Joint Transmit and Receive Beamforming for Multi-Relay MIMO-OFDMA Cellular Networks
针对多用户、多中继、多输入-多输出正交频分多址（MIMO-OFDMA）蜂窝网络，提出了一种基于联合发射和接收波束赋形的传输协议。更具体地说，网络的MIMO信道在数学上被分解成几个有效的多输入单输出（MISO）信道，这些信道被空间复用以进行传输。为了提高可达到的容量，这些MISO信道使用一对新的分组算法进行分组，然后根据它们的性能与复杂度的权衡\footnote{This paper concisely focuses on the transmission protocol proposed in our previous work [1]. For more details, please refer to [1].}进行评估。
2016-02-17 cs.IT math.IT
Analysis of Blocking Probability in a Relay-based Cellular OFDMA Network
基于正交频分多址（OFDMA）的蜂窝网络中的中继部署有助于覆盖扩展和/或容量改进。在OFDMA系统中，每个用户需要不同数量的子载波来满足其速率需求。该资源要求取决于用户所经历的信号干扰比（SIR）。传统的计算阻塞概率的方法不能用于基于中继的蜂窝OFDMA网络。在本文中，我们提出了一种方法来计算这种网络的阻塞概率。我们确定一个表达式的概率分布的用户资源需求的基础上，其经验的SIR，然后根据他们的子载波需求的用户分为各种类别。我们将系统看作是一个具有不同类别的多维系统，并利用多维Erlang损失公式计算系统的阻塞概率。
2014-04-29 cs.IT cs.NI math.IT
Distributive Subband Allocation, Power and Rate Control for Relay-Assisted OFDMA Cellular System with Imperfect System State Knowledge
在本文中，我们考虑分布式子带，功率和速率分配的两跳传输中的正交频分多址（OFDMA）蜂窝系统与固定中继解码和转发策略。我们考虑到系统的公平性，考虑加权总吞吐量作为我们的优化目标。基于集群结构，我们得到了一个快速收敛的分布式解决方案，只有局部不完善CSIT通过使用分解的优化问题。为了进一步降低信令开销和计算复杂性，本文提出了一种减少反馈的分布式解决方案，该方案可以在每个用户具有任意小的反馈开销的情况下，对大量用户实现渐近最优性能。我们还推导出渐近平均系统吞吐量的中继辅助OFDMA系统，以获得有用的设计见解。
2009-12-07 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed power allocation for D2D communications underlaying/overlaying OFDMA cellular networks
由于增强总小区吞吐量、降低功耗和增加瞬时数据率的潜力，在预先存在的蜂窝网络之下或之上的设备到设备（D2 D）的实现已经受到很多关注。在本文中，我们提出了一种分布式功率分配方案D2 D OFDMA通信，特别是，我们认为这两种操作模式适合分布式实现：专用和重用模式。所提出的方案解决的问题，最大化用户的总速率受到功率约束，这是已知的非凸的，因此，非常难以精确求解。我们在这里提出了一个新的方法来解决这个众所周知的问题，利用的事实，即权力分配问题可以建模为一个潜在的游戏。利用更好的响应动态下收敛的潜在游戏属性，我们提出了两个完全分布式的迭代算法，一个为每个操作模式考虑，每个用户顺序更新和自主的功率分配。数值结果表明，计算几个不同的用户场景，所提出的方法，收敛到目标函数的局部最大值之一，表现出接近最大可实现的最佳性能，优于文献中提出的其他计划。
2016-09-15 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Downlink Cellular OFDMA Systems: Part I - Optimal Allocation
在这对文件（第一部分和第二部分在这个问题），我们调查的问题，在扇区化的两个小区的下行链路OFDMA系统受到多小区干扰的功率控制和子载波分配。如WiMAX所建议的，我们假设可用带宽的第一部分可能被不同的基站重用（并且因此受到多小区干扰），并且带宽的第二部分以正交方式在不同的基站之间共享（并且因此受到保护免受多小区干扰）。虽然多小区资源分配的问题在这种情况下是非凸的，我们在第一部分中提供的全球解决方案的一般形式。特别是，最佳的资源分配原来是“二进制”的意义上说，除了在每个小区中的最多一个非授权用户，任何用户接收数据，或者在重用的带宽或在受保护的带宽，但不是在这两个。最优资源分配的确定实质上归结为后一个最优位置的确定。
2009-08-28 cs.IT math.IT
Performance Bounds and Associated Design Principles for Multi-Cellular Wireless OFDMA Systems (with Detailed Proofs)
在本文中，我们考虑了大规模的多蜂窝OFDMA网络的下行链路，并研究了系统的性能界限作为用户数$K$，基站数$B$，和资源块数$N$的函数。这里，资源块是子载波的集合，使得不相交的所有这样的集合具有相关联的独立衰落信道。我们推导出新的上限和下限的总和效用的一般空间几何的基站，截断的路径损耗模型，和各种衰落模型（瑞利，Nakagami- $m$，威布尔和LogNormal）。我们还建立了相关的缩放定律，并表明，在特殊情况下，固定数量的资源块，基于网格的网络的基站，瑞利衰落信道，系统的总信息容量的规模为$Θ(B \log\log K/B)$的扩展网络，和$O(B \log\log K)$和$Ω(\log \log K)$密集的网络。解释这些结果，我们制定了一些设计原则，为服务提供商的监管机构的一些指导方针，以实现提供各种QoS保证的最终用户，并在同一时间，最大限度地提高收入的服务提供商。
