광대역 RIS 기반 셀프리 네트워크를 위한 통합 프리코딩 프레임워크

본 논문은 차세대 무선 통신에서 핵심 과제로 떠오른 셀프리(cell‑free) 네트워크의 비용·전력 문제를 해결하고자, 재구성 가능한 지능형 표면(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)을 도입한 새로운 네트워크 구조를 제안한다. 기존 셀프리 네트워크는 다수의 분산형 기지국(Base Station, BS)이 모든 사용자를 공동 서비스함으로써 셀 경계에서 발생하는 심각한 인터‑셀 간섭을 완화하고 용량을 크게 향상시킨다. 그러나 BS를 추가 배치하는 데는 높은 설치 비용과 전력 소비가 수반된다. RIS는 저비용·저전력의 패시브 메타‑표면으로, 전파를 원하는 방향으로 위상만 조절해 반사함으로써 전파 환경을 ‘스마트’하게 재구성한다. 이러한 특성을 활용해, 논문은 “RIS‑aided cell‑free network”라는 개념을 최초로 도입하고, 일부 BS를 RIS로 대체함으로써 전체 네트워크 용량을 크게 끌어올릴 수 있음을 보인다. ### 1) 시스템 모델 - **네트워크 구성**: B개의 BS, R개의 RIS, K개의 다중 안테나 사용자, P개의 OFDM 서브캐리어가 존재한다. 각 BS는 M개의 안테나, 각 RIS는 N개의 반사 요소, 각 사용자는 U개의 안테나를 갖는다. - **채널 모델**: 각 BS‑사용자 간 직접 링크 H^{(d)}_{b,k,p}와 BS‑RIS‑사용자 2‑hop 링크( BS‑RIS G_{b,r,p}와 RIS‑사용자 F_{r,k,p} )를 합성해 전체 채널 H_{b,k,p}=H^{(d)}_{b,k,p}+∑_{r}F_{r,k,p}Θ_r G_{b,r,p} 로 표현한다. 여기서 Θ_r=diag(θ_{r,1},…,θ_{r,N})는 RIS r의 위상 행렬이며, |θ_{r,n}|≤1 (이상적인 연속 위상·진폭 제어) 를 가정한다. - **전송 구조**: BS b는 각 사용자 k에 대한 프리코딩 벡터 w_{b,p,k}∈ℂ^{M} 를 사용해 심볼 s_{p,k} 를 전송하고, IDFT·CP 삽입 후 RF 전송한다. 모든 BS는 동기화되어 공동 전송을 수행한다. ### 2) 문제 정의 목표는 가중합률(Weighted Sum‑Rate, WSR) 최대화이다. \