[论文解读] Millimeter Wave Picocellular System Evaluation for Urban Deployments

Mustafa Riza Akdeniz, Yuanpeng Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2013

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 28被引用 7

一句话总结

本论文基于纽约市的真实28 GHz测量数据，评估了城市环境中毫米波（mmWave）微微蜂窝网络的性能。研究结果表明，尽管mmWave系统在100米小区覆盖范围内可实现比4G网络高十倍的容量增益，但其运行处于功率受限的场景，导致空间复用增益和带宽增益未能被充分利用。

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.

研究动机与目标

• 利用真实传播测量，评估毫米波微微蜂窝网络在密集城市环境中的可行性。
• 评估毫米波系统是否能够克服非视 Line-of-Sight（NLOS）城市链路中的传播挑战。
• 在真实的都市条件下，量化毫米波网络相较于当前4G蜂窝系统的容量增益。
• 识别运营限制因素，特别是功率限制，这些因素阻碍了毫米波在空间和带宽自由度上的充分应用。

提出的方法

• 在纽约市28 GHz频段开展真实传播测量，以表征城市微微蜂窝场景下毫米波信号的行为特征。
• 利用测量得到的路径损耗和阴影衰落数据，建立非视 Line-of-Sight（NLOS）条件下毫米波链路性能的模型。
• 基于实地测量获得的传播模型，仿真毫米波微微蜂窝网络的性能。
• 在相同的小区密度和部署场景下，对比毫米波系统与4G网络的容量表现。
• 评估功率限制对毫米波系统中空间复用和宽频带利用的影响。
• 识别系统性能受发射功率限制而非带宽或空间自由度限制的运行区间。

实验结果

研究问题

• RQ1 在密集城市部署中，毫米波微微蜂窝网络能否实现相较于4G网络的显著容量增益？
• RQ2 28 GHz频段的真实毫米波传播特性如何影响非视 Line-of-Sight（NLOS）城市环境中的网络性能？
• RQ3 在城市场景中，毫米波系统在多大程度上受限于功率而非带宽或空间复用增益？
• RQ4 保守的传播假设对毫米波蜂窝网络的可行性与性能有何影响？

主要发现

• 在相同小区密度下，100米小区半径的毫米波微微蜂窝网络容量可达到当前4G网络的约十倍。
• 即使在保守的传播假设下，毫米波系统在城市环境中仍展现出显著的容量优势。
• 毫米波系统的性能受限于发射功率，使其处于功率受限而非带宽受限的运行状态。
• 由于当前部署模型中的功率限制，毫米波频谱和空间复用增益的全部潜力未能实现。
• 未来的毫米波系统需要采用新技术以突破功率限制，从而充分发挥毫米波频段的全部优势。