Models of space selection with positioning-based diagramming in 5G networks Part 2. Beam Width Contro

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

In this paper, which continues the study of spatial selection of devices of ultra-dense millimetre-wave radio access networks of the fifth and subsequent generations at position-based diagramming, the problem of modelling the procedures of beam width control by location is solved.

The modelling results allow to scientifically substantiate the requirements to dimensionality of antenna arrays at base stations with a given error of mobile devices coordinate estimations at beamwidth control.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. A. Fokin

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Author for correspondence.
Email: grihafokin@gmail.com

доктор технических наук, профессор

 

Russian Federation

D. B. Volgushev

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича; ФГБУ НИИР, Санкт-Петербургский филиал "ЛОНИИР"

Email: d.volgushev@yandex.ru

исполнитель работ по гранту РНФ

Russian Federation

A. M. Sinilnikov

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Email: sinilam01@gmail.com

кандидат технических наук, главный инженер НТЦ Спутниковых систем связи, радиомониторинга и вещания

Russian Federation

References

  1. Rappaport T.S., Gutierrez F., Ben-Dor E., Murdock J.N., Qiao Y., Tamir J.I. Broadband Millimeter-Wave Propagation Measurements and Models Using Adaptive-Beam Antennas for Outdoor Urban Cellular Communications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. Vol. 61. Iss. 4. PP. 1850–1859.
  2. Nam Y.-H. et al. Full-dimension MIMO (FD-MIMO) for next generation cellular technology // IEEE Communications Magazine. 2013. Vol. 51. Iss. 6. PP. 172–179.
  3. Razavizadeh S.M., Ahn M., Lee I. Three-Dimensional Beamforming: A new enabling technology for 5G wireless networks // IEEE Signal Processing Magazine. 2014. Vol. 31. Iss. 6. PP. 94–101.
  4. Roh W. et al. Millimeter-wave beamforming as an enabling technology for 5G cellular communications: theoretical feasibility and prototype results // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 2. PP. 106–113.
  5. Sun S., Rappaport T.S., Heath R.W., Nix A., Rangan S. Mimo for millimeter-wave wireless communications: beamforming, spatial multiplexing, or both? // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52. Iss. 12. PP. 110–121.
  6. Han S., I C.-l., Xu Z., Rowell C. Large-scale antenna systems with hybrid analog and digital beamforming for millimeter wave 5G // IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53. Iss. 1. PP. 186–194.
  7. Maiberger R., Ezri D., Erlihson M. Location based beamforming // 2010 IEEE 26-th Convention of Electrical and Electronics Engineers in Israel (Eilat, Israel, 17–20 November 2010). IEEE, 2010. PP. 000184-000187.
  8. Alkhateeb A., El Ayach O., Leus G., Heath R.W. Channel Estimation and Hybrid Precoding for Millimeter Wave Cellular Systems // IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing. 2014. Vol. 8. Iss. 5. PP. 831–846.
  9. Va V., Zhang X., Heath R.W. Beam Switching for Millimeter Wave Communication to Support High Speed Trains // 2015 IEEE 82nd Vehicular Technology Conference (VTC2015-Fall) (Boston, MA, USA, 06-09 September 2015). IEEE, 2015. PP. 1–5.
  10. Va V., Heath R.W. Basic Relationship between Channel Coherence Time and Beamwidth in Vehicular Channels // 2015 IEEE 82nd Vehicular Technology Conference (VTC2015-Fall) (Boston, MA, USA, 06-09 September 2015). IEEE, PP. 1–5.
  11. Va V., Choi J., Heath R.W. The Impact of Beamwidth on Temporal Channel Variation in Vehicular Channels and Its Implications // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2017. Vol. 66. Iss. 6. PP. 5014–5029.
  12. Va V., Shimizu T., Bansal G., Heath R.W. Beam design for beam switching based millimeter wave vehicle-to-infrastructure communications // 2016 IEEE International Conference on Communications (ICC) (Kuala Lumpur, Malaysia, 22–27 May 2016). IEEE, 2016. PP. 1–6.
