Interference Alignment and Degrees of Freedom Region of Cellular Sigma Channel
我们研究蜂窝网络的自由度（DoF）区域，其中小区可以具有重叠区域。在重叠区域内，移动用户可以接入多个基站。我们考虑的情况下，有两个基站都配备了多个天线。移动站都配备有单个天线，并且每个移动站可以属于单个小区或两个小区。假设在发射机处可获得全局信道状态信息，我们完全表征上行链路信道的DoF区域。该可重构性方案基于基站处的干扰对准。
2011-03-01 cs.IT math.IT
Enabling Wireless Power Transfer in Cellular Networks: Architecture, Modeling and Deployment
微波功率传输（MPT）通过微波辐射将能量从称为功率信标（PB）的站无线地传递到移动设备。这为手机提供了几乎无限的电池寿命，并消除了对电源线和充电器的需要。为了使MPT的移动充电，本文提出了一种新的网络架构，覆盖上行链路蜂窝网络与随机部署的PB为手机供电，称为混合网络。基于随机几何模型研究了数据链路中断约束下的混合网络部署问题，其中单天线基站（BS）和PB形成独立的齐次泊松点过程（PPP），单天线移动台均匀分布在BS生成的Voronoi小区中.在该模型中，移动台和PB分别将其传输功率固定在p和q; PB或者各向同性地辐射，称为各向同性MPT，或者通过波束成形将能量导向目标移动台，称为定向MPT。该模型被应用到推导出的网络参数之间的权衡，包括p，q，和BS/PB密度下的中断约束。首先，考虑蜂窝网络的部署。证明了只要基站密度的乘积随p的增大而减小，且满足幂律，其中指数与路径损耗指数成正比，则中断约束满足。接下来，考虑混合网络的部署，假设在移动设备处有无限的能量存储。结果表明，对于各向同性MPT，q之间的产品，PB密度，和BS密度提高到与路径损耗指数成比例的功率必须高于给定的阈值，使PB是足够密集的定向MPT，获得类似的结果与上述产品的阵列增益增加。最后，对于具有小能量存储的移动设备的情况，得到了类似的结果。
2012-07-24 cs.IT math.IT
Energy Efficient Mobile Edge Computing in Dense Cellular Networks
移动边缘计算（MEC）是满足移动设备日益增长的计算需求的新兴范例，它与密集部署的基站（BS）相结合，被认为是迈向下一代移动网络的关键一步。然而，由于BS的无线电接入资源和计算资源必须被联合管理，并且它们在空间域和时间域两者中与业务复杂地耦合，因此对于设计能量高效的网络出现了新的挑战。在本文中，我们解决的挑战，将MEC到密集的蜂窝网络，并提出了一个有效的在线算法，称为引擎（能量约束卸载和睡眠），使联合计算卸载和BS睡眠的决定，以最大限度地提高服务质量，同时保持低能耗。我们的算法利用李雅普诺夫优化技术，在线工作，并实现了接近最优的性能，而不使用未来的信息。仿真结果表明，该算法在不牺牲用户服务质量的前提下，可以有效地降低能耗。
2017-01-25 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Optimization for Cellular-Connected Multi-UAV Mobile Edge Computing Systems with Multi-Access Schemes
研究了一种蜂窝连接的无人机移动边缘计算系统，该系统通过地面基站（TBS）为多个无人机提供计算任务卸载服务。我们的目标是最小化无人机的总能耗，包括推进能量，计算能量和通信能量，同时确保无人机的总比特数被完全计算。为了解决大量的计算位，我们提出了一种资源划分策略，其中一部分任务迁移到TBS进行计算，另一部分任务在UAV本地计算。为了深入理解接入方式对系统性能的影响，我们考虑了上行链路传输中的四种接入方案，时分多址（TDMA）、正交频分多址（OFDMA）、一对一接入和非正交多址（NOMA）。在TBS能量预算下，联合优化比特分配、功率分配、资源划分以及无人机轨迹，并采用逐次凸逼近（SCA）技术进行求解。数值结果表明，与基准格式相比，所提出的格式节省了大量的能量。
2018-07-07 cs.IT math.IT
Device-to-Device Networking Meets Cellular via Network Coding
利用移动设备之间的设备到设备（D2 D）连接有希望满足蜂窝链路上不断增加的吞吐量需求。具体地，当移动设备彼此非常接近并且对相同内容感兴趣时，诸如Wi-Fi直连的D2 D连接可以被机会性地用于构建协作（并且联合操作）蜂窝和D2 D联网系统。然而，理解、量化和利用网络编码在联合蜂窝和D2 D设置中用于协作移动设备的潜力是至关重要的。在本文中，我们考虑这个问题，并且（i）开发用于联合蜂窝和D2 D设置中的协作移动设备的网络编码框架，即NCMI，其中蜂窝和D2 D链路容量相同，以及（ii）表征所提出的网络编码框架的性能，其中我们使用分组完成时间，其是恢复所有分组的传输时隙的数量，作为性能指标。我们通过模拟展示了我们的网络编码框架的好处。
2017-12-08 cs.IT cs.NI math.IT
