다중 MF RIS 기반 다운링크 NOMA 네트워크의 에너지 효율 최적화와 하이브리드 DRL 설계

본 논문은 다중 기능을 갖는 재구성 지능형 표면(MF‑RIS)의 특성을 활용해 NOMA 기반 다운링크 통신 시스템의 에너지 효율을 극대화하는 새로운 프레임워크를 제안한다. 기존 RIS는 180도 반사 영역과 외부 전원 의존성이라는 물리적 한계가 있었지만, MF‑RIS는 반사·투과·증폭을 동시에 수행하고 무선 전력을 수집해 자체 전원을 공급받을 수 있다. 이러한 특성을 살려 다수의 MF‑RIS를 네트워크 전역에 배치하고, 각 RIS가 신호 모드와 에너지 수집 모드 중 하나를 선택하도록 설계하였다. 시스템 모델링 단계에서 저자는 BS가 N개의 안테나를 가지고 Q개의 MF‑RIS와 J개의 사용자를 서비스하는 상황을 가정한다. 각 RIS는 M개의 요소로 구성되며, 각 요소는 이산 변수 α_{q,m}∈{0,1} 로 모드(신호/에너지)를 결정하고, 연속 변수 β_{k,q,m} (증폭 계수)와 θ_{k,q,m} (위상) 로 전파 특성을 제어한다. 또한, RIS 위치 w_q 를 최적화 변수에 포함시켜 공간적 배치까지 동시에 설계한다. 채널은 Rician·Rayleigh 복합 모델을 사용해 BS‑RIS, RIS‑사용자, BS‑사용자 직링크를 모두 고려한다. 목표 함수는 전체 시스템 EE = (∑_{k}∑_{j} R_{k,j}) / P_total 로 정의한다. 여기서 R_{k,j}=log2(1+γ_{k,j})는 NOMA SIC를 고려한 SINR 기반 전송률이며, P_total 은 BS 전송 전력, RIS 증폭 노이즈 전력, RIS 회로·핀 다이오드 전력 소비, 그리고 RIS가 수집한 에너지에 의해 보상되는 전력 등을 모두 포함한다. 제약 조건은 다음과 같다. (1) 각 사용자에 대한 최소 전송률 R_min; (2) BS 전송 전력 한계 P_max^BS; (3) 각 RIS의 자가 지속 가능성, 즉 회로·제어 전력 P_con,q 가 수집 전력 ∑_m P_A,q,m 이하; (4) RIS 위치가 허용 구역 W 내에 존재; (5) RIS 요소의 물리적 한계(α∈