毫米波通信中的波束搜索与传输调度

毫米波（mmW）无线网络中，通过采用窄波束的定向通信可支持多吉比特数据速率。然而，现有 mmW 通信标准受限于两个问题：聋哑（deafness）与单链路调度。聋哑问题，即发射机与接收机波束间的失准，需要进行耗时的波束搜索操作，从而导致对准-吞吐量权衡。此外，现有 mmW 标准在每个时隙中调度单条链路，因而未能充分利用 mmW 通信的潜力——定向通信允许多个并发传输。本文针对这两个问题，为短距离 mmW 网络建立了一个联合波束宽度选择与功率分配的优化问题，目标是最大化有效网络吞吐量。该优化问题可确立基本的对准-吞吐量权衡，但其计算复杂，且需要精确的网络拓扑知识，而实践中可能无法获取。因此，我们开发了两种符合标准的近似求解算法，它们分别依赖于对干扰的低估与高估。第一种利用方向性来最大化可用频谱的复用，从而提升网络吞吐量，同时几乎不引入计算复杂度。第二种则是一种更保守的方法，保护所有活跃链路免受有害干扰，但相比现有标准仍将网络吞吐量提升了 100%。广泛的性能分析就应当追求的方向性水平与并发传输数量提供了有益的见解。有趣的是，极窄波束一般而言并非最优。