CIF: Small: Realizing Millimeter Wave Communication Systems

CIF:小型:实现毫米波通信系统

基本信息

  • 批准号:
    1319556
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Cellular networks are challenged by the limited spectrum available at microwave frequencies. In the past several years, various technologies have been proposed to achieve ultra-high levels of spectral efficiency involving the use of multiple antennas, serving multiple users, and shrinking cell sizes. Many of these technologies have significant potential but do not provide the high data rates due to the limited spectrum available. An alternative is to use the millimeter wave (mmWave) band between 3-300 GHz to provide high bandwidth communication channels. Realizing mmWave cellular communication, however, requires addressing the fundamental difference between mmWave and microwave communication. mmWave networks will require high gain directional antennas at the transmitter and receiver to overcome path loss at higher frequencies and to ensure sufficient signal-to-noise-ratio at the receiver. These directional antennas must be implemented using a combination of analog and digital signal processing techniques, due to power hungry mixed signal hardware. The cellular systems must be designed to support highly directional transmission and reception from their inception, and must also deal with the increased impact of signal blockages. This research project will establish the potential of millimeter wave cellular networks by incorporating the key features and constraints of mmWave communication. To understand the potential of such networks, this project will develop mathematical tools to analyze the performance of large-scale millimeter wave cellular networks, explicitly incorporating directional antennas and blockages. To enable robust communication, this project will create communication strategies that are simultaneously suitable for the harsh millimeter wave propagation environment and the limited capabilities of millimeter wave hardware. To leverage potential coexistence with lower frequency signals, this project will investigate the design and analysis of a hybrid-access system that exploits the coexistence of microwave and mmWave cellular systems. A main theme in the research thrusts is to incorporate key features of mmWave communication into the algorithms and analysis. Broader impacts of the project's theory, algorithms, and architectures are expected in diverse areas. The mathematical tools developed in this research will impact the design and realization of cellular networks with directional communication. The signal processing algorithms based on array processing and stochastic geometry will pave the way for a new understanding of millimeter wave wireless communication. Industry impact will occur through the Wireless Networking and Communications Group (WNCG) industrial affiliates incorporating the results of the research into their wireless networking technologies. The project will foster the training of graduate students in course projects and will reach out to the community through public demonstrations.
细胞网络受到微波频率可用的有限频谱的挑战。在过去的几年中,已经提出了各种技术来达到超高级别的光谱效率,涉及使用多个天线,为多个用户服务并缩小细胞尺寸。这些技术中的许多具有巨大的潜力,但由于可用的频谱有限,因此无法提供高数据速率。另一种选择是使用3-300 GHz之间的毫米波(MMWave)频段来提供高带宽通信通道。 但是,实现MMWave蜂窝通信需要解决MMWave和微波通信之间的基本差异。 MMWave网络将需要在发射器和接收器处的高增益方向天线,以克服较高频率的路径损失,并确保接收器的足够的信噪比。由于饥饿的混合信号硬件,必须使用模拟和数字信号处理技术的组合来实现这些定向天线。必须设计细胞系统以支持高度方向的传播和接收,还必须处理信号阻塞的增加。该研究项目将通过纳入MMWave通信的关键特征和约束来确定毫米波细胞网络的潜力。为了了解此类网络的潜力,该项目将开发数学工具来分析大型毫米波细胞网络的性能,并明确地包含定向天线和阻塞。为了实现强大的沟通,该项目将创建沟通策略,这些策略同时适用于毫米毫米波传播环境和毫米波硬件的有限功能。为了利用与较低频率信号的潜在共存,该项目将研究利用微波炉和MMWave蜂窝系统共存的混合访问系统的设计和分析。研究推力的一个主要主题是将MMWave通信的关键特征纳入算法和分析中。在不同领域,预计项目理论,算法和建筑的更广泛影响。这项研究中开发的数学工具将影响通过方向通信的蜂窝网络的设计和实现。基于阵列处理和随机几何形状的信号处理算法将为对毫米波无线通信的新理解铺平道路。行业影响将通过无线网络和通信小组(WNCG)工业分支机构发生,将研究结果纳入其无线网络技术。该项目将在课程项目中培养研究生的培训,并通过公开示威与社区接触。

项目成果

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