밀리미터파 레이더 통신 융합 연구센터

KAIST IT융합연구소 연구센터를 소개합니다.

  • 소개

    밀리미터파 레이더 통신 융합 센터(MiraCom Center)는 6G 통신을 위한 고분해능을 갖는 디지털 레이더와 통신 기술을 연구하고 있다. 본 연구의 응용분야는 자율 주행 (자동차, 드론 및 로봇), 레이더들간 및 레이더-인프라 통신, 인체 모니터링, 그리고 스마트 홈, 빌딩, 공장 등 다양한 분야를 포함한다. 본 연구센터에서 보유하고 있는 기술에는 phase subarray 구조로 고분해능을 얻는 기술, OFDM 레이더 신호처리 기술, 밀리미터파 빔포밍 IC 기술, 사람 신호 검출 기술, 그리고 6G 이동통신 신호처리 기술이 포함된다. 이러한 보유 기술을 바탕으로 6G 통신 시대에 적합한 최첨단 기술을 개발하고, Proof of Concept (PoC) 플랫폼을 제작하여 개발 기술의 유효성을 증명하고자 한다. 이와 같이 개발된 기술은 기업에 이전하거나 또는 창업을 통하여 사회에 활용될 수 있게 할 것이다. 연구개발에 필요한 재원확보와 더불어, 기술 개발의 효율성을 갖도록 하기 위해 산학연 컨소시엄을 구성하여 대형 과제 발굴/제안하고 헬스사이언스 연구소, 로봇연구소, AI 연구소를 비롯한 KAIST 안의 타 연구소와의 융합연구도 추진할 계획이다.

    Future mobility의 자율주행 센서
    • 고분해능 디지털 레이더통신

      고분해능 디지털 레이더통신

    • Why KI ITC? (현재 비교우위 기술)

      Why KI ITC? (현재 비교우위 기술)

    • What to do?

      What to do?

    • KI 타 연구소와 융합

      KI 타 연구소와 융합

  • 지능형 레이더
    통신 융합 기술 연구

    연구목표

    본 연구는 동일한 주파수 자원을 사용하여 레이더 센싱와 통신 기능을 동시에 지원하는 하이브리드 빔포밍 MIMO-OFDM 기반의 고분해능 지능형 레이더 통신 융합 기술을 개발하는 것을 목표로 함

    • 레이더 통신 융합 기술 개념도

      레이더 통신 융합 기술 개념도

    • MIMO 레이더와 딥러닝 기반의 상황인식

      MIMO 레이더와 딥러닝 기반의 상황인식

    연구내용
    • 레이더 통신 융합을 위한 최적 새로운 MIMO Radar Waveform 개발 (PAPR, 간섭, ADC resolution 고려)
    • 하이브리드 빔포밍 기반의 고정밀 고분해능 레이더 센싱을 위한 4D 이미징 기술 개발
    • MIMO 레이더와 딥러닝 기술을 사용한 물체 탐지 및 상황 인식 기술 개발
    기대효과
    • 카메라, LiDAR와 함께 자율주행과 ADAS 관련 산업의 핵심 컴포넌트인 차세대 레이더 통신 기술 확보
    • 고분해능과 통신 기능이 인공지능과 결합하여 자율주행을 위한 상황 모니터링 및 차량 간 통신에 활용

  • Sub-THz OAM
    무선통신 기술 연구

    연구목표

    Sub-THz 대역의 무선 주파수 채널에 대한 모델을 정립하고, line-of-sight 성분이 dominant한 이 주파수 대역에 적합한 OAM 다중모드 전송 기술 및 빔포밍 기술을 개발한다.

    • 시스템 모델링

      시스템 모델링

    • 빔포밍 최적설계

      빔포밍 최적설계

    • 성능 분석

      성능 분석

    연구내용
    • Sub-THz 채널 측정 시스템 개발 및 채널 모델링
    • Sub-THz 대역에 적합한 OAM 다중모드 전송기술 및 빔포밍 기술 연구
    • Sub-THz 통신 PoC 시스템 개발
    기대효과

    Sub-THz 대역의 채널을 최적으로 사용하는 OAM 다중모드 전송 기술 및 빔포밍 기술을 개발하여 기존의 MIMO 기술에 비해 1.5배 이상 개선된 주파수 효율을 달성할 수 있다.

  • 대표 연구성과

    Monostatic radar 기반의 3D 채널측정시스템 개발
    • Path loss 모델 파라미터 추정기능과 Scatterer 채널 모델 파라미터 분석 기능을 구현하고, 3D 채널측정시스템을 사용하여 채널측정캠페인을 수행하고, 측정된 데이터를 사용하여 채널모델 파라미터를 분석하였음.
    • 개발된 3D 채널측정시스템은 azimuth와 elevation 방향으로 각각 [0, 360], [0, 180]도의 범위에서 3D scanning을 수행하고, 데이터 수집 및 채널모델 파라미터 분석 기능을 가짐.
    3D 채널측정시스템의 형상

    3D 채널측정시스템의 형상

    • 채널측정 환경 및 시나리오 결정
    • 경로손실모델 채널측정 및 분석
    • Scatterer 환경 채널측정 및 분석

    채널측정 및 분석 과정

    관련 논문

    Gye-Tae Gil, Ju Yong Lee, and Dong-Ho Cho, “Estimation of path loss parameters of a sub-terahertz wireless channel using monostatic radar,” IEEE Access, Apr. 2021.

