5G 포그 라디오 액세스 네트워크에서 불완전 CSI를 고려한 사용자 사전 스케줄링 및 빔포밍

본 논문은 5G 차세대 무선 네트워크에서 핵심적인 두 아키텍처인 Cloud Radio Access Network(CRAN)와 Fog Radio Access Network(FogRAN)의 구조적 특징과 한계를 상세히 분석하고, 이를 보완하기 위한 하이브리드 자원 배분 알고리즘을 제시한다. 먼저, CRAN은 모든 AP(RRH)가 프론트홀을 통해 중앙 BBU 풀에 연결되어 신호 처리와 전력 할당을 중앙에서 수행한다. 이 구조는 전역적인 인터페이스 관리와 최적화가 가능하다는 장점이 있지만, 프론트홀 대역폭·지연 제한으로 인해 CSI가 오래되어 실제 채널과 차이가 발생한다. 이러한 CSI 오류는 가중합률 최대화와 같은 고성능 빔포밍 설계에 큰 영향을 미친다. 반면 FogRAN은 기존 RRH에 컴퓨팅·캐시 기능을 추가해 FogAP로 전환한다. 프론트홀 트래픽이 크게 감소하고, 사용자와 가까운 엣지에서 최신 CSI를 이용해 실시간 빔포밍이 가능하지만, 각 FogAP가 독립적으로 동작하므로 전역적인 간섭 정보를 공유하지 못한다. 따라서 전역 최적화가 어려워 전체 시스템 효율이 저하될 위험이 있다. 이러한 상충을 해소하기 위해 저자들은 두 단계로 구성된 하이브리드 프레임워크를 설계한다. 첫 번째 단계는 클라우드 BBU 풀에서 전역적인 사용자‑AP 매핑(프리‑스케줄링)을 수행한다. 기존 CRAN에서 사용된 가중합률 최대화 문제(식 5)를 변형하여, 각 사용자가 정확히 하나의 FogAP에만 할당되도록 제로‑노름 제약(식 13)을 추가한다. 이 제약은 이산적 특성을 가지지만, 저자들은 이전 연구