在最小協調和粗略同步下使用穩健的毫米波/亞太赫茲多重連接技術

核心概念

為了克服毫米波/亞太赫茲網路中訊號阻塞的問題，該研究提出了一種基於非同調聯合傳輸的穩健多重連接方案，該方案僅需最少的協調和粗略同步即可實現接近最佳的效能。

摘要

毫米波/亞太赫茲網路中的訊號阻塞問題

毫米波/亞太赫茲頻段的行動網路面臨的一個主要挑戰是訊號容易受到阻塞。由於傳播介質的物理特性以及預期的操作模式（依賴於高方向性的視線傳輸），訊號阻塞會導致連接不穩定，並嚴重降低整體系統效能。

多重連接技術

為了減輕訊號阻塞並提供穩健的連接，學術界、工業界和標準化組織都提倡了多重連接的概念。這些概念旨在利用同時連接到多個接入點所提供的巨觀分集增益。

本研究的貢獻

本研究從資訊理論的角度，探討了在毫米波/亞太赫茲網路中，除了同調聯合傳輸之外，還有哪些更簡單的替代方案可以實現穩健的連接。研究結果表明，通過精心設計，可以使用線性接收器處理、標準的點對點編碼、發射器之間的最小協調和粗略同步，實現完全的巨觀分集增益和顯著的訊號雜訊比增益。

非同調聯合傳輸的擴展方案

本研究提出了一種基於相位分集的非同調聯合傳輸擴展方案，以減輕人為引起的小規模衰落的影響。該方案將每個衰落區塊劃分為多個幀，並在每個幀中使用隨機相位。通過這種方式，可以使瞬時速率波動主要由阻塞事件驅動，從而簡化速率適應和 HARQ 機制的設計。

時空編碼的增強方案

本研究還探討了使用時空編碼來進一步提高系統效能。特別是，研究表明，通過將 Alamouti 時空區塊編碼方案與發射器選擇或相位分集方案相結合，可以顯著提高系統的遍歷速率和中斷速率。

粗略時間同步

本研究還考慮了在粗略時間同步的情況下，如何使用正交分頻多工 (OFDM) 技術來應對未知的殘餘延遲。

總結

本研究提出了一種基於非同調聯合傳輸的穩健毫米波/亞太赫茲多重連接方案，該方案僅需最少的協調和粗略同步即可實現接近最佳的效能。該方案通過相位分集和時空編碼技術，有效地減輕了訊號阻塞和人為引起的小規模衰落的影響。

統計資料

引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

Robust mmWave/sub-THz multi-connectivity using minimal coordination and coarse synchronization

by Lore... 於 arxiv.org 11-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2308.02324.pdf

深入探究

在實際的毫米波/亞太赫茲網路部署中，如何有效地實現和評估所提出的方案？

在實際毫米波/亞太赫茲網路部署中，要有效地實現和評估所提出的方案，需要考慮以下幾個關鍵方面：
實現方面：

混合波束賦形架構： 由於毫米波/亞太赫茲頻段的頻率高、波長短，全數字波束賦形所需的射頻鏈路數量巨大，成本和功耗難以接受。因此，實際部署通常採用混合波束賦形架構，結合模擬和數字波束賦形技術，以降低成本和功耗。
粗同步和延遲補償： 論文中提出的方案僅需要粗同步和延遲補償，這在實際系統中更容易實現。可以利用現有的同步技術，例如 IEEE 802.11ad/ay 中的時隙同步，以及基於信道估計的延遲補償技術。
相位分集的實現： 相位分集可以通过在发射机端引入伪随机相位旋转来实现。这些相位旋转可以由发射机和接收机共享的伪随机序列生成器产生。
信道估計和反饋： 儘管論文中假設接收端具有完美的信道狀態信息，但在實際系統中，需要進行信道估計。可以利用毫米波/亞太赫茲信道的稀疏性，採用基於壓縮感知的信道估計技術，以降低導頻開銷。此外，还需要考虑有限的反馈开销，并设计高效的反馈机制。

