안테나 상호결합을 고려한 마이크로파 아날로그 컴퓨터 기반 MIMO 시스템의 물리적 모델링 및 최적화

본 논문은 마이크로파 선형 아날로그 컴퓨터(MiLAC)를 이용한 다중입출력(MIMO) 통신 시스템에서 안테나 상호결합을 물리적으로 정확히 모델링하고, 이를 고려한 최적화 기법을 제시한다. 기존 연구들은 이상적인 채널 모델과 완전 매칭된 안테나를 전제로 MiLAC의 성능을 분석했으나, 실제 초대형 안테나 어레이에서는 안테나 간 상호결합이 크게 나타나며 이는 전송·수신 신호에 직접적인 영향을 미친다. 저자는 다중포트 네트워크 이론을 기반으로 전송 어레이와 수신 어레이 각각을 N_T, N_R 포트의 임피던스 매트릭스 Z_TT, Z_RR 로 모델링하고, 전송 임피던스 Z_RT 를 포함한 전체 임피던스 매트릭스 Z_H 를 구성한다. 전압·전류 관계식 v = Z_H i 와 Ohm 법칙을 결합해, 전송 채널 행렬 H 를 H = Z_0 (Z_RR + Z_0 I)^{-1} Z_RT (Z_TT + Z_0 I)^{-1} 형태로 도출한다. 여기서 Z_0는 RF 체인의 표준 임피던스(50 Ω)이며, Z_TT와 Z_RR 의 비대각 원소가 상호결합을, 대각 원소가 자체 임피던스를 나타낸다. MiLAC 자체는 N_S개의 RF 체인과 N_T개의 안테나 포트를 연결하는 (N_S+N_T) 포트 임피던스 매트릭스 Z_F 로 표현된다. Z_F는 입력 전압원과 출력 안테나 사이의 전압·전류 관계를 정의하며, w = s - Z_0 i_w,