[论文解读] Where, When, and How mmWave is Used in 5G and Beyon

Kei Sakaguchi, Thomas Haustein+19 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2017

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 8被引用 5

一句话总结

本文概述了毫米波（mmWave）技术在5G及未来网络中的四个真实部署场景，展示了其在28 GHz室外回传中的固定无线接入应用、在东京成田机场通过移动边缘计算（MEC）实现的60 GHz非许可频段室内接入、城市区域小型基站回传的mmWave漫衍网络，以及基于mmWave的车联网（V2X）通信在自动驾驶中的应用。主要贡献在于提出了一套实用的、以场景为导向的路线图，通过量身定制的系统架构和硬件原型，展示了mmWave如何在多样化5G应用中实现超高速率和低时延。

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.

研究动机与目标

• 为解决5G及未来网络中mmWave部署的时机、地点和方式提供清晰的、基于场景的理解。
• 识别并详细阐述利用mmWave高带宽和低时延特性服务于多样化垂直市场的具体部署场景。
• 通过展示真实世界的原型和系统架构，弥合理论mmWave能力与实际部署之间的差距。
• 展示mmWave与移动边缘计算（MEC）和漫衍网络等互补技术的集成，以提升性能。
• 为5G及未来网络中固定、移动和车载通信场景下的mmWave部署提供前瞻性路线图。

提出的方法

• 提出mmWave在5G中的时间顺序部署路线图，始于28 GHz室外回传用于固定无线接入和移动热点。
• 描述在东京成田机场部署的60 GHz非许可频段室内接入系统，通过与移动边缘计算（MEC）集成以降低时延并实现高速内容分发。
• 提出mmWave漫衍网络作为密集城市环境中小型基站（BS）的低成本回传解决方案。
• 概述基于mmWave的车载到车辆（V2V）和车载到一切（V2X）通信系统，通过高清动态地图交换支持自动驾驶。
• 依赖硬件原型和系统架构设计，验证其在真实部署环境下的可行性和性能。
• 强调mmWave与MEC之间的协同作用，以实现超可靠低时延通信（URLLC）和增强型移动宽带（eMBB）需求。

实验结果

研究问题

• RQ1 5G及未来网络中mmWave最具可行性的部署场景是什么？它们如何与真实世界用例相匹配？
• RQ2 mmWave如何与移动边缘计算（MEC）有效集成，以实现低时延、高吞吐量的室内无线接入？
• RQ3 mmWave漫衍网络在高密度城市区域中如何作为小型基站的低成本回传解决方案？
• RQ4 mmWave如何支持自动驾驶应用中对可靠性和时延的严格要求？
• RQ5 实现mmWave在多样化5G垂直市场中部署所需的系统架构和硬件原型是什么？

主要发现

• 28 GHz室外回传系统在2018年平昌冬奥会期间成功演示，验证了mmWave在固定无线接入和移动热点回传中的可行性。
• 东京成田机场的60 GHz非许可频段室内接入系统通过与移动边缘计算（MEC）集成，实现了低时延的超高速内容下载。
• mmWave漫衍网络原型在密集城市部署中成功验证了其作为小型基站回传的低成本可行性。
• mmWave V2X系统实现了车辆与路边单元（RSUs）之间高清（HD）动态地图信息的可靠交换，支持自动驾驶。
• 所有四个场景的系统架构和硬件原型均成功开发并测试，证实了mmWave在多样化5G应用中的可行性。
• mmWave与MEC及漫衍网络的集成显著提升了数据速率、时延和部署成本效益。