2012-01-12 cs.IT math.IT
Multi-Objective Framework for Dynamic Optimization of OFDMA Cellular Systems
近年来，由于环境和经济方面的考虑，绿色蜂窝网络已经成为一个重要的研究领域。在非高峰业务负载条件期间关闭未充分利用的BS是减少蜂窝网络中的能量消耗的有希望的方法。实际上，在初始小区规划期间，BS位置和RAN参数被优化以满足基本系统设计要求，如覆盖、容量、重叠、QoS等。由于这些度量由于同信道干扰而彼此紧密耦合，因此关闭某些BS可能影响系统要求。因此，识别要被置于睡眠方式的大量BS的子集是具有挑战性的动态优化问题。在这项工作中，我们开发了一个多目标的框架，基于OFDMA的蜂窝系统的动态优化框架。目标是确定适当的活动扇区和RAN参数集，使覆盖范围和区域频谱效率最大化，同时使重叠和区域功耗最小化，而不违反给定流量需求密度的QoS要求。使用适当的分析模型，捕获的流量特性，传播特性（路径损耗，阴影，和小规模衰落），以及在相邻小区的负载条件的目标函数和约束条件。一个低复杂度的进化算法用于识别全局Pareto最优解，以更快的收敛速度。系统目标之间的相互关系进行了研究，并提供了指导方针，以找到一个适当的网络配置，提供最佳的可实现的权衡。结果表明，使用所提出的框架，可以实现显着量的节能，并具有低的计算复杂性，同时保持良好的权衡之间的其他目标。
2016-04-05 cs.IT math.IT
Maximizing Energy-Efficiency in Multi-Relay OFDMA Cellular Networks
该贡献提出了一种获得最佳功率和子载波分配的方法，该方法最大化多用户、多中继、正交频分多址（OFDMA）蜂窝网络的能量效率（EE）。最初，目标函数（OF）被公式化为频谱效率（SE）与网络的功耗的比率。该问题是拟凹的，因此Dinkelbach方法可以作为一系列参数化凹问题来求解。我们通过比较使用穷举搜索得到的最优解来表征上述方法的性能。此外，我们探讨了可实现的SE和EE在蜂窝网络中的活跃用户的数量增加时之间的关系。一般而言，增加系统支持的用户数量对SE和EE都有好处，并且当可以分配增加的功率时，可以以EE为代价获得更高的SE值。
2013-11-25 cs.IT cs.NI math.IT
Exploiting Interference Alignment in Multi-Cell Cooperative OFDMA Resource Allocation
本文研究了基于干扰对齐（interference alignment，IA）的通用频率复用OFDMA下行链路多小区协作资源分配问题。与将子载波视为用于资源分配的单独维度的传统方案不同，IA技术用于实现并行子载波上的频域预编码。针对协作三小区OFDMA系统，研究了基于IA、子载波用户选择和功率分配的频域预编码联合优化问题，以最大化下行链路吞吐量。一个简化的对称信道设置的数值结果表明，基于IA的方案实现显着的吞吐量增益比传统的计划只有当小区间干扰链路具有相当的强度作为直接链路，和接收机SNR是足够大的。受此启发，本文提出了一种适用于不同信道条件下的蜂窝系统的混合方案，将整个频谱划分为两个子带，分别对位于小区交叉区和小区非交叉区的用户采用基于IA的方案和传统方案进行资源分配.结果表明，这种混合资源分配方案灵活地利用了下行链路IA增益基于OFDMA的蜂窝系统。
2011-03-16 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Downlink Cellular OFDMA Systems: Part II - Practical Algorithms and Optimal Reuse Factor
在配套文件中，我们的特点是最佳的资源分配的功率控制和子载波分配，下行扇区OFDMA系统。在我们的模型中，为了便于分析，网络被假设为一维。我们还假设可用带宽的某一部分可能被不同的基站重用，而带宽的另一部分以正交的方式在这些基站之间共享。在第一部分中描述的最优资源分配是在满足所有用户速率要求的约束下，通过最小化网络所花费的总功率来获得的。当使用最优资源分配时，任何用户在重用带宽或受保护带宽中接收数据，但不在两者中接收数据（除了每个小区中最多一个非重用用户）。我们还提出了一个算法，确定用户的最佳值资源分配参数。在第一部分中提出的最优分配算法需要大量的操作。本文提出了一种低复杂度的分布式实用资源分配算法。我们研究了这种简化的资源分配算法和第一部分的最优资源分配算法的渐近行为，因为每个小区中的用户数趋于无穷大。我们的分析可以证明，所提出的简化算法是渐近最优的。作为我们的分析的副产品，我们表征的频率复用因子的最佳值。
2009-08-28 cs.IT math.IT
Spectral and Energy Spectral Efficiency Optimization of Joint Transmit and Receive Beamforming Based Multi-Relay MIMO-OFDMA Cellular Networks
