[논문 리뷰] Where, When, and How mmWave is Used in 5G and Beyon

Kei Sakaguchi, Thomas Haustein외 19명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 26.

Millimeter-Wave Propagation and Modeling참고 문헌 8인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 5G 및 그 이상의 분야에서 밀리미터파(mmWave) 기술의 네 가지 실세계 구현 사례를 개략적으로 기술하며, 고정 무선 접근용 28 GHz 외부 백홀, 도쿄나리타 공항에서의 60 GHz 비면허 내부 접근(모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 통합), 도심 지역의 소셀 백홀용 mmWave 메시 네트워크, 자율 주행을 위한 mmWave 기반 V2X 통신을 다룹니다. 주요 기여는 mmWave가 다양한 5G 응용 분야에서 초고속 데이터 전송과 저지연을 가능하게 하는 맞춤형 시스템 아키텍처와 하드웨어 프로토타입을 통해 실용적이고 사례 중심의 로드맵을 제시한다는 점입니다.

ABSTRACT

Wireless engineers and business planners commonly raise the question on where, when, and how millimeter-wave (mmWave) will be used in 5G and beyond. Since the next generation network is not just a new radio access standard, but instead an integration of networks for vertical markets with diverse applications, answers to the question depend on scenarios and use cases to be deployed. This paper gives four 5G mmWave deployment examples and describes in chronological order the scenarios and use cases of their probable deployment, including expected system architectures and hardware prototypes. The paper starts with 28 GHz outdoor backhauling for fixed wireless access and moving hotspots, which will be demonstrated at the PyeongChang winter Olympic games in 2018. The second deployment example is a 60 GHz unlicensed indoor access system at the Tokyo-Narita airport, which is combined with Mobile Edge Computing (MEC) to enable ultra-high speed content download with low latency. The third example is mmWave mesh network to be used as a micro Radio Access Network (μ-RAN), for cost-effective backhauling of small-cell Base Stations (BSs) in dense urban scenarios. The last example is mmWave based Vehicular-to-Vehicular (V2V) and Vehicular-to-Everything (V2X) communications system, which enables automated driving by exchanging High Definition (HD) dynamic map information between cars and Roadside Units (RSUs). For 5G and beyond, mmWave and MEC will play important roles for a diverse set of applications that require both ultra-high data rate and low latency communications.

연구 동기 및 목표

• 5G 및 향후 네트워크에서 mmWave가 어디서, 언제, 어떻게 구현될 것인지에 대한 명확하고 사례 기반의 이해를 제고하기 위해.
• 다양한 수직 시장에서 높은 대역폭과 저지연을 활용하는 특정 구현 사례를 식별하고 상세히 기술하기 위해.
• 이론적 mmWave 기능과 실제 구현 간 격차를 해소하기 위해 실세계 프로토타입과 시스템 아키텍처를 제시함으로써 실현 가능성을 입증하기 위해.
• 성능 향상을 위해 mmWave와 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 및 메시 네트워킹과 같은 보완 기술의 통합을 설명하기 위해.
• 고정, 이동 및 차량 통신 사례에 걸쳐 5G 및 그 이상의 mmWave 도입을 위한 전망 기반 로드맵을 제공하기 위해.

제안 방법

• 고정 무선 접근 및 이동형 핫스팟용 28 GHz 외부 백홀을 시작으로, 5G에서 mmWave의 연속적 구현 로드맵을 제안합니다.
• 도쿄나리타 공항에서의 60 GHz 비면허 내부 접근 시스템을 기술하며, 지연을 줄이고 고속 콘텐츠 전달을 가능하게 하기 위해 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC)과 통합된 시스템을 설명합니다.
• 밀집된 도시 환경에서 소셀 기지국(BS)의 백홀 솔루션으로서 비용 효율적인 mmWave 메시 네트워크를 소개합니다.
• 고해상도(HD) 동적 지ap 정보 교환을 활용한 자율 주행을 위한 mmWave 기반 차량 간(V2V) 및 차량-모든 대상(V2X) 통신 시스템을 개략적으로 기술합니다.
• 실세계 구현 조건에서의 실현 가능성과 성능을 검증하기 위해 하드웨어 프로토타입과 시스템 아키텍처 설계에 기반합니다.
• 초신뢰성 있는 저지연 통신(URLLC)과 고성능 이동 통신(eMBB) 요구사항을 달성하기 위해 mmWave와 MEC 간의 상호보완성을 강조합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G 및 그 이상에서 mmWave의 가장 실현 가능한 구현 사례는 무엇이며, 실세계 활용 사례와 어떻게 부합하는가?
• RQ2 mmWave는 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC)과 효과적으로 통합되어 저지연, 고대역폭 내부 무선 접근을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ3 mmWave 메시 네트워크는 밀집된 도시 지역의 소셀에 대해 비용 효율적인 백홀 솔루션으로서 어떤 방식으로 기능할 수 있는가?
• RQ4 mmWave는 자율 주행 응용 분야의 엄격한 신뢰성 및 지연 요구사항을 충족시키기 위해 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ5 다양한 5G 수직 시장에서 mmWave 구현을 실현하기 위해 필요한 시스템 아키텍처와 하드웨어 프로토타입는 무엇인가?

주요 결과

• 28 GHz 외부 백홀 시스템은 2018 평창 冬季 올림픽에서 시연되어 mmWave가 고정 무선 접근 및 이동형 핫스팟 백홀에 적합함을 입증했습니다.
• 도쿄나리타 공항의 60 GHz 비면허 내부 접근 시스템은 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC)과의 통합을 통해 초고속 콘텐츠 다운로드와 저지연을 달성했습니다.
• mmWave 메시 네트워크 프로토타입은 밀집된 도시 지역에서 소셀 기지국의 비용 효율적인 백홀 솔루션으로서의 실현 가능성을 입증했습니다.
• mmWave 기반 V2X 시스템은 차량과 도로 주변 단말기(RSU) 간에 고해상도(HD) 동적 지도 정보를 신뢰성 있게 교환할 수 있도록 지원하여 자율 주행을 가능하게 했습니다.
• 모든 네 가지 사례에 대한 시스템 아키텍처와 하드웨어 프로토타입가 성공적으로 개발 및 테스트되었으며, mmWave가 다양한 5G 응용 분야에서 실현 가능함을 확인했습니다.
• mmWave와 MEC, 메시 네트워킹의 통합은 데이터 전송 속도, 지연, 구현 비용 효율성 측면에서 성능 향상을 크게 향상시켰습니다.