Performance Analysis of Mobile Cellular-Connected Drones under Practical Antenna Configurations
由于遭遇视线干扰和向下倾斜的基站（BS）天线的降低的增益，向无人机用户设备（UAV-UE）提供无缝连接是非常具有挑战性的。例如，随着UAV-UE的高度增加，它们的小区关联和切换过程变得由BS天线的旁瓣驱动。在本文中，蜂窝连接的UAV-UE的性能进行了研究下的3D实际天线配置。研究了两种场景：具有静态悬停UAV-UE的场景和具有移动UAV-UE的场景。对于这两种情况，UAV-UE覆盖概率被表征为系统参数的函数。研究了天线阵元数目对UAV-UE覆盖概率和移动UAV-UE切换率的影响。结果表明，实际天线方向图下的UAV-UE覆盖概率比简单天线模型下的覆盖概率要差。此外，由于天线旁瓣的零点和峰值的连续交叉，垂直移动的UAV-UE容易受到高度切换的影响。
2020-02-02 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Performance of Large Optimum-Combining Antenna Arrays in Power-Controlled Cellular Networks
分析了具有大量天线的基站的干扰受限蜂窝网络的上行链路，这些基站使用带功率控制的线性最小均方误差（MMSE）处理。简单的近似，这是准确的渐近意义上，提供了这些系统中的链路的频谱效率（b/s/Hz）。还发现，当基站天线的数量是适度大，在整个网络中的移动台的数量是大的，在一个给定的小区内的移动台的发射功率之间的相关性不显着影响系统的频谱效率。结果，移动台可以执行不依赖于网络中的其他用户的简单功率控制（例如，部分功率控制），降低了系统复杂性并提高了这种系统的分析易处理性。
2015-06-19 cs.IT math.IT
Mobile Cellular-Connected UAVs: Reinforcement Learning for Sky Limits
蜂窝连接的无人机（UAV）面临着有关连接性和能源效率的几个关键挑战。通过一个基于学习的策略，我们提出了一个通用的新的多臂强盗（MAB）算法，以减少断开连接的时间，切换率，并考虑到其任务完成时间的无人机的能源消耗。通过将问题制定为无人机速度的函数，我们展示了如何通过采用适当范围的相应学习参数来改善这些性能指标（PI），例如，与盲策略相比，HO率降低50%。然而，结果表明，学习参数的最佳组合严重依赖于任何特定的应用程序和最终目标函数的PI的权重。
2020-09-21 cs.AI cs.IT math.IT
Spectrum Sharing Between Cellular and Mobile Ad Hoc Networks: Transmission-Capacity Trade-Off
无线网络之间的频谱共享提高了频谱使用的效率，从而缓解了由于对无线宽带接入的需求不断增长而导致的频谱稀缺。为了改善蜂窝上行链路频谱利用率低的问题，本文研究了蜂窝上行链路和移动自组网之间的频谱共享问题。这些网络访问所有频率子信道或其不相交的子集，分别称为频谱重叠和频谱覆盖。在给出这些频谱共享方法的基础上，基于泊松分布发射机网络的传输容量，分析了共存网络之间的容量权衡。该度量被定义为对于给定的信号干扰比（SIR），受到中断约束的发射机的最大密度。使用随机几何工具，共存的网络之间的传输容量的权衡进行了分析，其中频谱覆盖和干扰以及连续干扰消除（SIC）被认为是。特别地，对于小的目标中断概率，证明了共存网络的传输容量满足一个线性方程，该方程的系数取决于频谱共享方法和SIC是否被应用。该线性方程表明，频谱重叠比频谱重叠更有效。此外，该结果还提供了洞察不同的网络参数对传输容量的影响，包括链路分集增益，传输距离和基站密度。特别是，SIC示出了增加传输容量的两个共存的网络的线性因子，这取决于干扰功率阈值为合格的取消干扰。
2008-08-16 cs.IT math.IT
Network Coding for Cooperative Mobile Devices with Multiple Interfaces
移动设备之间的协作以及同时利用诸如蜂窝和局域链路之类的多个接口有望满足蜂窝链路上不断增加的吞吐量需求。具体地，当移动设备彼此非常接近并且对相同的内容感兴趣时，除了蜂窝链路之外，还可以利用诸如WiFi直连的设备到设备连接来构建协作系统。然而，理解网络编码对于具有多个接口的协作移动设备的潜力是至关重要的。在本文中，我们考虑这个问题，和（i）开发网络编码方案的合作移动设备具有多个接口，和（ii）通过使用传输的数量来恢复所有数据包作为性能指标的网络编码的性能特征。
2015-05-21 cs.IT cs.NI math.IT
Physical Layer Security in Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
基于随机几何框架研究了大规模蜂窝网络中的信息论保密性能。基站和移动用户的位置被建模为独立的二维泊松点过程。我们认为，蜂窝网络的两个重要特征，即，基站和小区关联之间的信息交换，表征其对任意下行链路传输的可实现的保密率的影响与一定部分的移动用户作为潜在的窃听者。特别是，听话的结果提出了各种假设下的窃听者的位置信息的可用性在服务基站，它捕获的好处，从基站之间的位置信息的交换。
