QoS-Aware User Association for Load Balancing in Heterogeneous Cellular Networks
为了解决传统蜂窝网络热点区域容量低和覆盖空洞的问题，部署发射功率较低的基站构成异构蜂窝网络（HetNet）。然而，由于这些引入不同功率的BS，如果没有提供适当的用户关联方案，则它们之间的用户分布看起来相当不平衡。为了有效地解决这个问题，我们共同考虑每个基站的负载和用户的可达速率，而不是只利用后者时，设计一个关联算法，并制定为一个网络范围内的加权效用最大化问题。注意，上述负载涉及由实际速率要求决定的所需子带的量，即，而不是关联的用户数，因此它可以反映用户的实际负载水平。对于所提出的问题，我们给出了一个最大概率（最大概率）算法，通过放松变量，以及一个低复杂度的分布式算法与一个接近最优的解决方案，提供了理论上的性能保证。实验结果表明，与Ye提出的关联策略相比，该策略具有更快的收敛速度、更低的呼叫阻塞率和更高的负载均衡水平。
2014-01-04 cs.IT cs.NI math.IT
Modeling, Analysis and Design for Carrier Aggregation in Heterogeneous Cellular Networks
载波聚合（CA）和小小区是下一代蜂窝网络的两个不同特征。具有小小区的蜂窝网络具有非常异构的特性，并且通常被称为HetNet。在本文中，我们介绍了一个负载感知的CA使能\textit{multi}带HetNet模型。在该模型下，可以更适当地表征偏置的影响;例如，观察到，在足够大的偏置的情况下，小小区的频谱效率可以增加，而其在满载模型中的对应物总是降低。此外，我们的分析表明，峰值数据率不依赖于基站密度和发射功率;这强烈地激励其他方法，例如CA，以增加峰值数据率。最后，研究和比较了不同的频带部署配置。我们发现，与足够大的小小区密度，空间重用与小小区优于增加更多的频谱，以增加用户速率。更一般地，通用同信道部署通常产生最大速率;因此，在正交部署中存在容量损失。可以通过适当地调整HetNet覆盖分布（例如，通过优化偏置因子）来减小该性能差距。
2013-06-22 cs.IT cs.NI math.IT
Analysis of Joint Transmit-Receive Diversity in Downlink MIMO Heterogeneous Cellular Networks
研究了基于多输入多输出（MIMO）的下行异构蜂窝网络（HetNets），在基站采用正交空时分组码，在用户采用最大比合并（MRC），实现联合收发分集。由于在BS和用户设备处的相对低的硬件复杂度，具有MRC的MIMO分集在蜂窝网络中特别有吸引力。使用随机几何，我们开发了一个易于处理的随机模型，分析这样的HetNet考虑到不规则和多层BS部署。我们推导出干扰盲（IB）和干扰感知（IA）MRC的覆盖概率作为相关层特定的系统参数，如BS密度和功率，路径损耗法，和发射（Tx）天线的数量的函数。从我们对典型HetNet的分析中产生的重要见解是例如：（i）IA-MRC变得不如具有Tx分集的IB-MRC有利，这是由于Rx天线上的较小干扰方差和增加的干扰相关性;（ii）忽略空间干扰相关性显著高估了IA-MRC的性能;（iii）对于少量Rx天线，选择组合可以提供比MRC更好的复杂度-性能折衷。
2015-07-14 cs.IT cs.NI math.IT
Interference Minimization in 5G Heterogeneous Networks
在本文中，我们将重点关注具有代表性的5G网络场景之一，即多层异构蜂窝网络。为了降低下行链路同信道干扰，研究了用户关联。首先，为了分析多层异构蜂窝网络中不同层的基站通常采用不同的发射功率，我们提出了一种传输功率归一化模型（TPNM），它能够将多层蜂窝网络转换为单层网络，使得所有基站具有相同的归一化发射功率。然后使用TPNM，在复杂的多层环境中的任何点接收到的信号和干扰可以通过考虑等效单层蜂窝网络模型中的相同点来分析，从而显著简化分析。在此基础上，我们提出了一种新的用户关联方案在异构蜂窝网络中，其中的基站，导致最小的干扰，其他同信道移动台是从一组候选基站，满足服务质量（QoS）约束的一个预期的移动台选择。数值结果表明，所提出的用户关联方案是能够显着减少与现有的计划相比，下行链路的干扰，同时保持一个合理的良好的QoS。
2017-01-01 cs.IT cs.NI math.IT
Downlink Multi-Antenna Heterogeneous Cellular Network with Load Balancing
我们建模和分析异构蜂窝网络与多天线BS（多天线HetNets）与K类或层的基站（BS），这可能会有所不同的发射功率，部署密度，发射天线的数量，服务的用户数量，传输方案，和路径损耗指数。我们表明，在多天线HetNet的小区选择规则可能会显着不同的单天线HetNet由于跨层的多天线传输方案的可能差异。虽然它是具有挑战性的，以获得确切的小区选择规则，即使最大化的信号与干扰加噪声比（SINR）在接收机，我们表明，添加适当选择的层相关的小区选择偏置在接收功率产生一个接近的近似。假设任意的选择偏差为每一层，简单的表达式，下行链路的覆盖范围和速率。对于覆盖率最大化，每个层所需的选择偏差以封闭形式给出。由于这种与偏置的连接，与单天线HetNet相比，多天线HetNet可以在某些机制中更自然地跨层平衡负载，其中通常需要大的小区选择偏置来将业务卸载到小小区。
2014-11-03 cs.IT cs.NI math.IT
Exploiting Dual Connectivity in Heterogeneous Cellular Networks
我们认为网络效用最大化的异构蜂窝网络（HetNets），允许双连接的问题。双连接（DC）是针对新兴的实际HetNet部署的特征，其将包括传输节点之间的非理想（较高延迟）连接，并且最近已经被引入到高级LTE标准。DC允许用户同时由宏节点以及一个其他（通常是微或微微）节点服务，并且需要服务节点之间的相对较粗糙级别的协调。对于这种DC使能的HetNet，我们全面分析了确定最佳用户关联的问题，其中在任何可行的关联中，每个用户都可以与之相关联（即，被配置为从（给定宏节点集合中的）任何一个宏节点和位于所选宏节点的覆盖区域中的任何一个微微节点接收数据。我们考虑加权和率系统效用受每个用户的最大和最小速率约束，以及比例公平（PF）系统效用。对于这两个实用程序的选择，我们构造近似算法，并建立各自的近似保证。然后，我们通过数值结果验证我们的算法的性能。
2017-09-26 cs.IT cs.NI math.IT
Spatial Traffic Shaping in Heterogeneous Cellular Networks with Energy Harvesting
能量收集（EH）探索可再生能源作为补充电源，是一种有前途的5G技术，可支持异构蜂窝网络（HCN）的巨大能源需求。然而，可再生能源的随机到来给网络管理带来了巨大的挑战。通过调整业务负载在空间域的分布，业务整形有助于平衡小区级的功率需求和供应，从而提高可再生能源的利用率。在本文中，我们研究了业务整形的节能性能的分析方法，基于能量到达和业务负载的统计信息。具体而言，能量最优业务整形方案（EOTS）的设计与EH的HCN，从而离网小小区的开关状态和卸载业务量动态调整的能量变化，以最大限度地减少上网功耗。数值结果表明，在日流量和太阳能分布情况下，EOTS方案与贪婪算法相比，能显著降低能量消耗，且用户总是优先卸载到离网小电池上.
