제한 피드백 환경에서 대규모 MIMO 릴레이의 선형 프리코딩 성능 분석

본 논문은 5G·6G 시대의 핵심 기술로 부상하고 있는 대규모 MIMO(Massive MIMO)와 릴레이 통신을 결합한 시스템을 대상으로, 제한된 피드백(Limited Feedback) 상황에서 선형 프리코딩, 특히 정규화 제로포싱(RZF) 기법의 성능을 이론적으로 분석한다. 서론에서는 대규모 MIMO가 제공하는 스펙트럼·에너지 효율 향상과 동시에 발생하는 파일럿 오염, 사용자 간 간섭, 불완전 CSIT 문제를 소개하고, 이를 완화하기 위한 선형 프리코딩의 필요성을 강조한다. 기존 연구는 주로 단일 셀 MISO 혹은 완전 CSI를 가정했으나, 본 연구는 소스‑릴레이 구간을 M×M 대규모 MIMO, 릴레이‑사용자 구간을 M×1 대규모 MISO로 모델링하고, 각 사용자마다 서로 다른 전송 상관 행렬 Θᵢⱼ,ₖ와 제한된 피드백에 의해 발생하는 추정 오차 τᵢⱼ,ₖ를 고려한다. 시스템 모델에서는 BS가 M개의 안테나를, 릴레이가 M+K개의 안테나(전송 M개, 수신 K개)를 보유하고, K명의 단일 안테나 사용자가 직접 연결되지 못하고 릴레이를 통해 통신한다는 가정을 둔다. 채널은 hᵢⱼ,ₖ = √M Θᵢⱼ,ₖ^{1/2} zᵢⱼ,ₖ 형태로 표현되며, zᵢⱼ,ₖ는 평균 0, 분산 1/M인 복소 가우시안 벡터이다. 불완전 CSIT는 ˆhᵢⱼ,ₖ = √M Θᵢⱼ,ₖ^{1/2}(√(1−τᵢⱼ,ₖ²) zᵢⱼ,ₖ + τᵢⱼ,ₖ qᵢⱼ,ₖ) 로 모델링한다. 여기서 τᵢⱼ,ₖ∈