프론트홀 제약 셀프리 프리시스 대규모 MIMO 네트워크의 순차 처리 전략

초록

본 논문은 체인형 프론트홀을 갖는 셀프리 프리시스 대규모 MIMO 시스템에서, AP가 순차적으로 신호를 정제할 때 발생하는 압축 잡음 문제를 완화하기 위해 두 가지 새로운 전략을 제안한다. 첫 번째는 AP 인덱스에 따라 프론트홀 용량을 선형적으로 증가시키는 방식이며, 두 번째는 신호를 두 개의 독립 경로로 전달해 CPU에서 결합하는 Two‑Path 방식을 도입한다. 또한, 사용자별 동일 비트 할당(EIU), 합 압축 잡음 최소화(SCNM), 가중 합 간섭·노이즈 최소화(WSINM)와 같은 다양한 압축 기법을 비교한다. 시뮬레이션 결과, 제안된 선형 용량 할당과 Two‑Path 조합이 기존의 균등 할당 및 단일 경로 방식에 비해 사용자 합 스펙트럼 효율을 크게 향상시킴을 확인하였다.

상세 분석

본 연구는 셀프리 프리시스 대규모 MIMO(CFmMIMO) 네트워크에서 AP가 체인형(데이지‑체인) 프론트홀을 통해 순차적으로 uplink 신호를 정제하는 구조를 전제로 한다. 이때 각 AP는 이전 AP로부터 압축된 사용자 신호 추정값 ˜s_{l‑1}과 자체 수신 벡터 y_l을 결합해 Kalman 필터링 형태의 LMMSE 추정 ˆs_l을 수행하고, 다시 압축(q_l)하여 다음 AP에 전달한다. 압축 잡음 q_l은 프론트홀 용량 제한에 의해 발생하며, AP 인덱스가 증가할수록 누적 압축 잡음이 크게 축적돼 최종 SINR에 악영향을 미친다.

첫 번째 제안인 “선형 증가 프론트홀 용량 할당(LF)”은 전체 프론트홀 비트 R_T를 AP 수 L에 따라 가중 배분한다. 구체적으로 R_l = 2·R_T·l /