2015-08-20 cs.IT cs.NI math.IT
Physical-layer Network Coding in Two-Way Heterogeneous Cellular Networks with Power Imbalance
对高速数据、服务质量（QoS）保证和能源效率的需求不断增长，引发了4G LTE-A网络向5G及更高版本的演进。干扰仍然是一个主要的性能瓶颈。研究了物理层网络编码（PNC）技术在异构蜂窝网络中的应用。特别是，我们提出了一个速率最大化的中继选择算法的基础上的解码和转发策略的单细胞与多个中继。当节点以不同的功率发送时，该算法根据不同的链路速率来调整资源分配，并从理论上证明了优化问题是对数凹的。所提出的技术表现出显着优于广泛研究的选择合作技术。然后，我们进行了实验研究的PNC解码性能的软件无线电平台与不平衡的信噪比在多址传输。这个问题是固有的蜂窝网络，它表明，与信道编码和解码器的基础上多用户检测和连续干扰消除，性能更好的功率不平衡。本文为进一步研究多小区PNC、资源分配以及采用高阶调制和先进编码技术实现PNC奠定了基础。
2014-12-15 cs.IT cs.NI math.IT
Analytical Evaluation of Fractional Frequency Reuse for Heterogeneous Cellular Networks
干扰管理技术对于异构蜂窝网络的性能至关重要，异构蜂窝网络将具有密集且重叠的覆盖区域，并且经历高水平的干扰。分数频率复用（FFR）是一种有吸引力的干扰管理技术，这是由于其低复杂度和开销以及对于低百分位（小区边缘）用户的显著覆盖改善。本文提出了一种基于空间泊松点过程评估严格FFR和软频率复用（SFR）部署的分析模型，而不是依赖于基于确定性接入点定位的系统仿真。我们的研究结果既捕获异构部署的非均匀性，并产生易于处理的表达式，可用于系统设计与严格的FFR和SFR。我们观察到，为具有最低平均SINR的每个层的用户保留的严格FFR频带的使用在覆盖和速率方面提供了最高增益，而SFR的使用允许更有效地使用层之间的共享频谱，同时仍然减轻了大部分干扰。此外，在某些层中具有封闭接入的多层网络的背景下，所提出的框架示出了跨层干扰对封闭接入FFR的影响，并且通知了在开放获取中关键FFR参数的选择。
2011-12-03 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Allocation for RIS-Assisted Device-to-Device Communications in Heterogeneous Cellular Networks
本文研究RIS辅助单小区异构D2D通信中的资源分配问题，通过联盟博弈、梯度下降和局部搜索联合优化资源、功率与相位，以最大化系统总速率，仿真验证其优于现有基准方案。
2023-04-15 cs.IT cs.NI math.IT
Roadmap for Establishing Interoperability of Heterogeneous Cellular Network Technologies -1-
蜂窝接入网络之间缺乏互操作性长期以来一直是电信工程师和研究人员试图克服的挑战性负担。例如，在第二代网络中，这个问题在于缺乏标准化。第三代G网络限于使用不可互操作的不同无线电传输技术的几种操作模式。4G技术即使在各种试验中取得成功，也不能保证互操作性。所采取的方法来克服这个问题，在异构网络开始建立一个整体的理解蜂窝通信，并提出了一个本体论的方法，表示域的概念，类，和属性在一个正式的和明确的方式。它首先分析了三种不同的细胞技术的结构，并产生特征模型。Lte-Advanced蜂窝网络是这一持续分析的目标。最终目标是建立能够提供蜂窝网络技术领域的共同观点的本体。
2012-07-13 cs.NI
Next Generation M2M Cellular Networks: Challenges and Practical Considerations
在这篇文章中，我们提出了未来机器对机器（M2M）蜂窝网络的主要挑战，如频谱稀缺问题，支持低功耗，低成本和大量的设备。作为未来物联网（IoT）的一个组成部分，M2M通信的真正愿景无法通过通常成本效率低下的传统解决方案实现。认知无线电的概念已经出现，以显着解决频谱利用不足或稀缺的问题。异构网络模型是放宽覆盖用户数量的另一种选择。在这种程度上，我们提出了一个完整的基本理解和认知无线电，异构网络模型的工程知识，在未来的M2M蜂窝网络的背景下，功率和成本的挑战。
2015-06-20 cs.IT cs.NI math.IT
Heterogeneous Cellular Networks Using Wireless Backhaul: Fast Admission Control and Large System Analysis
我们考虑一个异构蜂窝网络与密集的底层小小区接入点（SAP）。无线回程提供从核心网络到SAP的数据连接。为了以保证的数据率服务尽可能多的SAP及其对应的用户，需要在无线回程中执行SAP的准入控制。这样的问题涉及发射波束形成器的联合设计、功率控制和SAP的选择。为了解决这一难题，我们应用$\ell_1$ -松弛方法，并提出了求解$\ell_1$ -松弛问题的迭代算法. SAP的选择基于迭代算法的输出进行。该算法速度快，对于中小规模的系统具有较低的复杂度。然而，它的解决方案取决于实际的信道状态信息，并恢复算法为每个新的信道实现可能是不现实的大型系统。因此，我们利用随机矩阵理论，也提出了一个大系统的迭代算法。这样一个大系统迭代算法产生渐近最优解的$\ell_1$松弛的问题，它只需要大规模的信道系数，而不管实际的信道实现。我们提出的算法在模拟中取得了接近最优的结果。
2015-04-13 cs.IT cs.NI math.IT
Edge Caching in Dense Heterogeneous Cellular Networks with Massive MIMO Aided Self-backhaul