首先提出了一种基于联合发射接收波束赋形的多中继多输入多输出正交频分多址（MIMO-OFDMA）蜂窝网络传输协议。然后，我们解决了相关的网络范围内的频谱效率（SE）和能量频谱效率（ESE）的优化问题。更具体地说，网络的MIMO信道在数学上被分解成几个有效的多输入单输出（MISO）信道，这些信道基本上是空间复用的。因此，这些有效的MISO信道被称为空间复用分量（SMC）。为了提高SE/ESE的性能，SMC进行分组使用一对建议的分组算法。第一个是最佳的，在这个意义上，它详尽地评估所有可能的SMC的组合，满足半正交性标准和其他相关的系统约束，而第二个是一个较低的复杂度的替代方案。对应于这两种分组算法，分别建立了一对SE和ESE最大化问题，从而得到每个子载波块的最优SMC组和最优功率控制变量。这些优化问题被证明是凹的，并采用对偶分解方法获得其解决方案。依靠这些优化解决方案，表征了各种系统参数对可达到的SE和ESE的影响。特别是，我们证明了在一定条件下，较低的复杂性SMC分组算法实现了90%的SE/ESE达到基于穷举搜索的最佳分组算法，而征收低至3.5%的后者计划的计算复杂性。
2014-07-29 cs.IT math.IT
Optimization Framework and Graph-Based Approach for Relay-Assisted Bidirectional OFDMA Cellular Networks
本文考虑了一种中继辅助的双向蜂窝网络，其中基站（BS）与每个移动站（MS）使用OFDMA的上行链路和下行链路进行通信。我们的目标是通过探索网络在各个维度（包括用户、子载波、中继和双向流量）的全部潜力来提高整体系统性能。在这项工作中，我们首先介绍了一种新的三时隙时分双工（TDD）传输协议。该协议统一了直接传输，单向中继和网络编码的双向中继之间的BS和每个MS.使用建议的三时隙TDD协议，然后，我们提出了一个优化的资源分配框架，以实现以下收益：合作分集（通过中继选择），网络编码增益（通过双向传输模式选择），和多用户分集（通过子载波分配）。我们将该问题表述为一个组合优化问题，它是NP完全的。为了使其更易于处理，我们采用了基于图的方法。我们首先建立了原问题与图论中的最大权团问题之间的等价关系。然后，采用基于任意蚁群优化（ACO）的元启发式算法在多项式时间内求解。仿真结果表明，该协议与蚁群优化算法一起显著提高了系统的总吞吐量。
2010-09-02 cs.IT cs.NI math.IT
Spectrum Refarming: A New Paradigm of Spectrum Sharing for Cellular Networks
频谱重新配置（SR）是指允许不同代的蜂窝网络在相同的无线电频谱中操作的无线电资源管理技术。本文提出了一种CDMA系统频谱重构模型，在该模型中，正交频分多址（OFDMA）系统通过智能地利用CDMA系统提供的干扰裕度来重构CDMA系统的频谱。我们调查的两个系统的相互影响，通过评估的渐近信号与干扰加噪声比（SINR）的用户，在此基础上的干扰容限由CDMA系统的容忍。利用干扰裕度和发射功率约束，建立了OFDMA系统上行链路资源分配问题的数学模型，并采用对偶分解法进行求解。仿真结果验证了理论分析的正确性，验证了所提出的资源分配算法的有效性及其对传统CDMA用户的保护能力。所提出的SR系统需要从CDMA系统到OFDMA系统的最少信息流，并且重要的是，不需要升级传统CDMA系统;因此，它可以由电信运营商部署以最大化其蜂窝网络的频谱效率。
2014-07-03 cs.IT math.IT
Analytical Evaluation of Fractional Frequency Reuse for OFDMA Cellular Networks
部分频率复用（FFR）是非常适合于基于OFDMA的蜂窝网络的干扰管理技术，其中小区被划分成具有不同频率复用因子的空间区域。迄今为止，FFR技术通常通过系统级模拟进行评估，使用基站位置的六边形网格。相反，本文侧重于分析评估两种主要类型的FFR部署-严格FFR和软频率重用（SFR）-使用泊松点过程来模拟基站位置。将结果与标准网格模型和实际城市部署进行比较。在现代蜂窝网络的合理特殊情况下，我们的结果简化为简单的封闭形式的表达式，这提供了深入了解系统设计准则和严格的FFR，SFR，通用复用和固定频率复用的相对优点。我们观察到FFR提供了总速率的增加以及小区边缘用户的改善覆盖的众所周知的益处。最后，基于解析表达式提出了一种与SINR成比例的资源分配策略，表明严格FFR在低业务负载时提供更大的整体网络吞吐量，而SFR在高业务负载时更好地平衡了干扰降低和资源效率的要求。
2011-01-26 cs.IT cs.NI math.IT
Achieving maximum energy-efficiency in multi-relay OFDMA cellular networks: a fractional programming approach
在本文中，联合功率和子载波分配问题的背景下，最大限度地提高能量效率（EE）的多用户，多中继正交频分多址（OFDMA）蜂窝网络，其中的目标函数被制定为频谱效率（SE）的总功耗的比值。证明了所考虑的分式规划问题是拟凹的，从而可以采用Dinkelbach方法以较低的复杂度找到最优解。该方法通过求解一系列参数化凹次问题来解决上述主问题。这些次要问题使用对偶分解方法来解决，其中每个次要问题被进一步分解成许多类似的子问题。可达到的EE和SE的系统采用EE最大化（EEM）和SE最大化（SEM）算法的各种系统参数的影响的特点。特别是，据观察，增加继电器的数量为一系列的细胞大小，虽然略有增加可达到的SE，降低EE显着。注意，当中继器被放置得更靠近BS以利用所得到的视线链路时，实现了最高的SE和EE。此外，增加可用子载波的数量和活动用户设备（UE）的数量两者都增加了系统的EE和总SE两者，分别作为增加的频率和多用户分集的益处。最后，它表明，正如预期的那样，增加可用功率往往会提高SE，当使用SEM算法。相比之下，给定足够高的可用功率，EEM算法获得最大可实现EE和次优SE。
