[論文レビュー] Millimeter Wave Line-of-Sight Blockage Analysis

Ish Kumar Jain|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2018

Millimeter-Wave Propagation and Modeling被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、オープンな公園のような環境におけるミリ波（mmWave）視線路（LoS）遮断イベントを特徴付けるため、確率的幾何学に基づく解析的モデルを提案する。基地局（BS）およびユーザー設備（UE）の位置をポアソン点過程でモデル化することで、遮断確率、周波数、および持続時間の閉形式表現を導出しており、遮断ダイナミクス（容量ではなく）がAR/VRアプリケーションにおける必要となるBS密度を支配することを明らかにした。高さと密度のトレードオフも明示的に定量化された。

ABSTRACT

Millimeter wave (mmWave) communication systems can provide high data rates but the system performance may degrade significantly due to mobile blockers and the user's own body. A high frequency of interruptions and long duration of blockage may degrade the quality of experience. For example, delays of more than about 10ms cause nausea to VR viewers. Macro-diversity of base stations (BSs) has been considered a promising solution where the user equipment (UE) can handover to other available BSs, if the current serving BS gets blocked. However, an analytical model for the frequency and duration of dynamic blockage events in this setting is largely unknown. In this thesis, we consider an open park-like scenario and obtain closed-form expressions for the blockage probability, expected frequency and duration of blockage events using stochastic geometry. Our results indicate that the minimum density of BS that is required to satisfy the Quality of Service (QoS) requirements of AR/VR and other low latency applications is largely driven by blockage events rather than capacity requirements. Placing the BS at a greater height reduces the likelihood of blockage. We present a closed-form expression for the BS density-height trade-off that can be used for network planning.

研究の動機と目的

• マクロダイバーシティネットワークにおける動的mmWave LoS遮断の解析的モデルの不足に対処すること。
• 移動する遮断物およびユーザーの身体によって引き起こされる遮断イベントが、mmWaveシステムにおけるQoSに与える影響を定量化すること。
• 低遅延AR/VRアプリケーションのQoSを満たすために必要な最小BS密度を特定すること。
• 遮断の影響を最小限に抑えるために、BSの高さと密度のトレードオフを調査すること。
• 容量ではなく遮断に基づく設計を根拠とするネットワーク計画フレームワークを提供すること。

提案手法

• 基地局（BS）およびユーザー設備（UE）の位置を均一なポアソン点過程（PPP）でモデル化する。
• 確率的幾何学を用いて、遮断物およびUEの移動性の空間的分布に基づくLoS遮断の確率を導出する。
• 遮断確率、期待周波数、期待持続時間の閉形式表現を導出する。
• 単一のサービングBSと、遮断中における他のBSへのマクロダイバーシティハンドオーバーを想定するシナリオを考慮する。
• BSの高さを遮断の可能性とLoS可用性に与える影響をモデル化する主なパラメータとして取り入れる。
• 幾何確率およびカバレッジ解析を用いて、QoSを維持するためのBS密度-高さトレードオフを定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オープンな公園のような環境におけるmmWave LoS遮断の確率の解析的表現は何か？
• RQ2 遮断イベントの周波数と持続時間は、BS密度および高さとどのようにスケーリングするか？
• RQ3 遮断制約を考慮した場合、AR/VRアプリケーションのQoSを満たすために必要な最小BS密度は何か？
• RQ4 BSの高さを向上させることで遮断確率はどのように低下するか？その結果、BS密度とのトレードオフは何か？
• RQ5 遮断ダイナミクス（スペクトル効率ではなく）が、BS展開密度の主な駆動要因である程度はどの程度か？

主な発見

• QoS制約が主な駆動要因であるため、AR/VRアプリケーションにおける必要となるBS密度は、遮断イベント（容量ではなく）が支配的である。
• 頻繁で長時間にわたる遮断のため、QoSを維持するために必要な最小BS密度は、スペクトル効率のみで決定されるものよりも顕著に高い。
• BSの高さを向上させることで遮断確率が低下し、高さと必要な密度との間には定量的なトレードオフが存在する。
• BS密度-高さトレードオフの閉形式表現が導出され、mmWaveシステムの実用的ネットワーク計画を可能にする。
• VRユーザー体験にとって重要な10msを超える遮断持続時間は、十分なBS密度と最適な高さ配置によって緩和可能である。
• モデルは、マクロダイバーシティハンドオーバーが有効であることを確認しているが、これはネットワークが容量だけでなく遮断統計に基づいて設計されている場合に限る。