채찬병 교수팀, 5G/6G 초광대역 렌즈 안테나 기술 개발

SCI 0.9%, 게재 승인율 5% 최상위 저널 게재

산학협력 통해 5G/6G 통신 네트워크 기술 선도

[사진 1. (왼쪽부터) 박상현 연구원, 센서뷰 김병남 박사, 채찬병 교수]

인공지능융합대학 IT융합공학과 채찬병 교수 연구팀과 ㈜센서뷰가 공동 연구한 ‘5G/6G 초광대역 밀리미터파 렌즈 안테나 기술’이 ‘IEEE 무선통신(Wireless Communications)’ 저널에 게재됐다.

IEEE 무선통신 저널은 과학 분야의 대표 저널인 네이처(Nature, 상위 0.7%), 사이언스(Science, 상위 2.1%), 셀(Cell, 상위 0.5%)과 같이 해당 공학 분야에서 최상위 저널로 평가받고 있다. 해당 저널은 미국 클래리베이트 애널리틱스에서 발행하는 저널 인용 리포트(Journal Citaion Reports) 기준 상위 0.9%에 해당하며, 게재 승인율은 약 5%로 극히 낮은 편이라 이번 게재의 의미가 더욱 크다.

밀리미터파는 5G의 핵심 전송 대역 중 하나로, 고속 데이터 전송을 위한 필수 영역이다. 이 기술을 선점하기 위해 공동 연구팀은 2015년부터 핵심 선행 기술을 분석하고, 기술 고도화 작업을 수행해 왔다.

이번 연구는 초광대역 밀리미터파 시스템에서 발생하는 ‘빔 스퀸트(Beam Squint)’ 현상을 줄이기 위해 설계됐다. 빔 스퀸트는 중심 주파수 외의 주파수에서는 빔 조향 방향이 틀어지는 현상으로, 초광대역 밀리미터파에서 많이 발생한다.

공동 연구팀은 기존 시스템에 적용된 위상 변위기 기반의 어레이와 전파 렌즈 기반 어레이의 장단점을 비교 분석해 새로운 초광대역 렌즈 안테나 기술을 개발했다. 특히, 이 연구는 단순한 이론 제안에 그치지 않고 실제로 동작 시스템을 구현해 28GHz 대역에서 약 2.8Gbps의 전송 속도를 달성했다는 점에서 그 의의가 있다.

다수의 연구 그룹에서 신호 처리 기반으로 이를 해결하기 위해 노력했지만, 성능 열화는 피할 수 없는 문제로 알려져 왔다. 그러나 공동 연구팀은 개발된 렌즈 기반 배열 안테나로 이를 완화하고 빔 스퀸트 문제를 완전히 해결하기 위한 안테나 설계 공정 원천 기술까지 확보했다.

이 기술은 밀리미터파 대역의 고정형 무선 접속 통신 서비스에 적용 가능하다. 또 스몰셀에 적용할 경우, 특정 방향으로 고품질 서비스가 필요한 인빌딩(in-building) 안테나 솔루션으로 사용할 수 있다.

[사진 2. (왼쪽) 개발한 밀리미터파 렌즈 안테나 모듈. (오른쪽) 최대 전송 속도 2.8Gbps를 달성한 밀리미터파 렌즈 안테나 기반 시스템]

채찬병 교수는 “학교에서 독자적으로 수행하는 연구가 실제 상용 기술에 적용돼 실질적인 산학협력을 이뤘다.”며 “이와 같은 협력을 통해 탄탄한 이론부터 동작 구현까지 다양하게 경험할 수 있어 교육적으로도 매우 큰 효과가 있다.”고 말했다.

㈜센서뷰 김병남 대표는 “연세대와의 협업을 통해 6G 분야에서도 선도적인 역할을 수행할 것”이라고 밝혔다. 

공동 연구팀은 그간 IEEE Globecom, Mobile World Congress(MWC), Consumer Electronics Show(CES) 등에서 개발한 시스템을 시연했으며, 2023년 1월 개최된 CES에서는 2개 부문(모바일 디바이스 분야, 스마트시티 분야)에서 CES 혁신상(CES Innovation Awards)을 수상해 기술력을 과시했다. 이번 연구 결과를 시작으로 5G 밀리미터파의 국내 상용화 및 6G에 대한 선제적 대응을 위해 계속해서 협업을 이어갈 예정이다.

한편, 채찬병 교수는 한국공학한림원 회원이자 국제전기전자공학회 석학회원(IEEE Fellow)으로, 2022년에는 미국 NI로부터 6G Open Hub 연구 센터 설립을 지원받아 왕성한 연구 활동을 진행하고 있다. ㈜센서뷰도 6G Open Hub의 참여 기관이다.