KR20220144679A - 지능형 반사 표면을 포함하는 mimo 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법 및 장치 - Google Patents

지능형 반사 표면을 포함하는 mimo 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화하는 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화하는 방법은 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계, 각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계; IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 상기 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.

Description

지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법 및 장치{Method and Apparatus for Simultaneous Optimization of Transmitted Rate and The Harvested Energy in Intelligent Reflecting Surface-aided MIMO System}
본 발명은 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
지능형 반사 표면(Intelligent Reflecting Surface; IRS)은 무선 통신의 성능을 개선하기 위한 유망한 솔루션으로 주목 받고 있다. 다수의 저비용 수동 반사 장치로 구현된 IRS는 조절 가능한 진폭 및 위상으로 신호를 재 분산할 수 있다. IRS의 반사 유닛은 위상과 진폭을 지능적으로 조정함으로써 수동 빔포밍을 달성할 수 있다. 이러한 이점에 힘입어 최근 많은 연구에서는 전송 전력을 최소화하여 에너지 효율을 극대화하고 MIMO 도청 채널의 보안 용량 최대화를 위해 노력하고 있다.
대부분의 기술에서는 복잡한 신호처리를 수행하지 않기 때문에 IRS의 전력 소비가 무시할 만하다고 가정된다. 하지만 IRS 장치의 전력 소비량은 반사 유닛의 유형과 특성에 따라 다르며, 일반적으로 반사 유닛의 수가 많기 때문에 전력 소비가 너무 커서 무시할 수 없다. 그러므로 IRS를 장기간 운영할 수 있는 효율적인 전략을 제안하는 것이 중요하다. IRS는 송신기와 수신기 사이의 심각한 신호 차단을 방지하기 위해 배치되므로 IRS와 송수신기 사이의 채널 간섭은 적다. 따라서 무선 전력 전송 기술을 사용하여 송신 신호로부터 IRS로 전력을 전송하는 기술은 IRS를 장기간 운영할 수 있는 효율적인 전략이 될 수 있다. 그러나 전력 전송과 전송 속도를 동시에 최적화하는 문제는 변수가 결합되어 있고 비볼록 최적화 문제이기 때문에 해결하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 제안하는 기법을 통해 공분산 행렬과 IRS 반사 유닛의 계수를 교대로 최적화하여 해를 구하며, 각각의 IRS 반사 유닛은 충전모드와 반사모드에서의 목적함수의 값을 비교하여 모드를 결정함으로써 기존의 기법과 다르게 IRS 반사 유닛이 독립적으로 동작하는 지속 가능한 IRS를 구현하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화하는 방법은 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계, 각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 상기 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계는 각각의 반사 유닛이 활성화된 상태인 반사 모드 또는 비활성화 상태인 충전 모드에서 동작하도록 결정하고, 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수의 수렴 여부를 판단한다.
각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계에서, 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴되지 않은 경우, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복한다.
IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계는 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴된 경우, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화하는 장치는 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하고, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 계산부, 각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 모드 결정부 및 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 계산부가 공분산 행렬을 계산하고, 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하고, 모드 결정부가 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 과정을 반복하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화할 수 있다. 제안하는 기법은 공분산 행렬과 IRS 반사 유닛의 계수를 교대로 최적화하여 해를 구하며, 각각의 IRS 반사 유닛은 충전모드와 반사모드에서의 목적함수의 값을 비교하여 모드를 결정함으로써 기존의 기법과 다르게 IRS 반사 유닛이 독립적으로 동작하는 지속 가능한 IRS를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 가지는 송수신기와 에너지 수확 회로를 가지는 IRS가 있는 MIMO 시스템 모델을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 IRS가 있는 MIMO 시스템에서 전송 속도에 따른 수확 에너지에 대한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 IRS에서 활성화된 유닛 수에 따른 수확된 에너지와 전송 속도에 대한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법은 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계(110), 각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계(120); IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계(130) 및 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 상기 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복하는 단계(140)를 포함한다.
