동적 근거리 MU‑MIMO를 위한 재구성 가능한 배열 얇게 만들기 설계

본 논문은 차세대 무선 네트워크가 수천 개에 달하는 대규모 안테나 어레이를 활용해 방사 근거리(Near‑Field, NF) 영역까지 커버하려는 배경에서 출발한다. NF에서는 전파가 구면파 형태로 전파되기 때문에 사용자는 각도뿐 아니라 거리까지 구분되는 ‘3차원 공간 다중화’를 구현할 수 있다. 그러나 반감폭이 λ/2보다 큰 간격을 갖는 균일 희소 배열은 각도 도메인에서 격자 로브를 발생시켜 간섭을 유발하고, 고정된 배열 설계는 사용자 분포가 변할 때 최적이 아니며, 물리적 이동이 가능한 MA(Movable Antenna) 구조는 하드웨어 복잡도와 지연을 초래한다. 이에 저자들은 물리적 이동 없이 전체 밀집 배열(FULA)을 유지하면서, 선택적으로 일부 안테나만 활성화하는 ‘배열 얇게 만들기(array thinning)’ 프레임워크를 제안한다. 이 방식은 RF 스위치 네트워크를 통해 안테나를 ON/OFF 할 수 있는 동적 서브배열 구조를 가정한다. 활성 안테나 수 N_T와 전체 안테나 수 N의 비율을 얇게 만들기 비율(TR)로 정의하고, 이진 가중치 벡터 b∈{0,1}^N을 최적화 변수로 설정한다. 먼저, 저자들은 NF에서의 배열 응답 a(θ,r)를 근사식(3)으로 표현하고, 이를 바탕으로 격자 로브의 발생 조건을 수학적으로 분석한다. 각도 도메인에서는 위상 차이가 선형적으로 증가하므로, 인접 안테나 간 위상 차이가 2π의 정수배가 되는 경우 격자 로브가 나타난다(식 (9)‑(10)). 반면 거리 도메인에서는 위상이 n²에 비례하는 2차식 형태이므로, 동일한 정수배 조건을 만족하더라도 전체 배열이 재정렬되지 않아 실질적인 보조 빔이 형성되지 않는다. 따라서 격자 로브는 오직 각도 축에만 존재한다는 결론을 도출한다. 이론적 통찰을 바탕으로 두 가지 PSO 기반 최적화 전략을 설계한다. 1. **Grating‑Lobe‑Based Thinned Array (GTA)** - 목표: 지정된 각도 커버리지 Θ_cov 내에서 피크 사이드로브 레벨(PSLL)을 최소화. - 제약: 활성 안테나 수 N_T 고정, 가장자리 안테나 등 필수 안테나는 항상 활성(F). - 방법: 연속 우선순위 벡터 x∈