20、毫米波（mmWave）介质访问控制综述

毫米波（mmWave）介质访问控制综述

1. 引言

在无线和计算网络中，介质访问控制（MAC）的基本作用之一是“冲突和干扰管理”。像载波侦听多址接入/冲突避免（CSMA/CA）就是无线网络中著名且成功的随机接入方案，它通过避免冲突的概念来协调无线介质访问。

然而，在毫米波（mmWave）无线网络中，由于其无线波束/链路的高定向性，冲突和干扰管理不再是关键角色。假设方位角和仰角波束宽度分别为 φ 和 θ，理论上干扰存在的概率可分析为 (θ/2π) (φ/2π)。当方位角和仰角波束宽度为 10° 时，干扰存在的概率约为 7.7×10⁻²%，这表明干扰管理在 mmWave 无线网络中不再是重要元素。

相反，“定向波束管理”成为了高定向性 mmWave 无线网络的关键研究课题，如“波束训练和跟踪”。IEEE 802.11ad 标准作为知名的 60 GHz mmWave 无线标准，详细描述了“波束成形和训练”。如果蜂窝基站（BS）想在下一代 5G 蜂窝网络中使用 mmWave 技术，基站中的定向 mmWave 天线应能够快速跟踪移动蜂窝用户，否则就无法支持移动性。因此，快速的波束训练和跟踪对于在移动蜂窝系统中使用 mmWave 至关重要。

2. 毫米波 MAC 设计中的定向波束管理

2.1 穷举/暴力搜索

使用发射波束成形（TXBF）的一般波束成形和训练过程如下：每个波束训练发起者（BI）和波束训练响应者（BR）有 N 个波束方向。BI 扫过所有波束方向，在每个方向发送一个训练包，此时 BR 用全向天线模式接收数据包。结束后，BR 能找出 BI 的哪个波束方向在 BR 处产生了最高信噪比（SNR）。随后，BI 和 BR 交