[論文レビュー] Stochastic Analysis on Downlink Performance of Coexistence between WiGig and NR-U in 60 GHz Band

John Verboom, Seungmo Kim|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2020

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 10被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、60 GHz帯におけるWiGigとNR-Uの共存状況下でのダウンリンク性能について、密度の高い小型セル環境におけるモンテカルロシミュレーションを用いて確率的モデルを提案する。SINRとデータレートが三モードのガウス・ミックスチャネル分布に従うことが判明し、深刻に干渉を受けるユーザー（平均SINR 24.63 dB）、軽度に干渉を受けるユーザー（52.21 dB）、干渉を受けないユーザー（64.55 dB）の明確なモードが存在する。干渉を受けるユーザーの77.1%が顕著な性能劣化を経験していることが示唆されている。

ABSTRACT

The 60 GHz band (57-71 GHz) has been attracting considerable research interest thanks to the bandwidth abundance and ruling as an unlicensed band. The 60 GHz Wi-Fi (also known as WiGig) and 5G New Radio Unlicensed (NR-U) are among the key access technologies that will operate in the band. This paper inspects the downlink performance of the two technologies under inter-technology interference from each other in 60 GHz band. Based on a dense small-cell setting, this paper finds stochastic models for signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) and data rate. Via simulations, this paper discovers that the downlink SINR and data rate follow Gaussian mixture distributions with three modes representing (i) severely interfered, (ii) mildly interfered, and (iii) not interfered UEs.

研究の動機と目的

• 60 GHzの免許なしバンドにおけるWiGigとNR-U間の技術間干渉がダウンリンク性能に与える影響を分析すること。
• 密度の高い小型セル展開における共存状況下でのSINRおよびデータレートの統計的分布をモデル化すること。
• 指向性ビームフォーミングとランダムな空間配置が干渉の深刻度に与える影響を定量化すること。
• 実世界の60 GHz共存シナリオにおける性能予測のための確率的フレームワークを提供すること。
• 干渉の状態とその発生確率を特定することで、ネットワーク設計を支援すること。

提案手法

• 1,000回を超えるモンテカルロシミュレーションを実施し、2次元の都市的環境にNR-Uの基地局とWiGigのアクセスポイントをランダムに配置する。
• 30 dBの前方対後方利得比を持つ指向性ビームフォーミングモデルを用いて、リアルなミリ波伝搬をシミュレートする。
• 信号電力、干渉電力、熱雑音に基づいてシャノンの式を用いて各ユーザーごとのSINRとデータレートを計算する。
• SINRおよびデータレートの経験的確率密度関数（PDF）を、干渉レベルを表す3成分のガウス・ミックスチャネルモデルにフィットさせる。
• ビームの指向性と空間配置の影響を分離するために、干渉を受けるユーザーと受けていないユーザーを別々に分析する。
• MATLABを用いたカーブフィッティングにより、ガウス成分の混合パラメータ（平均値、比率）を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WiGigとNR-Uの共存は、密度の高い60 GHz環境下でのダウンリンクSINRにどのように影響を与えるか？
• RQ2 技術間干渉下でのSINRおよびデータレートを最もよく表す統計的分布は何か？
• RQ3 ビームフォーミングの指向性と空間のランダムネスは、干渉の深刻度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 共存シナリオにおいて、どの程度の割合のユーザーが深刻な、軽度の、または干渉なしの状態に置かれるか？
• RQ5 識別可能な干渉状態を有する確率的モデルを用いて、性能劣化を定量化できるか？

主な発見

• ダウンリンクSINRおよびデータレートの分布は、深刻に干渉を受けるユーザー、軽度に干渉を受けるユーザー、干渉を受けないユーザーのそれぞれに明確なピークを持つ三モードのガウス・ミックスチャネル分布に従う。
• 深刻に干渉を受けるユーザーの平均SINRは24.63 dBであり、軽度に干渉を受けるユーザーは平均SINRが52.21 dB、干渉を受けないユーザーは64.55 dBに達する。
• 深刻に干渉を受けるユーザーは、全干渉ユーザーの77.1%を占め、軽度に干渉を受けるユーザーは干渉ユーザーの22.9%を占める。
• 干渉を受けないユーザーの平均データレートは約5 Gbpsにピークに達するが、干渉を受けるユーザーは平均1.70 Gbpsにとどまり、66%の低下が生じている。
• 干渉を受けるユーザーのSINR劣化は、干渉を受けないユーザーと比較して約63.8%に達する。主な原因はビームアライメントと干渉源への空間的接近である。
• 干渉モードの分離は主に指向性ビームフォーミングに起因し、ビームがボアサイトに向けられている場合に干渉が最も強く、オフボアサイトに向けられている場合に最も弱い。