2013-03-07 cs.IT math.IT
CONCERT: A Cloud-Based Architecture for Next-generation Cellular Systems
蜂窝网络是我们信息驱动社会的基石之一。然而，现有的蜂窝系统已经受到移动数据业务的爆炸式增长、机器类型通信的出现和移动互联网服务的蓬勃发展的严重挑战。在本文中，我们提出了CONCERT（云和cEllulaR系统的融合），这是一种面向未来蜂窝通信和移动计算服务的融合边缘基础设施。所提出的架构是基于控制/数据（C/D）平面解耦的概念。数据平面包括异构物理资源，诸如无线电接口设备、计算资源和软件定义交换机。控制平面联合协调物理资源以将它们呈现为虚拟资源，在虚拟资源上可以以灵活的方式部署包括通信、计算和管理的软件定义的服务。此外，我们引入了新的设计物理资源的放置和任务调度，使CONCERT可以克服现有的基带集中化方法的缺点，更好地促进下一代蜂窝网络的创新。这些优点通过在具有C/D解耦空中接口、延迟敏感机器类型通信和实时移动云游戏的无线电接入网络（RAN）上的应用示例来展示。我们还讨论了一些基本的研究问题所提出的架构，以照亮未来的研究方向。
2014-10-01 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Relay Selection and Optimal Relay Location in Cooperative Cellular Networks with Asymmetric Traffic
由于用户终端的电池功率有限，能量有效的通信是移动中继网络的重要要求。本文考虑了在非对称业务的协作蜂窝系统中通过选择移动中继来实现能量有效的中继方案。电池供电终端的每信息比特的总能量消耗，即，移动台（MS）和中继站之间的关系。在联合上行链路和下行链路中继选择（JUDRS）方案，我们提出了，中继，使总的能量消耗最小化。此外，能量有效的合作区域进行了研究，并找到了最佳中继位置的合作蜂窝系统与非对称业务。结果表明，MS中继和中继基站（BS）的信道有不同的影响中继选择决策的最佳能量效率。信息论分析的分集复用权衡（DMT）表明，该方案实现了全空间分集的合作终端在该网络中的数量。最后，数值结果进一步证实了显着的能量效率增益的算法相比，以前的最佳差信道选择和最佳谐波均值选择算法。
2010-09-01 cs.IT math.IT
A Stochastic-Geometry Approach to Coverage in Cellular Networks with Multi-Cell Cooperation
多小区协作是用于减轻密集蜂窝网络中的小区间干扰的有前途的方法。量化多小区协作的性能是具有挑战性的，因为它集成了物理层技术和网络拓扑。为了便于处理，现有的工作通常依赖于过度简化的Wyner型模型。在本文中，我们提出了一个新的随机几何模型的蜂窝网络与多小区合作，它占的实际因素，包括不规则的位置的基站（BS）和由此产生的路径损耗。特别地，所提出的网络拓扑模型具有三个关键特征：i）使用由泊松分布的BS生成的泊松随机镶嵌来对小区进行建模，ii）使用六边形网格来对多天线BS进行聚类，并且同一聚类中的BS通过空间干扰避免来减轻相互干扰，iii）靠近聚类边缘的BS接入与其他BS接入的子信道不同的子信道，屏蔽集群边缘移动设备免受强干扰。使用这个模型，并假设稀疏散射，我们分析了形状的中断概率的移动服务的集群内部BS的平均数量$K$每个集群的BS增加。集群中心附近的一个移动的中断概率被证明是成正比的$e^{-c(2-\sqrtν)^2K}$其中$ν$是躺在集群内部的BS的分数和$c$是一个常数。此外，一个典型的移动中断概率被证明与$e^{-c' (1-\sqrtν)^2K}$成比例缩放，其中$c'$是一个常数。
2011-03-22 cs.IT math.IT
Ultra-Reliable Low Latency Cellular Networks: Use Cases, Challenges and Approaches
除了增强的移动宽带应用之外，第五代蜂窝移动网络还有望支持关键任务超可靠低延迟通信（URLLC）服务。本文首先介绍了URLLC的三种新兴的关键任务应用，并确定了它们对端到端延迟和可靠性的要求。然后，我们以4G长期演进（LTE）为例，调查当前无线网络的端到端延迟的各种来源。随后，我们提出并评估了几种技术，以减少端到端的延迟从差错控制编码，信号处理和无线资源管理的角度。我们还简要讨论了其他网络设计方法，进一步减少延迟的潜力。
2018-08-08 cs.IT math.IT
Compressed Sensing-based Pilot Assignment and Reuse for Mobile UEs in mmWave Cellular Systems
