Full-duplex (FD) technique can remarkably boost the network capacity in the millimeter wave (mmWave) bands by enabling simultaneous transmission and reception. However, due to directional transmission and large bandwidth, the throughput and fairness performance of a mmWave FD network are affected by deafness and directional hidden-node (HN) problems and severe residual self-interference (RSI). To address these challenges, this paper proposes a directional FD medium access control protocol, named DFDMAC to support typical directional FD transmission modes by exploiting FD to transmit control frames to reduce signaling overhead. Furthermore, a novel busy-tone mechanism is designed to avoid deafness and directional HN problems and improve the fairness of channel access. To reduce the impact of RSI on link throughput, we formulate a throughput maximization problem for different FD transmission modes and propose a power control algorithm to obtain the optimal transmit power. Simulation results show that the proposed DFDMAC can improve the network throughput and fairness by over 60% and 32%, respectively, compared with the existing MAC protocol in IEEE 802.11ay. Moreover, the proposed power control algorithm can effectively enhance the network throughput.


翻译:全双工技术通过实现同时发射与接收,可显著提升毫米波频段的网络容量。然而,由于定向传输和大带宽特性,毫米波全双工网络的吞吐量与公平性性能受到耳聋问题、定向隐藏节点问题以及严重残留自干扰的影响。针对这些挑战,本文提出一种名为DFDMAC的定向全双工介质访问控制协议,通过利用全双工技术传输控制帧以降低信令开销,从而支持典型的定向全双工传输模式。此外,设计了一种新颖的忙音机制以避免耳聋和定向隐藏节点问题,并提升信道访问的公平性。为降低残留自干扰对链路吞吐量的影响,我们针对不同全双工传输模式建立了吞吐量最大化问题,并提出一种功率控制算法以获取最优发射功率。仿真结果表明,与IEEE 802.11ay现有MAC协议相比,所提出的DFDMAC可分别将网络吞吐量和公平性提升超过60%和32%。同时,所提出的功率控制算法能有效增强网络吞吐量。

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