UR​A​ 형상 최적화로 근거리 빔포커싱·공간 자유도 향상

** 본 논문은 차세대 초대규모 MIMO(UM‑MIMO) 시스템이 고주파 대역으로 이동함에 따라 방사 근거리(radiative near‑field) 영역이 통신 범위의 상당 부분을 차지하게 되는 현상을 출발점으로 삼는다. 근거리에서는 파면이 구면 형태를 띠며, 전통적인 평면 파동 기반의 빔스티어링이 아닌 **빔포커싱**이 필요하게 된다. 빔포커싱은 특정 거리 r_F에 대해 각 안테나 요소의 위상을 보정함으로써 해당 지점에서 신호가 집결하도록 하는 방식이며, 이때 얻어지는 **빔깊이(beamdepth)**는 “얼마나 멀리까지 3 dB 이하의 손실 없이 집중된 빔을 유지할 수 있는가”를 나타내는 핵심 지표이다. ### 1. 시스템 모델 및 근거리 채널 - BS는 N₁ × N₂ 요소를 가진 URA를 사용하고, 요소 간격 d=λ/2 로 고정한다. - UE는 단일 등방성 안테나이며, azimuth φ, elevation θ, 거리 r 로 위치를 정의한다. - 근거리 채널은 **Uniform Spherical Wave(USW)** 모델을 채택해, 각 요소와 UE 사이의 거리 r(n₁,n₂)를 2차 테일러 전개로 근사한다. 이때 거리 차이에 대한 1/r 항은 무시하고, 구면 파면 보정을 위한 위상만을 남긴다. - r가 레일리 거리 r_RD = 2D²/λ 보다 클 경우, 전통적인 far‑field 스테어링 벡터 a_URA(φ,θ) 로 수렴한다. ### 2. Beamdepth 및 EBRD 도출 - **Beamdepth 정의**: focal point r_F를 중심으로 정상적인 배열 이득이 최대값보다 3 dB 이하가 되는 거리 구간