用于毫米波通信的技术处于工业界和学术界研究的最前沿，因为毫米波频带为已经分配给蜂窝网络的带宽提供了数量级的额外可用带宽。可以利用在毫米波频带处的小覆盖区中可以支持的更大数量的天线来收获双MIMO类型的波束成形和空间复用增益。类似于LTE系统，收获这些益处的两个先决条件是在训练阶段检测用户和获取用户信道状态信息（CSI）。然而，由于毫米波信道遇到更苛刻的传播和更快的去相关，用户检测和CSI获取的任务都是必要的，比LTE频段更具挑战性。在本文中，我们研究的问题，快速用户检测和CSI捕获的小小区毫米波网络的下行链路。我们假设TDD操作和基于信道互易性的CSI获取。为了实现致密化的好处，我们提出了导频设计和信道估计器，利用积极的导频重用与快速用户检测在基站和压缩感知信道估计的组合。正如我们的模拟所示，相对于传统的基于压缩感知的方法与传统的导频重用，可以同时由整个毫米波频带网络与所提出的方案提供服务的用户的数量大幅增加。
2016-01-14 cs.IT math.IT
Some insights into the behaviour of millimetre wave spectrum on key 5G cellular KPIs
本文讨论了评估毫米波频谱以供5G移动系统使用的挑战性任务。与移动系统、覆盖范围、容量和移动性相关的3个关键KPI通过简单的品质因数（FoM）进行单独评估和量化。通过模拟评估覆盖和容量KPI，同时为移动性开发分析方法。关键信息是，随着频率在该范围内增加，FoM随着频率的增加而降低。这表明在更高频率下部署毫米波系统将面临更多挑战，但这些挑战并非不可克服。mmMAGIC项目解决了许多这些挑战，并得出了可能的解决方案。
2018-03-15 cs.IT math.IT
Massive MIMO 5G Cellular Networks: mm-wave vs. μ-wave Frequencies
增强型移动宽带（eMBB）是为下一代移动无线网络开发新标准5G新无线电的关键用例之一。大型天线阵列，也就是。大规模MIMO、使用10-100 GHz范围内的载波频率、所谓的毫米波（mm波）频带以及引入小型小区的网络密集化是允许实施eMBB服务并实现Gbit/s移动无线体验的三种技术。本文重点介绍大规模MIMO技术;最初设想用于sub-6 GHz范围（μ波）的传统蜂窝频率，大规模MIMO概念随后逐步扩展到使用mm波频率的情况。然而，由于城市场景中的不同传播机制，所得到的μ波和mm波处的MIMO信道模型是根本不同的。本文指出了六个关键的基本差异，以及它们对通信收发器的架构和算法以及在可靠性和多路复用能力方面可达到的性能的影响。
2017-02-23 cs.IT math.IT
Mobile Data Offloading through A Third-Party WiFi Access Point: An Operator's Perspective
WiFi卸载由于其高数据传输速率和对设备的低要求而被认为是处理蜂窝网络中爆炸性数据增长的最有前途的技术之一。在本文中，我们调查的移动数据卸载问题，通过第三方WiFi接入点（AP）的蜂窝移动系统。从蜂窝运营商的角度来看，通过假设一个基于使用的收费模型，我们制定了一个效用最大化问题的问题。特别地，我们考虑三种场景：（i）连续干扰消除（SIC）在基站（BS）和AP两者处都可用;（ii）SIC既不在BS处也不在AP处可用;（iii）SIC仅在BS处可用。对于（i），我们证明了效用最大化问题可以通过考虑其松弛问题来解决，并且我们证明了我们提出的数据卸载方案在用户数量很大时接近最优。对于（ii），我们证明了最优解很可能是一对一关联，即，一个用户连接到BS，一个用户连接到AP。对于（iii），我们表明，最多有一个用户连接到AP的概率很高，所有其他用户连接到BS。通过比较这三种情况下，我们证明了SIC解码器帮助蜂窝运营商最大限度地提高其效用。为了减轻BS的计算负担，我们提出了一个基于阈值的分布式数据卸载方案。我们表明，建议的分布式方案执行良好，如果阈值选择适当。
2014-08-22 cs.IT math.IT
Uplink performance of multi-antenna cellular networks with co-operative base stations and user-centric clustering
我们考虑一个以用户为中心的合作蜂窝网络，其中基站（BS）接近移动合作检测其信号使用（联合）线性最小均方误差接收机。基站位于任意位置，移动台被建模为平面泊松点过程（PPP）。结合随机几何和无限随机矩阵理论，我们推导出一个简单的表达式，这个复杂的系统的频谱效率的天线的数量越来越大。该框架适用于从PPP和六边形网格的BS位置，并通过蒙特卡罗模拟进行验证。结果揭示了有形的系统参数，如移动和基站的密度，每个BS的天线数量，和合作BS的数量上实现的频谱效率的影响。在其他见解，我们发现，对于一个给定的BS密度和合作天线的总数的约束，所有合作天线应位于一个单一的BS。另一方面，在我们的渐近制度中，对于相同数量的合作天线，如果网络受到天线的面积密度的限制，则合作BS的数量应该增加，每个BS具有更少的天线。
2018-02-13 cs.IT math.IT
Towards the Asymptotic Sum Capacity of the MIMO Cellular Two-Way Relay Channel
在本文中，我们考虑的收发器和中继设计的多输入多输出（MIMO）蜂窝双向中继信道（cTWRC），其中多天线基站（BS）通过多天线中继站（RS）与多个多天线移动站交换信息。我们提出了一种新的双向中继方案，以接近MIMO cTWRC的总容量。
