하드웨어 손상 무선 프론트홀을 갖춘 셀프리 대규모 MIMO

초록

본 논문은 셀프리 대규모 MIMO 시스템에서 저비용 AP가 사용되는 경우, 접근 링크와 무선 프론트홀 양쪽에 발생하는 하드웨어 손상을 동시에 고려한 증폭‑전송(AF) 기반 프론트홀 방식을 제안한다. uplink 전송을 대상으로 하드웨어 손상 모델을 수식화하고, 최종 CPU에서 적용할 수 있는 왜곡 인식 선형 결합기를 설계한다. 또한 단순 아이덴티티 프리코딩과 채널 정합성을 활용한 bi‑SVD 프리코딩을 비교 분석한다. 시뮬레이션 결과, 왜곡 인식 결합과 bi‑SVD 프리코딩이 SE를 크게 향상시키며, CPU 안테나 수가 증가할수록 무선 프론트홀 구조가 이상적인 유선 중앙집중식 시스템에 근접함을 확인하였다.

상세 분석

이 연구는 셀프리 대규모 MIMO(다중 안테나 AP가 분산 배치되어 사용자에게 공동 전송·수신을 제공)에서, 저비용 RF 체인으로 인한 하드웨어 손상이 시스템 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다는 점에서 의미가 크다. 기존 문헌은 주로 접근 링크(UE‑AP)에서만 비선형 왜곡을 고려했으며, 프론트홀은 무한대 대역폭·무손실 유선으로 가정했다. 그러나 실제 대규모 배치에서는 광섬유 설치 비용이 prohibitive 하므로, 무선 프론트홀을 활용하는 것이 현실적이다. 여기서는 AP가 수신한 신호를 그대로 증폭·전송(AF)하는 방식을 채택했으며, 이 과정에서 두 단계(접근·프론트홀) 모두에 하드웨어 품질 계수 κ_ac, κ_frt (0<κ≤1) 로 모델링된 가우시안 왜곡을 포함한다.

수식 (1)‑(4)에서 접근 단계의 왜곡 η_ac,l 은 입력 신호 전력에 비례하는 공분산 D_ac,l = diag