단계(110)에서, 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득(111)하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산한다(112).
단계(120)에서, 각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정한다.
먼저, 각각의 반사 유닛이 활성화된 상태인 반사 모드 또는 비활성화 상태인 충전 모드에서 동작하도록 결정한다(121). 이후, 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수의 수렴 여부를 판단한다(122).
결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴되지 않은 경우, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계(112)를 반복한다.
단계(120)에서 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴된 경우, 단계(130)에서, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산한다.
단계(140)에서, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 상기 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복한다. 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수의 수렴 여부를 판단하여, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계(112)를 반복한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 가지는 송수신기와 에너지 수확 회로를 가지는 IRS가 있는 MIMO 시스템 모델을 나타내는 도면이다.
본 발명에서는 수신된 신호로부터 에너지를 획득할 수 있으며 MIMO 시스템의 전송 속도를 증가시킬 수 있는 지속 가능한 IRS를 포함한 MIMO 시스템을 제안한다. 다중 안테나를 가지는 송신기(210) 및 수신기(220)와 IRS가 있는 MIMO 시스템에서 수신된 신호는 다음과 같다:
Figure pat00001
수식 1
이때
Figure pat00002
는 수신 신호 벡터,
Figure pat00003
는 송신 신호 벡터,
Figure pat00004
는 가산 백색 가우스 잡음 벡터이다.
Figure pat00005
는 수신기(220)와 송신기(210) 사이의 채널 행렬,
Figure pat00006
은 수신기와 IRS사이의 채널 행렬,
Figure pat00007
는 송신기와 IRS사이의 채널행렬,
Figure pat00008
는 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수로 구성된 행렬이다. 각각의 반사 유닛은 반사 또는 충전 모드로 동작할 수 있다. 충전모드에서는
Figure pat00009
으로 비활성화 상태이고, 반사모드에서
Figure pat00010
로 IRS의 반사 유닛이 활성화된 상태이다. 송신 신호의 전송 전력 제한은
Figure pat00011
이다. 수신기에서 달성 가능한 전송 속도는 다음과 같다:
Figure pat00012
수식 2
여기서,
Figure pat00013
는 유효채널이다. IRS에서 수확 가능한 에너지는 다음과 같다:
Figure pat00014
수식 3
여기에서
Figure pat00015
는 각각의 유닛의 모드를 나타내며,
Figure pat00016
이므로
Figure pat00017
이다.
Figure pat00018
는 수신 전력을 전기에너지로 변환될 때의 효율이다.
에너지-전송속도 쌍의 달성 가능한 영역에서의 최적화 문제를 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
. 수식 4
여기서,
Figure pat00023
는 전송 속도 또는 에너지 수확에 중요도를 부여하는 파라미터이다. 만약
Figure pat00024
이면 에너지 수확 없이 전송 속도를 최대화하기 위한 문제가 되며,
Figure pat00025
이면 에너지 수확만을 최대화하기 위한 문제가 된다.
수식 4는 비볼록 최적화 문제로 풀기 어려운 문제가 있다. 본 발명에서는 이 문제를 해결하기 위하여 교대 최적화 방법을 도입하였다. 따라서 Q를 고정하고
Figure pat00026
의 해를 구하고
Figure pat00027
를 고정하고 Q를 최적화하며 이 과정을 목적함수가 수렴할 때까지 반복한다:
먼저 공분산 행렬
Figure pat00028
를 사용하여
Figure pat00029
를 최적화한다. 하지만
Figure pat00030
에 대해서 오목 함수가 아니기 때문에 최적의
Figure pat00031
를 구하기 어렵다. 각각의 IRS 반사 유닛의 계수
Figure pat00032
은 독립적이므로 최적의
Figure pat00033
을 구하기 위해 좌표하강법(coordinate descent methods)을 적용하였다. 따라서
Figure pat00034
와 Q가 주어졌을 때 각각의
Figure pat00035
에 대한 하위 문제들이 수렴할 때까지 최적화를 진행한다. 각각의
Figure pat00036
에 대한 유효 채널을 다시 작성하면 다음과 같다:
Figure pat00037
수식 5
여기서,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
이다. 수식 5을 사용해서 달성 가능한 전송 속도 수식 2를 다시 정리하면 다음과 같다:
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
수식 6
이며 수식 6를 구성하는 변수는 다음과 같다:
Figure pat00044
Figure pat00045
수식 7
수식 4를
Figure pat00046
에 대한 하위 문제로 다시 작성하면
Figure pat00047
Figure pat00048
수식 8
여기서,
Figure pat00049
은
Figure pat00050
의
Figure pat00051
번째 대각 원소이다. 문제의 제한조건에 의해서
Figure pat00052
는 0 또는 1값을 가지게 된다.