2014-06-18 cs.IT math.IT
Adaptive Rate NOMA for Cellular IoT Networks
物联网（IoT）技术被设想为通过互连数十亿个传感器/设备来实现各种实时应用，这些传感器/设备被部署来观察一些随机的物理过程。这些物联网设备依赖于低功耗广域无线连接来传输其相关随机过程的状态更新，大多数情况下是固定的，但规模较小。蜂窝网络被视为向物联网设备提供可靠无线连接的自然候选者。然而，对这些大量设备的常规正交多址（OMA）预计会降低频谱效率。作为OMA的一种有前途的替代方案，蜂窝基站（BS）可以采用非正交多址（NOMA）来进行移动用户和IoT设备的上行链路传输。特别地，上行链路NOMA可以被配置为使得移动用户可以基于其信道条件来适配传输速率，而IoT设备以固定速率进行传输。对于这种设置，我们使用随机几何分析移动用户的遍历容量和物联网设备的平均本地延迟。我们的分析表明，当物联网设备的延迟约束严格时，上述NOMA配置可以为移动用户提供比OMA更好的遍历容量。此外，我们还表明，在相同的延迟约束下，NOMA可以支持比OMA更大的物联网设备的数据包大小。
2021-12-03 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Uplink and Downlink Relay Selection in Cooperative Cellular Networks
本文研究了协作蜂窝网络中的中继选择技术，其中用户终端充当移动中继，以帮助基站（BS）和移动台（MS）之间的通信。本文提出了一种新的中继选择方案，称为联合上行链路和下行链路中继选择（JUDRS）。具体来说，我们概括了JUDRS在两个关键方面：（i）中继联合选择上行链路和下行链路，使中继选择开销可以减少，（ii）我们考虑到最小化加权总的能量消耗MS，中继和BS通过考虑信道质量和业务负载条件的上行链路和下行链路。从信息论的角度分析了分集-复用的折衷关系，结果表明该方案在网络中协作终端的数量上实现了全空间分集。数值结果表明，与已有的最佳差信道选择算法和最佳谐波均值选择算法相比，该算法具有显著的能量效率增益。
2010-09-01 cs.IT math.IT
Impact of LOS/NLOS Propagation and Path Loss in Ultra-Dense Cellular Networks
超密集蜂窝网络（UDN）的性能分析的大多数先前的工作已经考虑了标准的幂律路径损耗模型和非视距（NLOS）传播建模的瑞利衰落。视距（LOS）对覆盖和吞吐量的影响及其对网络密度的影响仍然没有完全理解。在本文中，我们研究的性能UDN时，信号传播包括LOS和NLOS组件。使用随机几何为基础的蜂窝网络模型，我们推导出的覆盖概率的表达式，以及紧密的近似值和上界最接近和最强的基站（BS）的关联。我们的研究结果表明，在标准的奇异路径损耗模型下，LOS传播增加了覆盖范围，特别是与最近的BS关联。相反，使用双斜率路径损耗，LOS传播对于最接近的BS关联是有益的，而对于最强的BS关联是有害的。
2016-09-28 cs.IT math.IT
Physical Layer Security in Downlink Multi-Antenna Cellular Networks
在本文中，我们研究了蜂窝网络的下行链路的物理层安全性，其中传输到每个移动用户的机密消息可以被（i）在同一小区中的其他用户和（ii）在其他小区中的用户窃听。基站和移动用户的位置被建模为两个独立的二维泊松点过程。使用所提出的模型，我们分析了正则化信道逆（RCI）预编码实现的保密率进行大系统分析，结合随机几何和随机矩阵理论的工具。我们得到近似的保密中断的概率和平均保密率，并表征制度，RCI预编码实现非零保密率。我们发现，不同于孤立的细胞，在蜂窝网络中的保密率不单调增长的发射功率，和网络往往是在保密中断，如果发射功率增长无界。此外，我们表明，有一个最佳的值的基站部署密度，最大化的保密率，这个值是一个信号噪声比的递减函数。
2013-07-27 cs.IT math.IT
Towards Massive Machine Type Cellular Communications
蜂窝网络已被设计和优化以承载不断增加的移动数据量，但在过去几年中，基于以机器为中心的通信的一类新应用已经开始出现。诸如传感器、跟踪设备和仪表之类的自动化设备（通常被称为机器对机器（M2M）或机器类型通信（MTC））为移动网络运营商引入了有吸引力的收入流，如果可以有效地支持其中的大量的话。MTC应用所带来的新技术挑战包括增加的开销和控制信令以及各种特定于应用的约束，例如超低复杂性、极高的能效、关键时序和连续数据密集型上传。本文阐述了大规模MTC应用所带来的新要求和挑战，并对克服这些挑战的关键技术进行了综述。我们专注于4.5G和5G网络的潜力，以满足传统人类通信（HTC）用户的高数据率需求和预测的数十亿新MTC设备。我们还认为，有吸引力的经济模式，将使这一新的移动用户类增长到其全部潜力。
2015-12-10 cs.IT math.IT
Minimizing Latency to Support VR Social Interactions over Wireless Cellular Systems via Bandwidth Allocation
