[論文レビュー] WiGig and IEEE 802.11ad - For multi-gigabyte-per-second WPAN and WLAN

Sai Shankar N., Debashis Dash+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2012

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本論文では、60 GHzミリ波帯で動作する6.75 Gbit/sまでのデータレートを実現するマルチギガビット無線規格であるWiGigおよびIEEE 802.11adを提示する。この規格は、短距離（10メートル未満）において、シングルキャリアおよびOFDM変調を用い、TDMAベースのMAC層を採用することで、ケーブルレスのHD動画、USB 3.0、PCIe 3.0の代替として、高スルーレート・低遅延通信を実現するWPANおよびWLAN向けに適している。

ABSTRACT

The Wireless Gigabit Alliance (WiGig) and IEEE 802.11ad are developing a multigigabit wireless personal and local area network (WPAN/WLAN) specification in the 60 GHz millimeter wave band. Chipset manufacturers, original equipment manufacturers (OEMs), and telecom companies are also assisting in this development. 60 GHz millimeter wave transmission will scale the speed of WLANs and WPANs to 6.75 Gbit/s over distances less than 10 meters. This technology is the first of its kind and will eliminate the need for cable around personal computers, docking stations, and other consumer electronic devices. High-definition multimedia interface (HDMI), display port, USB 3.0, and peripheral component interconnect express (PCIe) 3.0 cables will all be eliminated. Fast downloads and uploads, wireless sync, and multi-gigabit-per-second WLANs will be possible over shorter distances. 60 GHz millimeter wave supports fast session transfer (FST) protocol, which makes it backward compatible with 5 GHz or 2.4 GHz WLAN so that end users experience the same range as in today's WLANs. IEEE 802.11ad specifies the physical (PHY) sublayer and medium access control (MAC) sublayer of the protocol stack. The MAC protocol is based on time-division multiple access (TDMA), and the PHY layer uses single carrier (SC) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) to simultaneously enable low-power, high-performance applications.

研究の動機と目的

• 60 GHzミリ波帯を用いて、個人および局所領域ネットワーク向けにギガビット/秒級の無線通信を実現すること。
• HDMI、USB 3.0、PCIe、DisplayPortなどの物理的ケーブルの必要性を排除し、高スルーレートの無線代替を提供すること。
• Fast Session Transfer（FST）プロトコルを用いて、既存の2.4 GHzおよび5 GHz WLANと後方互換性を確保すること。
• 短距離無線環境において、低消費電力かつ高パフォーマンスなアプリケーションをサポートするプロトコルスタックを設計すること。
• 高精度な変調および複数アクセス技術を用いて、信頼性の高い高データレート伝送を可能にする物理層およびメディアアクセス制御サブレイヤーの標準化すること。

提案手法

• 10メートル未満の距離で最大6.75 Gbit/sのデータレートを達成するために、60 GHzミリ波帯を活用する。
• 密集した環境における干渉を低減するため、送信をスケジューリングするTDMAベースのMACプロトコルを採用する。
• さまざまな伝送要件に対応するため、PHY層にシングルキャリア（SC）および直交周波数分割多重（OFDM）を統合する。
• 60 GHz帯と従来の2.4 GHzまたは5 GHz帯の間でシームレスに切り替えるための高速セッション転送（FST）プロトコルをサポートする。
• USB 3.0、HDMI、PCIe 3.0などの既存の高速インターフェースと互換性を持たせ、完全なケーブル置き換えを実現するプロトコルスタックを設計する。
• チップセットおよびOEMの支援を活用して、消費者向け電子機器における実世界での標準の展開を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 短距離の個人および局所領域ネットワークにおいて、どうすればギガビット/秒級の無線データレートを達成できるか？
• RQ2 60 GHz帯で6.75 Gbit/sの伝送を実現するには、どのような物理層およびメディアアクセス制御メカニズムが必要か？
• RQ3 ハンドオーバーおよび共存状態において、既存の2.4 GHzおよび5 GHz WLANとの後方互換性をどのように維持できるか？
• RQ4 低遅延・高スルーレートの短距離無線通信に最も効果的な変調および複数アクセス技術は何か？
• RQ5 HDMI、USB 3.0、PCIeなどの有線インターフェースを単一の高速無線標準で置き換えることの実用的影響は何か？

主な発見

• 60 GHz帯は、10メートル未満の距離で最大6.75 Gbit/sのピークデータレートを実現でき、高帯域幅アプリケーションに適している。
• PHY層にシングルキャリア（SC）とOFDMを統合することで、変化するチャネル状態下でも柔軟かつ耐障害性の高い伝送が可能になる。
• TDMAベースのMACプロトコルにより、効率的なメディアアクセスが確保され、密集した高スルーレート環境での衝突が最小限に抑えられる。
• Fast Session Transfer（FST）プロトコルにより、60 GHz帯と従来の2.4/5 GHz帯間でのシームレスなハンドオーバーが可能になり、ユーザーのセッション継続性が保たれる。
• HDMI、USB 3.0、PCIe 3.0などの有線インターフェースを、単一の無線ソリューションで完全に置き換えることが可能である。
• チップセットメーカー、OEM、通信事業者の支援を受けることで、実世界での展開が可能であり、スケーラビリティおよび相互運用性が確保されている。