Figure pat00053
일 때 목적함수는
Figure pat00054
이며,
Figure pat00055
일 때 에너지 수확은 발생하지 않고 목적함수는
Figure pat00056
이 된다. 본 발명에서는 두 경우에서의 목적함수 값을 비교하여
Figure pat00057
을 다음과 같이 결정한다:
Figure pat00058
수식 9
여기서,
Figure pat00059
은 목적함수가
Figure pat00060
일 때의 해이다[1]. 수식 9를 사용하여
Figure pat00061
을 계산하고 목적함수가 수렴할 때까지
Figure pat00062
을 업데이트하면 고정된 Q에 대한 최적의
Figure pat00063
를 구할 수 있다.
다음으로 반사 유닛의 계수
Figure pat00064
가 주어진다면 최적의 Q를 다음과 같이 구할 수 있다:
Figure pat00065
Figure pat00066
수식 10
이며, 여기에서
Figure pat00067
이다. 이 문제는 볼록 문제이며 라그랑지 듀얼 함수(Lagrange dual function)는 다음과 같다:
Figure pat00068
수식 11
여기서,
Figure pat00069
는 라그랑지 듀얼 변수이며 수식 10의 제한 조건과 관련이 있다.
Figure pat00070
를 C의 최대 고유값보다 크게 설정하면
Figure pat00071
은
Figure pat00072
로 특이값 분해를 할 수 있으며, 여기에서
Figure pat00073
는
Figure pat00074
의 랭크이다. 이때 최적의 Q는 다음과 같다[2]:
Figure pat00075
수식 12
수식 12에서
Figure pat00076
이며
Figure pat00077
이다. 듀얼 함수는 듀얼 변수에 대해서 단조 함수이기 때문에 본 발명에서는 이분법(bisection search)으로 제한조건
Figure pat00078
을 만족하기 위한 최적의 듀얼 변수를 구한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
제안하는 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치(300)는 계산부(310), 모드 결정부(320) 및 제어부(330)를 포함한다.
계산부(310)는 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하고, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산한다.
모드 결정부(320)는 각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정한다.
먼저, 모드 결정부(320)는 각각의 반사 유닛이 활성화된 상태인 반사 모드 또는 비활성화 상태인 충전 모드에서 동작하도록 결정한다. 이후, 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수의 수렴 여부를 판단한다.
결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴되지 않은 경우, 계산부(310)는 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복한다.
결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴된 경우, 계산부(310)는 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산한다.
제어부(330)는 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 계산부가 공분산 행렬을 계산하고, 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하고, 모드 결정부가 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 과정을 반복하도록 제어한다.
각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수의 수렴 여부를 판단하여, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 계산부(310)는 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 지능형 반사 표면을 포함하는 MIMO 시스템에서 수확 에너지와 전송 속도를 동시에 최적화할 수 있다. 제안하는 기법은 공분산 행렬과 IRS 반사 유닛의 계수를 교대로 최적화하여 해를 구하며, 각각의 IRS 반사 유닛은 충전모드와 반사모드에서의 목적함수의 값을 비교하여 모드를 결정함으로써 기존의 기법과 다르게 IRS 반사 유닛이 독립적으로 동작하는 지속 가능한 IRS를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 IRS가 있는 MIMO 시스템에서 전송 속도에 따른 수확 에너지에 대한 그래프이다.