2013-10-29 cs.IT math.IT
On the Uplink Spectral Efficiency of Full-Duplex Cooperative OFDMA Systems
提出了一种适用于带内全双工蜂窝网络上行链路的资源分配算法。FD蜂窝网络被假设为基于正交频分多址（OFDMA）并且由与多个用户通信的基站组成。网络中的一些用户充当其他用户的中继，并帮助他们将数据传输到基站。这些继电器是FD并且基于放大和转发（AF）协议工作。通过合理选择中继节点，优化分配子载波和功率，使网络总速率最大化。在优化过程中，我们还对用户的服务质量（QoS）和功率施加了一些约束。提出了一种基于用户最大数据率的中继选择算法，并采用线性分配算法进行子载波分配。证明了所得到的优化问题可以转化为凸问题，因此可以用标准的数值方法求解。仿真结果验证了该方案对网络总速率和覆盖范围的影响。
2016-11-08 cs.IT math.IT
Interference-Aware Accurate Signal Recovery in sub-1 GHz UHF Band Reuse-1 Cellular OFDMA Downlinks
在低于1GHz的UHF频带中操作的重用-1系统受到实质性同信道干扰（CCI）的限制。在这种正交频分多址（OFDMA）蜂窝系统中，扇区间或塔间干扰（ITI）使得准确的信号恢复非常具有挑战性，因为低于1GHz的频带仅支持单输入单输出（SISO）链路。干扰感知接收器算法对于减轻这种低频带中的ITI是必不可少的。这样的算法使得能够在整个国土上实现无处不在的移动宽带接入，比如具有服务质量保证的>95%的地理覆盖。干扰感知信号恢复的一个要素是使用非正交导频子载波的基于最小二乘的联合信道估计方案。然后将该估计器与使用正交导频子载波的变体进行比较，以显示该联合估计器的优点。结果表明，所提出的联合估计需要更少的导频被很好地确定相比，其下确定的正交对应。此外，它很容易实现，不需要任何信道统计知识。这项工作还得出了所需的补偿因子的干扰感知检测器在存在的载波间干扰（ICI）源自多个发射机。仿真结果表明，在中高频率选择性下，联合信道估计器的性能优于传统信道估计器。联合检测器的建议的补偿因子被发现是必不可少的相位跟踪导频的情况下，恢复发送信号。
2022-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Modeling and Analysis of SCMA Enhanced D2D and Cellular Hybrid Network
稀疏码多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）是近年来提出的一种新的无线网络接入方式，它允许非正交频谱资源共享，并允许系统过载。本文将SCMA应用于设备到设备（D2D）通信和蜂窝混合网络中，旨在利用SCMA的过载特性支持大规模设备连接，扩展网络容量。特别是，我们开发了一个随机几何为基础的框架来建模和分析SCMA，考虑底层和覆盖模式。在此基础上，我们分析比较了SCMA与正交频分多址接入（OFDMA）使用区域频谱效率（ASE）和量化的封闭形式ASE增益SCMA在OFDMA。值得注意的是，它表明，系统ASE可以显着提高使用SCMA和ASE增益与SCMA码字维度线性缩放。此外，我们赋予D2D用户一个激活概率，以平衡底层模式下的跨层干扰，并推导出最佳激活概率。同时，研究了重叠模式下的资源分配问题，得到了最优码本分配规则。有趣的是，当蜂窝用户密集部署时，最优SCMA码本分配规则与蜂窝网络参数无关。研究结果对SCMA在混合系统中的实现具有一定的指导意义。
2016-06-14 cs.IT math.IT
Open vs Closed Access Femtocells in the Uplink
毫微微蜂窝基站在蜂窝网络的覆盖和容量方面发挥着越来越重要的作用。与现有的蜂窝系统相比，毫微微蜂窝基站由终端用户部署和控制，随机定位，并依赖于第三方回程（例如，DSL或电缆调制解调器）。毫微微小区可以被配置为开放获取或封闭获取。开放获取允许任意附近的蜂窝用户使用毫微微小区，而封闭获取将毫微微小区的使用限制为由所有者明确批准的用户。看起来，网络运营商更喜欢开放获取部署，因为这提供了扩展其网络能力的廉价方式，而毫微微小区所有者更喜欢封闭接入，以便保持毫微微小区的容量和对他自己的回程。我们通过数学和模拟表明，现实是更复杂的双方，最好的方法在很大程度上取决于多址接入方案是正交（TDMA或OFDMA，每子带）或非正交（CDMA）。在TDMA/OFDMA网络中，封闭接入在高用户密度下通常是优选的，而在CDMA中，开放获取可以通过减少毫微微小区所经历的远近问题来为家庭用户提供超过200%的增益。本文的结果表明，毫微微小区所有者和网络运营商的利益比通常认为的更兼容，CDMA毫微微小区应配置为开放获取，而OFDMA或TDMA毫微微小区应适应蜂窝用户密度。
2010-02-15 cs.IT math.IT
Trajectory Optimization and Resource Allocation for OFDMA UAV Relay Networks
在本文中，我们考虑了一个单小区多用户正交频分多址接入（OFDMA）网络与一个无人机（UAV），它作为一个放大和转发中继，以提高服务质量（QoS）的用户设备（UE）在小区边缘。为了在保证用户公平性的同时提高系统吞吐量，对通信模式、子信道分配、功率分配和无人机轨迹进行联合优化，这是一个NP难问题。为了有效地设计无人机轨迹和资源分配，首先将问题分解为三个子问题，即，模式选择和子信道分配、轨迹优化和功率分配，然后迭代求解这些子问题。仿真结果表明，该算法的性能优于随机算法和蜂窝方案。
