[논문 리뷰] Millimeter Wave Picocellular System Evaluation for Urban Deployments

Mustafa Riza Akdeniz, Yuanpeng Liu외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 15.

Millimeter-Wave Propagation and Modeling참고 문헌 28인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 뉴욕시에서 실시한 실제 28 GHz 측정 자료를 바탕으로 도심 환경에서 밀리미터파(mmWave) 피코셀룰러 네트워크를 평가한다. 100m 세포 반경을 갖는 mmWave 시스템은 4G 네트워크 대비 열 배 이상의 용량 향상을 달성할 수 있음을 입증하지만, 공간적 및 대역폭 이득이 최대로 활용되지 못하는 전력 제한 영역에서 운영됨을 나타낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실제 전파 측정 자료를 활용해 고밀도 도심 환경에서 mmWave 피코셀룰러 네트워크의 실현 가능성을 평가하기.
• 비선형 시각(Non Line-of-Sight, NLOS) 도심 링크에서 mmWave 시스템이 전파 장애를 극복할 수 있는지 평가하기.
• 실제 도심 조건 하에서 현재 4G 이동통신 시스템에 비해 mmWave 네트워크의 용량 향상을 정량화하기.
• 특히 전력 제약과 같은 운영 제약이 mmWave의 공간적 및 대역폭 자유도를 최대로 활용하지 못하게 하는 이유를 규명하기.

제안 방법

• 뉴욕시에서 28 GHz에서 실지 전파 측정을 수행하여 도심 피코셀룰러 환경에서의 mmWave 신호 행동 특성을 규명하기.
• 측정된 경로 손실 및 샤프팅 데이터를 활용해 비선형 시각(NLOS) 조건에서의 mmWave 링크 성능을 모델링하기.
• 현장 측정 자료에서 유도된 현실적인 전파 모델을 사용해 mmWave 피코셀룰러 네트워크 성능을 시뮬레이션하기.
• 동일한 세포 밀도 및 구축 조건에서 mmWave 시스템과 4G 네트워크의 용량을 비교하기.
• 전력 제약이 mmWave 시스템에서 공간 다중화 및 넓은 대역폭 활용에 미치는 영향 평가하기.
• 시스템 성능가 전송 전력에 의해 제약을 받는 영역, 즉 대역폭이나 공간 자유도가 제한되는 영역이 아닌 영역 식별하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고밀도 도심 환경에서 mmWave 피코셀룰러 네트워크는 4G 네트워크에 비해 상당한 용량 향상을 달성할 수 있는가?
• RQ2 28 GHz에서의 실제 mmWave 전파 특성은 비선형 시각(NLOS) 도심 환경에서 네트워크 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 도심 환경에서 mmWave 시스템은 대역폭이나 공간 다중화 이득보다 전력 제약에 의해 얼마나 제한되는가?
• RQ4 보수적인 전파 가정 조건이 mmWave 이동통신 네트워크의 실현 가능성과 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 100m 세포 반경을 갖는 mmWave 피코셀룰러 네트워크는 유사한 세포 밀도 조건에서 현재 4G 네트워크보다 약 10배 높은 용량을 달성할 수 있다.
• 조금 더 보수적인 전파 가정 조건이라도 mmWave 시스템은 도심 환경에서 상당한 용량 우수성을 보여준다.
• mmWave 시스템의 성능은 전송 전력에 의해 제약을 받으며, 이는 대역폭 제한 영역이 아니라 전력 제한 영역임을 의미한다.
• 현재 구축 모델에서 전력 제약으로 인해 mmWave 스펙트럼과 공간 다중화 이득의 잠재력이 완전히 실현되지 못하고 있다.
• 미래의 mmWave 시스템은 전력 제약를 극복하고 mmWave 주파수 대역의 전체 이점을 실현하기 위해 새로운 기술이 필요하다.