[论文解读] Spectrum and Infrastructure Sharing in Millimeter Wave Cellular Networks: An Economic Perspective

Fraida Fund, Shahram Shahsavari+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2016

ICT Impact and Policies参考文献 30被引用 12

一句话总结

本文通过网络商品的经济框架对毫米波（mmWave）蜂窝网络进行建模，表明中立小型基站共享比非授权频谱更能促进市场快速进入和达到临界规模。研究发现，基础设施共享对小型提供商更有利，而主导型提供商仅在市场高度细分或收益较小时才偏好共享。

ABSTRACT

The licensing model for millimeter wave bands has been the subject of considerable debate, with some industry players advocating for unlicensed use and others for traditional geographic area exclusive use licenses. Meanwhile, the massive bandwidth, highly directional antennas, high penetration loss and susceptibility to shadowing in these bands suggest certain advantages to spectrum and infrastructure sharing. However, even when sharing is technically beneficial (as recent research in this area suggests that it is), it may not be profitable. In this paper, both the technical and economic implications of resource sharing in millimeter wave networks are studied. Millimeter wave service is considered in the economic framework of a network good, where consumers' utility depends on the size of the network, and the strategic decisions of consumers and service providers are connected to detailed network simulations. The results suggest that "open" deployments of neutral small cells that serve subscribers of any service provider encourage market entry by making it easier for networks to reach critical mass, more than "open" (unlicensed) spectrum would. The conditions under which competitive service providers would prefer to share resources or not are also described.

研究动机与目标

• 从经济角度分析mmWave网络中频谱与基础设施共享之间的战略权衡。
• 研究由基站密度、带宽和用户数量驱动的网络效应如何影响服务提供商盈利能力和消费者需求。
• 评估中立小型基站的‘开放’部署模式或‘开放’频谱在促进市场进入与网络增长方面的优劣。
• 将竞争性mmWave服务提供商的资源共享决策建模为在不同市场条件下下的兼容性问题。
• 确定在何种条件下服务提供商更倾向于共享基础设施或频谱，综合考虑需求、定价和技术性能。

提出的方法

• 本研究将mmWave网络建模为网络商品，其中消费者效用取决于网络规模（基站、频谱、用户数），将技术性能与经济需求相联系。
• 使用详细的网络仿真量化基站密度和带宽增加对数据速率的提升效果，尤其在低、中、高信噪比（SNR）场景下。
• 应用临界规模模型评估初始部署策略（频谱授权 vs. 使用开放小型基站）对早期市场采纳的影响。
• 框架中引入网络效应强度（μ）和消费者估值离散度（ω̂），以模拟市场细分与价格竞争。
• 采用双寡头模型比较资源共享与非资源共享下的结果，重点关注领先与小型服务提供商的市场份额、总覆盖范围和盈利能力。
• 分析采用兼容性问题模型考察共享的战略激励，结果与仿真结果相互验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在mmWave网络中，与仅使用非授权频谱相比，作为开放基础设施的中立小型基站部署在多大程度上能帮助新市场进入者实现临界规模？
• RQ2 在何种条件下，竞争性mmWave服务提供商更倾向于共享基础设施或频谱，且网络效应如何影响这一决策？
• RQ3 基站密度和带宽对用户数据速率有何影响，且这种影响在不同SNR场景下如何变化？
• RQ4 市场细分（消费者支付意愿的离散度）如何影响共享与非共享mmWave网络的盈利能力和覆盖范围？
• RQ5 尽管技术增益对称，为何基础设施共享对小型提供商的益处大于对主导市场领导者的益处？

主要发现

• 对所有提供商开放的中立小型基站部署模式，可比仅依赖非授权频谱更有效地促进市场快速进入，并更有效地帮助网络实现临界规模。
• 在低SNR场景下，增加基站密度对数据速率有显著正向影响，而带宽的正向影响较弱；在高SNR场景下，两者影响均较弱，且部分被干扰抵消。
• 中SNR用户最受益于带宽和基站密度的双重提升，表明网络投资存在最优运行点。
• 当网络效应强烈（μ较高）时，领先服务提供商仅在市场高度细分（ω̂较大）时才偏好资源共享，表明战略市场细分的收益超过共享带来的收益。
• 当消费者估值离散度较低（ω̂较小）时，资源共享可实现最大市场覆盖；但当离散度较高时，尤其在强网络效应下，非共享反而能提供更好的覆盖。
• 小型服务提供商从基础设施共享中获得的收益大于市场领导者，表明即使技术增益对称，共享也可作为市场进入的战略工具。