하드웨어 손상을 고려한 STAR-RIS 기반 RSMA 통신 시스템의 강인한 빔포밍 설계

Ziyue Wang 등 연구진은 STAR-RIS 기반 RSMA 통신 시스템에서 하드웨어 손상을 고려한 강인한 빔포밍 설계에 대한 연구 결과를 발표했습니다. 분수 프로그래밍(FP) 기반의 교대 최적화(AO) 기법을 활용하여 비볼록 최적화 문제를 해결, 기존 방식 대비 우수한 성능을 달성했습니다. 이는 향후 5G 및 6G 통신 시스템 발전에 크게 기여할 것으로 예상됩니다.

혁신적인 통신 시스템 설계: STAR-RIS와 하드웨어 손상 문제 해결

최근 Ziyue Wang 등 연구진이 발표한 논문 "Robust Beamforming Design for STAR-RIS Aided RSMA Network with Hardware Impairments"는 통신 시스템의 성능 향상을 위한 획기적인 연구 결과를 담고 있습니다. 이 연구는 동시 송수신 및 재구성 가능 지능형 표면(STAR-RIS)을 이용한 다운링크 속도 분할 다중 접속(RSMA) 통신 시스템에서 하드웨어 손상(HWI)을 고려한 강인한 빔포밍 설계에 초점을 맞추고 있습니다.

기존 통신 시스템의 한계 극복: 기존 통신 시스템은 사용자 수 증가 및 통신 품질 저하 문제에 직면해 왔습니다. 이를 해결하기 위해, 연구진은 STAR-RIS를 활용하여 통신 품질을 향상시키고 사용자 커버리지를 확장하는 데 집중했습니다. STAR-RIS는 신호를 동시에 송신하고 반사할 수 있어 통신 효율을 극대화하는 데 기여합니다. 그러나 현실적인 하드웨어의 불완전성, 즉 하드웨어 손상(HWI)을 고려하지 않으면 시스템 성능이 크게 저하될 수 있습니다.

문제 해결을 위한 혁신적인 접근 방식: 연구진은 송신 전력, STAR-RIS 계수, 모든 사용자의 공통 스트림 실제 속도 제약 조건을 충족하면서 사용자의 달성 가능한 총 데이터 전송률을 극대화하는 문제를 해결해야 했습니다. 이 문제는 고차원 비볼록 최적화 문제로, 해결하기 매우 어렵습니다. 이에 연구진은 분수 프로그래밍(FP) 기반의 교대 최적화(AO) 접근 방식을 제안했습니다. 각 하위 문제는 반정의 완화(SDR) 및 연속 볼록 근사(SCA) 방법을 통해 해결되었습니다.

괄목할 만한 성능 향상: 수치 결과는 제안된 방식이 다른 다중 접속 방식 및 기존 수동 RIS에 비해 달성 가능한 총 데이터 전송률 측면에서 우수한 성능을 보임을 입증했습니다. 특히, 송수신기와 STAR-RIS의 HWI를 고려함으로써, 해당 요소들을 고려하지 않은 경우보다 훨씬 강인한 알고리즘을 구현할 수 있었습니다.

미래 전망: 이 연구는 STAR-RIS 기반 RSMA 통신 시스템 설계에 새로운 지평을 열었습니다. 하드웨어 손상이라는 현실적인 문제를 고려하여 설계된 강인한 빔포밍 알고리즘은 향후 5G 및 6G 통신 시스템의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 앞으로 더욱 발전된 연구를 통해, 더욱 효율적이고 안정적인 통신 시스템 구축이 가능할 것으로 예상됩니다.