하이브리드 비트·시맨틱 통신의 신뢰성 향상 방안

초록

본 논문은 기존 비트 기반 통신(BitCom)과 최신 시맨틱 통신(SemCom)을 결합한 하이브리드 셀룰러 네트워크에서 신뢰성을 정량적으로 평가한다. 폐쇄형 식으로 도출한 outage probability와 일반화된 outage 개념을 이용해 원하는 신뢰 수준을 만족하는 셀 반경을 구하고, 시맨틱 전용 하드웨어·연산 자원의 제한을 반영한 ‘시맨틱 활용도’ 지표를 제안한다. 분석 결과는 시뮬레이션을 통해 검증되며, 하이브리드 구조가 전통적인 BitCom 또는 순수 SemCom에 비해 outage 성능과 스펙트럼 효율 모두에서 우수함을 보여준다.

상세 분석

본 연구는 셀룰러 환경에서 L명의 단일 안테나 사용자에게 동일한 전송 전력을 P로 제공하는 베이스 스테이션(BS)을 가정하고, 사용자별 거리 rₗ에 따른 자유공간 경로 손실 모델 pₗ(rₗ)= (λ/4π)²·rₗ^{‑a}를 적용한다. 모든 사용자에 대해 동일한 레일리 페이딩 hₗ~CN(0,1)을 가정하고, FDMA 방식으로 전체 대역폭 W를 L개로 균등 분할한다. 이때 각 사용자의 수신 SNR은 gₗ = c_L·|hₗ|²·rₗ^{‑a}이며, 여기서 c_L = (L·P)/(N₀·W)·(λ/4π)²이다.

시맨틱 전송은 DeepSC 구조를 기반으로 하며, 문장 S_j를 의미론적 인코더를 통해 실수 벡터 S′j 로 변환하고, 이를 채널 인코더를 거쳐 연속 진폭 신호 x_j로 매핑한다. 수신 측에서는 채널 디코더와 의미론적 디코더를 통해 원문을 복원한다. 복원 품질 평가는 BERT 기반 코사인 유사도 M_j로 정의되며, 실제 DeepSC 실험 결과를 근사하기 위해 논문은 로지스틱 함수 형태의 근사식 M{k,l}(gₗ) ≈ A_{k,1}+A_{k,2}−A_{k,1}/