칭화대학교, 6G용 RIS 및 AI 기반 저전력 통신 개발

​​6G용 Massive MIMO 살펴보기

​MIMO (Massive Multiple-Input-Multiple-Output)는 5G에서 사용되는 가장 중요한 기술 중 하나로, 수백 개의 안테나를 사용하여 수 Gbps의 높은 데이터 속도를 달성합니다. 6G에 필요할 수 있는 데이터 속도를 10배 증가시키기 위해 Massive MIMO는 안테나가 수천 개 이상인 UM-MIMO (Ultra-Massive MIMO)로 진화하고 있습니다.

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​6G UM-MIMO의 주요 과제 중 하나는 감당할 수 없는 전력 소비입니다. 기존의 UM-MIMO 시스템은 일반적으로 많은 트랜시버 모듈과 위상 시프터가 필요한 위상 배열을 채용하기 때문에 하드웨어의 전력 소비가 매우 높습니다. 또한, 안테나 개수와 필요한 데이터 속도가 크게 증가함에 따라 컴퓨팅의 전력 소비도 크게 증가할 것입니다. ​ 

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​저전력 통신 시스템 만들기

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​이 문제를 해결하기 위해 하드웨어와 소프트웨어를 공동으로 최적화하여 재구성 가능한 6G용 지능형 표면 (RIS)과 인공 지능 (AI)을 기반으로 한 저전력 통신 시스템을 개발했습니다. 

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​하드웨어의 경우 전력 소비가 많은 위상 배열을 저전력 RIS로 대체하여 하드웨어 전력 소비를 줄였습니다. 별도의 위상 시프터와 안테나를 사용하는 위상 배열과 달리 RIS는 위상 시프터와 안테나 모듈을 통합합니다. 이는 수천 개의 저전력 하위 파장 메타 물질로 구성됩니다. 충분한 실험의 결과에 따르면 RIS를 통해 낮은 전력 소비로 고이득 빔을 생성할 수 있음이 입증되었습니다. 우리가 개발한 시스템에서는 256개 요소를 가진 RIS가 위상 배열을 대체하기 위해 기지국에서 사용됩니다. 또한, 2,304개의 요소로 구성된 RIS가 릴레이로 사용되어 감소된 전송 전력으로 통신을 지원합니다. ​

^{​그림 1: 릴레이 측의 2,304개 요소 RIS.}

​소프트웨어의 경우 AI 기반 전송 설계를 개발하여 컴퓨팅 전력 소비를 줄였습니다. 단일 신경망 기반 신호 처리 모듈은 변조, 복조, 채널 코딩, 디코딩 등의 기존의 복잡한 신호 처리 모듈을 대체하는 데 사용됩니다. ​

​이 하드웨어와 소프트웨어 솔루션은 NI의 mmwave 통신 플랫폼에 구현되어 잠재적인 6G용 저전력 솔루션을 보여줍니다.

^{​그림 2: AI 기반 통신의 Constellation.}

​다음 단계

​앞으로 근거리 전파를 고려해야 하는 극대형 안테나 배열 (ELAA)을 사용한 저전력 통신에 중점을 둘 것입니다. 특히 1000개 이상의 안테나가 있는 ELAA용 근거리 전송 기술을 설계하고 구현할 것입니다.

참조 문헌

M. Cui, Z. Wu, Y. Chen, S. Xu, F. Yang, L. Dai, “Demo: Low-power communications based on RIS and AI for 6G,” in Proc. IEEE ICC 2022, May 2022. (IEEE ICC 2022 Outstanding Demo Award)​