通过虚拟现实（VR）技术和无线蜂窝系统，移动用户的沉浸式社交互动很快将在虚拟空间内实现。在VR移动社交网络中，所有交互用户的状态应该通过与边缘计算服务器的双向通信同步更新，并且延迟较低。由此产生的端到端延迟取决于无线VR用户和边缘服务器的虚拟和物理位置之间的关系。在这项工作中，分析和优化的端到端的延迟的问题进行了调查，一个简单的网络拓扑结构，产生重要的见解物理和虚拟几何之间的相互作用。
2018-04-04 cs.IT cs.NI math.IT
On the Fault Tolerant Distributed Data Caching using LDPC Codes in Cellular Networks
由于移动数据，基站-移动设备通信流量最近急剧增加，这反过来又使底层基础设施严重过载。为了减少基站（BS）交互，本地设备之间的小区内通信（称为设备到设备）被用于分布式数据缓存。然而，由于现有节点的不断离开和新节点的到来，丢失的缓存数据可能会导致永久的数据丢失。在这项研究中，我们提出并分析了一类LDPC码的蜂窝网络中的分布式数据缓存。与传统的分布式存储不同，提出了一种新的LDPC码修复算法，该算法利用了最小的直接BS通信。为了评估LDPC码的通用性，并建立性能比较经典的编码技术，新的理论和实验评估。本质上，在存在BS的情况下修复带宽成本的理论/数值结果在分布式缓存设置中呈现。因此，当从BS和从其他本地网络节点下载符号的成本之间的差距并不显着高，我们证明，LDPC码可以被认为是一个可行的容错替代在蜂窝系统中的高速缓存能力，为低和高的码率。
2021-10-01 cs.IT math.IT
A Dynamic and Incentive Policy for Selecting D2D Mobile Relays
经由设备到设备通信（D2D）实现的用户到网络中继是用于改善蜂窝网络的性能的有前景的技术。由于在实践中中继是移动的，动态中继选择方案是不可避免的。在本文中，我们提出了一个动态的中继选择策略，最大限度地提高蜂窝网络的性能（如吞吐量，可靠性，覆盖范围）的成本约束（如传输功率，功率预算）。我们表示的继电器的动态马尔可夫决策过程（MDP），并假设只有选定的继电器的位置是可观察的。因此，动态中继选择过程被建模为约束部分观测马尔可夫决策过程（CPOMDP）。由于这种框架的精确解很难找到，我们开发了一个基于点的值迭代解决方案，并评估其性能。此外，我们证明了次模块性的回报和成本价值函数和推导出一个贪婪的解决方案，这是可扩展的发现中继的数量。对于多用户的情况下，一个分布式的方法，以减少所提出的解决方案的复杂性和开销。我们说明了在能量约束下吞吐量最大化的情况下的数值结果，并评估所提出的中继选择策略相比，传统的蜂窝网络实现的增益。
2020-10-23 cs.IT math.IT
Performance Analysis for Heterogeneous Cellular Systems with Range Expansion
近年来，蜂窝系统采用异构基站结构来提高系统吞吐量和覆盖范围。本文分析了异构蜂窝系统的上行链路覆盖概率，并给出了解析表达式。在分析中考虑了移动用户的位置和数量的随机性。在此基础上，详细分析了各种系统参数对上行链路性能的影响。仿真结果也验证了分析结果的正确性。因此，这些分析结果可以作为系统设计的指导，而不需要耗时的仿真。
2012-07-02 cs.IT math.IT
The Economic and Sustainability Future of Cellular Networks
预计未来几年全球数据流量将呈指数级增长，视频和智能手机应用将推动数据增长。英国的许多移动网络提供商已经部署或计划部署第四代长期演进（LTE）移动技术，作为满足容量需求的解决方案。本研究评估了4G LTE与3G高速分组接入（HSPA）相比的技术改进，并使用初步研究的资费数据进一步进行技术经济分析，以确定网络运营商的盈利能力和满足用户需求的移动资费策略。为确保整体分析，研究亦考虑LTE对环境的影响，以厘定网络营办商的年度碳排放量。研究结果表明，LTE将被证明是有利可图的;然而，网络运营商必须在满足消费者资费需求或提高盈利能力之间做出权衡。分析还显示，迁移到4G服务可以减少63%的碳排放，从而为网络运营商带来进一步的财务利益。
2013-08-04 cs.IT cs.NI math.IT
Analytical Modeling of Uplink Cellular Networks
蜂窝上行链路分析通常通过将所有干扰合并到Wyner型模型中的单个确定性或随机参数的简单方法进行，或者通过复杂的系统级仿真进行，该仿真通常不能提供对观察到各种趋势的原因的洞察。本文提出了一种新的中间方法，使用点处理，这是准确的，也容易评估的积分表达式的基础上的拉普拉斯变换的干扰。我们假设移动台和基站随机放置在网络中，每个移动台与其最近的基站配对。与下行链路分析的相关近期工作相比，所提出的上行链路模型在两个关键特征上不同。首先，考虑用户和基站点过程之间的依赖关系，以确保每个基站在给定的资源块中服务于单个移动台。第二，包括每移动功率控制，这进一步耦合由于位置相关的信道反转的移动台的传输。尽管如此，我们成功地推导出网络中典型链路的覆盖（相当于中断）概率。这个模型可以用来解决各种各样的系统设计问题的未来。在本文中，我们专注于功率控制的影响，并看到部分信道反转应使用在低信号干扰噪声比（SINR），而全功率传输是最佳的在较高的SINR。
