[논문 리뷰] Large-Scale Parameters of Spatio-Temporal Short-Range Indoor Backhaul Channels at 140 GHz

Sinh Le Hong Nguyen, Katsuyuki Haneda외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 28.

Millimeter-Wave Propagation and Modeling참고 문헌 22인용 수 39

한 줄 요약

이 논문은 140 GHz 실내 채널 측정을 쇼핑몰과 공항 체크인 홀에서 수행하여 짧은 거리 백홀 링크를 위한 전 방향성 대규모 파라미터(경로손실, 지연 확산, 방위 확산)를 추정하고 이를 3GPP NR InH 모델과 비교합니다.

ABSTRACT

The use of above-100 GHz radio frequencies would be one of promising approaches to enhance the fifth-generation cellular further. Any air interface and cellular network designs require channel models, for which measured evidence of largescale parameters such as pathloss, delay and angular spreads, is crucial. This paper provides the evidence from quasi-static spatiotemporal channel sounding campaigns at two indoor hotspot (InH) scenarios at 140 GHz band, assuming short-range backhaul connectivity. The measured two InH sites are shopping mall and airport check-in hall. Our estimated omni-directional large-scale parameters from the measurements are found in good match with those of the Third Generation Partnership Project (3GPP) for new radios (NR) channel model in InH scenario, despite the difference of assumed link types and radio frequency range. The 3GPP NR channel model is meant for access links and said to be valid up to 100 GHz, while our measurements cover shortrange backhaul scenarios at 140 GHz. We found more deviation between our estimated large-scale parameters and those of the 3GPP NR channel model in the airport than in the shopping mall.

연구 동기 및 목표

• 5G+ 맥락에서 100 GHz 초과 대역의 짧은 거리 실내 백홀 탐색을 촉진한다.
• 140 GHz에서 대규모 채널 파라미터(경로손실, 지연 확산, 방위 확산)에 대한 측정 근거를 제공한다.
• 측정된 파라미터가 링크 유형의 차이에도 불구하고 3GPP NR InH 모델과 얼마나 일치하는지 평가한다.
• 쇼핑몰과 공항 환경 간의 차이와 채널 모델링에 대한 함의를 강조한다.

제안 방법

• 범위를 확장하기 위해 VNA, up-/down-converters, RF-over-fiber를 사용한 140 GHz의 준정적 시공간 채널 신호기로 측정한다.
• 실내의 두 핫스팟 장소(쇼핑몰 및 공항 체크인 홀)에서 Tx/Rx 높이를 높이고 LOS 지배 링크로 측정한다.
• PADP의 피크 검출로 다중경로 파라미터 (alpha_l, phi_l, tau_l)를 안테나 이득 디임베딩 방식(G_a = 19 dBi)으로 추정한다.
• 추정된 다중경로 파라미터로부터 전 방향성 대규모 파라미터(경로손실, 지연 확산, 방위 확산)을 도출하고 3GPP NR InH LOS 모델(주파수를 140 GHz로 대입)과 비교한다.
• 측정기의 전송 함수 불안정성은 보정으로 해결하고 파라미터 추정에서 동적 범위 한계를 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쇼핑몰 및 공항 환경의 140 GHz 실내 단거리 백홀 채널에 대한 전 방향성 대규모 파라미터(경로손실, 지연 확산, 방위 확산)는 무엇인가?
• RQ2 140 GHz 측정값이 실내 핫스팟 시나리오에 대한 3GPP NR InH LOS 모델 파라미터(주파수 항을 140 GHz로 조정)와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ3 두 실내 사이트가 3GPP NR 모델로부터의 편차에서 서로 다른 수준을 보이는가, 그리고 어떤 환경이 이러한 차이에 기여하는가?
• RQ4 측정된 긴 지연 다중경로 및 각방향 범위가 고주파 실내 백홀 설계에 주는 실용적 시사점은 무엇인가?

주요 결과

• 쇼핑몰에서 140 GHz의 경로손실은 LOS 모델과 평균 +0.9 dB 이내로 일치(표준편차 3.6 dB).
• 쇼핑몰의 지연 확산은 LOS 모델과 평균 +1.3 ns 이내로 일치(표준편차 8.5 ns).
• 쇼핑몰의 방위 확산은 AoD 평균 +18.0°, AoA 평균 −0.2°로 일치(표준편차 11.6°).
• 공항에서 경로손실은 LOS 모델과 평균 −0.9 dB 이내로 일치(표준편차 3.6 dB).
• 공항은 긴 지연 확산(평균 54 ns, 표준편차 40 ns)으로 LOS 모델보다 훨씬 큰 편차를 보이며, 방위 확산은 일반적으로 LOS 모델 예측보다 작다(평균 차이: AoD −13.4°, AoA 4.8°; 표준편차 9.1°).
• 전반적으로 3GPP NR InH LOS 모델은 140 GHz에서 쇼핑몰 측정과 공항 측정 중 쇼핑몰 측정에 더 잘 일치한다.