[논문 리뷰] A Comparison between Network-Controlled Repeaters and Reconfigurable Intelligent Surfaces

Hao Guo, Charitha Madapatha외 5명|arXiv (Cornell University)|2022. 11. 13.

Advanced Wireless Communication Technologies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 5G/6G 네트워크에서 네트워크 제어형 리피터(NCRs)와 재구성 가능한 지능형 표면(RISs)을 비교하며, 네트워크 밀도화를 위한 저복잡도 대안으로 NCRs를 제안한다. 다양한 빔포밍 전략과 하드웨어 결함을 고려한 성능을 평가한 결과, 적절히 구현된 경우 NCRs와 RISs 모두 네트워크 성능을 크게 향상시키며, NCRs는 향후 3GPP 시스템에 실용적이고 간단한 해결책을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 5G/6G에서 네트워크 밀도화를 위한 저복잡도 솔루션으로 네트워크 제어형 리피터(NCRs)의 성능을 평가하기 위해.
• 스펙트럼 효율성, 커버리지, 에너지 효율성 측면에서 NCRs와 재구성 가능한 지능형 표면(RISs)을 비교하기 위해.
• 다양한 빔포밍 방법과 하드웨어 결함이 NCR 및 RIS 성능에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 3GPP 릴리스 18 NCR 워크아이템의 목표를 정의하고 탐색하기 위해.
• 배치 파라미터가 NCR 보조 네트워크 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 네트워크에 의해 제어되는 허프디플렉스, 앰플리파이 앤 포워드 리피터로 NCRs를 모델링하며, 빔포밍은 기지국과 NCR에서 모두 적용된다.
• RISs의 경우 위상 이동 재구성 가능한 반사 요소를 사용하며, 균일한 및 최적화된 위상 이동을 모두 고려한다.
• 스펙트럼 효율성과 커버리지 확률 지표를 사용하여 레이일라이 페이딩과 하드웨어 결함 조건 하에서 성능을 평가한다.
• 하드웨어 결함은 추가적인 왜곡 노이즈로 모델링되며, NCR 및 RIS의 신호 처리에 모두 영향을 준다.
• 비교에는 최대 비율 병합(MR), 제로포싱(ZF), 선택 기반 빔포밍 등 다양한 빔포밍 전략이 포함된다.
• 성능 트레이드오프를 평가하기 위해 다양한 구현 시나리오와 파라미터 설정에서 시뮬레이션을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 배치 조건에서 NCR의 스펙트럼 효율성은 RIS에 비해 어떻게 비교되는가?
• RQ2 하드웨어 결함은 NCR과 RIS의 성능 향상에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 다양한 빔포밍 기법은 NCR 및 RIS 보조 네트워크 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 복잡도와 구현 유연성 측면에서 NCR이 RIS보다 가지는 주요 성능 이점은 무엇인가?
• RQ5 거리 및 요소 수와 같은 구현 파라미터는 NCR 및 RIS 시스템 성능에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 적절한 배치 조건에서 NCRs와 RISs 모두 스펙트럼 효율성과 커버리지 확률을 포함한 네트워크 성능을 크게 향상시킨다.
• 특히 하드웨어 결함을 고려할 경우, NCRs는 일부 시나리오에서 RISs에 가까운 성능을 달성한다.
• NCR의 성능 향상은 빔포밍 전략에 민감하며, 선택 기반 방법보다 ZF 및 MR 전략이 더 높은 성능 향상을 제공한다.
• 하드웨어 결함은 NCR과 RIS의 성능 향상 모두를 감소시키지만, 높은 요소 수를 가진 RIS의 경우 영향이 더 뚜렷하다.
• NCRs는 RISs에 비해 저복잡도 대안을 제공하므로, 3GPP 릴리스 18의 밀도 네트워크 구현에 적합하다.
• 본 연구는 NCRs가 향후 5G/6G 네트워크 밀도화를 위한 실용적이고 효과적인 솔루션임을 확인한다.