研究了密集异构蜂窝网络（HetNets）中的边缘缓存问题，在HetNets中，缓存容量有限的小型基站（SBS）存储流行内容，而当SBS需要非缓存内容时，大规模多输入多输出（MIMO）辅助的宏基站提供无线自回程。我们的目标是解决小区负载和命中概率对成功内容交付（SCD）的影响，并给出避免任意小小区中的接入过载和任意宏小区中的回程过载所需的最小基站密度。推导了无需下行信道估计的大规模MIMO回程可达速率，计算了回程时间，并对此类网络的时延进行了评估。分析结果证实，命中概率需要适当地选择，以实现SCD。明确量化了缓存大小和SCD之间的相互作用。理论上证明，当请求非缓存内容时，如果缓存内容交付的平均访问速率低于自回传内容交付的平均访问速率，则非缓存内容交付的平均延迟可以与大规模辅助MIMO自回传的缓存内容交付相当。仿真结果验证了我们的分析。
2018-07-10 cs.IT cs.NI math.IT
Stochastic Content-Centric Multicast Scheduling for Cache-Enabled Heterogeneous Cellular Networks
在小型基站（SBS）处的高速缓存已经证明了在减轻异构蜂窝网络（HetNet）中的回程需求方面的显著益处。虽然许多现有的作品集中在什么内容缓存在每个SBS，一个同样重要的问题是什么内容提供，以满足动态用户的需求给定的缓存状态。在本文中，我们研究了最佳的内容交付缓存启用HetNets考虑到无线介质的固有组播能力。我们考虑随机内容多播调度，共同最小化平均网络延迟和功率成本下的多址接入约束。我们建立了一个以内容为中心的请求队列模型，并将此随机优化问题表示为一个无限时域平均成本马尔可夫决策过程（MDP）。利用\emph{relative value iteration}和请求队列动力学的特殊性质，我们刻画了MDP的价值函数的一些性质。基于这些性质，我们证明了最优多播调度策略是阈值型的。然后，我们提出了一个结构感知的优化算法，以获得最优的政策。我们还提出了一个低复杂度的次优策略，它具有类似的结构属性的最优策略，并开发了一个低复杂度的算法来获得这个政策。
2016-06-17 cs.IT cs.NI math.IT
HetHetNets: Heterogeneous Traffic Distribution in Heterogeneous Wireless Cellular Networks
在异构无线蜂窝网络中的供给和需求的建模和分析中的最近方法是针对基站（BS）和用户设备（UE）的位置使用两个独立的泊松点过程（PPP）。这种流行的方法有两个主要缺点。首先，尽管PPP模型对于BS位置可能是合适的模型，但是其对于UE位置是不太合适的，这主要是由于模型不可调节（可调谐）以表示UE位置中的异质性（非均匀性）的严重性的事实。此外，两个PPP之间的独立性假设没有捕获UE和BS位置之间经常观察到的相关性。本文提出了一种新的异构空间交通模型，允许统计调整。简单的和非参数化的，但足够准确的，用于捕获空间中的交通特性的措施。仅调整与UE分布相关的两个统计参数，即，适当定义的UE间距离度量的变化系数（归一化二阶矩）和UE与BS位置之间的相关系数（归一化交叉矩），以分别控制异质性程度和朝向BS位置的偏置。该模型用于异构无线蜂窝网络（HetNets），以证明异构和BS相关的流量对网络性能的影响。这个网络被称为HetHetNet，因为它有两种类型的异质性：基础设施的异质性（供应）和空间流量分布的异质性（需求）。
2015-05-01 cs.NI
Successive Interference Cancellation in Heterogeneous Cellular Networks
目前，运营商通过蜂窝网络的致密化来解决移动数据需求的爆炸性增长，以便减少发射机-接收机距离并实现更高的频谱效率。由于这样的网络密集化和无线设备的急剧增长，现代无线网络是干扰受限的，这促使使用干扰减轻和协调技术。在这项工作中，我们开发了一个统计框架，以评估性能的多层异构网络连续干扰消除（SIC）的能力，占计算复杂性的消除方案和相关的网络相关的参数，如随机位置的接入点（AP）和移动用户，和无线传播信道的特性。我们明确建模的连续事件的取消干扰，我们推导出成功的概率，以取消第n个最强的信号，并解码后的信号感兴趣的n次取消。当用户连接到提供最大平均接收信号功率的AP时，分析表明SIC的性能增益随着n迅速减小，并且对于信号干扰比（SIR）的实际值，其益处是适度的。我们扩展的统计模型，包括几个关联政策，其中不同的收益SIC预期：（i）最小负载关联，（ii）最大的瞬时SIR关联，和（iii）范围扩展。数值结果表明SIC的有效性所考虑的关联策略。这项工作加深了SIC的理解，通过定义不同的关联策略在多层异构网络中可实现的收益。
2013-09-26 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed Pricing-Based User Association for Downlink Heterogeneous Cellular Networks
本文研究了在比例公平准则下，无线下行异构蜂窝网络中用户与基站关联的优化问题。我们首先考虑的情况下，每个BS有一个单一的天线，并在固定的功率发射，并提出了一个分布式的价格更新策略的定价为基础的用户关联方案，其中用户被分配到BS的基础上的效用函数减去价格的值。提出的价格更新算法是基于坐标下降法求解网络效用最大化问题的对偶，它具有严格的性能保证。该算法的主要优点相比，现有的次梯度方法的价格更新是，该算法是独立的参数选择，可以异步实现。此外，本文考虑了联合用户关联和基站功率控制问题，并提出了一种迭代对偶坐标下降和功率优化算法，显着优于现有的方法。最后，本文考虑了基站具有多天线和空间复用多用户的情况下的联合用户关联和基站波束形成问题。我们将双坐标下降与加权最小均方误差（WMMSE）算法，并表明，它实现了几乎相同的性能作为一个计算上更复杂的基准算法（适用于整个网络的BS关联的WMMSE算法），同时避免过多的BS切换。
2014-08-17 cs.IT cs.NI math.IT
Structured Spectrum Allocation and User Association in Heterogeneous Cellular Networks
研究了具有多层基站的异构蜂窝网络中的联合频谱分配和用户关联问题。应用随机几何方法作为基础，以封闭形式的表达式导出平均下行链路用户数据速率。然后，该表达式被用来作为目标函数，在联合优化频谱分配和用户关联，这是一个非凸规划的性质。提出了一种计算效率高的结构化频谱分配和用户关联（SSAUA）方法，当用户密度较低时，该方法能够最优地解决优化问题;当用户密度较高时，该方法能够在保证性能的情况下接近最优。提出了一种附加费定价方案（SPS），使得所设计的关联偏差值能达到纳什均衡。仿真和数值研究验证了所提出的SSAUA方法和SPS的精度和效率。
