5G communication support mmWave communication named FR2, which is expected to achieve high data rate and massive communication by utilizing the wide bandwidth. However, it is barely used in practice since the inherent mmWave properties(i.e. high attenuation, low penetration rate, short coverage) require a high number of FR2 BS per unit area, which make high initial and management cost. To reduce the deployment cost, recent works studies metasurface, which increases the coverage of mmWave at a low cost. In this paper, we propose the first metasurface which is compatible with existing infrastructure and supports a long lifetime with low power consumption, and low-cost production. We satisfy these properties by transmitting a control signal which has advantages for low power decoding, and by designing a low power controller which utilizes the low power element (such as nonlinearity). Especially, our low power metasurface does not require any hardware modification of existing devices, which makes lower deployment costs possible. Also, our metasurface reduces additional power consumption with a low duty cycle which is compatible with the NR beam management protocol. As the result, we achieve 259$\mu W$ power consumption which makes 1.33 years lifetime with one coin cell battery. Also, We find that in real-life environments, up to 22.9 dB of SNR gain can be achieved.
5세대 이동통신(NR)은 밀리미터파 통신 서비스(FR2)을 지원하며, 높은 통신 속도 및 대량 통신을 가능하게 할 것으로 기대되었습니다. 하지만, 밀리미터파 대역의 전파 특성(높은 신호 감쇄, 낮은 투과율, 좁은 커버리지)은 단위 면적당 필요한 기지국의 개수를 늘리며 결국 높은 초기 및 관리 비용을 요구합니다. 이러한 배포 비용을 줄이기 위해 최근에는 저렴한 메타표면을 활용하여 기지국의 커버리지를 늘리는 연구가 진행중입니다. 본 논문에서는 최초로 기존 기지국에 완벽 호환되고, 저전력으로 장시간 구동이 가능하며, 저가 제작이 가능한 메타표면을 제안합니다. 해당 기준을 달성하기 위해서 송신측이 전송 가능한 저전력 통신에 유리한 신호 설계 및 저전력 소자를 활용한 수신측의 저전력 디코딩 방식을 제안하였습니다. 특히, 기존 송수신 측의 어떠한 하드웨서 변경 및 추가를 요구하지 않는 제어 신호를 생성하기 때문에, 저희가 제안하는 메타표면을 활용하기 위한 비용이 크게 줄어듭니다. 또한 NR 빔포밍 프로토콜의 특성을 이용하여, 낮은 듀티 사이클링을 가능하게 하여 낮은 전력 소비량 달성하였습니다. 이를 활용하여, 기존 저전력 프로토콜(예, BLE, ZigBee)에 비해 수백배 낮은 전력 소비량인 259$\mu W$를 달성하여 일반적인 코인 배터리 기준 1.33년의 작동 기간을 달성했습니다. 마지막으로, 이러한 특징을 만족하는 메타표면을 실제로 구현하여 실생활 환경에서 최대 22.9dB의 신호대잡음비 이득을 얻을 수 있음을 확인했습니다.
