60GHz毫米波通信中QoS提升技术研究

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1、论文题目:60GHz毫米波通信中QoS提升技术研究学位类别：工学硕士学科专业：信息与通信工程年级：2015级研究生：赵弘指导教师：方旭明二零一八年五月国内图书分类号：TN929.5密级：公开国际图书分类号：621.39西南交通大学研究生学位论文60GHz毫米波通信中QoS提升技术研究年级2015级姓名赵弘申请学位级别硕士专业信息与通信工程指导老师方旭明二零一八年五月二十日ClassifiedIndex:TN929.5U.D.C:621.39SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONTHEIMPROVEMENTOFQoSTE

2、CHNOLOGYIN60GHzMILLIMETERWAVECOMMUNICATIONGrade:2015Candidate:HongZhaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:InformationandCommunicationEngineeringSupervisor:XumingFangMay.20,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着数据业务和多媒体业务的快速增长，人们对无线通信的QoS提出了更高的要求，例如需要网络能够提供更高的传输速率，能够提供更低时延、更高可靠的通信，能够服务大量的用户等。传统网络主要使用6GHz

3、以下的频谱资源，频谱资源相对稀缺，随着通信需求的不断增长，低频段渐渐地无法满足人们的通信需求。而60GHz毫米波频段有大量的频谱资源，可以提供相对较高的传输速率，因此60GHz毫米波通信逐渐成为了研究的热点。电气和电子工程师协会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE)针对60GHz毫米波通信提出了IEEE802.11ad标准以及正在修订的IEEE802.11ay标准，通过利用大量的频谱资源可以得到相对较高的传输速率。但是60GHz毫米波通信容易受到遮挡等原因而发生中断，通信的可靠性相对较低，时延相对较高，难以满足人们对低时延、高

4、可靠通信的需求。另外60GHz毫米波主要采用定向波束通信，目前PCP/AP和STA主要通过一对一的方式进行资源分配等信息交互，效率相对较低。未来可能会有越来越多的用户，特别在一些用户密集场景，信息交互将耗费相对较长的时间，甚至部分STA由于时间限制而没有得到相应的资源分配信息，进而无法进行数据传输。本论文主要研究两方面的内容：第一方面分析了60GHz毫米波通信容易造成通信中断的原因，并在此基础上提出了一种快速链路恢复方案。该方案利用备用链路来提高通信的可靠性并降低通信的时延。本文详细描述了备用链路的建立过程、维护过程以及通信快速恢复过程，并进行了理论分析和仿真验证。结果表明，该方案能够有效

5、地降低通信中断后的平均通信恢复时间（例如p为0.1，有两条备用链路时，通信链路恢复耗时较802.11ad减少了约58%），降低通信发生中断的概率（例如p为0.3，有4条备用链路时，通信中断概率较802.11ad下降了约80%），同时提高网络的平均吞吐量，一定程度地提升了整个网络的性能。第二方面详细分析了当前PCP/AP和STA进行信息交互的方式存在效率较低的问题，并在此基础上提出了一种多信道通告传输间隔（AnnouncementTransmissionInterval，ATI）方案。该方案将多信道通信应用到ATI阶段，使得信息交互的方式由原来的一对一变成一对多进行，从而可以提高信息交互的效

6、率。本文详细描述了多信道ATI方案的帧结构设计、同步解决方案、调度算法以及多信道ATI流程，并进行了仿真分析。仿真结果表明，该方案能够有效地提高ATI阶段信息交互的效率（在使用四信道多信道ATI方案时最多可以提升约70%），进而使得PCP/AP可以服务更多的STA，一定程度地提升了整个网络的性能。关键词：IEEE802.11ad；IEEE802.11ay；60GHz毫米波;链路中断；ATI；多信道西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththerapidgrowthofdataservicesandmultimediaservices,peopleareputtingf

7、orwardhigherrequirementsontheQoSofwirelesscommunications.Forexample,thenetworkneedstoprovidehighertransmissionrates,lowerlatency,higherreliabilitycommunications,andcanservealargenumberofusersandsoon.Thetraditiona