2013-09-29 cs.NI
Performance laws of large heterogeneous cellular networks
我们提出了一个异构蜂窝网络的模型，假设一个空时泊松过程的呼叫到达，独立标记的数据量，并由不同类型的基站（具有不同的传输功率）表示的独立泊松过程的叠加在平面上。每个站点应用处理器共享策略来服务到达其附近的用户，由受一些随机信号传播效应（遮蔽）扰动的Voronoi单元建模。用户的峰值服务速率取决于其相对于服务站的信号干扰噪声比（SINR）。小区的相互依赖性（由于小区外干扰）经由影响SINR的空间分布的小区负载方程的某个系统来捕获。我们使用这个模型来研究在一个半解析的方式（只涉及静态模拟，处理的排队理论的结果的时间演变）网络性能指标（小区负载，平均用户数）和服务质量感知的用户（平均吞吐量）由不同类型的基站。我们的目标是确定这些性能指标的宏观规律，包括随时间和网络几何形状的平均值。文中给出的规律在实际网络中得到了验证。
2015-03-19 cs.NI math.PR
Proactive Load Balancing in Heterogeneous Cellular Networks
蜂窝网络上的数据的最近指数增长已经导致从传统移动通信网络向异构蜂窝网络（HetNet）的发展。这种密集HetNet中的体验质量（QoE）感知业务负载均衡被认为是一个主要问题。当前的HetNet利用阻碍实现期望的QoE增益的反应式负载均衡方案。在本文中，我们提出了一种新的主动负载均衡框架，利用内容缓存和移动性预测，以提高用户的QoE。我们使用半马尔可夫模型来预测用户的未来小区，并提出了一种新的主动缓存算法，在这些小区的用户的未来需求进行预取。这使我们能够减少小区拥塞，并提供更好的平均下行链路速率。为了验证所提出的框架的有效性，系统级仿真进行比较，与最先进的方法。令人鼓舞的是，我们的系统实现了高达$98.7\%$小区负载均衡方面的Jain的公平性指数，减少了$20\%$回程负载，并提供了$31\%$改善的下行链路速率在拥塞的小区相比，反应式的方法。
2018-09-30 cs.NI
Automated Small-Cell Deployment for Heterogeneous Cellular Networks
优化蜂窝网络的小区位置是网络设计中最基本的问题之一。一般的目标是以最小的系统成本提供期望的服务质量（QoS）。为了满足对移动数据服务日益增长的需求，已经提出了异构网络作为提高本地频谱效率的成本和能量有效的方法。虽然未连接的小区部署可以导致局部改进，但由于额外的干扰，对网络范围的性能造成了重大风险。本文的第一部分侧重于国家的最先进的建模和无线电规划方法的基础上随机几何和蒙特卡洛模拟，以及新兴的自动部署预测技术的低功耗节点（LPN）在异构网络。该技术建议LPN在网络的特定知识下部署它。本文的第二部分重点介绍了利用干扰和物理环境知识来辅助LPN部署的算法。所提出的技术不仅可以提高网络性能，而且还可以降低蜂窝网络的无线电规划复杂度、资本支出和能量消耗。理论工作得到了系统级仿真的数值结果的支持，这些仿真采用了真实的蜂窝网络数据和物理环境。
2013-07-22 cs.NI
On Optimal Geographical Caching in Heterogeneous Cellular Networks
在这项工作中，我们研究最佳的地理缓存在异构蜂窝网络中，不同类型的基站（BS）有不同的缓存容量。用户根据已知的概率分布从内容库请求文件。性能度量是总命中概率，其是在平面中的任意位置处的用户将在其所覆盖的BS之一中找到其需要的内容的概率。我们考虑的问题，最佳地放置在所有BS的内容联合。由于这个问题是不凸的，我们提供了一个启发式的计划，找到一种类型的基站的条件下放置在所有其他类型的最佳放置策略。我们证明，这些个人的优化问题是凸的，我们提供了一个解析解。作为一个例子，我们发现的最佳布局策略的小基站（SBS）取决于宏基站（MBS）的布局策略。我们展示了命中概率如何随着SBS部署密度的变化而变化。我们发现，最受欢迎的内容在MBS的启发式几乎是最佳的SBS部署后，最佳的放置策略。此外，对于SBS，不能使用这种启发式方法;最佳放置明显优于存储最受欢迎的内容。最后，我们表明，解决个别问题，找到最佳的放置策略，为不同类型的BS迭代，即反复更新的放置策略，并没有提高性能。
2017-01-23 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Allocation for Device-to-Device Communications Underlaying Heterogeneous Cellular Networks Using Coalitional Games
包括毫米波（mmWave）通信的异构蜂窝网络（HCN）正在成为第五代移动网络的有希望的候选者。利用高度定向的天线阵列，毫米波链路能够提供几Gbps的传输速率。然而，毫米波链路在没有视线的情况下很容易被阻塞。另一方面，D2D通信已经被提出来支持许多基于内容的应用，并且需要与HCN中的用户共享资源以改善频谱重用并增强系统容量。因此，需要用于毫米波和蜂窝载波频带两者之间的D2D对的有效资源分配方案。在本文中，我们首先从博弈论的角度阐述了多个D2D对的毫米波和蜂窝频带之间的资源分配问题。然后，结合蜂窝和毫米波通信的特点，提出了一种联盟形成博弈，以最大化统计平均意义下的系统和速率。我们还从理论上证明，我们提出的游戏收敛到纳什稳定的平衡，并进一步达到近最优解的快速收敛速度。通过各种系统参数下的大量仿真，我们证明了我们的计划的优越性能的系统和速率相比，其他几个实际的计划。
2018-11-06 cs.NI
Understanding the Gain of Deploying IRSs in Large-scale Heterogeneous Cellular Networks
本文利用随机几何分析大规模IRS辅助K层异构蜂窝网络，推导覆盖概率与空间吞吐量，证明IRS带来显著增益，并给出增益极限的分析框架。
2023-02-07 cs.NI
Fundamentals of Heterogeneous Cellular Networks with Energy Harvesting
