특허 개요
본 특허는 드론에 탑재한 전파 반사 장치인 공중 재구성 지능 표면(ARIS)으로 통신과 표적 탐지를 함께 수행하는 통합 감지 및 통신(ISAC) 시스템입니다. 사용자·표적 위치, 가시경로(LoS) 차단 여부 및 채널 상태를 수집한 뒤, 심층 결정론적 정책 경사(DDPG) 기반 심층 강화학습으로 ARIS 비행 궤적, 송신 빔형성 벡터 및 RIS 위상 편이를 매 타임 슬롯 공동 조정합니다. 전이중 기지국은 영공간 투영(NSP) 수신 빔형성으로 자기 간섭과 사용자 반사 클러터 에코를 억제하고, 표적 반사 신호로 좌표를 추정해 다음 제어 설정에 반영합니다.
- 핵심 기능
시스템은 위치·채널 정보를 바탕으로 ARIS를 초기 배치하고, 표적 좌표의 크래머-라오 하한(CRB)과 복수 사용자 SINR을 기준으로 비행 경로·송신 빔형성·RIS 위상 편이를 함께 학습합니다. 수신 단계에서는 자기 간섭과 클러터 에코를 억제한 신호로 표적 좌표를 추정하고, 추정 결과를 다음 타임 슬롯의 통신 및 감지 제어에 갱신합니다.
- 차별 강점
기존 지상 RIS는 장애물·인프라 부족 환경 및 동적으로 변하는 다중 사용자 조건에 대응하는 데 제약이 있고, 기존 볼록 최적화는 ARIS 궤적을 포함한 공동 최적화의 연산 복잡도가 높았습니다. 본 특허는 연속 제어가 가능한 DDPG로 ARIS 궤적·빔형성·위상 편이를 공동 제어하고, NSP 수신 빔형성으로 전이중 환경의 자기 간섭과 클러터 에코를 함께 억제하는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 Beyond 5G·6G 이동통신, UAV 기반 무선 네트워크, 통합 감지 및 통신, 다중 사용자 빔 관리 분야에 활용 가능하며, 장애물 환경에서의 위치 추정·통신 동시 운용으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 IoT 통합 통신·감지 관리, 스마트시티, 자율주행, 긴급·위기 대응 및 전장 상황의 통신·감지 서비스로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
단일 전이중 다중안테나 AP, 단일 ARIS, 사용자 3개 및 표적 1개로 구성된 시뮬레이션에서 DDPG 기반 공동 제어와 NSP 기반 간섭 억제 방식을 평가했습니다. RIS 위상 고정 방식 및 NSP 미적용 방식과 비교해 보상 수렴 경향과 표적 위치 제곱 추정 오차 변화를 확인했으며, 실제 무선 환경에서의 현장 성능은 아직 검증되지 않았습니다.
- 시스템 구성: 단일 전이중 다중안테나 AP, 단일 ARIS, 사용자 3개, 표적 1개
- 비교 방식: RIS 위상 고정 방식 및 NSP 기반 수신 빔형성 미적용 방식
- 평가 조건: 총 12 타임 프레임, 사용자 SINR 임계값 변화
현재 성과
제안 방법은 타임 슬롯 3 이후 표적 위치 제곱 추정 오차가 더 빠르게 감소하는 경향을 보였습니다. 추정 표적 위치도 타임 슬롯 3부터 실제 위치와 유사한 위치로 빠르게 수렴하는 것으로 제시되었습니다. 실환경에서의 오차 수준은 별도 PoC로 확인이 필요합니다.
단일 ARIS, 사용자 3개, 표적 1개로 구성한 시뮬레이션에서 총 12 타임 프레임 동안 공동 제어 방식을 평가했습니다. RIS 위상 고정 방식 및 NSP 미적용 방식과 비교해 강화학습 보상 수렴과 위치 추정 오차를 확인했습니다. NSP 미적용 방식은 자기 간섭과 클러터 에코를 억제하지 못해 낮은 SNR 및 낮은 감지 성능이 제시되었습니다.
기존 방식은 지상 RIS의 이동성 한계, 시간변화 채널에서의 볼록 최적화 복잡도, 전이중 수신 간섭 문제가 있었습니다. 본 특허는 DDPG로 ARIS 궤적, 송신 빔형성 벡터 및 RIS 위상 편이를 함께 제어합니다. 또한 NSP 수신 빔형성으로 자기 간섭과 사용자 유래 클러터 에코를 동시에 억제하도록 구성한 점이 핵심 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 무선 환경에서 다중 사용자·다중 표적 조건으로 확장한 감지·통신 성능 검증
UAV 비행 제약과 에너지 소모를 반영한 ARIS 운용 정책 검증
채널 추정 오차, 실시간 제어 지연 및 현장 운용 조건을 반영한 실증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
심층 강화 학습 기반 공중 재구성 지능 표면 지원 통합 감지 및 통신 방법 및 시스템
10-2025-0110627 (2025.08.11)
1020260067970 (2026.05.13)
미등록 (심사 중)
강준혁 (한국과학기술원), 유성훈 (한국과학기술원), 조현상 (한국과학기술원)
한국과학기술원