The Transitional Behavior of Interference in Millimeter Wave Networks and Its Impact on Medium Access Control

ABSTRACT

Millimeter wave (mmWave) communication systems use large number of antenna elements that can potentially overcome severe channel  attenuation by narrow beamforming. Narrow-beam operation in mmWave networks also reduces multiuser interference, introducing the concept of noise-limited wireless networks as opposed to interference-limited ones. The noise-limited or interference-limited regime heavily reflects on the medium access control (MAC) layer throughput and on proper resource allocation and interference management strategies. Yet these regimes are ignored in current approaches to mmWave MAC layer design, with the potential disastrous consequences on the communication performance. In this paper, we investigate these regimes in terms of collision probability and throughput. We derive tractable closed-form expressions for the collision probability and MAC layer throughput of mmWave ad hoc networks, operating under slotted ALOHA. The new analysis reveals that mmWave networks may exhibit a non-negligible transitional behavior from a noise-limited regime to an  nterference-limited one, depending on the density of the transmitters, density and size of obstacles, transmission probability, operating beamwidth, and transmission power. Such transitional behavior necessitates a new framework of adaptive hybrid resource allocation procedure, containing both contention-based and contention-free phases with on-demand realization of the contention-free phase. Moreover,the conventional collision avoidance procedure in the contentionbased phase should be revisited, due to the transitional behavior of interference, to maximize throughput/delay performance of mmWave networks. We conclude that, unless proper hybrid schemes are investigated, the severity of the transitional behavior may significantly reduce throughput/delay performance of mmWave networks.

INTRODUCTION

Increased demands for extremely high data rates and limited available spectrum for wireless systems in the UHF bands (below 3 GHz) motivate the use of millimeter wave (mmWave) communications to support multi-gigabit data rates. MmWave communication can support many  diverse applications including Gbps short range wireless kiosks, augmented reality, massive wireless access in crowd public places, intra- and intervehicles connections, wireless connections in data centers, and mobile fronthauling and backhauling. This vast range of applications has led to several standardization activities such WirelessHD consortium, wireless gigabit alliance (WiGig), and recently IEEE 802.11ay, established in May 2015 .

چکیده

سیستم های ارتباطی میلیمتر (mmWave) از تعداد زیادی عناصر آنتن استفاده می کنند که به طور بالقوه می تواند با کاهش شدید کانال کانال از طریق پرتوهای باریک غلبه کند. بهره برداری پرتو باریک در شبکه های mmWave همچنین باعث کاهش تداخل چند کاربره می شود و مفهوم شبکه های بی سیم محدود به سر و صدا را در مقایسه با محدودیت های مداخله محدود می کند. رژیم محدود محدودیت یا محدودیت مداخله به شدت بر روی عملکرد لایه کنترل دسترسی (MAC) متوسط ​​و استراتژی های تخصیص منابع و تداخل منابع دخیل است. با این حال، این رژیم ها در رویکردهای فعلی به طراحی لایه MWWMAC با عواقب احتمالی فاجعه بار در عملکرد ارتباطات نادیده گرفته می شوند. در این مقاله، این رژیم ها را از لحاظ احتمال و توانایی برخورد می سنجیم. ما عبارات فرم بسته بندی قابل ردیابی را برای احتمال برخورد و بار LAC MWW ad-hoc شبکه تولید می کنیم که تحت ALOHA Slotted عمل می کند. تجزیه و تحلیل جدید نشان می دهد که شبکه های mmWave ممکن است رفتار انتقالی ناچیز را از یک رژیم محدود سر و صدا به یک محدودیت nterference-محدود، بسته به تراکم فرستنده ها، تراکم و اندازه موانع، احتمال انتقال، عرض پرتو عمودی و انتقال قدرت. چنین رفتاری گذرا نیازمند یک چارچوب جدید از روش تخصیص منابع ترکیبی تطبیقی ​​است که حاوی مراحل متضاد و بدون اختلاف با اجرای فاعل بدون تردید است. علاوه بر این، روش اجتناب از برخورد معمول در مرحله متقاعد کننده باید با توجه به رفتار انتقالی تداخل، برای به حداکثر رساندن عملکرد بازده / تاخیر از شبکه های mmWave بازبینی شود. ما نتیجه گرفتیم که مگر اینکه طرح های هیبریدی مناسب مورد بررسی قرار گیرد، شدت رفتار انتقالی می تواند به طور قابل توجهی عملکرد تولید / تاخیر شبکه های mmWave را کاهش دهد.

مقدمه

افزایش تقاضا برای نرخ های بسیار بالا داده و طیف محدود موجود برای سیستم های بی سیم در نوارهای UHF (کمتر از 3 گیگاهرتز) موجب استفاده از ارتباطات میلیمتر موج (mmWave) برای پشتیبانی از داده های چند گیگابیتی می شود. ارتباطات MmWave می تواند از بسیاری از برنامه های کاربردی مختلف از جمله کیوسک بی سیم Gbps بی سیم، واقعیت افزوده، دسترسی بی سیم گسترده در مکان های عمومی جمعیت، اتصالات داخل و بین وسایل نقلیه، اتصالات بی سیم در مراکز داده، و جلوگیری از حمل و نقل تلفن همراه. این طیف گسترده از برنامه های کاربردی منجر به فعالیت های مختلف استاندارد مانند کنسرسیوم WirelessHD، اتحاد گیگابیت بی سیم (WiGig) و اخیرا IEEE 802.11ay، در ماه مه سال 2015 تاسیس شده است.

Year: 2015

Publisher : IEEE

By : Hossein Shokri -Ghadikolaei, Carlo Fischione

File Information: English Language/ 19 Page / size: 1.08 KB

Download

سال : 1394

ناشر : IEEE

کاری از : حسین شکری گادیکلائی، کارلو فیشونی

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 19 صفحه / حجم : KB 1.08

لینک دانلود