[論文レビュー] Can Terahertz Provide High-Rate Reliable Low Latency Communications for Wireless VR?

Christina Chaccour, Mehdi Naderi Soorki+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2020

Millimeter-Wave Propagation and Modeling被引用数 33

ひとこと要約

本論文は、処理遅延、待ち行列遅延、下りリンク遅延に分解する新規なterahertzベースの無線VRモデルを提案し、ブロッケージと分子吸収の影響を受ける近距離リンクにおける瞬間的信頼性を評価するために、遅延の裾分布と信頼性のリスクを分析する。

ABSTRACT

Wireless virtual reality (VR) imposes new visual and haptic requirements that are directly linked to the quality-of-experience (QoE) of VR users. These QoE requirements can only be met by wireless connectivity that offers high-rate and high-reliability low latency communications (HRLLC), unlike the low rates usually considered in vanilla ultra-reliable low latency communication scenarios. The high rates for VR over short distances can only be supported by an enormous bandwidth, which is available in terahertz (THz) frequency bands. Guaranteeing HRLLC requires dealing with the uncertainty that is specific to the THz channel. To explore the potential of THz for meeting HRLLC requirements, a quantification of the risk for an unreliable VR performance is conducted through a novel and rigorous characterization of the tail of the end-to-end (E2E) delay. Then, a thorough analysis of the tail-value-atrisk (TVaR) is performed to concretely characterize the behavior of extreme wireless events crucial to the real-time VR experience. System reliability for scenarios with guaranteed line-of-sight (LoS) is then derived as a function of THz network parameters after deriving a novel expression for the probability distribution function of the THz transmission delay. Numerical results show that abundant bandwidth and low molecular absorption are necessary to improve the reliability. However, their effect remains secondary compared to the availability of LoS, which significantly affects the THz HRLLC performance. In particular, for scenarios with guaranteed LoS, a reliability of 99.999% (with an E2E delay threshold of 20 ms) for a bandwidth of 15 GHz along with data rates of 18.3 Gbps can be achieved by the THz network (operating at a frequency of 1 THz), compared to a reliability of 96% for twice the bandwidth, when blockages are considered.

研究の動機と目的

• terahertzを用いた無線VRの利用を動機づけ、主要遅延成分を特定する。
• 処理、待ち行列、および下り伝送遅延を含む新規のVR遅延モデルを導入する。
• モーメント法を用いて遅延の裾分布を導出し、極端な遅延イベントを特徴づける。
• リスク測度ツールを適用して、信頼できないユーザー体験の確率を評価する。
• ブロッケージ密度と分子吸収がterahertz周波数での信頼性に与える影響を分析する。

提案手法

• 処理、待ち行列、および下り伝送の3つの遅延成分を含むVR要求/応答モデルを定義する。
• モーメントベースの手法を用いて遅延の裾分布を導出し、極端な事象をとらえる。
• 極値理論/リスク分析ツール（例：CVaRに類似した指標）を用いて、信頼できないユーザー体験のリスクを定量化する。
• ブロッケージ密度や分子吸収といったterahertz特有の要因が近距離リンクの信頼性に与える影響を評価する。
• terahertzチャネル上の高レート・低遅延無線VRへの示唆を論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近距離環境におけるterahertzリンクの無線VRにおける瞬時信頼性はどの程度か。
• RQ2 遅延の裾はどのように振る舞い、極端な遅延の確率はどれくらいか。
• RQ3 ブロッケージと分子吸収がterahertz VRの信頼性にどう影響するか。
• RQ4 リスク測度フレームワークは、terahertz周波数で信頼できないVR体験の発生確率を定量化できるか。

主な発見

• 遅延の裾分布はモーメントを用いて導出され、極端な遅延イベントを特徴づける。
• ブロッケージと分子吸収への高い感受性を考慮した、短距離通信範囲におけるterahertzの可能性に関する洞察を提供する。
• 本研究はリスク測度を用いて、terahertz周波数での信頼できないユーザー体験のリスクを検討する。
• 結果は、遅延信頼性がブロッケージ密度と分子吸収の影響を受けることを示しており、提案モデルによって捉えられる。
• このフレームワークは、terahertzベースの無線VRに対する瞬時の信頼性の評価を可能にする。