RSMA 기반 6G 다기능 통합 네트워크: 통신·센싱·전력 전달 혁신

본 논문은 6G 네트워크가 단순히 데이터 전송을 넘어 레이더 기반 센싱과 무선 전력 전송(WPT)을 동시에 제공해야 하는 ‘통합 센싱·통신·전력(ISCAP)’ 패러다임을 다룬다. 기존 연구들은 주로 SDMA를 이용해 다중 사용자 간 간섭을 잡음으로 처리했으며, 파형 설계 단계에서 전용 레이더 시퀀스나 전력 전송 신호를 별도로 삽입하는 방식에 의존했다. 이러한 접근은 기능 간 간섭(통신‑센싱, 통신‑전력, 센싱‑전력)을 완전히 해소하지 못하고, 스펙트럼 효율과 에너지 효율을 제한한다. 이에 저자들은 레이트‑스플리팅 다중접속(RSMA)을 도입한다. RSMA는 각 사용자의 메시지를 공통 부분과 개인 부분으로 분할하고, 공통 스트림을 모든 사용자에게 전송함으로써 다중 사용자 간 인터페이스를 ‘공통 스트림’이라는 하나의 자원으로 통합한다. 이 공통 스트림은 동시에 레이더 빔포밍 요구를 만족시키는 ‘레이다 시퀀스’ 역할을 할 수 있으며, 에너지 수신기(ER)에게는 전력 빔을 제공한다. 따라서 별도의 레이더 파형이나 전력 전송 파형이 필요 없으며, 기능 간 간섭을 근본적으로 감소시킨다. 시스템 모델은 Nₜ개의 송신 안테나와 Nᵣ개의 수신 안테나를 가진 BS가 K개의 정보 수신기(IR), L개의 에너지 수신기(ER), 그리고 하나의 레이더 타깃을 동시에 서비스하는 MU‑MISO 다운링크 구조로 설정된다. BS는 공통 프리코더 p_c와 K개의 개인 프리코더 p_k를 사용해 전송 신호 x = p_c s_c + Σₖ p_k s_k 를 만든다. 각 IR은 SIC 방식을 통해 먼저 공통 스트림을, 그 다음 개인 스트림을 디코딩한다. SINR 식(3)(4)와 전송률 R_{i,k}=log₂(1+γ_{i,k})를 기반으로 최소 사용자 비율(Max‑Min Fairness, MMF)을 정의한다. 에너지 수확 모델은 비선형 포화 형태를 갖는 회로 모델을 채택해, 각 ER의 수확 전력 Γ_l을 (6)식으로 표현한다. 레이더 성능은 타깃 각도 θ의 추정 정확도를 나타내는 Cramér‑Rao Bound(CRB)의 트레이스, 즉 tr(F⁻¹)로 측정한다. 여기서 F는 파라미터 ω=