, 이를 위해서 밀리미터파 빔포밍 안테나, RF송수신기, 통신-센싱 융합 웨이브폼, 베이스밴드 모뎀, 통신-센싱 최적화 알고리즘의 핵심 기술을 개발하는 것을 목표로 함

◼ 전체 내용
- 본 과제는 Beyond 5G 실현을 위해 통신-센싱을 융합하여 주변 환경 인지를 통한 초고속 빔탐색과 최적 빔포밍을 통하여 빔탐색 오버헤드를 획기적으로 개선하기 위한 B5G 통신-센싱 융합 밀리미터파 무선 이동 통신 핵심 기술 개발을 최종 목표를 달성하기 위해서 1차년도는 B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 구조 및 기초 기술 개발, 2차년도는 B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 단위 핵심 요소 기술 개발, 3차년도는 B5G 밀리미터파 통신-센싱 H/W 통합 및 시스템 연동 기술 개발, 4차년도는 B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 플랫폼 기술 개발, 5차년도는 B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 고도화 및 응용 기술 개발을 수행함
- 본 연구와 관련하여 각 참여기관에서 보유하고 있는 밀리미터파 빔 포밍안테나/RF송수신모듈/베이스밴드모뎀/신호처리알고리즘 등의 다양한 IP를 적극 활용할 예정이며 아날로그, 디지털 및 고주파 측정 장비의 경우 현재 연구실에 W대역까지 측정할 수 있는 측정셋업이 구축되어 개발 시제품의 성능 분석을 할 계획임
- 측정을 위한 test fixture 제작 및 안테나용 PCB와 밀리미터파 대역에 동작 가능한 다층 기판형 빔포밍 안테나 모듈 제작은 본 연구실과 협력관계에 있고 밀리미터파 대역의 높은 주파수에서 제작 및 검증 경험이 있는 업체에 외주 용역으로 개발함
- 전파관련 기관으로 한국전파진흥협회(RAPA)의 전파엔지니어링랩과는 송수신기 연구개발을 전자파측정센터와는 안테나 개발 및 성능검증 분야에 협력함

◼ 1차년도(2018)
❏ 목표
B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 구조 및 기초 연구
❏ 내용
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 통합 시스템 구조 및 사양 연구
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 단위 요소 기술 상호 인터페이스 연구
ㆍ밀리미터파 단위 안테나 및 빔포밍 칩셋 시험 모듈 개발 및 성능 평가
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 RF 송수신기 구조 및 사양 연구
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 RF 송신기 및 수신기를 구성하는 개별 sub-block의 COTS(Commercial Off-the-Shelf) 모듈을 이용한 성능 평가
ㆍ통신-센싱 융합 웨이브폼 및 베이스밴드 웨이브폼 및 모뎀 구조 연구
ㆍ저지연 데이터 전송을 고려한 통신-센싱 융합 패킷 프레임 및 프리앰블 구조 설계 및 모의실험을 통한 성능 검증

◼ 2차년도(2019)
❏ 목표
B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 단위 핵심 요소 기술 개발
❏ 내용
ㆍ밀리미터파 빔포밍 sub-array 안테나 제작 및 성능 평가
ㆍ밀리미터파 고속 빔스캔이 가능한 빔포밍 안테나 디지털 제어기 개발
ㆍ밀리미터파 저지연 데이터 통신을 위한 고속 빔탐색/빔포밍 알고리즘 연구
ㆍ밀리미터파 송신기, 수신기, 신호원, 전원공급 개별 모듈 설계
ㆍ밀리미터파 송신기, 수신기, 신호원, 전원공급 개별 모듈 제작 및 성능 검증
ㆍ통신-센싱 융합 패킷 프레임 및 프리앰블 구조 등 웨이브폼 최적화 설계
ㆍ저지연 데이터 전송을 고려한 통신-센싱 융합 성능 분석 전송프레임 구조, 데이터 수신, 센싱 기능 최적화 및 모의실험을 통한 성능 검증

◼ 3차년도(2020)
❏ 목표
B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 H/W 통합 및 시스템 연동기술 연구
❏ 내용
ㆍ밀리미터파 고속 빔스캔 가능한 송수신 NxN 빔포밍 안테나 제작 및 성능평가
ㆍ밀리미터파 저지연 데이터 통신을 위한 빔탐색/빔포밍 최적화 알고리즘 연구
ㆍ개별 H/W 시스템 통합 및 시스템 연동 테스트베드 개발 및 성능 평가
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 RF 송수신기 통합 모듈 설계
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 RF 송수신기 통합 모듈 제작 및 성능 평가
ㆍ통신-센싱 융합 베이스밴드 모뎀 H/W 구현
ㆍ실험실 내에서 밀리미터파 통신 및 센싱 각각의 H/W로 구현된 베이스밴드 모뎀의 동작 확인 및 성능 평가 및 분석

