서강대학교 전자공학과

전자공학과 디지털전송연구실, 

(주)KMW와의 공동연구로 AI 기반 5G 빔포밍 기술 개발

   ▲ (왼쪽부터) ㈜KMW로고, 박상천 교수, 고제우 박사과정, 박태제 박사과정

본교 전자공학과 디지털전송연구실은 전자공학과 동문 기업인 ㈜KMW의 지원 및 공동 연구를 바탕으로 3GPP 5G NR 표준 기반 이동통신 시뮬레이터를 구축하고, 이를 활용하여 KMW의 대규모 안테나 어레이의 성능과 활용도를 극대화하기 위한 AI 기반 5G 빔포밍 기술을 개발하였다. 특히, KMW가 기개발한 192AE/32TRX 대규모 안테나 어레이를 대상으로, 기존 하드웨어의 변경 없이 통신 환경에 따라 서브 어레이 구조와 틸트를 지능적으로 조정함으로써 안테나 하드웨어의 활용도를 높이고 전송 성능과 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 운용 방안을 제시하였다.

본 공동 연구에는 전자공학과 성원진 교수와 박상천 박사 (현 순천향대학교 교수), 고제우 박사과정, 박태제 박사과정이 참여하였다. 연구진은 3GPP 5G NR 표준을 기반으로 대규모 안테나 시스템의 성능을 시스템 수준에서 분석할 수 있는 이동통신 시뮬레이터를 개발하였다. 해당 시뮬레이터는 다양한 안테나 및 서브 어레이 구조, 안테나 틸트, 사용자 분포, 채널 환경 등 여러 시스템 파라미터를 유연하게 적용하여 이동통신 환경과 안테나 구성에 따른 빔포밍 및 시스템 전송 성능을 정량적으로 비교 및 평가할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 다양한 안테나 운용 조건에 따른 시스템 성능을 사전에 분석하고 검증할 수 있는 환경을 마련하였다.

공동연구를 통해 구축된 3GPP 5G NR 기반 시뮬레이터를 활용하여, 박태제 박사과정은 성원진 교수의 지도하에 KMW의 대규모 안테나 어레이의 활용도를 높이기 위한 AI 기반 동적 서브 어레이 운용 기술의 동작 원리와 최적화 방법, 시스템 성능을 이론 및 학술적으로 체계화하는 연구를 주도하고 이를 논문화하였다. 해당 논문은 국제 저명 저널인 IEEE Transactions on Vehicular Technology (IF 7.5, JCR 상위 11%)에 게재되었으며, 논문 제목은 “AI/ML-Driven Operation of Large-Scale Dynamic Subarrays in Sub-6 GHz Under 5G NR Standards”이다.

논문에서는 3GPP 5G NR의 Precoding Matrix Indicator (PMI) 피드백을 활용하여 대규모 안테나 어레이의 서브 어레이 구조와 틸트를 딥러닝 기반으로 동적으로 최적화하는 방법을 제안하고 그 효과를 정량적으로 검증하였다. 시뮬레이션 결과, 기존 고정형 안테나 구성 대비 평균 합 전송률을 약 13% 향상시켰으며, Fully Digital 어레이 대비 RF 체인 수를 약 1/6 수준으로 줄이면서 에너지 효율을 약 273% 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 공동연구를 통해 개발된 기술의 학술적 타당성을 검증함과 동시에, 산업체가 보유한 기존 안테나 하드웨어와 3GPP 표준 기반 이동통신 시뮬레이션 기술, AI 기반 운용 기술을 결합하여 대규모 안테나 어레이의 활용도를 높이고 실제 5G 시스템에 적용할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

▶ 논문명: AI/ML-Driven Operation of Large-Scale Dynamic Subarrays in Sub-6 GHz Under 5G NR Standards

▶ 저널명: IEEE Transactions on Vehicular Technology (IF 7.5, JCR 상위 11%)​

▶ 저자명: 박태제 (제1저자, 서강대학교), 성원진 (교신저자, 서강대학교)