제안하는 기법의 성능을 검증하기 위해서 IRS의 모든 유닛이 동작하지 않는 상황에서 전송 속도를 최대화하는 Passive Harvesting, 모든 유닛이 충전모드로 수확 에너지를 최대화하는 Harvesting mode와 모든 유닛이 전송 속도를 증가시키기 위해 활성화된 Reflecting mode가 스케줄링에 따라 동작하는 Time sharing 그리고 제안하는 기법에 대해서 비교하였다.
Passive Harvesting에서 모든 유닛이 동작하지 않는 상태이므로 수동적으로 15mW의 에너지를 수확할 수 있다. 총 수확된 에너지가 50mW일 때 제안하는 알고리즘은 Time sharing보다 1.3배 높은 전송률을 달성하며, 제안하는 알고리즘은 Time sharing보다 훨씬 큰 에너지-전송속도 영역을 달성하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지속 가능한 IRS에서 활성화된 유닛 수에 따른 수확된 에너지와 전송 속도에 대한 그래프이다.
활성화된 유닛의 수에 따라 수확된 에너지는 단조롭게 감소하며 전송 속도는 단조롭게 증가한다. 반사 단위의 20%가 활성화되면 수확할 수 있는 최대 에너지의 70%를 수확할 수 있으며 최대 전송률의 80%를 달성한다. 적은 유닛의 개수로 높은 전송률과 에너지 수확을 할 수 있으며 반사 유닛의 소모 전력을 알면 지속 가능한 IRS를 설계할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
<참고문헌>
[1] S. Zhang and R. Zhang, "Capacity characterization for intelligent reflecting surface aided MIMO communications, "IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 38, no. 8, pp. 1823-1838, Aug. 2020.
[2] R. Zhang, Y. C. Liang, and S. Cui, "Dynamic resource allocation in cognitive radio networks, "IEEE Sig. Process. Mag., vol. 27, np. 3, pp. 102-114, May 2010.

Claims (8)

  1. 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계;
    각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계;
    IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계; 및
    각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 공분산 행렬을 계산하는 단계 및 상기 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복하는 단계
    를 포함하는 MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 단계는,
    각각의 반사 유닛이 활성화된 상태인 반사 모드 또는 비활성화 상태인 충전 모드에서 동작하도록 결정하고, 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수의 수렴 여부를 판단하는
    MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴되지 않은 경우, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복하는
    MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계는,
    결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴된 경우, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는
    MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 방법.
  5. 송신기 및 수신기 간의 채널 정보를 획득하여 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하고, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는 계산부;
    각각의 반사 유닛의 계수에 대하여 목적함수에 따라 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 모드 결정부; 및
    각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 계산부가 공분산 행렬을 계산하고, 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하고, 모드 결정부가 각각의 반사 유닛의 모드를 결정하는 과정을 반복하도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    모드 결정부는,
    각각의 반사 유닛이 활성화된 상태인 반사 모드 또는 비활성화 상태인 충전 모드에서 동작하도록 결정하고, 결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수의 수렴 여부를 판단하는
    MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    계산부는,
    결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴되지 않은 경우, 각각의 반사 유닛의 모드의 목적함수가 수렴될 때까지 상기 채널의 공분산 행렬을 고정하고, 고정된 채널의 공분산 행렬에 대한 각각의 반사 유닛의 계수를 계산하는 단계를 반복하는
    MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    계산부는,
    결정된 각각의 반사 유닛의 모드에 따른 목적 함수가 수렴된 경우, IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수를 고정하고, 고정된 IRS를 구성하는 각각의 반사 유닛의 계수에 대한 채널의 공분산 행렬을 계산하는
    MIMO 시스템의 수확 에너지 및 전송 속도 최적화 장치.
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