Performance Investigation of Video Streaming over mmWave

Abstract

To provide augmented reality and super-quality video content to consumers, the next generation of multimedia devices demand a higher bit rate of telecommunication networks than today. Most video content is viewed from mobile devices, leading the fifth generation (5G) cellular networks to offer exceptionally high data speeds. Communications at millimeter-wave (mmWave) frequencies are potential enablers here, considering the large amount of available bandwidth that smartphone devices can be assigned. However, the rugged transmission environment at such high frequencies makes it impossible to deliver a trustworthy service due to interference. This thesis presents the end-to-end 5G system simulation, a simulation model of downlink shared channel (DL-SCH) from MATLAB based on the physical layer, for performance analysis of video streaming over mmWave networks. In the performance investigation, throughput, end-to-end delay, Bit Error Rate (BER) are measured with respect to Signal-to-Noise Ratio (SNR), mmWave carrier frequency and mmWave bandwidth. In addition to this, various Quadrature Amplitude Modulation (QAM) modulation schemes have been used in the simulations. Analytical calculations are also performed to make a comparative analysis on the performance of video streaming over mmWave. In the Long-Term Evolution (LTE) framework Toolbox, the model simulates the channel with a 5G library. The presented investigation has shown the performance of high-quality video at mmWave.

ÖZ: Tüketicilere artırılmış gerçeklik ve süper kaliteli video içeriği sağlamak için, yeni nesil multimedya cihazları, bugün olduğundan daha yüksek bit hızında telekomünikasyon ağları talep ediyor. Çoğu video içeriği mobil cihazlardan izlenir ve beşinci nesil (5G) hücresel ağların olağanüstü yüksek veri hızları sunmasına öncülük eder. Milimetre dalga (mmWave) frekanslarında iletişim, akıllı telefon cihazlarına atanabilecek büyük miktarda mevcut bant genişliği göz önüne alındığında, burada potansiyel kolaylaştırıcılardır. Ancak, bu kadar yüksek frekanslarda sağlam iletim ortamı, parazit nedeniyle güvenilir bir hizmetin verilmesini imkansız hale getirir. Bu tez, mmWave ağları üzerinden video akışının performans analizi için, MATLAB'da fiziksel katmana dayalı aşağı bağlantı paylaşılan kanalın (DL-SCH) bir simülasyon modeli olan uçtan uca 5G sistem simülasyonunu sunar. Performans araştırmasında, verim, uçtan uca gecikme, Bit Hata Oranı (BER), Sinyal-Gürültü Oranı (SNR), mmWAve taşıyıcı frekansı ve mmWave bant genişliğine göre ölçülür. Buna ek olarak, simülasyonlarda çeşitli Dörtlü Genlik Modülasyon (QAM) modülasyon şemaları kullanılmıştır. mmWave üzerinden video akışının performansı üzerinde karşılaştırmalı bir analiz yapmak için analitik hesaplamalar da yapılmıştır. Uzun Vadeli Evrim (LTE) çerçevesi Araç Kutusu'nda(Toolbox) model, kanalı bir 5G kitaplığı ile simüle eder. Sunulan araştırma, mmWave'de yüksek kaliteli video performansını göstermiştir.