2021-04-22 cs.IT eess.SP math.IT
Fairness and Transmission-Aware Caching and Delivery Policies in OFDMA-Based HetNets
最近，无线边缘缓存已经作为未来无线网络的有前景的技术出现，以通过在网络边缘主动存储内容来应对对高数据率和低延迟多媒体服务的指数增长的需求。在这里，我们的目标是设计高效的缓存放置和交付策略的正交频分多址（OFDMA）为基础的缓存启用异构蜂窝网络（C-HetNet），在两个独立的阶段：缓存阶段（CP）和交付阶段（DP）。由于保证移动用户（MU）之间的公平性没有得到很好的研究，在高速缓存辅助的无线网络中，我们首先提出了两个基于延迟的公平性计划，称为比例公平（PF）和最小最大公平（MMF）。PF方案处理最小化MU的总加权延迟，而MMF旨在最小化它们之间的最大延迟。在CP中，我们提出了一种新的主动公平性和传输感知缓存放置策略（CPS），对应于每个目标公平方案，利用灵活的无线接入和回程传输的机会。具体来说，我们共同执行的物理资源的分配，存储和无线电，用户关联，以提高CPS的灵活性。此外，在每个公平方案的DP，提出了一个有效的交付策略的基础上的到达请求的MU，CSI和缓存状态。数值评估表明，我们提出的CPS优于总延迟的MU高达27%相比，传统的基线流行的CPS。
2018-11-27 cs.IT math.IT
Fairness-Aware Caching and Radio Resource Allocation for the Downlink of Multi-Cell OFDMA Systems
互联网内容的空前增长，特别是社交媒体，对蜂窝网络的负载提出了挑战。另外，与服务质量（QoS）相比，用户体验质量（QoE）的需求成为了一个更实际的标准，下载延迟是影响用户体验质量的一个重要因素。为了满足这一需求，本文提出了两种资源分配（RA）算法，分别对社交媒体在基站（BS）缓存中的位置和无线资源（即，发射功率和子载波）。在第一种方案中，网络的总下载延迟被最小化，而在第二种方案中，提出了一种公平性感知的方案，其中最大下载延迟被最小化。我们提出迭代算法来解决每个问题，其中内容放置问题和联合子载波和发射功率分配问题将迭代优化。我们还证明了所提出的方法收敛到一个接近最优的解决方案，以及迭代次数的增加。
2021-06-26 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Scheduling and Power Allocation in Downlink OFDMA Networks with Base Station Coordination
本文研究了蜂窝OFDMA系统下行链路能量有效的资源分配问题。系统设计考虑了能量效率的三种定义，包括辐射功率和电路功率。用户调度和功率分配在具有对最大发射功率（每个子载波或每个基站）的约束的协调基站的集群上被优化。渐近噪声限制制度作为一种特殊情况进行了讨论。%在数值实验中检查了协调基站的隔离和非隔离集群的性能。结果表明，能量效率的最大化近似等于最大发射功率的小值的频谱效率的最大化，而存在最大发射功率的宽范围的值，对于该值，数据率的适度降低在耗散能量方面提供了大量节省。此外，所考虑的资源分配策略之间的性能差距随着簇外干扰的增加而减小。
2014-05-12 cs.IT cs.NI math.IT
Resource allocation in OFDMA networks with half-duplex and imperfect full-duplex users
最近的研究表明带内全双工（FD）无线通信的可行性，其中无线电在同一频带中同时发送和接收。由于其增加容量的潜力，分析包含全双工设备的蜂窝网络的性能至关重要。在本文中，我们考虑最大化的下行链路和上行链路的加权和速率的单小区OFDMA网络，该网络由一个不完美的FD基站（BS）和半双工和不完美的全双工移动用户的混合。为此，子信道分配和功率分配的联合问题进行了研究，并提出了一个两步的解决方案。提出了一种将每个子信道分配给一对上下行用户的启发式算法，该算法具有多项式复杂度。利用两凹函数差法将功率分配问题转化为凸性问题，并得到了迭代解。仿真结果表明，当所有用户和基站都是完美FD节点时，网络吞吐量可以提高一倍，否则，网络性能的提高会受到节点间干扰和自干扰的限制。我们还研究了自干扰消除能力和FD用户的百分比在室内和室外场景下对网络性能的影响。
2016-05-06 cs.IT cs.NI math.IT
Multipath Division Multiple Access for 5G Millimeter Wave Cellular Systems
未来的5G通信系统需要比现有蜂窝通信系统更苛刻的性能，例如，10到100 Mbps的用户数据速率和更高的蜂窝频谱效率。即使利用先进的信号处理技术和基站协作，像CDMA和OFDMA这样的常用多址接入方法也难以同时实现这些具有挑战性的要求。最近，大规模多输入多输出已经获得了很多关注，因为它提供了可以用于改善未来5G蜂窝系统性能的大信号尺寸。本教程描述了最近提出的一种称为多径分多址接入（MDMA）的多址接入方案，该方案基于毫米波频带中的大规模天线和多径信道特性，为5G系统提供均匀的用户数据速率并实现高蜂窝频谱效率。我们描述了基本原理，并显示了上行链路和下行链路的框图，控制信令和呼叫建立过程。此外，使用MDMA作为多址接入方案的好处进行了讨论。最后，提出了未来研究的方向。
2020-02-03 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Allocation and Relay Selection In Full-Duplex Cooperative Orthogonal Frequency Division Multiple Access Networks
