Research Highlight (최지환 교수)

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- 3D Network Design for Multi-UAV RAN with THz-Empowered Backhaul -

 

 

  이번 리서치 하이라이트에서는 최근 무선통신 분야 최상위 학술지인 “IEEE Transactions on Wireless Communications” (IF 8.9)에 게재 승인된 항공우주통신 및 응용지능 연구실 (지도교수: 최지환) 박사과정 김경수 학생의 연구 “3D Network Design for Multi-UAV RAN with THz-Empowered Backhaul”를 소개한다.

 

 

< KAIST AE 최지환 교수 >

 

 

[ 배경지식 ]

  B5G/6G 시대에 3차원(3D) 무선 네트워크의 비전이 등장하면서, UAV는 비용 효율성과 유연한 배치 덕분에 원격 지역, 긴급 상황, 트래픽 집중 지역에서 공중 기지국 역할로 주목받고 있다. UAV는 고정된 지상 네트워크보다 적응성과 높은 가시선(LoS) 채널 확률을 통해 고속 데이터 전송과 신뢰성 있는 통신을 보장할 수 있다.

 

  또한, 증가하는 트래픽 수요로 인해 백홀 링크의 중요성이 부각되면서 기존 sub-6GHz 스펙트럼은 6G의 요구 사항을 충족하기에 한계가 있다. 이를 해결하기 위한 유망한 대안으로 테라헤르츠(THz) 스펙트럼이 떠오르고 있으며, 이 스펙트럼은 약 100배 넓은 대역폭을 제공해 초당 수십 기가비트 전송이 가능하다. THz 백홀을 사용하는 UAV 기반 수직 이종 네트워크(V-HetNet)는 LoS 채널 특성으로 THz 스펙트럼의 단점을 보완해 백홀 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.

 

 

 

< 그림 1. 시스템 모델 >

 

 

[ 연구핵심내용 ]

  본 연구에서는 하이브리드 멀티-UAV RAN에서 UAV가 동일한 sub-6GHz 자원 블록에서 비직교 다중 접속 (NOMA)을 사용해 여러 사용자를 지원하고, 무선 백홀 링크에 THz 스펙트럼을 사용하는 시스템을 조사하였다(그림 1). 경로 손실 보상을 위해 대형 배열 안테나와 하이브리드 프리코딩 기법이 백홀 터미널에서 두 가지 안테나 구조, 즉 1) 완전 연결 구조와 2) 부분 연결 구조를 기반으로 사용된다(그림 2).

 

< 그림 2. 테라헤르츠 백홀 신호 전송을 위한 거대 다중 안테나 구조 >

 

 

  제안된 네트워크의 주파수 효율적 설계를 위해, 3D UAV 배치, UAV 전송 전력, NOMA 디코딩 순서를 최적화하는 문제를 설계하였고, 백홀 터미널의 하이브리드 프리코딩과 전송 전력도 함께 고려하였다. 이를 위해 설계 변수들을 순차적으로 최적화하는 과정을 제안하였다(그림 3).

 

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원문    최지환 교수[jhch@kaist.ac.kr]

편집       이승찬[aero_sc@kaist.ac.kr]