[論文レビュー] Millimeter Wave Picocellular System Evaluation for Urban Deployments

Mustafa Riza Akdeniz, Yuanpeng Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2013

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 28被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、ニューヨークシティにおける実際の28 GHz測定を用いて、都市環境におけるミリ波（mmWave）ピコセルラーウェルネットワークを評価している。100mのセル範囲を持つmmWaveシステムは、4Gネットワークに対して10倍の容量向上を達成可能であるが、空間的および帯域幅の利得が十分に活用されない、パワー制限領域で動作していることが示された。

ABSTRACT

With the severe spectrum shortage in conventional cellular bands, millimeter wave (mmW) frequencies between 30 and 300 GHz have been attracting growing attention as a possible candidate for next-generation micro- and picocellular wireless networks. The mmW bands offer orders of magnitude greater spectrum than current cellular allocations and enable very high-dimensional antenna arrays for further gains via spatial multiplexing. However, the propagation of mmW signals in outdoor non line-of-sight (NLOS) links remains challenging and the feasibility of wide-area mmW cellular networks is far from clear. This paper uses recent real-world measurements at 28 GHz in New York City to provide a realistic assessment of mmW picocellular networks in a dense urban deployment. It is found that, even under conservative propagation assumptions, mmW systems with cell radii of 100m can offer an order of magnitude increase in capacity over current state-of-the-art 4G cellular networks with similar cell density. However, it is also shown that such mmW networks may operate in a largely power-limited regime where the full spatial and bandwidth degrees of freedom are not fully utilized. This power-limited regime contrasts significantly with current bandwidth-limited cellular systems, requiring alternate technologies for mmW systems that may unlock further gains that mmW frequency bands offer.

研究の動機と目的

• 実測伝搬測定を用いて、密集した都市環境におけるmmWaveピコセルラーウェルネットワークの実現可能性を評価すること。
• 非視線（NLOS）都市リンクにおける伝搬課題を克服できるかどうかを評価すること。
• 現実的な都市環境下で、現在の4Gセルラーシステムと比較したmmWaveネットワークの容量向上を定量すること。
• 特にパワー制約に起因する運用上の制限を特定し、mmWaveの空間的および帯域幅の自由度が十分に活用されない理由を明らかにすること。

提案手法

• ニューヨーク市で実施した28 GHzにおける実地伝搬測定を通じて、都市部ピコセルラーウェル環境下でのmmWave信号挙動を特徴づけた。
• 測定されたパスロスおよびシャドウイングデータを用いて、非視線（NLOS）状態におけるmmWaveリンク性能をモデル化した。
• 実地測定から得られた現実的な伝搬モデルを用いて、mmWaveピコセルラーウェルネットワークの性能をシミュレーションした。
• 同じセル密度および展開シナリオ下で、mmWaveシステムと4Gネットワークのネットワーク容量を比較した。
• mmWaveシステムにおける空間多重と広帯域の活用に及ぼすパワー制限の影響を評価した。
• システム性能が帯域幅や空間的自由度ではなく、送信パワーによって制限される領域を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 密集した都市部における展開において、mmWaveピコセルラーウェルネットワークは4Gネットワークに対して顕著な容量向上を達成できるか？
• RQ2 28 GHzにおける実際のmmWave伝搬特性が、非視線（NLOS）都市環境下でのネットワーク性能にどのように影響するか？
• RQ3 都市環境下で、mmWaveシステムは帯域幅や空間多重利得よりもパワー制限によってどれほど制限を受けるか？
• RQ4 保守的な伝搬仮定が、mmWaveセルラーネットワークの実現可能性および性能に及ぼす影響は何か？

主な発見

• 100mのセル半径を持つmmWaveピコセルラーウェルネットワークは、類似したセル密度下で現在の4Gネットワークに比べて約10倍の高い容量を達成できる。
• 保守的な伝搬仮定のもとでも、mmWaveシステムは都市環境下で顕著な容量優位性を示している。
• mmWaveシステムの性能は送信パワーによって制限されており、帯域幅制限領域ではなくパワー制限領域に位置づけられる。
• 現在の展開モデルにおけるパワー制限のため、mmWaveスケーリングと空間多重利得の潜在的恩恵は十分に実現されていない。
• 将来のmmWaveシステムは、パワー制約を克服し、mmWave周波数帯の全メリットを引き出すための新技術を必要としている。