2013-03-21 cs.IT cs.NI math.IT
Epidemic-like Proximity-based Traffic Offloading
蜂窝网络由于移动业务激增而过载，承载信息流的移动社交网络（MSNet）可以帮助降低蜂窝业务负载。如果地理上邻近的用户直接采用WiFi或蓝牙技术（即，利用基于邻近度的通信），可以从蜂窝网络卸载一部分移动业务。对于许多延迟容忍应用，对于流量卸载来说，挑选一些种子用户作为信息源是有益的，这有助于使用基于邻近度的通信以类似于广播的方式将信息进一步传播给其他用户。在本文中，我们开发了一个理论框架来研究只选择k个种子用户的问题，以最大限度地减少移动通信流量从蜂窝网络通过基于邻近的通信。我们引入了一个八卦式的社会级联（GSC）模型来模拟信息扩散过程，它捕捉了基于邻近的通信的类似于网络的性质，并描述了用户的社会参与以及。静态网络作为一个特殊的案例研究和移动网络，我们建立了一个等价的视图和时间映射的信息扩散过程中，分别利用虚拟优惠券收集器。我们进一步证明了子模块的信息扩散，并提出了一个贪心算法选择种子用户的邻近为基础的流量卸载，产生的流量卸载最大化（TOM）问题的最优值的63%内的解决方案。实验结果表明，基于邻近度的通信可以在种子用户数较少的情况下卸载60%以上的蜂窝业务，且贪心算法的性能明显优于启发式算法和随机算法.
2014-11-25 cs.IT cs.SI math.IT
Deep Reinforcement Learning for Distributed Dynamic Coordinated Beamforming in Massive MIMO Cellular Networks
为了适应爆炸性的无线业务，大规模多输入多输出（MIMO）被认为是下一代通信系统的关键使能技术之一。在大规模MIMO蜂窝网络中，协作波束形成（CBF）是一种有效的提高网络性能的方法，它联合设计多个基站（BS）的波束形成器。在本文中，我们研究了大规模MIMO移动蜂窝网络中的和速率最大化问题，其中在每个小区中，多天线BS通过下行链路波束成形同时为多个移动用户提供服务。虽然现有的基于优化的CBF算法可以提供接近最优的解决方案，他们需要实时和全局的信道状态信息（CSI），除了他们的高计算复杂度。在实际的无线网络中，特别是在高度动态的移动蜂窝网络中，几乎不可能应用它们。基于此，我们提出了一种基于深度强化学习的分布式动态协调波束形成（DDCBF）框架，该框架使每个BS能够仅利用本地CSI和来自其他BS的一些历史信息来确定波束形成器。此外，通过利用神经网络和专家知识，即，从加权最小均方误差（WMMSE）算法的迭代过程观察到的解结构。此外，我们提供了广泛的数值模拟，以验证所提出的DRL为基础的方法的有效性。结果表明，该方法具有较低的计算复杂性和较少的信息需求，可获得与集中式迭代优化算法相当的性能。
2023-03-24 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink Cellular Network Analysis with Multi-slope Path Loss Models
现有的蜂窝网络分析，甚至仿真，通常使用标准路径损耗模型，其中接收功率在距离$\|x\|$上像$\|x\|^{-α}$那样衰减。该标准路径损耗模型是非常理想化的，并且在大多数情况下，路径损耗指数$α$本身是$\|x\|$的函数，通常是递增的函数。强制执行单个路径损耗指数可能导致平均接收功率和干扰功率相对于真实值的数量级差异。在本文中，我们研究了\emph{multi-slope}路径损耗模型，其中不同的距离范围受到不同的路径损耗指数。我们专注于双斜率路径损失函数，这是一个分段幂律和连续的，准确地近似许多实际情况。我们推导出SIR，SNR，最后SINR的分布之前，找到潜在的吞吐量缩放，这提供了洞察观察到的细胞分裂率增益。精确的数学结果表明，SIR随着网络密度单调下降，而SNR则相反，因此在有限密度下，以SINR表示的网络覆盖概率最大。随着超致密化（网络密度趋于无穷大），在近场路径损耗指数$α_0$中存在\emph{phase transition}：如果$α_0 >1$可以渐近地实现无限的潜在吞吐量;如果$α_0 <1$，则超致密化在极端情况下导致零吞吐量。
2015-03-15 cs.IT math.IT
A Survey on 5G: The Next Generation of Mobile Communication
快速增长的移动设备数量、海量数据和更高的数据率正在推动对当前一代蜂窝移动通信的重新思考。下一代或第五代（5G）蜂窝网络有望满足高端需求。5G网络具有三个独特的特征：无处不在的连接，极低的延迟和非常高速的数据传输。5G网络将提供超越最先进架构和技术的新型架构和技术。在这篇论文中，我们的目的是找到一个答案的问题：“5G将做什么，如何做？”“我们调查和讨论了第四代（4G）蜂窝网络的严重局限性以及5G网络的相应新功能。我们确定了5G网络中的挑战，5G网络的新技术，并对可以根据能效，网络层次结构和网络类型分类的拟议架构进行了比较研究。有趣的是，执行问题，例如，干扰、QoS、切换、安全隐私、信道接入和负载均衡等问题对5G网络的实现有着巨大的影响。此外，我们的插图突出了这些模型的可行性，通过评估现有的实际实验和测试平台。
