서강대 전자공학과, 동문 기업 KMW와 AI 기반 5G 안테나 운용 기술 개발

기존 안테나 하드웨어 변경 없이 전송 성능 13%·에너지 효율 273% 향상

▲ (좌측부터) 서강대학교 전자공학과 박태제 박사과정, 고제우 박사과정, 박상천 박사(현 순천향대 교수)

서강대학교 전자공학과 디지털전송연구실이 전자공학과 동문 기업인 ㈜KMW와 공동연구를 통해 기존 5G 안테나를 AI로 효율적으로 운용하는 기술을 개발했다. 연구진은 KMW가 개발한 대규모 안테나 어레이에 AI 기술을 적용해 통신 환경에 따라 안테나의 구성을 지능적으로 조정했으며, 그 결과 기존 고정형 안테나 구성보다 평균 합 전송률을 약 13% 높이고 에너지 효율을 약 273% 향상시킬 수 있음을 확인했다.

이번 연구는 기존 안테나 하드웨어를 변경하지 않고도 통신 성능을 높일 수 있는 운용 기술을 개발했다는 점에서 의미가 있다. 연구진은 KMW의 192AE/32TRX 대규모 안테나 어레이를 대상으로 통신 환경에 따라 안테나의 일부 구성을 조정하고 방향을 바꾸는 방식으로 성능을 최적화했다. 이를 통해 하나의 안테나 시스템을 다양한 통신 환경에 보다 효율적으로 활용할 수 있는 방법을 제시했다.

이를 위해 연구진은 5G 이동통신의 국제 표준인 3GPP 5G NR을 기반으로 이동통신 시뮬레이터를 구축했다. 이 시뮬레이터는 안테나 구성, 안테나의 방향, 사용자 분포와 통신 환경 등을 다양하게 설정해 각각의 조건에서 통신 성능을 비교·분석할 수 있도록 개발됐다. 연구진은 이를 활용해 실제 안테나 시스템을 적용하기 전에 다양한 운용 조건을 분석하고 최적의 방식을 찾을 수 있는 연구 환경을 마련했다.

이 시뮬레이터를 기반으로 박태제 박사과정은 성원진 교수의 지도 아래 AI를 활용해 안테나의 구성을 통신 환경에 따라 실시간으로 조정하는 기술을 연구했다. 연구진은 3GPP 5G NR 표준에서 활용되는 정보를 바탕으로 대규모 안테나 어레이의 구성과 방향을 딥러닝으로 최적화하고, 그 효과를 정량적으로 검증했다.

그 결과 기존의 고정된 안테나 구성과 비교해 평균 합 전송률을 약 13% 향상시켰으며, 모든 안테나를 개별적으로 제어하는 Fully Digital 방식과 비교하면 RF 체인 수를 약 1/6 수준으로 줄이면서 에너지 효율은 약 273% 높일 수 있음을 확인했다. 즉, 기존 하드웨어를 활용하면서도 AI 기반의 운용 방식만으로 통신 성능과 에너지 효율을 함께 높일 수 있는 가능성을 확인한 것이다.

이번 공동연구에는 서강대학교 전자공학과 성원진 교수, 박상천 박사(현 순천향대학교 교수), 고제우 박사과정, 박태제 박사과정이 참여했다. 연구 결과는 국제 저명 학술지인 IEEE Transactions on Vehicular Technology(IF 7.5, JCR 상위 11%)에 게재됐으며, 논문 제목은 ‘AI/ML-Driven Operation of Large-Scale Dynamic Subarrays in Sub-6 GHz Under 5G NR Standards’이다.

이번 연구는 서강대학교의 연구 역량과 동문 기업의 산업 기술이 결합해 실제 통신 시스템에 활용할 수 있는 기술적 가능성을 제시했다는 점에서도 의미가 있다. 대학의 연구 성과가 산업 현장의 기술과 연결되고, 동문 기업과의 공동연구를 통해 새로운 기술로 발전할 수 있음을 보여주는 사례다.