2020년에 5G 상용화가 시작되었고, 동시에 2030년 상용화를 목표로 한 6G의 비전, 연구개발 이슈 등이 발표되고 있다[5,9-15]. 그 중에서 SRE 실현 기술로 Reconfigurable Metasurfaces[8], Smart Large Intelligent Surfaces(SLIS)[9], Large Intelli？gent Surfaces(LIS)[10,11,14], Reconfigurable Intelligent Surface(RIS)[12], Intelligent Reflecting Surface(IRS)[15] 등 다양한 용어가 제시되고 있으며, 본 고에서는 RIS라는 용어를 대표로 사용한다.
기본적으로 RIS는 실시간 동작 중에도 랜덤하게 변동하는 무선 환경에 대응하여 커버리지 증대, 간섭 억제, 채널 랭크 증대, 빔포밍 향상, 정보 전송, Security 증대 등 요구사항이 실현되도록 RIS에 도달한 전파를 실시간으로 제어 및 재구성하는 Metasurface 기반의 지능형 재구성 안테나를 의미한다. 전자기적 관점에서 RIS는 변칙적인 반사/회절과 흡수, 편파 조작, 포커싱, 빔 Splitting, 다중 빔 Collimation을 할 수 있고, 통신 관점에서는 변조(공간 변조), 다중 스트림 송신기와 인코딩을 할 수 있다[1-8].
SRE에 대한 통신 이론적 프레임워크는 무선 환경을 제어할 수 없는 파라미터가 아니라, 다양한 성능 메트릭과 QoS를 만족시키도록 최적화되어야 할 설계 파라미터로 간주하므로 RIS에 도달한 전파는 제어 가능한 맞춤화된 전환 확률로 모델링된다. 즉, 기존의 통신 이론과 달리 SRE에 대한 통신 이론은 자연적으로 발생하지만 RIS에 의해 제어되는 상태 의존적 무선 환경에서 정보를 전송하는 것이다. 주어진 채널 입력에 대한 채널 출력의 조건부 확률 법칙으로 표현되는 RIS를 사용하여 원하는 대로 최적화될 수 있고, 송신기 및 수신기와 함
께 무선 환경의 가능한 동작 상태를 제어할 수 있다면 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 송신기, 수신기 그리고 시·공간적으로 랜덤하게 변동하는 무선 환경을 공동 최적화하는 이론적 한계 규명과 이를 실시간으로 실현시키기 위한 기계학습등의 적용 연구가 진행되고 있다.
유럽에서 RIS 관련해서 세 가지 프로젝트가 있다. 첫째, 2017년 1월 시작된 VisorSurf 프로젝트는 프로그래머블한 전자기적 동작의 실현을 위해 스마트하게 상호 연결된 평면에 대한 하드웨어와 소프트웨어를 개발하는 것이다. 둘째, 2019년 11월 시작된 ARIADNE 프로젝트는 D-대역(110~170GHz)에서 무선 환경 속의 물체를 RIS로 코팅하여 제어 가능한 반사기로 전환시켜서 무선망에 향상된 연결성을 제공하는 기술과 프로토콜을 개발하는 것이다. 셋째, 2021년 5월 시작 예정인 PathFinder 프로젝트는 지능적 Metasurface를 이용하여 현 무선 환경을 SRE로 전환시키기 위해 통신 이론, 물리학, 전자기학의 다학제 방법론을 도입하여 RIS를 지원하는 무선망의 이론적·알고리즘적 기반을 구축하는 것이 목표다.
따라서 본 고에서는 최근 이슈가 되고 있는 RIS 관련 특허, 구체적으로 Metamaterial 안테나, Metamaterial 어레이 안테나 Metasurface 안테나, 지능형 Metasurface 안테나 등에 대한 특허정보의 조사 분석한 결과를 제시하고자 한다.
ABSTRACT
To accommodate various mobile communication frequency bands, the study of metamaterial antennas have
begun since the mid-2000s to solve the Trilemma problem between antenna gain-occupied bandwidth？size. As an adaptive reconfiguration function is required in a multi-array antenna system since 4G, the
metamaterial array antenna using low-power variable elements has been used to change the basic structure
of the antenna. Recently, reconfigurable intelligent surface (RIS), which is made of metasurface with
reconfigurability, has been studied to effectively cope with the randomly varying radio channels and be used
for various purposes such as reflection/transmission/modulation. As a result of RIS-related patent information
analysis in this study, it was confirmed that most of the patents are metamaterial antennas and metamaterial
array antennas, but the metasurface antenna technology was in the early stages. Particularly, as the intelligent
metasurface antenna is in a more initial stage, the investment to R&D of RIS is urgent to secure patent
competitiveness in B5G and 6G.
KEYWORDS
Reconfigurable Intelligent Surface, Metamaterial antenna, Metasurface, Intelligent
* 출처 : ETRI 전자통신동향분석 제36권 제3호
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