研究了带内全双工协作蜂窝网络上行链路中继选择问题。假设一个正交频分多址（OFDMA）蜂窝网络，我们开发了一个中继选择和资源分配算法，该网络。中继选择算法基于用户之间的距离和工作在放大转发（AF）模式下的信号与干扰加噪声比（SINR）来选择最佳中继。该优化问题为所有用户分配最优的子载波和功率，以最大化网络的平均和速率。此外，优化问题的约束条件是每个用户的服务质量（QoS）和发射功率。仿真结果表明了该方法的良好性能。
2017-02-07 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Heterogeneous Cellular Networks with Spectrum Underlay and Overlay Access
在本文中，我们提供了联合子载波分配和功率分配方案的服务质量（QoS）约束的能量效率（EE）优化在下行链路的正交频分多址（OFDMA）为基础的双层异构蜂窝网络（HCN）。考虑到频谱效率（SE）得到充分利用的CDMA传输，EE解决方案涉及解决复杂的混合组合和非凸优化问题。通过对原问题进行适当的分解，并利用EE函数的拟线性，提出了一种双层资源分配方法，并利用两凹函数差近似、逐次凸近似和梯度搜索方法给出了完整的求解方法.另一方面，来自频谱接入的固有层间干扰可能使EE降级，特别是在密集的小小区部署和大带宽利用下。因此，我们开发了一种新的资源分配的频谱覆盖接入和资源效率（RE）（归一化EE-SE权衡）的概念的基础上的方法。具体地，在这种情况下分离优化过程，使得首先确定宏小区最佳RE和对应带宽，然后最大化利用剩余频谱的小小区的EE。仿真结果证实了理论研究结果，并表明，所提出的资源分配计划可以接近最优EE与每个策略是在一定的系统设置下的优势。
2016-10-30 cs.IT math.IT
Modulation Formats and Waveforms for the Physical Layer of 5G Wireless Networks: Who Will be the Heir of OFDM?
5G蜂窝通信有望为移动用户提供千兆体验，相对于当前的LTE系统，容量增加高达三个数量级。人们普遍认为，这一雄心勃勃的目标将通过涉及不同网络层的创新技术的组合来实现。在物理层，OFDM调制格式及其多址接入策略OFDMA并不被认为是理所当然的，并且正在考虑几种有望获得更大频谱效率值的替代方案。本文综述了一些适合5G的调制格式，通过比较分析它们在蜂窝环境中的性能，以及讨论它们与特定5G成分的相互作用，丰富了这些调制格式。采用实际信道测量，与大规模MIMO系统的相互作用也进行了讨论。
2014-07-22 cs.IT math.IT
On the Design of Large Scale Wireless Systems (with detailed proofs)
在本文中，我们认为大型OFDMA网络的下行链路，并研究其性能界限作为一个功能的发射机$B$，用户$K$，和资源块$N$的数量。这里，资源块是子载波的集合，使得不相交的所有这样的集合具有相关联的独立衰落信道。特别是，我们分析了预期可实现的和率作为上述变量的函数，并推导出新的上限和下限的一般空间几何形状的发射机，截断路径损耗模型，和各种衰落模型。我们建立了相关的缩放定律的密集和扩展的网络，并提出设计准则的监管机构，以保证各种QoS约束，并在同一时间，最大限度地提高收入的服务提供商。此后，我们开发了一个分布式资源分配方案，实现了相同的和率缩放的建议的上限范围广泛的$K, B, N$。在此基础上，我们比较了低功率对等网络和高功率单发送器网络，并给出了一个额外的设计原则。最后，我们还展示了如何我们的结果可以扩展到的情况下，每个$B$发射机有$M (>1)$共置天线。
2012-06-11 cs.IT math.IT
An Overview of Load Balancing in HetNets: Old Myths and Open Problems
将资源的需求（“负载”）与资源的供应（“容量”）相匹配是工程、物流和经济学的许多领域中出现的基本问题，并且在因特网和无线网络中已经被广泛考虑。蜂窝通信网络向密集、有机和不规则异构网络（“HetNet”）的持续演进已经将负载感知提升为中心问题，并且引入了许多新的微妙之处。本文解释了如何在负载平衡的HetNet的背景下重新思考关于蜂窝网络的几个长期假设：我们强调这些作为三个根深蒂固的神话，然后我们消除。我们调查并比较了HetNet负载均衡的主要技术方法：（集中式）优化，博弈论，马尔可夫决策过程，以及新流行的小区范围扩展（a.k.a.“偏置”），并得出基于OFDMA的蜂窝系统的设计教训。我们还确定了几个开放的领域，为未来的探索。
2013-07-30 cs.IT cs.NI math.IT
Potential Games for Energy-Efficient Resource Allocation in Multipoint-to-Multipoint CDMA Wireless Data Networks
研究了多点对多点蜂窝网络中的非协作资源分配问题。所考虑的场景是一般的，足以代表现代无线网络的几个关键实例，如多蜂窝网络，对等网络（干扰信道），和无线网络配备了毫微微小区。特别是，联合发射波形自适应，线性接收机设计，和发射功率控制的问题进行检查。几个效用函数被认为是最大化，其中，我们引用接收到的SINR，和发射机的能量效率，这是衡量比特/焦耳，并表示成功交付的比特数为每个能量单位用于传输。借助势博弈理论，设计了多点对多点蜂窝网络中不考虑信道系数实现的纳什均衡的非合作博弈。计算机模拟证实了所考虑的游戏是收敛的，并显示了巨大的好处，资源分配计划可以带来无线数据网的性能。