◼ 4차년도(2021)
❏ 목표
B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 플랫폼 기술 연구
❏ 내용
ㆍ빔탐색 오버헤드를 개선한 밀리미터파 통신-센싱 빔포밍안테나/RF송수신기/베이스밴드모뎀 단일 통합 시스템 H/W와 S/W 플랫폼 설계
ㆍ빔탐색 오버헤드를 개선한 밀리미터파 통신-센싱 빔포밍안테나/RF송수신기/베이스밴드모뎀 단일 통합 H/W와 S/W 플랫폼 제작 및 시스템 연동 시험
ㆍ주변 환경 적응을 위한 진단/보정 기능이 있는 밀리미터파 송수신기 설계
ㆍ주변 환경 적응을 위한 진단/보정 기능이 있는 밀리미터파 송수신기 제작 및 성능 검증
ㆍ통신-센싱 융합 패킷 프레임 및 프리앰블 구조 등 웨이브폼 최적화 설계
ㆍ통신-센싱 융합 베이스밴드 모뎀 H/W 및 S/W 통합 최적화 시제품 구현
ㆍ실험실 내에서 주변 환경 센싱 정보와 연동한 밀리미터파 통신-센싱 융합 베이스밴드 모뎀의 동작 확인 및 성능 평가 및 분석

◼ 5차년도(2022)
❏ 목표
B5G 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템 고도화 및 응용 기술 연구
❏ 내용
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 단일 초소형 통합 시스템 고도화 플랫폼 개발
ㆍ고해상도 센싱 및 저지연 통신을 위한 고속 빔탐색 알고리즘 고도화 연구
ㆍ빔탐색 오버헤드가 개선된 저지연 밀리미터파 통신-센싱 융합 시스템의 동작 시나리오 및 응용 기술 연구
ㆍ주변 환경 적응형 밀리미터파 송수신기 진단/보정 기술 및 고도화 설계
ㆍ주변 환경 적응을 위한 진단/보정 기능이 있는 밀리미터파 송수신기 고도화 제작 및 성능 검증
ㆍ주변 환경 탐지가 가능한 통신-센싱 융합 웨이브폼 및 베이스밴드 모뎀 고도화 H/W 및 S/W 플랫폼 개발
ㆍ밀리미터파 통신-센싱 융합 베이스밴드 모뎀 최종 시제품 실내외 테스트 및 성능 검증

□ 연구개발성과
○ 통신-센싱 융합 28GHz 대역 빔포밍 송수신기 시제품 개발 완료
- RF 동작 주파수 : 26.5~29GHz
- 각도커버리지 : -50도~+50도
- HPBW(Half Power Beam Width) : 13도
- IF 주파수 : 1~6GHz
○ 통신-센싱 융합 B5G 밀리미터파 모뎀 개발 완료
- 반송파 주파수 : 28GHz
- 샘플링 주파수 : 30.72MHz
- FFT 크기 : 1024
- 부반송파 간격 : 30kHz
- 신호대역폭 : 20MHz
- 전체 OFDM 심볼개수 : 64 symbols
- Single pulse/symbol 전송시간 : ~11.2㎲
- 탐지거리 : 1~20m
- 거리정밀도 : 0.243 m
○ 본 연구과제의 정량적 목표는 (1)특허출원, (2)기술이전, (3)기술료, (4)시제품으로 구성되어 있으며, 국내특허등록 4건, 국제특허등록을 2건을 제외한 목표치를 달성하였음
(1) 특허 국내출원 : 목표 15건 대비 19건 달성
특허 국제출원 : 목표 4건 대비 4건 달성
특허 국내등록 : 목표 12건 대비 8건 달성
특허 국제등록 : 목표 2건 대비 0건 달성
(2) 기술이전 : 목표 2건 대비 2건 달성
(3) 기술료 : 목표 20,000천원 대비 20,000천원 달성
(4) 시제품 : 목표 4건 대비 4건 달성 (28 GHz mmW 송수신기 및 빔포밍 안테나)
○ 본 과제의 정량적 목표에는 미포함 되었지만 (1)SCI논문, (2)비SCI논문, (3)학술대회 논문 발표 (4)인력양성 실적은 다음과 같음
(1) SCI 논문 : 총 6편 달성
(2) 비SCI 논문 : 총 4편 달성
(3) 국내 및 국제 학술대회 논문 발표 : 총 30편
(4) 인력양성 : 박사 2명, 석사 17명 배출
○ 2020년 한국 전자파학회 하계종합학술대회 및 2022년 전자파 및 무선통신 학술대회에서 우수논문상을 수상하였음
(1) 우수논문상 : 2건 달성
○ 기타실적은 다음과 같음
본 과제의 연구 결과를 국내에 주요 워크샵, 세미나 및 산업체 강의를 수행하였으며 그 실적은 다음과 같음
(1) ＜전파산업 재직자 앞장감 양성 전파소재부품 교육＞으로 “5G RF 기술－5GmmWave특성”교육을　진행하였음 (수강인원：39명)
(2) 2021년 제 27회 전파 정책 및 신기술 워크숍에서 “스마트 환경용 24GHz 레이다 플랫폼 기술”강연
(3) 2022년 3월에는 삼성전자 MX 사업부에서 “5G 기술과 전망”이라는 주제로 사내 교육를 진행하였음