我们开发了一种新的易处理的模型，用于K层异构蜂窝网络（HetNets），其中每个基站（BS）仅由一个自包含的能量收集模块供电。跨层的BS在能量收集率、能量存储容量、发射功率和部署密度方面不同。由于BS可能并不总是具有足够的能量，因此它可能需要保持关闭并允许其再充电，而附近的用户由开启的相邻BS服务。我们表明，第k层BS可以保持开启的时间的分数，称为可用性ρ_k，是感兴趣的基本度量。利用随机游动理论、不动点分析和随机几何等工具，刻画了K元组（ρ_1，ρ_2，.ρ_K），称为可用性区域，其可通过一般的非协调操作策略来实现，其中切换BS的当前ON/OFF状态的决定独立于其它BS而做出。如果对应于最优系统性能的可用性向量，例如，就速率而言，位于该可用性区域中，不存在由于不可靠能源的存在而导致的性能损失。作为分析的一部分，我们将每个BS的能量水平的时间动态建模为生灭过程，推导出能量利用率，并利用击中/停止时间分析证明了ρ_k存在一个基本极限，任何不协调策略都不能超过该极限。
2013-07-05 cs.IT cs.NI math.IT
Outdoor Position Recovery from HeterogeneousTelco Cellular Data
Tongji University（同济大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
近年来，电信（Telco）蜂窝网络产生了前所未有的数据量。例如，生成测量记录（MR）以报告移动设备和电信网络之间的连接状态，例如，接收信号强度。MR数据已被广泛用于定位户外移动设备，以进行人类移动性分析、城市规划和交通预测。现有的作品使用一阶序列模型，如隐马尔可夫模型（HMM）试图捕捉时空局部性的底层移动模式，以降低定位误差。HMM方法通常假设底层移动设备的稳定移动性模式。然而，由于底层移动设备的混合运输模式和与MR样本相关联的位置的不均匀分布，真实的MR数据集表现出异构的移动性模式。因此，现有的解决方案不能处理这些异构的移动性模式。我们提出了一个基于多任务学习的深度神经网络（DNN）框架，即PRNet+，以结合户外位置恢复和运输模式检测。为了确保框架的工作，PRNet+开发了一个特征提取模块，以精确地从异构MR样本中学习局部，短期和长期时空局部性。对上海三个代表性地区收集的八个数据集的广泛评估表明，PRNet+大大优于最先进的技术。
2021-08-24 cs.LG cs.NI
A Comparison Study of Coupled and Decoupled Uplink Heterogeneous Cellular Networks
移动蜂窝网络的演进带来了网络结构的巨大变化。例如，异构蜂窝网络（HetNet）和超密集网络（UDN）已经被提出作为用于5G系统的有前景的技术。基站（BS）的密集部署允许移动用户能够接入多个BS。同时，HetNet中上下行之间的不平衡，例如不同的接收SINR阈值和业务负载等，变得越来越明显。所有这些因素自然地启发我们考虑无线接入网络中的上行链路和下行链路的解耦。一个有趣的问题是，解耦合上行链路（UL）/下行链路（DL）接入（DUDA）模式是否优于传统的耦合上行链路（UL）/下行链路（DL）接入（CUDA）模式，以及在HetNet中在系统速率、频谱效率（SE）和能量效率（EE）等方面的性能差异有多大。在本文中，我们的目的是彻底比较两种模式的性能的基础上随机几何理论。在我们的分析模型中，我们考虑到在UL通信中的动态发射功率控制。具体来说，我们采用分数功率控制（FPC）来模拟位置相关的信道状态。数值结果表明，DUDA模式在系统速率、SE和EE方面明显优于CUDA模式。此外，DUDA模式改善了不同类型BS和相关联UE两者的负载平衡和潜在公平性。
2015-02-06 cs.NI
On the Performance of Multi-tier Heterogeneous Cellular Networks with Idle Mode Capability
研究了多层密集异构蜂窝网络中基站空闲模式容量对网络性能的影响。与大多数现有的研究具有无限数量的用户设备（UE）的网络场景的作品不同，我们在分析中考虑具有有限数量的UE的更实际的设置。更具体地，我们推导出典型UE应该关联到哪个BS层的概率以及每个层中激活的BS密度的表达。在此基础上，得到了各层覆盖概率和面积频谱效率的解析表达式。IMC的所有BS层的性能的影响被证明是显着的。特别地，当每个层中的BS密度超过UE密度时，将存在BS的过剩，并且当应用BS IMC时，总体覆盖概率以及ASE持续增加。这一发现与现有工作中的发现有着明显的不同。因此，我们的研究结果为未来5G HCN的设计和部署提供了新的思路。
2017-04-07 cs.NI
Optimal Geographical Caching in Heterogeneous Cellular Networks
我们研究异构蜂窝网络中的最佳地理缓存，不同类型的基站（BS）有不同的缓存容量。工具集库包含具有不同流行度的文件。性能指标是总命中概率。在所有BS中最优地联合放置内容的问题通常不是凸的。然而，我们表明，当BS根据齐次Poisson点过程（PPP）部署时，对于每种类型独立地，我们可以将该问题表示为凸问题。我们给出了PPP部署的联合问题的最优解。对于一般情况下，我们提供了一个分布式的局部优化算法（LOA），发现不同类型的BS的最佳布局策略。我们发现的最佳布局策略的小基站（SBS）取决于宏基站（MBS）的布局策略。我们发现，存储最流行的内容在MBS几乎是最佳的，如果SBS使用最佳的放置策略。此外，对于SBS，不能使用这种启发式方法;最佳放置明显优于存储最受欢迎的内容。最后，我们数值验证了LOA给出了相同的命中概率作为PPP模型的联合最优解。
2019-01-04 cs.NI
Joint User Association and BS Switching Scheme for Green Heterogeneous Cellular Network
异构蜂窝网络（HCN）中的并网小小区基站（SBS）的密集部署导致大功率消耗，这可以通过利用从分布式资源收集的能量来降低。最近，已经提出了一种用于具有能量收集-SBS（EH-SBS）的HCN的新布局，以减少小区间干扰和功率消耗;并且增加系统能量效率。在本文中，能量有效的联合用户关联和BS开关方案提出了一个HCN具有不同的能源（S），其目的是有效地利用收获的能量，以减少上网功耗。该计划分两个阶段运作。首先，它决定哪个BS应该处于关闭、睡眠或活动模式，并基于能量到达和消耗迭代地更新其发射功率，以最小化干扰和上网功耗。其次，为了进一步减少上网功耗，用户发现并将其自身与最近的可用EH-SBS相关联。该方案的系统能耗进行了数值评估，使用Monte Carlo模拟。仿真结果表明，所提出的计划相比，在文献中的其他计划在电网功耗和能源效率方面表现出显着更好的结果。
