제한된 이산 위상 변환을 이용한 RIS 기반 다중 사용자 하이브리드 빔포밍

1. 서론 최근 모바일 기기의 급증과 고속·연속 데이터 서비스 요구가 강화되면서, 기존의 중계기나 massive MIMO와 같은 활성형 전파 보강 기술은 전력 소모와 하드웨어 복잡도 측면에서 한계를 드러냈다. 이에 메타‑표면 기반 재구성 지능형 표면(RIS)이 저전력·저비용으로 전파 환경을 프로그래밍할 수 있는 대안으로 부상하였다. 기존 연구들은 주로 연속 위상 조정이 가능한 이상적인 RIS를 가정했으며, 다중 사용자 환경에서의 위상 설계와 디지털 빔포밍의 결합에 대한 체계적인 분석은 부족했다. 본 논문은 이러한 공백을 메우기 위해, 제한된 이산 위상(2^b 단계)만 구현 가능한 실용적인 RIS를 가정하고, 다중 안테나 기지국과 단일 안테나 사용자들 간의 1‑hop 반사‑지배형 전파 모델을 기반으로 하이브리드 빔포밍(HBF) 구조를 설계한다. 2. 시스템 모델 및 채널 모델 - 시스템은 N_t 안테나를 가진 BS와 K개의 단일 안테나 사용자, 그리고 N_R×N_R 요소를 가진 RIS로 구성된다. - RIS 요소는 b‑bit PIN‑다이오드 제어를 통해 2^b개의 이산 위상값을 가질 수 있다. 위상값은 Lorentzian 공명 응답에 따라 θ_{l1,l2}=m_{l1,l2}·π/2^b (m∈