[論文レビュー] A Comparison between Network-Controlled Repeaters and Reconfigurable Intelligent Surfaces

Hao Guo, Charitha Madapatha+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2022

Advanced Wireless Communication Technologies被引用数 8

ひとこと要約

本稿は5G/6Gネットワークにおけるネットワーク制御リピーター（NCR）と再構成可能インテリジェント表面（RIS）を比較し、ネットワークの密度化のための低複雑性代替手段としてNCRを提案する。さまざまなビームフォーミング戦略およびハードウェアの欠陥を想定した性能評価を行い、適切に展開された場合、NCRとRISの両方がネットワーク性能を顕著に向上させることを示しており、NCRは将来の3GPPシステムにおける実用的で単純なソリューションを提供する。

ABSTRACT

Network-controlled repeater (NCR) has been recently considered as a study-item in 3GPP Release 18, and the discussions are continuing in a work-item. In this paper, we introduce the concept of NCRs, as a possible low-complexity device to support for network densification and compare the performance of the NCRs with those achieved by reconfigurable intelligent surfaces (RISs). The results are presented for the cases with different beamforming methods and hardware impairment models of the RIS. Moreover, we introduce the objectives of the 3GPP Release 18 NCR work-item and study the effect of different parameters on the performance of NCR-assisted networks. As we show, with a proper deployment, the presence of NCRs/RISs can improve the network performance considerably.

研究の動機と目的

• 5G/6Gにおけるネットワーク密度化のための低複雑性ソリューションとしてのネットワーク制御リピーター（NCR）の性能を評価すること。
• スペクトル効率、カバレッジ、エネルギー効率の観点から、NCRと再構成可能インテリジェント表面（RIS）を比較すること。
• さまざまなビームフォーミング手法およびハードウェアの欠陥がNCRおよびRISの性能に与える影響を分析すること。
• 3GPPリリース18におけるNCRワーキングアイテムの目的を定義し、検討すること。
• 展開パラメータがNCR支援ネットワークの性能に与える影響を評価すること。

提案手法

• 著者らは、NCRをネットワークによって制御される半二重モードのアンプ・アンド・フォワードリレーめんとモデル化し、ビームフォーミングは基地局およびNCRで実施する。
• RISは位相シフトを再構成可能な反射素子を備え、均一な位相シフトと最適化された位相シフトの両方を用いる。
• 瑞々しいフェージングおよびハードウェアの欠陥を想定した下で、スペクトル効率およびカバレッジ確率という指標を用いて性能を評価する。
• ハードウェアの欠陥は、NCRおよびRISの信号処理に影響を与える加法的歪みノイズとしてモデル化される。
• 比較には、最大比結合（MR）、ゼロフォーシング（ZF）、選択ベースビームフォーミングの異なる戦略が含まれる。
• 性能のトレードオフを評価するために、さまざまな展開シナリオおよびパrameter設定でシミュレーションが実施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同一の展開条件下で、NCRのスペクトル効率はRISに比べてどの程度か？
• RQ2 ハードウェアの欠陥は、NCRおよびRISの性能向上にどのような影響を与えるか？
• RQ3 異なるビームフォーミング技術は、NCRおよびRIS支援ネットワークの性能にどのように影響を与えるか？
• RQ4 複雑性および展開の柔軟性の観点から、NCRがRISに比べて示す主な性能優位性は何か？
• RQ5 距離や要素数といった展開パラメータは、NCRおよびRISシステムの性能にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 適切な展開がなされれば、NCRおよびRISの両方がスペクトル効率およびカバレッジ確率を含め、ネットワーク性能を顕著に向上させる。
• ハードウェアの欠陥を考慮した場合、NCRは特定のシナリオにおいてRISに近い性能を達成する。
• NCRの性能向上はビームフォーミング戦略に敏感であり、選択ベースの手法に比べてZFおよびMRがより高い向上効果を示す。
• ハードウェアの欠陥はNCRおよびRISの両方の性能向上を低下させるが、要素数が多いことからRISへの影響がより顕著である。
• NCRはRISに比べて低複雑性の代替手段を提供するため、3GPPリリース18における密なネットワーク展開に適している。
• 本研究は、NCRが将来の5G/6Gネットワークの密度化に実用的かつ効果的なソリューションとして機能できることを確認した。