  13. Va V., Choi J., Shimizu T., Bansal G., Heath R.W. Inverse Multipath Fingerprinting for Millimeter Wave V2I Beam Alignment // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2018. Vol. 67. Iss. 5. PP. 4042–4058.
  14. Фокин Г.А., Волгушев Д.Б., Синильников А.М. Модели пространственной селекции с диаграммообразованием на основе позиционирования в сетях 5G. Часть 1. Управление формой луча // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2024. № 3 (119). С. 34–41.
  15. Фокин Г.А. Комплекс моделей и методов позиционирования устройств в сетях пятого поколения. Дис. ... докт. техн. наук. СПб: СПбГУТ, 2021. 499 с.
  16. Фокин Г.А. Концепция диаграммообразования на основе позиционирования в сетях 5G // Вестник связи. 2022. № 10. С. 1–7.
  17. Фокин Г.А. Диаграммообразование на основе позиционирования в сверхплотных сетях радиодоступа миллиметрового диапазона. Часть 1. Модель двух радиолиний // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9. № 4. С. 44–63.
  18. Фокин Г.А. Диаграммообразование на основе позиционирования в сверхплотных сетях радиодоступа миллиметрового диапазона. Часть 2. Модель совокупности радиолиний // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9. № 5. С. 43–64.
  19. Фокин Г.А. Модели диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G. Часть 1. Оценка помех // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 3 (95). С. 66–73.
  20. Фокин Г.А. Модели диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G. Часть 2. Оценка разноса устройств // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 4 (96). С. 66–73.
  21. Фокин Г.А. Процедуры выравнивания лучей устройств 5G NR // Электросвязь. 2022. № 2. С. 26–31.
  22. Фокин Г.А. Модели управления лучом в сетях 5G NR. Часть 1. Выравнивание лучей при установлении соединения // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2022. № 1 (101). С. 42–49.
  23. Фокин Г. Модели управления лучом в сетях 5G NR. Часть 2. Выравнивание лучей при ведении радиосвязи // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2022. № 3 (103). С. 62–69.
  24. Фокин Г.А., Волгушев Д.Б. Имитационная модель двух радиолиний с диаграммообразованием на основе позиционирования в сетях 5G // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2023. № 7 (115). С. 38–47.
  25. Фокин Г.А. Моделирование сверхплотных сетей радиодоступа 5G с диаграммообразованием // T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. 2021. Т. 15. № 5. С. 4–21.
  26. Gross F. Smart Antennas for Wireless Communications: With MATLAB. McGraw-Hill Professional. 2005. 288 P.
  27. Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design. John Wiley & Sons. 2016. 1104 P.
  28. Mailloux R.J. Phased Array Antenna Handbook. 3rd Ed. Artech House. 2017. 691 P.
  29. Trees Van H.L. Optimum array processing: Part IV of detection, estimation, and modulation theory. John Wiley & Sons. 2004. 1472 P.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scenario of spatial selection of two UEs of one gNB with DO based on positioning

Download (83KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Requirements for the gNB beam width based on the uncertainty of UE coordinate estimation on the plane

Download (127KB)
Indexing metadata
4. Fig.3. Requirements for beam width with rectangular DD

Download (71KB)
Indexing metadata
5. Fig.4. Requirements for the beam width with a Gaussian pattern

Download (71KB)
Indexing metadata
6. Fig.5. Beam width control with rectangular pattern

Download (56KB)
Indexing metadata
7. Fig.6. Beam width control with Gaussian pattern

Download (56KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Received signal power when controlling the beam width based on coordinate estimation with an error of 2 m

Download (133KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Received signal power when controlling the beam width based on coordinate estimation with an error of 10 m

Download (194KB)
Indexing metadata
10. Fig.9. Efficiency of rectangular beam width control

Download (221KB)
Indexing metadata
11. Fig.10. Efficiency of Gaussian beam width control

Download (192KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Fokin G.A., Volgushev D.B., Sinilnikov A.M.