2015-11-04 cs.DC cs.IT cs.NI
Artificial Intelligence-Enabled Cellular Networks: A Critical Path to Beyond-5G and 6G
移动网络运营商（MNO）正在将其常规宏蜂窝网络与较短距离小区（诸如室外微微小区）重叠。由此导致的网络复杂性的增加在运营费用、时间和用于其规划和管理的劳动力方面产生了大量开销。人工智能（AI）为MNO提供了以更有机和更具成本效益的方式运营其网络的潜力。我们认为，在5G及以后部署人工智能将需要克服鲁棒性、性能和复杂性方面的重大技术障碍。我们概述了未来的研究方向，确定了五大挑战，并提出了一个可能的路线图，以实现超越5G和6G的AI蜂窝网络的愿景。
2019-07-18 cs.IT eess.SP math.IT
URLLC-eMBB Slicing to Support VR Multimodal Perceptions over Wireless Cellular Systems
虚拟现实（VR）使移动无线用户能够在虚拟空间中体验多模态感知。在本文中，我们调查的问题，同时支持的视觉和触觉感知无线蜂窝网络，重点放在下行链路传输阶段。视觉感知需要中等的可靠性和最大化的速率，而触觉感知需要固定的速率和高可靠性。因此，视觉触觉VR流量需要使用两种不同的网络切片：用于视觉感知的增强型移动宽带（eMBB）和用于触觉感知的超可靠低延迟通信（URLLC）。我们调查两种方法，这两个切片共享下行链路资源正交和非正交，分别。我们比较这些方法在刚刚可察觉的差异（JND），在心理物理学的一个既定的措施，并表明，非正交切片成为更好的下一个更高的目标集成感知分辨率和/或更高的目标率触觉感知。
2018-05-07 cs.IT cs.NI eess.SP
Spatial Spectrum and Energy Efficiency of Random Cellular Networks
对蜂窝移动通信系统的网络性能进行评估是一个巨大的挑战。在本文中，我们提出了新的空间频谱和能量效率模型的Poisson-Voronoi镶嵌（PVT）随机蜂窝网络。针对PVT随机蜂窝网络，提出了一种基于马尔可夫链的无线信道接入模型。在此基础上，推导了PVT随机蜂窝网络的中断概率和阻塞概率，并进行了数值计算。在此基础上，综合考虑随机蜂窝网络中的呼叫到达率、路径损耗指数和基站密度，提出了PVT随机蜂窝网络的空间频谱和能量效率模型，并进行了分析。通过数值模拟，对PVT随机蜂窝网络的频谱和能量效率进行了评估。
2015-01-22 cs.IT cs.NI math.IT
Multistatic Integrated Sensing and Communication System in Cellular Networks
提出蜂窝网络中多基站MIMO一体化感知与通信系统，利用基站协同感知并引入联合处理方法推导目标位置与速度闭式解，仿真证明其优于单双基站系统，适用于5G-A与6G网络。
2023-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Improved Handover Through Dual Connectivity in 5G mmWave Mobile Networks
毫米波（mmWave）频带为第五代（5G）蜂窝系统提供了数量级更大吞吐量的可能性。然而，由于毫米波信号非常容易受到阻塞的影响，因此任何一个毫米波链路上的信道质量都可能非常间歇。本文实现了一种新型双连接协议，使移动用户设备（UE）设备能够同时维持与4G和5G小区的物理层连接。一种新颖的上行链路控制信令系统与本地协调器相结合，使得能够在任何一个链路上发生故障的情况下进行快速路径切换。本文提供了第一个全面的端到端的毫米波蜂窝系统中的切换机制的评估。仿真框架包括详细的基于测量的信道模型，以真实地捕获阻塞事件的空间动态，以及MAC，RLC和传输协议的全部细节。与传统的切换机制相比，该研究揭示了显着的好处，所提出的方法下的几个指标。
2017-07-17 cs.IT cs.NI math.IT
Spatial Analysis of Opportunistic Downlink Relaying in a Two-Hop Cellular System
我们考虑一个两跳蜂窝系统中，移动节点帮助基站中继信息的死点。虽然先前已经分析了两跳蜂窝方案，但尚未明确考虑节点位置的分布。在本文中，我们模型的基站和移动台的节点位置作为一个点过程的平面上，然后分析了两种不同的两跳方案在下行链路中的性能。在一种方案中，最靠近目的地的节点被用作中继，该节点在第一跳中已经解码了来自基站的信息。在第二种方案中，具有到在第一跳中接收信息的中继的最佳信道的节点充当中继。在这两种方案中，我们获得了两跳方案的成功概率，考虑到来自所有其他小区的干扰。我们使用随机几何和点过程理论的工具来分析两跳方案。除了所获得的结果的主要贡献的文件是介绍一个数学框架，可以用来分析任意的继电保护方案。本文的一些主要贡献是引入的分析技术，将节点的空间位置纳入数学分析。
2009-11-16 cs.IT cs.NI math.IT
