Blockage-robust 5G mm-wave access network planning

Mm-wave technologies are a promising solution to provide ultra-high capacity in 5G wireless access networks. However, the potential of several-GHz bandwidths must coexist with a harsh propagation environment. While high attenuation can be compensated by advanced antenna systems, the severe obstacle blockage effect can only be mitigated by more sophisticated network management. One of the most widely adopted techniques to guarantee a reliable service in mm-wave access scenarios is to establish multiple connections from mobile to different base stations. However, the advantage of multiple mm-wave connections can be fully exploited only if uncorrelated channels are available, thus spatial diversity must be ensured. Although smart base-station selections could be made once the network is deployed, much better results are achievable if diversity-aware selection aspects are already included in the network planning phase. In this research work, we propose for the first time an mm-wave access network planning framework which considers both spatial diversity among potential base-station selection candidates and user achievable throughput, according to channel conditions and network congestion. The results show that our approach allows to obtain much better spatial diversity conditions than traditional k-coverage approaches, and this can indeed provide higher robustness in presence of sudden obstacles. So it is crucial to consider also this newly proposed factor in the future mm-wave network planning models.

Le tecnologie ad onda millimetrica sono una soluzione promettente per fornire una capacità elevatissima nelle reti di accesso wireless 5G. Tuttavia, il potenziale di diversi GHz di larghezza di banda deve coesistere con le dificili condizioni di propagazione. Mentre l'elevata attenuazione può essere compensata da sistemi di antenna avanzati, Il grave effetto degli ostacoli può essere mitigato solo da una sofisticata gestione della rete. Una delle tecniche più largamente utilizzate per garantire un servizio affidabile negli scenari di accesso ad onda millimetrica consiste nello stabilire più connessioni dal device a diverse stazioni base. Tuttavia, il vantaggio di più connessioni mm-wave può essere sfruttato pienamente soltanto se sono disponibili canali non correlati, quindi deve essere garantita la diversità spaziale. Sebbene sia possibile effettuare selezioni intelligenti della stazione base anche quando la rete è già installata, è possibile ottenere migliori risultati se consideriamo la diversità spaziale già nella fase di pianificazione della rete. In questo lavoro di ricerca, proponiamo per la prima volta un metodo di pianificazione della rete di accesso ad onda millimetrica che considera sia la diversità spaziale tra i potenziali siti candidati all'installazione delle stazioni base, che il throughput raggiungibile dall'utente, in base alle condizioni del canale e alla congestione della rete. I risultati mostrano che il nostro approccio consente di ottenere una maggiore diversità spaziale rispetto ai tradizionali approcci di tipo k-coverage, e che questo può effettivamente fornire una maggiore robustezza della rete in presenza di ostacoli improvvisi. Quindi è fondamentale considerare anche questo fattore recentemente proposto nei futuri modelli di pianificazione della rete ad onda millimetrica.