2018-09-15 cs.NI
D2D Enhanced Heterogeneous Cellular Networks with Dynamic TDD
在过去的十年中，UL和DL移动数据业务量的增长已经以显著的不对称性和时间变化为特征。动态时分双工（TDD）具有通过使UL/DL配置适应于当前业务需求来适应业务不对称的能力。在这项工作中，我们研究了两层异构蜂窝网络（HCN），其中宏层和小小区层根据正交频带上的动态TDD方案进行操作。为了卸载网络基础设施，附近的移动用户可以参与D2 D通信，其活动由载波侦听多址（CSMA）方案确定，以保护正在进行的基于基础设施的传输和D2 D传输。我们提出了一个分析框架来评估网络的负载感知覆盖概率和网络吞吐量方面的性能。所提出的框架允许量化对最重要的TDD系统参数（诸如UL/DL配置、基站密度和偏置因子）的覆盖概率的影响。此外，我们评估带宽分区和D2 D网络接入方案如何影响网络总吞吐量。通过研究覆盖概率和D2 D用户活跃度之间的权衡，为D2 D网络接入的优化设计提供指导。
2015-03-28 cs.NI
Delay Analysis in Full-Duplex Heterogeneous Cellular Networks
异构网络（HetNet）作为宏小区和小小区的组合用于增加蜂窝网络的容量，并且为高速通信提供了完美的解决方案。提高HetNet的区域频谱效率和容量在很大程度上取决于回程链路的高速。目前在HetNets中使用的一种有效方法是使用全双工（FD）技术，该技术可以在不需要额外频谱的情况下将频谱效率提高一倍。另一方面，最关键的网络设计要求之一是延迟，其是现代蜂窝网络中的服务质量（QoS）的关键表示。在本文中，通过利用随机几何的工具，我们分析了本地延迟的下行链路（DL）信道，这是典型的定义为所需的时隙的平均数为一个成功的通信。在实际FD通信中，考虑到不完美的自干扰（SI）消除，我们基于与其服务基站（BS）的距离为每个用户利用双工模式（半双工（HD）或FD）。此外，我们的目标是研究两种充电模式的能量效率（EE），即，HD和FD，通过考虑局部延迟。我们进行了广泛的模拟，以验证系统性能的本地延迟与不同的系统关键参数。
2019-07-25 cs.NI math.ST stat.AP
Joint User Association and Resource Allocation in Heterogeneous Cellular Networks: Comparison of Two Modeling Approaches
异构蜂窝网络中用户关联（UA）和资源分配（RA）的不同组合的性能已被广泛研究，使用基于系统快照的经典建模方法。也有许多研究集中在系统的动力学，使用嵌入式模型。这些建模方法很少相互比较，尽管它们各自为设计问题带来了不同的见解。在本文中，我们考虑一种基于排队模型的方法来研究UA和RA的相互作用，并将结果与使用快照模型获得的结果进行比较。具体来说，我们制定了三个不同的联合UA和RA优化问题对应于以下三个性能指标：最大可达到达率，平均系统延迟，最大每用户延迟。这些问题是非凸整数规划。因此，我们开发了数值技术来计算其精确解或紧下界。我们得到的结果为不同的组合的RA和UA计划，并比较通过快照方法得到的趋势。RA的趋势是非常相似的，我们把这作为这类问题的两种建模方法的交叉验证。用户关联的趋势有些不同，这表明结果缺乏鲁棒性，需要仔细验证普遍获得模型。
2019-03-20 cs.NI
Intelligent Throughput-based Sleep Control Algorithm for the 5G Dense Heterogeneous Cellular Networks
在最近的过去，许多移动/电信运营商已经看到了对无处不在的高速无线接入的持续增长的需求以及连接的无线设备的前所未有的增长。因此，我们看到了流量的爆炸性增长和广泛的QoS要求。不同的移动运营商已经开发了第五代（5G）异构蜂窝网络（HetNet），以实现不断增长的海量数据容量，并在吞吐量QoS要求和延迟性能之间进行能量效率保证的权衡。然而，现有的能量效率算法不满足吞吐量QoS要求，诸如关于主导整个移动通信网络的5G无线电接入网络（RAN）的能量消耗的三个组成部分的减少的延迟和分组丢失、更长的电池寿命、可靠性和高数据率。此外，诸如语音和视频的实时业务类型在终端侧需要高计算负载，这对能量/电池寿命具有不期望的影响，这进一步影响吞吐量QoS性能，诸如减少的分组丢失、更长的电池寿命、可靠性和高数据率。因此，本文提出了一种基于智能调度的睡眠控制（ITSC）算法，用于提高5G密集HetNet的吞吐量QoS和能量效率。在所提出的ITSC算法中，使用深度神经网络（DNN）来确定小基站（SBS）的小区容量比。
2023-02-27 cs.NI
Resource Allocation for Device-to-Device Communications in Multi-Cell Multi-Band Heterogeneous Cellular Networks
采用毫米波通信的异构蜂窝网络被认为是第五代移动通信网络的一种很有前途的技术。毫米波由于频谱宽而具有提供多千兆位数据率的潜力。不幸的是，额外的自由空间路径损耗也由高载波频率引起。另一方面，毫米波信号对障碍物敏感，更容易受到阻挡效应的影响。为了解决这个问题，在毫米波网络中利用高度定向的窄波束。此外，设备到设备（D2D）用户充分利用其邻近性并共享HCN中的上行链路频谱资源以增加频谱效率和网络容量。对于所引起的复杂干扰，D2D使能的HCN与密集部署的小小区和毫米波通信的组合对资源分配问题提出了很大的挑战。在本文中，我们制定的D2D通信频谱资源分配之间的多个微波波段和多个毫米波波段的HCN的优化问题。然后，考虑到两个频段上完全不同的传播条件，提出了一种启发式算法来最大化系统传输速率并以足够的精度逼近解。与其他实际方案相比，我们进行了大量的仿真与不同的系统参数，并证明了所提出的方案的优越性能。最后，对算法的最优性和复杂性进行了仿真，进一步验证了算法的有效性和高效性.