    무인항공이동체(UAV)의 방향과 거리를 동시에 검출하는 밀리미터파 MIMO 레이더 기술 개발
    • 세계 최초의 새로운 고정밀 MIMO 레이더 기술로서, 레이더 수신신호의 4-th order cumulant를 바탕으로 목표물(target)들의 방향(angle)과 거리(range)를 동시에 검출하는 혁신적인 기술을 개발하였음.
    • 개발된 기술은 기존의 MIMO 레이더 기술에 비해 높은 angle 해상도를 가지며, 또한 narrow band 신호를 사용하여 near-field target에 대한 고해상도 ranging이 가능한 특징을 가짐.
    Bistatic MIMO radar 시스템를 사용한 UAV 탐지 모델

    Bistatic MIMO radar 시스템를 사용한 UAV 탐지 모델

    • Near-Field Target Detection
    • High Angle Resolution
    • High Range Accuracy

    개발 기술의 특징

    관련 특허

    길계태, 서경찬, 박현철, 홍성철, “무인항공이동체(UAV)의 방향(angle)과 거리 (Range)를 동시에 검출하는 밀리미터파 MIMO 레이더 기술,” 특허출원 中.

    듀얼 송신기의 중첩 신호 구조를 활용하여 위상 연속성을 재건하는 Stepped-Carrier OFDM 레이더 개발
    • SCOFDM(Stepped-carrier Orthogonal Frequency-division Multiplexing) 레이다를 위한 불연속 위상 보상 기법을 제안함. 이 때, 듀얼 송신기(DTs)의 적용을 통하여, 시간/주파수 범위 모두에 대해 중첩 신호 구조를 활용함으로써 위상 연속성을 재건함.
    • 또한 이중 송신 SC-OFDM 레이다를 위한 테스트베드 시스템을 구축함으로써 위 개념을 증명함.
    • 불연속 위상 보상 기법 모식도

      불연속 위상 보상 기법 모식도

    • 레이다 시스템 테스트베드

      레이다 시스템 테스트베드

    관련 논문

    J. Suh, G.-T. Gil, and S. Hong, “Phase-discontinuity correction method with an overlapped signal structure in stepped-carrier OFDM radar with dual transmitter,” submitted to MWCL.

    위상하위배열 MIMO 구조를 이용한 고분해능 레이다 구현
    • 다중입출력(MIMO) 채널 수를 줄이기 위하여, 큰 안테나 배열을 이용하여 결합된 위상하위배열 MIMO 레이다 시스템을 제안하였음. 이때, 송신기(TX)와 수신기 (RX) 배열 모두 여러 RF 빔포밍 안테나 요소로 구성된 위상하위배열로 나눠짐.
    • 60 GHz 16-element 위상하위배열 2 × 2 MIMO FMCW 레이다를 개발함으로써, 앞서 제안된 위상하위배열 MIMO 레이다 시스템의 grating lobe 상쇄 기법을 구현함.
    • 위상하위배열 MIMO 레이다 모식도

      위상하위배열 MIMO 레이다 모식도

    • 2 × 2 위상하위배열 다중입출력 FMCW 레이다 시스템

      2 × 2 위상하위배열 다중입출력 FMCW 레이다 시스템

    관련 논문

    K. Han, and S. Hong, “High-Resolution Phased-Subarray MIMO Radar With Grating Lobe Cancellation Technique”, submitted to IEEE Trans. on Microw. Theory and Techn.

    60-GHz 4-channel 송·수신 빔포밍 front-end IC 개발
    • 고 분해능 위상하위배열 다중입출력(MIMO) 레이다 시스템을 위하여 60-GHz 빔포밍 front-end 집적회로를 개발함. 이때, RF 빔포밍을 위하여 고분해능 극좌표계 벡터 변조기가 적용됨.
    • 가변이득 능동 위상 변위기을 위하여, Lookup table (LUT)에 기반한 교정 기법이 적용된 60-GHz 극좌표계 벡터 변조기를 제안함. 이 회로는 입력 버퍼, I/Q 신호 발생기, 벡터 합성 증폭기, 그리고 6-bit 위상/이득 디지털-아날로그 변환 회로 (DACs)로 구성됨.
    • 4채널 송신용 빔포밍 집적회로

      4채널 송신용 빔포밍 집적회로

    • 4채널 수신용 빔포밍 집적회로

      4채널 수신용 빔포밍 집적회로

    • 가변 이득 위상변위기를 위한 극좌표계 벡터 변조기

      가변 이득 위상변위기를 위한 극좌표계 벡터 변조기

    관련 논문
    • E.T. Sung, S. Wang, and S. Hong, “A 60-GHz Polar Vector Modulator With Lookup Table-Based Calibration”, IEEE Microw. and Wireless Compon. Lett., Jun. 2021.
    • E.T. Sung, S. Cheol and S. Hong, “A 60-GHz Variable-Gain Phase Shifter with Particular-Sized Digital-RF Cells”, IEEE Trans. on Microw. Theory and Techn., accepted, 2021.