공간 다중 모드 전송을 위해 비 정렬 채널을 보상하는 방법 및 장치

TRL 4
2022 출원, 등록 심사 중

송신기와 수신기 안테나가 조금만 틀어져도 무선 신호의 전달량이 떨어지는 문제를, 학습된 인공지능 모델로 보정하는 기술입니다. 수신 신호에서 채널 상태를 추정한 뒤 정렬된 상태에 가깝게 보상해, 많은 안테나를 쓰는 차세대 통신에서 복잡한 계산 부담을 줄이면서 공간 다중 모드 전송을 지원하는 특허입니다.

특허 개요

본 특허는 안테나의 회전·기울어짐·중심 이동으로 발생하는 신호 왜곡을 보정하는 AI 기반 비정렬 채널 보상 기술입니다. 수신 장치는 비정렬 신호에서 채널 데이터를 추정하고, 송수신 안테나 간 거리 변화로 학습된 오토인코더 기반 채널 보상 모델을 통해 정렬 채널 데이터와의 차이를 줄이는 보상 채널 데이터를 생성합니다. 생성된 데이터는 보상 신호로 변환되며, 해당 모델은 수신단 이퀄라이저에 포함될 수 있습니다.

  • 핵심 기능

수신 장치는 비정렬 신호를 송신·수신 안테나별 채널 행렬로 추정하고, 실수부와 허수부를 학습된 신경망 모델에 입력해 보상 채널 데이터를 생성합니다. 이어 보상 채널 데이터를 신호로 변환해 복호 단계로 전달함으로써 공간 다중 모드 전송에서 비정렬의 영향을 줄입니다.

  • 차별 강점

기존 SVD 기반 보상은 정렬 상태에 가까운 전송 성능을 목표로 할 수 있으나, 대규모 안테나 환경에서 계산 복잡도가 커지는 한계가 있습니다. 본 특허는 회전·기울어짐·중심 이동 조건을 반영해 학습한 오토인코더로 채널을 보상함으로써, 기존 방법과 유사하거나 다소 낮은 전송 용량 수준을 유지하면서 계산 복잡도 저감을 지향합니다.

  • 활용 범위

기술·연구 측면에서는 6G 서브 테라헤르츠 통신, OAM 기반 공간 다중 모드 전송, 대규모 안테나 배열, AI 이퀄라이저 설계 분야에 활용 가능하며, 실제 채널 비정렬 조건을 반영한 수신 알고리즘 검증으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 차세대 이동통신 기지국·중계기, 고용량 무선 백홀, 대규모 안테나 송수신 모듈, AI 기반 무선 신호처리 소프트웨어로 확장할 수 있습니다.

연구 개발 단계

TRL 1
기초 원리
TRL 2
개념 정립
TRL 3
개념 검증
TRL 4
실험실 검증
TRL 5
유사 환경
TRL 6
시제품
TRL 7
실증
TRL 8
인증완료
TRL 9
사업화
TRL4설정된 비정렬 채널 조건에서 학습 모델과 기존 보상 방식을 비교하여 채널 보상 원리와 전송 가능성을 검증한 단계입니다.
현재 검증 내용

송수신 안테나 각 128개 조건에서 오토인코더 기반 채널 보상 방법과 정렬·비정렬·SVD·MMSE 방식을 비교하여 전송 용량 및 공간 다중 모드 전송 가능성을 확인했습니다. 다만 실제 수백~수천 안테나 장비, 하드웨어 비정렬, 실시간 추론 지연 및 다양한 전파환경에서의 재현성은 추가 검증이 필요합니다.

검증 환경

- 안테나 구성: 송신 및 수신 안테나 각각 128개
- 비교 방식: 정렬 상태, 비정렬 상태, SVD, MMSE

- 비정렬 조건: 회전 30°, x축·y축 기울어짐 각각 50°, 중심 이동 60°

현재 성과

성능·효과
비정렬 채널의 전송 용량 보상 가능성

오토인코더 기반 채널 보상 방식은 보상하지 않은 비정렬 방식보다 높은 전송 용량을 확보하는 것으로 제시되었습니다. 안테나 중심 이동 각도가 달라지는 조건에서도 보상이 이루어져 용량 증대 측면의 효용성을 확인했습니다.

검증·신뢰
학습 수렴 및 비교 조건 검증

회전·기울어짐·중심 이동으로 구성한 비정렬 채널 데이터와 정렬 채널 데이터 간 차이를 줄이는 방식으로 모델을 학습했습니다. 손실 함수가 초기부터 빠르게 감소해 낮은 손실값으로 수렴했으며, 정렬·비정렬·SVD·MMSE 방식과의 비교를 수행했습니다.

차별성·독창성
오토인코더 기반 저복잡도 채널 보상

기존 SVD 기반 보상은 대규모 안테나 환경에서 계산 복잡도가 증가하는 반면, 본 특허는 비정렬 조건을 학습한 오토인코더로 보상 채널 데이터를 생성합니다. 기존 방법 대비 계산 복잡도를 크게 낮추면서도 전송 용량은 유사하거나 다소 낮은 수준으로 유지하고, 정렬 상태에서 가능한 최대 모드 수에 가까운 OAM 모드 전송 가능성을 제시한 점이 차별점입니다.

상용화까지 남은 부분

1

수백~수천 안테나 규모의 실제 장비와 실측 채널 환경에서 채널 보상 성능 검증

2

안테나 조립 오차·회전·기울어짐 등 하드웨어 비정렬 조건에서의 보상 재현성 및 신뢰성 확보

3

실시간 수신 시스템 적용을 위한 추론 지연, 연산 자원, 이퀄라이저 통합 성능 검증

4

다양한 거리·이동·전파환경에서 전송 용량과 공간 다중 모드 전송 성능의 반복 검증

기술 이전 형태·도입 과정

기술양도
전용실시권
통상실시권
공동 과제 수행
기술지도·자문

도입은 이렇게 진행됩니다.

1

검토 미팅

귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.

2

PoC 공동 검증

연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.

3

라이센싱 계약

PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.

4

기술지도·후속

도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.

특허 정보

발명의 명칭(KR)

공간 다중 모드 전송을 위해 비 정렬 채널을 보상하는 방법 및 장치

출원번호

10-2022-0188220 (2022.12.29)

공개번호

1020240105803 (2024.07.08)

등록번호

미등록 (심사 중)

발명자

강준혁, 유성훈, 나진엽

권리자

한국과학기술원

출원인

한국과학기술원

문의

담당자이준구
이메일jg.lee@rndcircle.io
연락처010-8978-6417