능동형 재구성 가능 지능형 표면(Active RIS)의 혁신과 과제: 전자기적 모델링의 중요성

본 기사는 양 카오 등 연구진의 논문을 바탕으로 6G 무선 통신의 핵심 기술인 능동형 RIS 기술의 현황과 전자기적 모델링의 중요성을 다룹니다. 기존 연구의 한계와 새롭게 개발된 전자기적 모델의 성능 평가 결과를 통해 Active RIS 기반 시스템 최적화의 핵심 요소를 제시하고, 6G 시대를 위한 미래 전망을 조망합니다.

6G 시대를 향한 도약: 능동형 RIS 기술의 등장과 전자기적 모델링의 중요성

최근 6G 무선 통신 분야에서 혁신적인 기술로 주목받는 능동형 재구성 가능 지능형 표면(Active Reconfigurable Intelligent Surface, Active RIS)은 기존의 RIS가 가진 이중 페이딩 감쇠 문제를 효과적으로 해결할 가능성을 제시합니다. 하지만 기존 연구는 시스템 수준의 최적화에 초점을 맞춰, Active RIS의 전자기적(EM) 특성과 물리적 특성을 고려한 현실적인 모델 개발이 미흡했습니다. 이는 Active RIS 기반 시스템의 성능 향상에 큰 걸림돌이 되어 왔습니다.

양 카오 등 연구진이 발표한 논문, "Active Reconfigurable Intelligent Surface Assisted MIMO: Electromagnetic-Compliant Modeling with Mutual Coupling"은 바로 이러한 문제에 대한 해결책을 제시합니다. 연구진은 다중 포트 네트워크 이론과 산란 매개변수(S-parameter) 기반 Active RIS 프레임워크를 통합하여 상호 결합(MC)을 고려한 새로운 전자기적 모델을 개발했습니다. 이 모델은 Active RIS 기반 시스템의 시스템 수준 분석 및 최적화를 가능하게 합니다.

전자기적 특성 고려: 시스템 성능 최적화의 핵심

논문에서는 개발된 EM-호환 Active RIS 모델의 성능 평가를 위해 송신기의 빔포밍과 Active RIS의 반사 계수를 공동으로 최적화하는 기법을 제시하고 있습니다. 목표는 EM-호환 Active RIS 기반 MIMO 시스템의 달성 가능한 전송률을 극대화하는 것입니다. 이 문제의 비볼록성을 해결하기 위해 Sherman-Morrison 역행렬과 Neumann 급수(SMaN) 기반의 교대 최적화(AO) 알고리즘을 사용했습니다.

시뮬레이션 결과는 전자기적 특성, 특히 상호 결합 효과가 MIMO 시스템 최적화 과정에서 필수적인 요소임을 확인했습니다. 상호 결합 효과를 무시하면 상당한 성능 저하가 발생하며, 상호 결합 효과가 클수록 성능 차이가 더욱 커집니다. 이는 Active RIS 기반 시스템 설계 시 전자기적 특성을 정확하게 모델링하는 것이 얼마나 중요한지를 강조하는 결과입니다.

미래를 위한 발걸음: 6G 시대의 핵심 기술

이 연구는 6G 시대의 초고속, 초저지연 통신을 위한 핵심 기술인 Active RIS의 실용화에 한 걸음 더 다가서게 하는 중요한 성과입니다. 전자기적 특성을 정확히 반영한 모델 개발을 통해 Active RIS 기반 시스템의 성능을 극대화하고, 더욱 효율적이고 안정적인 6G 네트워크 구축에 기여할 것으로 기대됩니다. 하지만 상호 결합 효과 등 복잡한 전자기적 현상을 정확하게 모델링하는 것은 여전히 도전 과제로 남아있으며, 앞으로 더욱 심도있는 연구가 필요합니다.