2011-05-10 cs.IT math.IT
Context-Aware D2D Peer Selection for Load Distribution in LTE Networks
在本文中，我们提出了一种新的上下文感知的方法资源分配在设备到设备（D2D）通信网络，利用上下文信息的用户的速度和他们所需的数据的大小，以决定他们的业务负载是否可以转移到D2D层，哪些D2D用户应该配对。该问题被建模为一个具有外部性的匹配博弈，并提出了一种新的算法来解决这个博弈，该算法收敛于D2D用户之间的稳定匹配。仿真结果表明，我们的模型在卸载蜂窝网络流量的D2D层的有效性。
2015-12-02 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Transmission in Cellular Networks with CoMP - Stability and Scheduling Algorithms
由于目前的趋势是更小的小区，越来越多的蜂窝网络用户驻留在两个小区之间的边缘;这些用户通常由于相对较弱的信号和较强的干扰而接收到较差的服务。具有联合传输（JT）的协调多点（CoMP）是允许多个基站（BS）联合向单个用户进行传输的蜂窝联网技术。这提高了用户的接收质量，并促进了对小区边缘用户的更好服务。我们考虑一个CoMP使能的网络，包括多个BS通过回程网络互连。我们制定的OFDMA联合调度（OJS）的问题，确定子帧调度，并决定是否以及如何使用JT，以最大限度地提高一些效用函数。我们证明了OJS问题是NP难的。我们开发的最佳和近似算法的具体和一般的拓扑结构，分别。我们考虑了一个时间维，研究了一个分组到达的排队模型，其中每个子帧的服务速率通过解决OJS问题来获得。我们证明，当问题制定了一个特定的效用函数，并在每个子帧中最优解决，由此产生的调度策略是吞吐量最优的。通过广泛的模拟，我们表明使用JT的CoMP的大部分收益可以通过低容量回程实现。此外，我们的算法均匀地分配网络资源，增加小区间用户的吞吐量，只有轻微的成本，以小区内的用户。这是对跨层调度算法对CoMP网络的影响的严格的网络级理解的第一步。
2015-07-26 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed Resource Allocation in 5G Cellular Networks
5G蜂窝无线系统将具有由宏小区、不同类型的授权小小区和D2 D网络组成的多层架构，以频谱高效的方式为具有不同服务质量（QoS）要求的用户提供服务。分布式资源分配和干扰管理是这种多层异构网络的基本研究挑战之一。在本章中，我们考虑基于多层正交频分多址（OFDMA）的蜂窝（例如，5G LTE-A）网络。特别是，我们提出了三种新的方法，分布式资源分配在这样的网络利用稳定的匹配，基于因子图的消息传递，和分布式拍卖的概念。我们说明了每一个关于一个实际的无线电资源分配问题的建模方案。特别地，我们考虑由宏基站（MBS）、一组小小区基站（SBS）和对应的小小区用户设备（SUE）以及D2 D用户设备（DUE）组成的多层网络。存在公共的无线电资源集合（例如，资源块[RB]）可用于网络层（例如，MBS、SBS和DUE）。SUE和DUE使用可用资源（例如，RB和功率电平），只要对宏层造成的干扰（例如，宏用户设备[MUE]）保持低于给定阈值。其次是建模工具的简要理论概述（例如，稳定匹配、消息传递和拍卖算法），我们提出了上述网络设置中资源分配问题的分布式解决方案。我们还提供了一个简短的定性比较方面的各种性能指标，如复杂性，收敛性，算法开销等。
2014-09-08 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Allocation in Full-Duplex Communications for Future Wireless Networks
最近在实现全双工~（FD）系统方面取得的重大进展为在未来无线网络中提高服务质量（QoS）和体验质量（QoE）开辟了一条有希望的途径。目前迫切需要解决FD网络设计、理论和开发的不同方面的各种挑战。除了自干扰消除信号处理算法之外，诸如资源管理之类的网络协议在FD无线网络的实际设计和实现中也是必不可少的。本文从功率、空间、频率、设备等方面对全双工系统中的网络资源进行了分析，并提出了不同全双工系统中资源分配的最新进展和未来发展方向。四个代表性的应用场景被认为是：FD MIMO网络，FD合作网络，FD OFDMA蜂窝网络，和FD异构网络。提出了这些系统中的资源管理问题和新算法，并讨论了关键的开放研究方向。
2015-05-12 cs.IT math.IT
Load Balancing for 5G Ultra-Dense Networks using Device-to-Device Communications
负载均衡是解决蜂窝网络中移动数据流量时空波动问题的有效方法。专注于从相邻小区借用信道的现有方案不能直接应用于未来的5G无线网络，因为相邻小区将在5G系统中重用相同的频谱带。本文研究了一种正交频分多址接入（OFDMA）超密集小小区网络，该网络采用设备到设备（D2 D）通信，在不增加额外频谱的情况下实现负载均衡。具体地，数据业务可以通过D2 D通信从拥塞的小小区有效地卸载到其他未充分利用的小小区。该问题自然地被公式化为最大化系统总速率的联合资源分配和D2 D路由问题。为了有效地解决该问题，我们将该问题解耦为资源分配子问题和D2 D路由子问题。这两个子问题分别作为单调优化问题和互补几何规划问题迭代求解。仿真结果表明，通过将拥塞小小区中的数据业务分流到相邻的小小区基站，相邻小小区中的数据和速率平均提高了20%.