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 기술개발 결과의 활용 방안
- 밀리미터파 이동통신 펨토 기지국에 적용하여 사용자 위치 파악에 활용이 가능하며 이러한 정보를 이용하여 효과적인 빔포밍 수행
- 기지국 또는 WiFi AP 주변 이동 상황을 인지하여 효과적인 통신 방식 선택에 활용(빔포밍 모드, 공간다중화 모드, 주파수 도약모드 등)
- 자율 주행 무인 자동차에 통신과 레이다 통합 모듈을 적용하여 주변 차량 및 교통상황 감지와 감지한 정보를 이웃한 차량과 공유하기 위해 사용
- 무인기에 적용하여 주변 감시 및 충돌감지가 가능하며 정보전달도 동시수행
- 통신의 초기동기/채널추정과 레이다의 거리/도플러 감지를 수행할 수 있는 최적의 프리앰블 구조 설계에 대한 지적재산권 선점 후 표준화 지원
- 통신의 초기동기/채널추정과 레이다의 거리/도플러 감지를 수행할 수 있는 최적의 프리앰블 구조 설계에 대한 지적재산권 선점 후 표준화 지원
- 본 과제의 연구 결과물인 B5G 통신-센싱 융합 시스템을 위한 밀리미터파 빔포밍 안테나, RF 송수신기, OFDM 기반 통신-센싱융합 모뎀의 크게 3가지 핵심 기술을 안테나 및 RF 모듈 및 통신 시스템 업체에 HW/SW IP 및 설계 Know-how의 기술이전
○ 기대 효과
- 5G 및 B5G에서는 레이다와 통신의 통합개발이 가능할 것으로 예상되며, Femto 기지국 및 V2X에 본 제안기술을 적용한다면 무선자원 할당, 빔 할당 및 제어, 협력 레이다를 통한 정확도 향상 등에 활용될 수 있음
- 통신/레이다 통합을 위한 핵심 설계기술을 개발하고 시제품을 개발한다면 관련 후속 연구가 이어질 수 있으며 핵심기술에 대한 기술 선점이 가능함
- 초연결/실시간성을 강화한 Beyond 5G 이동통신 원천기술개발로 기술우위와 시장 선점이 가능하여 이동통신 산업 세계 최고의 글로벌 경쟁력 확보 가능
- 레이다와 정보전송이 가능하므로 ITS에 적용이 가능하여 모든 자동차와 도로시설물에 적용할 수 있으며 무인 이동체의 주변 환경감지 및 사고방지에 적용이 가능함
- 소형셀 기지국인 펨토 기지국에 본 기술이 적용될 수 있으며 주변 환경 인지를 통한 효율적인 빔 제어, 전력제어 및 실내 측위에 활용될 수 있음
- 본 연구의 결과는 자율 주행차에 적용하여 신속한 주변 환경 인지를 통해 사고확률을 크게 줄이는 기술로 활용될 수 있음
- 펨토기지국에 본 기술을 적용하면 침입탐지 등 보안에 활용될 수 있으며 실내에서 어린이나 노인의 정확한 위치 파악 등에 활용될 수 있음

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 1) 1차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 2) 2차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 20
• 3) 3차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 32
• 4) 4차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 46
• 5) 5차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 59
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 83
• 1) 연구수행 결과 ... 83
• 2) 목표 달성 수준 ... 94
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 94
• 1) 목표 미달 또는 미흡한 연구결과에 대한 원인(사유) 자체분석 내용 ... 94
• 2) 미달 또는 미흡한 결과물에 대한 보완 활동 ... 94
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 95
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 95
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 95
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 96
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 97
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 97
• 4) 기타 ... 97
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 97
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 99
• 끝페이지 ... 108