[논문 리뷰] Experimental Evaluation of Multi-operator RIS-assisted Links in Indoor Environment

Mir Lodro, Jean-Baptiste Gros외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 15.

Advanced Wireless Communication Technologies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 SDR 기반의 USRP 플랫폼을 사용하여 실내 환경에서 다중 운영자 Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)-보조 링크의 공존성을 실험적으로 평가한다. 5.1–5.3 GHz 대역에서 50–100 MHz 주파수 간격을 가지며, 두 개의 독립된 SISO 링크에 대해 RIS 위상 이완을 최적화함으로써, 두 링크 모두 동시에 낮은 BER (<10⁻³)와 EVM (<10%)를 달성함을 입증하여, 공유 RF 환경에서 간섭 최소화와 강건한 QoS 공존이 가능함을 보여준다.

ABSTRACT

In this work, we present reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted optimization of the multiple links in the same indoor environment. Multiple RISs from different operators can co-exists and handle independent robust communication links in the same indoor environment. We investigated the key performance metrics with the help of two simultaneously operating RIS-empowered robust communication links at different center frequencies in the same indoor environment. We found with the help of bit error rate (BER) and error vector magnitude (EVM) measurements that two operators can co-exist in the same RF environment without seriously impacting quality of service of users.

연구 동기 및 목표

• 동일한 실내 RF 환경에서 서로 다른 운영자로부터 온 다수의 RIS 보조 통신 링크의 공존성을 조사한다.
• 공유 채널 및 인접 채널 간섭이 BER 및 EVM과 같은 핵심 성능 지표(KPI)에 미치는 영향을 평가한다.
• 다른 중심 주파수에서 작동하는 다수의 링크에 대해 독립적인 RIS 위상 최적화의 효과성을 평가한다.
• 밀집된 실내 환경에서 RIS 보조 링크가 서로의 성능을 떨어뜨리지 않고 고품질 서비스를 유지할 수 있는지 확인한다.
• SDR 기반 테스트베드를 사용하여 실제 실내 조건에서 다중 운영자 RIS 구현의 실증적 타당성을 제공한다.

제안 방법

• 5.1–5.3 GHz 대역에서 독립적인 송신기 및 수신기 작동을 위해 두 대의 풀디럭스 USRP X310 SDR와 UBX-160 RF 카드를 구축한다.
• 각각의 SISO 링크에 대해 독립적으로 최적화된 두 개의 별도 RIS를 사용하며, EVM과 BER를 최소화하기 위해 위상 이완 재구성 방식을 적용한다.
• 가구 및 IT 장비가 있는 풍부한 산란 환경에서의 실내 사무실 환경에서 측정을 수행하며, 주로 Tx-RIS-Rx 계단식 링크에 초점을 맞춘다.
• QPSK 변조 웨이브포맷을 사용하고, 프레임 동기화 이전에 EVM을 측정하고, 데이터 복구 이후에 BER을 측정한다.
• EVM과 BER를 최소화하기 위해 반복적인 위상 이완 조정을 수행하며, 별도의 복조도를 통해 실시간으로 병렬 모니터링을 수행한다.
• 두 가지 시나리오를 평가한다: 동일 위치에 있는 RIS(공지 RIS)와 x-축 및 y-축에 따라 분리된 RIS이며, 중심 주파수 차이는 50 MHz와 100 MHz이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다른 운영자로부터 온 두 개의 RIS 보조 링크가 동일한 실내 RF 환경에서 상당한 QoS 저하 없이 공존할 수 있는가?
• RQ2 주파수 간격(50 MHz 대비 100 MHz)이 다중 RIS 환경에서 간섭과 KPI 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동시 작동 중일 때 RIS 위상 최적화가 각 개별 링크의 EVM과 BER에 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 RIS 피크 응답 주파수는 링크 성능에 영향을 미치는가? 그리고 공존에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 전파 조건(유리한 상태 대비 열악한 초기 상태)이 다중 링크 설정에서 RIS 최적화의 수렴성과 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모든 테스트 구성에서 두 RIS 보조 링크 모두 EVM이 10% 이하, BER이 10⁻³ 이하로 최적화되어 고품질 통신이 가능함을 확인하였다.
• 공지 RIS 시나리오에서는 RIS 피크 응답 주파수가 5.2 GHz에 위치해 있어 5.2 GHz 링크가 5.1 GHz 링크보다 항상 더 낮은 EVM과 BER를 보였다.
• 분리된 RIS의 경우, EVM과 BER 최적화 패턴이 유사하게 나타나 서로 간의 교차 링크 간섭이 최소임을 시사하였다.
• RIS는 운영 주파수(5.2 GHz) 근처에서 효과적인 빔포밍을 수행하였으며, 초기 전파 상태에 관계없이 5.2 GHz에 가까운 주파수에서 더 높은 순간 EVM이 관측되었다.
• 50 MHz 주파수 갭(5.175 GHz 및 5.225 GHz)이 존재하는 경우, 두 링크 모두 안정적인 EVM과 BER 최적화를 달성하여 좁은 주파수 간격에서도 강건함을 입증하였다.
• 초기 RIS 반복 과정에서만 BER이 관측되었으며, 유리한 전파 조건이 확보된 후에는 BER이 0으로 떨어져 최적화의 성공적 수렴을 나타내었다.