통합 sensing 통신을 위한 레이트 스플리팅 다중접속 최초 실험 연구

초록

본 논문은 다중 안테나 송신기가 두 사용자와 하나의 목표물을 동시에 서비스하는 ISAC 환경에서, 전통적인 SDMA와 최신 RSMA 방식을 실험적으로 비교한다. 세 가지 차량용 시나리오에서 RSMA가 전용 센싱 신호 없이도 통신 합산 처리량을 최대 50% 향상시키면서 레이더 SNR을 20~24 dB 수준으로 유지함을 입증한다.

상세 분석

이 연구는 ISAC 시스템 설계 시 두 가지 핵심 질문, 즉 “SDMA 외에 더 효율적인 다중접속 기술이 존재하는가”와 “센싱을 위해 별도의 전용 신호가 반드시 필요한가”에 대한 실증적 답을 제공한다. 저자들은 RSMA와 SDMA를 동일한 하드웨어 플랫폼(100 MHz 대역폭, OFDM 기반 IEEE 802.11ac‑VHT 프레임) 위에 구현하고, 공통·프라이빗 스트림을 각각 선형 프리코딩하여 전송한다. RSMA에서는 공통 스트림이 두 사용자와 목표물 모두에 충분한 빔포밍 이득을 제공하도록 가중 최대비율전송(MRT) 기반 프리코더를 설계하고, 프라이빗 스트림은 MRT 혹은 제로포싱(ZF)으로 구현한다. 반면 SDMA는 전용 센싱 신호를 추가로 전송하도록 설계되어, 전체 전송 전력의 일부를 센싱 전용 빔에 할당한다.

실험은 세 가지 시나리오(사용자 간 간섭이 낮은 경우, 중간, 높은 경우)로 구성되었으며, 각 시나리오에서 전송 전력 배분 파라미터(t_comm, t_p, α_c, α_p)를 조정해 최적의 성능 영역을 탐색한다. 결과는 RSMA가 전용 센싱 신호 없이도 공통 스트림을 활용해 목표물 방향으로 충분한 전력 집중을 달성함을 보여준다. 이는 RSMA가 통신과 센싱을 동시에 만족시키는 “가상 사용자” 개념을 자연스럽게 구현한다는 점에서 의미가 크다. 또한, SDMA는 전용 센싱 신호가 없을 경우 레이더 SNR이 급격히 감소하거나, 전용 신호를 사용하면 통신 합산 처리량이 크게 제한되는 trade‑off를 보인다.

핵심 인사이트는 다음과 같다. 첫째, RSMA의 공통 스트림이 다중 사용자 간 인터페이스를 완화하면서 동시에 센싱 빔을 형성하므로, 전력 효율이 크게 향상된다. 둘째, 전용 센싱 신호가 필요 없다는 점은 시스템 복잡도와 하드웨어 비용을 감소시킨다. 셋째, 파라미터 α_c와 α_p를 통해 통신‑센싱 우선순위를 유연하게 조정할 수 있어, 실제 차량 환경에서 요구되는 동적 트레이드오프에 대응 가능하다. 마지막으로, 실험 결과는 기존 시뮬레이션 기반 연구와 일치하면서도, 실제 RF 환경에서의 구현 가능성을 입증한다는 점에서 학술적·산업적 가치를 동시에 제공한다.