Face Detection-based Beamforming for IEEE 802.11ad

Abstract

60 GHz millimeter-wave (mmWave) based wireless communication system provides data rates of multiple Gbps. Propagation characteristic of 60 GHz is high-path loss, therefore IEEE 802.11ad device uses analog beamforming to overcome path-loss. IEEE 802.11ad device defines sector, which is beam pattern based pre-defined codebook, and IEEE 802.11ad device has multiple sectors. IEEE 802.11ad access point (AP) provide the best sector through sector level sweep (SLS), which selects the sector that can obtain highest signal-to-noise ratio (SNR) among all sectors. However, AP triggers SLS while transmitting data, and time used for SLS becomes overhead. To reduce overhead of SLS, we propose face detection-based beamforming (FDB). FDB uses the face detection information to search and track the user's location so that AP can transmit data without SLS. We implement FDB on a commercial device, TP-link Talon AD7200 router, experiment and evaluate the scheme in a real environment. Our evaluation demonstrates that in the static environment, FDB shows up to 9.1 % higher throughput than SLS, and in the mobile environment, FDB shows 13.0 % higher throughput than SLS.

60 GHz millimeter-wave(mmWave) 기반의 IEEE 802.11ad 무선 통신 시스템은 수 Gbps의 전송 속도를 제공한다. mmWave의 전파 특성은 높은 경로 손실이 발생한다는 점인데, IEEE 802.11ad는 60 GHz의 높은 경로 손실을 극복하기 위하여 아날로그 빔포밍을 사용한다. 이때 IEEE 802.11ad는 사전에 정의된 코드북을 기반으로 하는 섹터들 중 가장 높은 signal to noise ratio (SNR)을 얻을 수 있는 섹터를 선택하는 sector level sweep(SLS)를 사용하여 최적의 빔을 사용자에게 제공한다. 그러나, SLS는 데이터를 전송하는 중에도 일어나기 때문에, SLS를 위해 사용하는 시간이 오버헤드가 된다. 그렇기에, 우리는 얼굴검출 기반 빔포밍을 제안하였다. 얼굴 검출 기반 빔포밍은 얼굴 검출 정보를 활용하여 사용자의 위치를 특정하고 추적함으로써 데이터 전송 중 발생하는 SLS를 없애고 데이터를 계속적으로 전송할 수 있도록 하는 기법이다. 우리는 얼굴 검출 기반 빔포밍을 상용 장비인 Talon AD7200에 구현하였으며, 실제 환경에서 실험을 진행하고 평가하였다. 실제 실험을 통해서, 얼굴 검출 기반 빔포밍을 사용할 경우 정적인 환경에서 FDB가 SLS보다 최대 9.1 % 높은 throughput을, 동적인 환경에서 최대 13.0 % 높은 throughput을 얻을 수 있음을 확인하였다.