2019-03-06 cs.NI
Coordinated Spectrum Coexistence Across Heterogeneous Commercial and Federal Services
Institute for Intelligent Networked Systems, Northeastern University（智能网络系统研究所，东北大学）
本文针对异构商用与联邦服务的频谱共存问题，提出统一框架及混合整数非线性规划求解方法，经BostonTwin仿真验证，可在满足感知与定位QoS的同时提升蜂窝性能，为下一代军民网络提供可行方案。
2026-08-11 cs.NI cs.SY eess.SY
Distributed Resource Allocation in D2D-Enabled Multi-tier Cellular Networks: An Auction Approach
未来的无线网络预计将是高度异构的，宏小区和小小区共存，并提供对设备到设备（D2D）通信的支持。在这种多层异构系统中，集中式无线电资源分配和干扰管理方案将是不可扩展的。在这项工作中，我们提出了一个基于拍卖的分布式解决方案，在多层异构网络中分配无线资源。我们提供了可实现的数据率的界限，并表明该计划的复杂度是线性的发射机节点的数量和可用的资源。信令问题（例如，控制信道上的信息交换）。数值结果表明，与集中式资源分配方案相比，所提出的解决方案的有效性。
2015-01-20 cs.GT cs.NI
Energy Efficient Scheduling for mmWave Backhauling of Small Cells in Heterogeneous Cellular Networks
具有密集部署在常规同构宏小区下面的小小区的异构蜂窝网络正成为第五代（5G）移动网络的有希望的候选者。当大量基站部署时，经济、灵活、绿色的回程解决方案成为最紧迫和关键的挑战之一。由于有大量频谱可用，毫米波（mmWave）频带中的无线回程能够提供几Gbps的传输速率。为了克服较高频率下的高传播损耗，毫米波回程利用波束成形来实现定向传输，并且可以实现低链路间干扰下的并发传输（空间重用）以显著提高网络容量。为了实现小型小区的mmWave回程的能量高效解决方案，我们首先将经由并发传输调度和功率控制来最小化能量消耗的问题公式化为混合整数非线性规划问题。在此基础上，提出了一种节能实用的mmWave回传方案，提出了基于最大独立集的调度算法和功率控制算法，充分利用空间复用，实现低能耗和高能效。从理论上分析了该方案降低能量消耗的条件，以及降低能量消耗的干扰门限的选择。通过大量的仿真，在不同的业务模式和系统参数下，我们证明了我们的计划在能源消耗和能源效率方面的优越性能，并分析了在不同的业务负载，BS分布和最大发射功率的干扰阈值的选择。
2015-09-27 cs.NI
Joint Time-Domain Resource Partitioning, Rate Allocation, and Video Quality Adaptation in Heterogeneous Cellular Networks
异构蜂窝网络（HCN）在宏小区的传输范围内引入小小区。为了HCN的有效操作，重要的是高功率宏小区在适当的时间量内关闭其传输，以便低功率小小区进行传输。这是一种允许时域资源划分（TDRP）的机制，并且对于最大化完整HCN的吞吐量进行优化至关重要。在本文中，我们研究了在HCN的视频通信时，采用TDRP。在这样的HCN中定义用于视频流传输的详细系统模型之后，我们考虑通过联合优化HCN的TDRP、分配给每个特定用户的速率以及传输给用户的所选视频质量来最大化所有用户处的体验视频质量的问题。NP难问题的解决与原始-对偶近似算法，将问题分解成更简单的子问题，使他们能够快速知名的解决方案算法。因此，计算的解决方案可以在现实生活中的视频流会话的时间尺度上实施。这最后一个观察激励所提出的框架的增强，以支持通过HTTP的动态自适应流传输（DASH）的视频传输。我们广泛的模拟结果清楚地表明，需要我们的整体方法来提高视频质量和播放性能的视频流用户在HCN。
2015-06-27 cs.NI
Large-scale Spatial Distribution Identification of Base Stations in Cellular Networks
蜂窝系统的性能很大程度上取决于其网络拓扑结构，其中基站（BS）的空间部署在下行链路场景中起着关键作用。此外，蜂窝网络正在经历异构演进，这引入了较小BS的计划外部署，从而使性能评估更加复杂。本文基于大量实际基站位置数据，对蜂窝网络结构的空间建模进行了全面的分析。与相关的工作，我们分为不同的基站根据地理因素（如城市或农村）和功能类型（如宏小区或微小区）的子集，并进行详细的空间分析，每个子集。在检查了BS位置建模中Poisson点过程（PPP）的准确性后，我们考虑了Gibbs点过程和Neyman-Scott点过程，并针对大规模建模测试比较了它们的准确性。最后，我们宣布PPP模型的不准确性，并揭示了一般的集群性质的基站部署，这明显违反了传统的假设。本文进行了第一次大规模的识别现有的文献，并提供更现实和更一般的结果，有助于即将到来的异构蜂窝网络的性能分析。
2014-11-10 cs.NI
Offloading Cellular Traffic through Opportunistic Communications: Analysis and Optimization
