차세대 통신 시스템의 난제 해결: 지능형 반사 표면을 활용한 간섭 최소화

본 논문은 BD-RIS 기반 MIMO 간섭 채널에서의 간섭 최소화를 위한 혁신적인 두 단계 접근법을 제시합니다. 수동 및 능동 빔포밍을 결합하여 간섭 누출을 최소화하고 데이터 전송률을 최대 20% 이상 향상시키는 결과를 보였습니다. 이는 제한된 자원 환경에서도 통신 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 의미하며, 차세대 무선 통신 기술 발전에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.

차세대 통신 시스템의 혁신: 지능형 반사 표면을 활용한 간섭 최소화

최근 Ignacio Santamaria, Mohammad Soleymani, Eduard Jorswieck, Jesus Gutierrez 등이 발표한 논문 "Interference Minimization in Beyond-Diagonal RIS-assisted MIMO Interference Channels"은 다중 안테나(MIMO) 무선 통신 시스템에서의 간섭 문제를 해결하기 위한 획기적인 접근 방식을 제시합니다. 특히, 대각선을 넘어선 재구성 가능한 지능형 표면(BD-RIS) 이라는 새로운 기술을 활용하여 간섭을 최소화하는 방법을 제안합니다.

두 단계 전략: 수동 및 능동 빔포밍의 조화

논문에서 제시된 핵심 아이디어는 두 단계로 이루어진 전략입니다. 먼저, 수동적인 BD-RIS를 설계하여 모든 수신기에서의 총 간섭 전력을 최소화합니다. 이는 '간섭 누출(IL)'이라는 비용 함수를 최소화하는 것으로 표현됩니다. 연구팀은 이를 위해 단위 행렬 다양체(manifold of unitary matrices) 에서 동작하는 최적화 알고리즘과 계산 효율성을 높인 부분 최적 해법을 제안했습니다.

두 번째 단계에서는 능동적인 사용자 프리코더(precoder) 를 설계합니다. 프리코더는 간섭 누출 최소화(min-IL), 신호대간섭잡음비 최대화(max-SINR), 또는 총 데이터 전송률 최대화(max-SR) 등 다양한 기준에 따라 설계될 수 있습니다. BD-RIS에 의해 제거되지 않은 잔여 간섭은 프리코더에서 잡음으로 처리됩니다.

놀라운 성능 향상: 20% 이상의 데이터 전송률 증가

시뮬레이션 결과는 max-SR 프리코더가 다른 설계에 비해 20% 이상의 총 데이터 전송률 향상을 보여줍니다. 특히, BD-RIS의 요소 수가 적고(M<20), 사용자가 높은 전력으로 데이터를 전송할 때, 잔여 간섭이 여전히 상당한 영향을 미치는 경우에 그 효과가 더욱 두드러집니다. 이는 제한된 자원 환경에서도 통신 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 시사합니다.

결론: 새로운 가능성을 열다

이 연구는 BD-RIS를 활용한 MIMO 간섭 채널에서 간섭을 효과적으로 최소화하는 새로운 방법을 제시함으로써, 차세대 무선 통신 시스템의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 특히, 제한된 리소스 환경에서도 뛰어난 성능을 보이는 max-SR 프리코더는 향후 5G 및 6G 통신 기술 발전에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 앞으로 BD-RIS 기술의 발전과 함께, 더욱 효율적이고 안정적인 무선 통신 시스템 구축이 가능해질 것입니다. 🙌