IQ를 활용한 듀얼 스트림 오버‑에어 컴퓨팅: Q‑OTAC 프레임워크

초록

본 논문은 복소 신호의 실‑부와 허‑부(IQ)를 각각 독립적인 함수·데이터 스트림으로 활용하는 Q‑OTAC(Quadrature Over‑the‑Air Computing) 방식을 제안한다. IQ‑디커플링 선형 MMSE 결합기를 설계해 두 개의 명목 함수(예: 합과 곱)를 동시에 계산함으로써 기존 OTAC 대비 계산률을 2배로 향상시킨다. 시뮬레이션 결과는 다양한 함수 조합에서 NMSE가 크게 개선됨을 보여준다.

상세 분석

본 연구는 기존 오버‑에어 컴퓨팅(OTAC)이 복소 신호의 실수부만을 이용해 단일 함수만을 계산한다는 근본적인 한계를 지적하고, 이를 복소 평면의 두 차원을 동시에 활용하는 ‘Quadrature‑OTAC(Q‑OTAC)’라는 새로운 패러다임으로 극복한다. 핵심 아이디어는 각 엣지 디바이스(ED)에서 두 개의 실수 데이터 스트림 (d_f)와 (d_g)를 각각 사전 처리 함수 (\phi_f(\cdot),\phi_g(\cdot))를 통해 실수값 (s_f, s_g)로 변환한 뒤, 복소 전송 심볼 (s = s_f + j s_g)에 인코딩하는 것이다. 이렇게 하면 무선 다중접속 채널(MAC)의 선형 합성 특성을 그대로 이용해 두 스트림이 동시에 슈퍼포지션된다.

수신 측(AP)에서는 복소 신호를 실·허부로 분리하고, 실수형 2N × 2N 채널 행렬 (H)를 구성한다. 이후 두 개의 독립적인 선형 결합기 (u_f, u_g)를 설계하는데, 이는 각각 목표 함수 (f)와 (g)의 MMSE 최소화를 목표로 한다. 저자들은 닫힌 형태의 해를 제시했으며,
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