동적 ISAC 채널을 위한 RF 디지털 트윈 정밀 모델링

본 논문은 차세대 6G 통신과 환경 인지를 동시에 수행하는 통합 감지·통신(ISAC) 시스템을 위한 동적 채널 모델링 방법론을 제시한다. 연구는 크게 네 단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 77–81 GHz 대역의 광대역 FMCW 채널 사운더를 이용해 실제 도시 마이크로셀(UMi) 환경에서 측정을 수행하는 것이다. 측정 장비는 3 TX·4 RX 안테나 어레이를 갖추고, 4 GHz 대역폭과 79 GHz 중심 주파수로 높은 거리 해상도와 충분한 도플러 관측 능력을 제공한다. 두 번째 단계는 측정된 시나리오를 기반으로 정확한 3‑D 모델을 구축하고, 차량·플랫폼의 궤적을 시간‑정렬된 형태로 추출하여 레이 트레이싱 엔진에 입력한다. 세 번째 단계에서는 Sionna 기반 고해상도 레이 트레이싱 엔진에 물리 기반 확산 산란 모델을 도입한다. 기존의 정규면 기반 스펙큘러 모델은 mmWave·sub‑THz 대역에서 비스펙큘러 에너지 비중을 과소평가하는 문제가 있었으나, 본 연구는 3‑레벨 산란 추상화를 통해 입사 파워를 스펙큘러와 확산 성분으로 분할하고, 재료별 산란 계수 S와 반사 감소 계수 R을 보존한다. 확산 로브는 스펙큘러 방향을 중심으로 지향성을 부여해 실제 거친 표면에서 발생하는 에너지 분산을 근사한다. 네 번째 단계는 시뮬레이션 결과와 측정 데이터를 동일한 처리 파이프라인으로 정렬·비교하는 것이다. 각 챱에 대한 시간‑정렬을 하드웨어 타임스탬프와 FMCW 타이밍 모델을 이용해 수행하고, 지연‑도플러 스펙트럼은 128 챱(≈16 ms) 윈도우에 대해 STFT를 적용한다. 이때 식(7)에서 도출된 sinc‑형 도플러 프로파일을 이용해 각 멀티패스 컴포넌트의 도플러 피크와 지연 피크를 정량적으로 비교한다. 실험은 두 가지 동적 시나리오를 포함한다. 시나리오 B는 정적 BS·UE와 이동 차량(Nissan Micra)으로 구성되어, 모노스태틱(Mode 2)과 바이스태틱(Mode 5) 모두에서 차량이 접근·이탈함에 따라 지연이 변화하고 도플러가 발생한다. 시나리오 C는 이동 UE가 탑재된 차량(KIA Xceed)으로, UE 자체의 이동에 의해 전반적인 채널 구조가 변한다. 두 시나리오 모두에서 측정된 파워‑지연 프로파일(PDP)과 도플러‑지연 맵이 시뮬레이션 결과와 높은 일치도를 보였다. 특히, 정적 반사체가 형성하는 ν≈0 Hz 리지는 1 dB 이내의 전력 차이로 재현되었으며, 이동 차량·플랫폼이 유발하는 약 2.1 m/s 도플러 피크와 해당 지연(≈62 ns)도 0.5 ns 이내 차이로 정확히 매칭되었다. 이러한 결과는 보정된 RF‑DT가 동적 도시 환경에서 ISAC 채널의 핵심 특성인 멀티패스 지연 변화와 도플러 변이를 물리적으로 일관되게 재현함을 증명한다. 따라서 제안된 프레임워크는 (1) 대규모 라벨링 데이터셋 생성, (2) 시뮬레이션 기반 학습 및 검증, (3) 실시간 채널 예측 및 적응형 파라미터 튜닝 등 6G ISAC 시스템 개발 전반에 걸쳐 활용 가능하다. 향후 연구에서는 더 복잡한 비정형 환경, 다중 사용자 시나리오, 그리고 머신러닝 기반 채널 보정 기법과의 결합을 통해 RF‑DT의 일반화 능력을 확장할 계획이다.