2018-03-29 cs.IT math.IT
Resource Allocation Under Channel Uncertainties for Relay-Aided Device-to-Device Communication Underlaying LTE-A Cellular Networks
蜂窝网络中的设备到设备（D2D）通信允许具有本地通信需求的两个蜂窝设备之间的直接传输。由于未来移动网络中自治异构设备的数量不断增加，需要一种高效的资源分配方案来最大化网络吞吐量并实现更高的频谱效率。在本文中，网络集成D2D通信信道不确定性下的性能进行了研究，其中D2D业务进行通过中继节点。针对多用户多中继网络，提出了一种鲁棒的分布式资源分配算法，在其他中继节点干扰和链路增益不确定的情况下，以网络总速率最大化为目标.一个优化问题，制定在中继分配无线电资源，以最大限度地提高端到端的速率，以及满足服务质量（QoS）的要求，蜂窝和D2D用户设备的总功率约束。每一个不确定的参数建模的估计值和有界值之间的有界距离。我们证明了鲁棒性问题是凸的，并采用梯度辅助对偶分解算法以分布式方式分配无线电资源。最后，为了降低鲁棒性的成本，定义为减少可实现的和速率，我们利用\textit{chance constraint approach}，以实现鲁棒性和最优性之间的权衡。数值结果表明，存在距离阈值，当与D2D对等体之间的直接通信相比时，超过该距离阈值，中继辅助的D2D通信显著地改善了网络性能。
2014-01-26 cs.IT cs.NI math.IT
A Novel Geometry-based Stochastic Double Directional Analytical Model for Millimeter Wave Outdoor NLOS Channels
基本上采用定向天线的毫米波（mmWave）通信的应用范围从室内短距离无线个域网到室外蜂窝网络。对毫米波信号通过无线信道传播的透彻理解为此类网络的设计提供了有价值的见解，这反过来又决定了可实现的性能限制。高路径损耗、穿透损耗和可忽略的信号散射是毫米波信道的某些独特特征，这需要开发新的数学模型。重要的是，空间滤波多径分量的定向天线的影响需要体现为信道模型的一个组成部分。在本文中，我们使用随机几何和图像理论相结合的室外定向非视线毫米波信道建模表示信道参数作为发射机-接收机的分离距离，天线半功率波束宽度，和天线波束指向方向的联合函数。通过对建筑物一阶和二阶反射的信号传播路径进行近似，推导出了一阶反射分量平均数、路径损耗和信道均方根时延扩展的解析表达式。通过将数值计算结果与各种城市室外点对点毫米波测量报告的实验数据进行比较，验证了模型的准确性，从而证明了所提出的毫米波通信网络性能评估分析模型的实用性。
2018-04-09 cs.IT math.IT
Distributed and Autonomous Resource and Power Allocation for Wireless Networks
本文提出了一种在正交频分多址（OFDMA）毫微微蜂窝网络中进行资源和功率分配的分布式自治技术。这里，资源块（RB）及其对应的发送功率被单独地分配给每个小区中的用户，而无需毫微微基站（FBS）之间的明确协调。每个资源的“可分配性”仅利用以下数量的本地可用信息来确定：-用户的所需速率; -质量（即，期望信号的强度）; -每个RB上的频率选择性衰落;以及-每个RB上入射的干扰水平。使用模糊逻辑系统，这些输入中的每一个的时间平均值被组合以确定哪些RB最适合于被分配在特定小区中，即，这些资源可以被分配以满足该小区中的用户请求的速率。此外，还包括链路自适应（LA），使用户能够适应不同的信道条件。该系统在毫微微小区环境中进行了全面的研究，产生系统性能的改善，吞吐量，能源效率和覆盖范围超过国家的最先进的ICIC技术。
2012-11-26 cs.IT cs.NI math.IT
