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밀리미터파 배열 안테나의 최대 복사 방출 측정을 위한 베이지안 최적화 기반 포지셔너 제어 알고리즘 연구

  • 권명준 (아주대학교 IT융합대학원)

초록/요약

본 연구는 밀리미터파 배열 안테나의 최대 복사 방출 측정 시간을 단축하기 위해 베이지안 최적화 기반 포지셔너 제어 알고리즘을 개발하였다. 5G FR2 대역 UMFUS 디바이스는 빔포밍으로 인한 복잡한 방사 패턴 때문에 기존 전방위 스캔 방식으로는 최대 EIRP 측정에 과도한 시간이 소요되는 문제가 있었다. 본 논문에서는 27.525GHz 대역에서 8,043개 측정점의 데이터를 수집하고, 4축 포지셔너 변수의 실제 영향도를 분석했다. 순열중요도, 랜덤포레스트 등 다중 통계 방법론을 통해 방위각이 가장 높은 중요도를 보이며, 고도각, 편파, 높이 순으로 영향을 미침을 확인했다. 이러한 실측 기반 변수 중요도를 베이지안 최적화의 초기 탐색에 활용하는 변수 중요도 기반 접근법을 제안했다. 반복 실험 결과, 변수 중요도를 반영한 베이지안 최적화는 순수 방법 대비 우수한 성능과 안정성을 보였으며, 특히 초기 탐색 단계에서 일관된 우위를 나타냈다. 수렴 속도 측면에서도 목표 성능 도달 시간이 현저히 단축되었고, 성능 편차도 크게 감소했다. 실용성 검증에서는 전수 탐색 대비 수십 배의 효율성 향상을 달성하여 측정 시간을 시간 단위에서 분 단위로 단축시켰다. 위와 같은 결과로 본 논문에서는 실측 데이터 분석을 통해 도출된 변수 중요도와 베이지안 최적화의 융합이 측정 효율성을 극대화함을 실증했다. 이는 5G 인증 시험의 시간과 비용을 절감할 수 있는 실용적 방안이며, 향후 차세대 통신 시스템으로 확장 가능한 기술적 기반을 마련했다. 주제어: 밀리미터파, 베이지안 최적화, EIRP

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목차

제1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 연구 동향 4
1. 밀리미터파 측정 및 검증 기술의 동향 4
2. 전통적 전방위 격자 탐색 5
3. 진화 알고리즘 기반 최적화 기법 6
4. 심층학습 기반 빔 제어 및 운용 기법 7
5. 베이지안 최적화 활용 동향 9
제3절 연구 목표 12
제2장 이론적 배경 15
제1절 밀리미터파 통신 기술의 핵심 특징 15
1. 고밀도 안테나 배열 설계 가능성 15
2. 초고속 데이터 전송 및 극저지연 특성 15
3. 대기 중 전파 감쇠 및 전달 특성 16
4. 적응형 빔 제어 및 동적 반응성 16
제2절 UMFUS 18
1. 개념 18
2. 구조 19
제3절 베이지안 최적화 알고리즘 21
1. 개념 및 기본 원리 21
2. 알고리즘 구조 24
3. 가우시안 프로세스 이론 28
4. 획득 함수 30
제3장 배열 안테나 측정 시스템 구성 33
제1절 연구 대상 33
1. 선정 배경 33
2. 주요 사양 34
제2절 시스템 구성 36
1. 측정환경 36
2. 4축 포지셔너 시스템 구성 37
3. RF 측정 시스템 구성 38
4. 통신 제어 아키텍처의 구현 39
제3절 프로그램 개발 40
1. 개발방향 및 목적 40
2. 변수 중요도 기반 변수 중요도 분석 40
3. 베이지안 최적화 알고리즘 설계 41
4. 병렬 이동 최적화 시스템 43
5. 수렴 감지 시스템 설계 46
6. 시스템 통합 및 구현 48
7. 데이터 관리 및 재현성 확보 49
제4장 측정 및 결과분석 50
제1절 실험 설정 50
1. 실험 개요 50
2. 측정 파라미터 설정 50
3. 실험 단계별 설계 51
제2절 실험 결과 55
1. Ground Truth 데이터셋 특성 55
2. 변수 중요도 분석 결과 57
3. 베이지안 최적화 성능 검증 62
4. 수렴 감지 시스템 성능 68
5. 실용성 검증 69
6. 병렬 이동 최적화 성능 70
제3절 결과분석 74
1. 변수 중요도의 물리적 해석 74
2. 베이지안 최적화의 성능 특성 분석 75
3. 수렴 감지 시스템의 최적화 77
4. 실용적 효율성 개선 77
5. 한계점 및 향후 연구 방향 78
제5장 결론 79
참고문헌 82

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