最近已经提出通过机会性通信来卸载业务作为减轻蜂窝网络的当前过载的方式。当移动终端用户（临时）彼此接近时，可能发生竞争性通信，使得设备可以建立本地对等连接（例如，通过蓝牙）。由于机会主义通信是基于参与者的自发移动性，它本质上是不可靠的。这对必须满足应用要求的任何蜂窝卸载解决方案的设计提出了严峻的挑战。在本文中，我们解决这个挑战，从优化分析的角度来看，与现有的启发式解决方案。我们首先建模的内容传播（通过蜂窝接口注入）在一个机会网络与异构节点的移动性。然后，基于该模型，我们推导出最优的内容注入策略，该策略在满足应用约束的同时使蜂窝网络的负载最小化。最后，我们提出了一个自适应算法的控制理论的基础上，实现这种最优策略，而不需要任何数据的移动模式或移动节点的接触率。所提出的方法进行了广泛的评估与异构移动模型以及现实世界的接触痕迹，表明它大大优于以前的方法在文献中提出的。
2014-05-14 cs.NI
Future of Ultra-Dense Networks Beyond 5G: Harnessing Heterogeneous Moving Cells
在过去的40年里，蜂窝行业一直依赖于具有总的过度供应的静态无线电接入部署。然而，为了满足呈指数级增长的不规则数据量，必须重新考虑单元的概念，以允许它们按需和自动化方式进行（重新）配置。这项工作提出了移动网络的愿景，以匹配动态用户需求与超5G蜂窝系统中的网络接入供应。由此产生的自适应和灵活的网络基础设施将利用具有智能能力的设备（例如，汽车和无人机）。这项工作是对我们在这一领域所做努力的回顾，其目标是为全面的研究议程做出贡献。特别注意的是量化的网络性能扩展和会话连续性增益与超密集移动小区。我们的研究结果认为，与传统的（静态）蜂窝接入基础设施的水平上整合移动接入点的非增量的好处。
2019-04-26 cs.NI
Semantic-Aware Collaborative Deep Reinforcement Learning Over Wireless Cellular Networks
University of Colorado（科罗拉多大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工学院）
协作式深度强化学习（CDRL）算法可以让多个智能体通过无线网络进行协调，这是一种很有前途的方法，可以实现未来依赖于复杂动态环境中实时决策的智能和自治系统。然而，在实际应用中，由于智能体及其学习任务的异构性、不同的环境、学习的时间限制以及无线网络的资源限制，CDRL面临着许多挑战。为了解决这些挑战，在本文中，提出了一种新的语义感知的CDRL方法，使一组异构的未经训练的代理与语义链接的DRL任务，有效地合作，在资源受限的无线蜂窝网络。为此，提出了一种新的异构联邦DRL（HFDRL）算法选择语义相关的DRL代理的最佳子集进行协作。所提出的方法，然后共同优化的培训损失和无线带宽分配的合作选定的代理，以训练每个代理的时间限制内的实时任务。仿真结果表明，所提出的算法相比，国家的最先进的基线的优越性能。
2022-03-04 cs.IT cs.LG cs.NI
Cell planning for mobility management in heterogeneous cellular networks
在小小区网络中，用户的高移动性导致频繁的切换，从而严重限制了移动用户的数据率。为了缓解这个问题，我们提出使用异构的双层网络结构，其中静态用户由宏基站和微基站两者服务，而移动（即，移动）用户仅由具有较大小区的宏基站服务;该思想是防止由于切换而导致的移动用户的频繁数据中断。本文采用经典的两层Poisson网络模型（参见[1]），假设静态用户为独立的Poisson过程，移动用户沿Poisson线过程生成的无限条直线匀速移动为双随机Poisson过程。使用随机几何学，我们计算典型的静态和移动的平均下行链路数据率（即，移动）用户，后者占切换中断周期。我们还考虑这两种类型的用户的平均吞吐量，其被定义为它们的平均数据率除以由同一基站共同服务的用户的平均总数。我们发现，如果一个同构网络的密度和/或移动用户的速度是高的，这是有利的，让移动用户只连接到一些最佳的分数的BS，以减少在连接不被保证的中断的频率。如果允许网络的异构结构，则可以通过适当地调谐微基站和宏基站的功率来进一步联合地优化移动用户和静态用户的平均吞吐量，其中微基站和宏基站的功率受制于经由网络等效属性确保静态用户的平均数据率不变的某种聚合功率约束（参见[2]）。
2016-05-24 cs.NI
Joint Interference and User Association Optimization in Cellular Wireless Networks
在蜂窝无线网络中，用户关联是指将移动用户分配到基站小区的问题--这在许多新兴的小小区和异构网络中是一个关键但具有挑战性的问题。本文考虑了一类通用的效用最大化问题的移动用户协会和带宽和功率分配的联合优化。该公式可以包含一大类网络拓扑结构、干扰模型、SNR到速率映射和网络约束。此外，该模型可以应用于载波聚合的情况下，移动台可以同时由多个小区服务。虽然问题是非凸的，我们的主要贡献表明，优化承认一个可分离的对偶分解。这个属性使得能够快速计算上界的效用，以及一个有效的，分布式的实现近似局部优化，通过增广拉格朗日技术。模拟在异构网络中的宏和微微蜂窝的混合物。我们证明了所提出的方法在毫微微小区链路中具有可变回程容量的情况下以及在用户密度足够低的情况下的重要价值，即轻度使用的小区可以降低功率。
2013-04-15 cs.NI
Cooperative Content Offloading Through WiFi and Mobile Device-to-Device Networks
本文研究了WiFi和移动设备到设备网络的使用，车辆自组织网络是一个典型的例子，作为一种补充手段，以卸载和减少蜂窝网络的流量负载。提出了一种新的合作内容分发策略，异构网络包括不同类型的设备具有不同的移动性水平，从静态的WiFi接入点，以移动设备，如车辆。所提出的策略将很大一部分数据流量从蜂窝网络卸载到WiFi或设备到设备网络。详细分析了采用该策略的异构网络中的内容分发过程。在此基础上，讨论了内容传播策略的最优参数设置。仿真和数值研究表明，该策略有效地减少了蜂窝网络的数据流量，同时保证成功的内容交付。
2017-01-03 cs.NI
