With the explosive growth of mobile data demand, the fifth generation (5G) mobile network would exploit the enormous amount of spectrum in the millimeter wave (mmWave) bands to greatly increase communication capacity. There are fundamental differences between mmWave communications and existing other communication systems, in terms of high propagation loss, directivity, and sensitivity to blockage. These characteristics of mmWave communications pose several challenges to fully exploit the potential of mmWave communications, including integrated circuits and system design, interference management, spatial reuse, anti-blockage, and dynamics control. To address these challenges, we carry out a survey of existing solutions and standards, and propose design guidelines in architectures and protocols for mmWave communications. We also discuss the potential applications of mmWave communications in the 5G network, including the small cell access, the cellular access, and the wireless backhaul. Finally, we discuss relevant open research issues including the new physical layer technology, software-defined network architecture, measurements of network state information, efficient control mechanisms, and heterogeneous networking, which should be further investigated to facilitate the deployment of mmWave communication systems in the future 5G networks

چکیده

با رشد فزاینده نیاز به داده های موبایل، شبکه نسل پنجم موبایل (5G) از مقادیر عظیمی طیف باند ریزموج (mmWave) برای افزایش ظرفیت ارتباطات استفاده می کند. تفاوت هایی بنیادی میان مخابرات mmWave و دیگر سیستم های ارتباطی موج از لحاظ افت انتشاری بالا، جهتگیری، و حساسیت دربرابر انسداد یا بلوکاژ وجود دارد. این خصوصیاتِ ارتباطات mmWave چندین چالش را برای بهره مندی کامل از پتانسیلِ ارتباطات mmWave مطرح می کند، همچون مدارهای مجتمع و طراحی سیستم، مدیریت واسط، استفاده مجدد فضایی، مقابله با انسداد یا آنتی بلوکاژ، و کنترل پویایی. جهت رفع این چالش ها، مروری بر راهکار ها و استاندارد ها موجود انجام می دهیم و دستورالعمل های طراحی معماری و پروتکل ها را برای ارتباطات mmWave مطرح می کنیم. همچنین کاربردهای بالقوه mmWave را در شبکه 5G، از جمله دسترسیِ سلولی کوچک، دسترسی سلولی و بارگیری دوسره بی سیم (wireless backhaul) بحث و بررسی می کنیم. نهایتاً مسائل پژوهشی حل نشده از حملع تکنولوژی جدید لایه فیزیکی، معماری شبکه تعریف شده با نرم افزار، سنجش اطلاعات وضعیت شبکه، مکانیزم های کنترل موثر، و شبکه های ناهمگون، را بررسی می کنیم که باید برای تسهیل در توسعه سیستم های ارتباطی mmWave در شبکه های آینده 5G بیشتر مورد بررسی و تحقیق قرار گیرند.

1-مقدمه

با رشد ناگهانی نیاز به ترافیک موبایل، تضاد میان الزامات ظرفیت و کمبود طیف، به مسئله ای بسیار مهم بدل شده است. تنگناهای موجود در پهنای باند بی سیم مسئله ای کلیدی برای شبکه های بی سیم نسل پنجم (5G) شده است. از سوی دیگر، ارتباطات ریزموج (mmWave) با پهنای باند عظیم در باند موج های میلی متری از 30GHz تا 300GHz، بخشی مهم از شبکه موبایل 5G برای تامین سرویس های ارتباطی چندگیگا بایتی همچون تلویزیون با وضوح بالا (HDTV) و ویدئو با وضوح بسیار بالا (UHDV) شده است...