評估方面：

系統級模擬： 需要進行系統級模擬，以評估所提出的方案在實際網路環境中的性能。模擬應考慮實際的網路拓撲、用戶分佈、流量模型、硬件限制以及其他無線電資源管理機制。
場外測試： 在實驗室環境中進行模擬測試後，需要進行場外測試，以驗證所提出的方案在真實世界場景中的性能。場外測試應選擇具有代表性的環境，例如城市、農村或室內環境。
關鍵性能指標： 評估所提出的方案時，應重點關注以下關鍵性能指標：

吞吐量和延遲： 評估數據傳輸速率和延遲，以衡量用戶體驗。
覆蓋範圍和可靠性： 評估信號覆蓋範圍和鏈路可靠性，以確保穩定的連接。
功耗和成本： 評估系統功耗和部署成本，以確保方案的可行性。

如果考慮多用戶干擾，所提出的方案的效能會如何變化？

考慮多用戶干擾時，所提出的方案的性能會受到一定程度的影響，主要體現在以下幾個方面：

干擾信號的疊加： 當多個用戶同時使用相同的時間頻率資源時，接收機會接收到來自不同用戶的干擾信號。這些干擾信號會與目標信號疊加，降低信號質量。
波束賦形增益的降低： 由於干擾信號的存在，波束賦形的指向性會受到影響，導致波束賦形增益降低，進而影響信號強度和覆蓋範圍。
信道估計和解碼的複雜度增加： 在多用戶環境中，信道估計和解碼需要考慮干擾信號的影響，這會增加算法的複雜度。

然而，論文中提出的方案在一定程度上可以減輕多用戶干擾的影響：

毫米波/亞太赫茲信道的方向性： 毫米波/亞太赫茲信道具有高度方向性，可以利用波束賦形技術將信號集中在目標用戶方向，減少對其他用戶的干擾。
用戶分組和資源分配： 可以通過合理的用戶分組和資源分配策略，例如將距離較近或信道條件相似的用戶分配到不同的時間頻率資源塊，來減少用戶間的干擾。
干擾消除和抑制技術： 可以採用干擾消除和抑制技術，例如最小均方誤差（MMSE）和迫零（ZF）接收機，來進一步減輕多用戶干擾的影響。

總體而言，考慮多用戶干擾時，需要對所提出的方案進行更全面的分析和評估。可以通過理論分析、系統級模擬和場外測試等手段，量化多用戶干擾對系統性能的影響，並針對性地優化系統設計，以提高系統在多用戶環境下的性能。

如何將本研究的結果應用於其他類型的無線網路，例如可見光通訊網路？

本研究的結果和方法具有一定的普適性，可以應用於其他類型的無線網路，例如可見光通訊（VLC）網路。VLC網路與毫米波/亞太赫茲網路具有一些相似的特點，例如：

高頻段和方向性： VLC 使用可見光作為傳輸介質，其頻段遠高於射頻信號，因此也具有較高的方向性。
易受阻擋： VLC 信號容易被障礙物阻擋，例如墙壁、家具和人体，导致链路中断。
因此，可以借鉴本研究中提出的方案来解决 VLC 网络中的一些挑战：

多點連接和宏分集： 可以部署多個 VLC 接入點，並利用多點連接和宏分集技術來提高覆蓋範圍和可靠性。
非相干聯合傳輸和相位分集： 可以採用非相干聯合傳輸和相位分集技術來減輕信號阻擋造成的影響，提高鏈路質量。
時空編碼： 可以利用時空編碼技術來提高 VLC 系統的吞吐量和可靠性。

然而，VLC 網路也有一些獨特的特點，需要在應用本研究結果時加以考慮：

視距傳播和非視距傳播： VLC 信號可以通過視距（LOS）和非視距（NLOS）路徑傳播，需要考慮不同傳播路徑對信號傳輸的影響。
環境光干擾： VLC 網路容易受到環境光干擾，例如太陽光、室內照明等，需要採用相應的技術來抑制干擾。
調製和解調技術： VLC 網絡通常採用強度調製（IM）和直接檢測（DD）技術，需要考慮這些技術對系統性能的影響。

總而言之，本研究的結果和方法為解決 VLC 網絡中的一些挑戰提供了新的思路和方向。在實際應用中，需要結合 VLC 網絡的獨特特點，對所提出的方案進行適當的調整和優化，以充分發揮其潛力。