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
Joint Resource Allocation and Antenna Selection In the Uplink of OFDMA Networks
研究了OFDMA网络上行链路的联合子信道、功率控制和天线选择问题。相应的优化问题是一个非凸的混合整数非线性问题（MINLP）。为了解决这个问题，一个迭代的两步优化问题的设计。首先，固定所选择的天线以及每个用户的相关功率，提出了使用所谓的匈牙利方法的子信道分配问题。其次，通过在目标函数中加入惩罚项，将天线选择问题中的布尔变量变为二进制值，从而将联合功率和天线选择问题扩展为一种更简洁的形式。为此，该问题被重述为两个凹函数的差（DC规划），并以迭代的方式有效地解决。迭代地重复上述过程，直到接近固定的网络吞吐量。仿真结果证明了该方法的优越性w.r.t.采用固定功率控制机制的穷举搜索。
2018-03-10 cs.IT math.IT
Energy-Aware Wireless Relay Selection in Load-Coupled OFDMA Cellular Networks
研究正交频分多址接入（OFDMA）网络中通过优化无线中继选择来实现传输能量最小化的问题。我们考虑到电池的负载对传输能量的影响。证明了能量感知的无线中继选择问题的NP-困难性。为了解决计算复杂性，部分最优性条件的推导，提供设计一个有效的和高效的算法方面的见解。数值结果表明，该算法具有较高的能量性能.
2017-06-21 cs.IT math.IT
Cooperative Interference Control for Spectrum Sharing in OFDMA Cellular Systems
本文研究了正交频分多址（OFDMA）蜂窝系统中小区间干扰控制的协作方案。在一个简化的两个小区的系统中的下行链路传输进行检查，其中两个小区同时使用OFDMA接入相同的频带。联合功率和子载波分配在两个小区的集中式和分散式实现最大限度地提高其总吞吐量。特别地，通过新的协作干扰控制方法来实现分散式分配，由此两个小区独立地实现资源分配，以迭代方式最大化个体吞吐量，服从一组相互干扰功率约束。仿真结果表明，所提出的分散式资源分配方案的系统吞吐量接近于集中式方案，并且与现有方案相比具有显著的吞吐量增益。
2011-02-17 cs.IT math.IT
Analysis and Augmented Spatial Processing for Uplink OFDMA MU-MIMO Receiver with Transceiver I/Q Imbalance and External Interference
研究了正交频分复用（OFDM）系统中同相/正交（I/Q）不平衡情况下的接收机（RX）信号处理。我们扩展了通常报告的单用户研究的上行链路基于OFDMA的多用户MIMO，同时在频域和空间域的用户复用。我们还结合了多个外部建模器，用于对异构网络中的挑战性条件进行建模。在信号处理的发展中，我们利用增强的子载波处理，其处理每个子载波联合其对应的图像子载波，并联合跨RX天线。此外，我们得到一个增强的LMMSE RX。该新方法将I/Q不平衡缓解、干扰抑制和数据流分离集成到单个处理阶段中，从而避免了单独的收发器校准。我们的数值计算结果表明，信号与干扰加噪声比和符号出错率的任意数据流后RX处理作为不同的系统参数的函数。每子载波处理的I/Q不平衡下，遭受严重，并特别敏感的外部干扰，而增强的方法提供了有效的数据流分离和干扰抑制。最后，我们将研究扩展到大规模MIMO框架，并表明每个子载波处理仍然遭受性能下降，而增强的方法可以充分利用阵列增益。
2016-02-25 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Secure Full-Duplex OFDMA Radio Systems
在本文中，我们研究的资源分配的正交频分多址（OFDMA）无线电系统采用全双工基站服务多个半双工下行链路和上行链路用户同时。资源分配的设计目标是加权系统吞吐量的最大化，同时限制信息泄漏，以保证安全的同时下行链路和上行链路传输的潜在窃听者的存在。该算法设计导致了一个混合的组合非凸优化问题，并获得全局最优解需要一个过高的计算复杂性。因此，提出了一种有效的基于逐次凸逼近的次优迭代算法。我们的仿真结果证实，所提出的次优算法实现了显着的性能增益相比，两个基线计划。
2017-05-05 cs.IT math.IT
Fronthaul-Limited Uplink OFDMA in Ultra-Dense CRAN with Hybrid Decoding
在超密集云无线电接入网络（UD-CRAN）中，通常用作简单中继节点的大量远程无线电头端（RRH）分布在目标区域中，其数量甚至可能超过其服务的用户。然而，一个主要的挑战是，需要在每个RRH和中央处理器（CP）之间传输用于联合信号处理的大量信息很容易超过连接它们的前传链路的容量。这促使我们在本文中研究一种新的混合解码方案，其中除了量化和转发接收到的信号以用于在CP处进行联合解码，即如在传统CRAN中的转发和解码（FaD）之外，RRH还可以本地解码和转发（DaF）用户消息以节省前传容量。特别地，我们考虑在基于正交频分多址（OFDMA）的UD-CRAN中的上行链路传输，其中在每个OFDMA子信道（SC）上执行所提出的混合解码。我们研究了联合优化的处理模式选择（DaF或FaD），用户SC分配和用户的发送功率分配在所有SC，以最大限度地提高其加权和速率的RRH的个人前传容量约束和用户的个人功率约束。虽然问题是非凸的，我们提出了一个拉格朗日对偶的解决方案，可以有效地计算具有良好的精度。此外，我们提出了一个低复杂度的贪心算法，这是实现接近实际设置下的最佳性能。仿真结果表明，所提出的设计与混合解码有前途的吞吐量增益相比，现有的计划，执行DaF或FaD在所有的SC。
2017-06-04 cs.IT math.IT
A Robust Ranging Scheme for OFDMA-Based Networks
正交频分多址（OFDMA）系统中的上行链路同步是一项具有挑战性的任务。在基于IEEE 802.16的网络中，想要与基站建立通信链路的用户必须经历称为初始测距（IR）的同步过程。现有的IR方案旨在估计测距用户站（RSS）的定时偏移和功率电平，而不考虑所接收的上行链路信号与基站本地参考之间可能的频率失准。在这项工作中，我们提出了一种新的IR OFDMA系统的载波频率偏移，定时误差和功率电平估计所有的RSS在一个解耦的方式。所提出的频率估计器是基于子空间分解的方法，而定时恢复是通过测量相邻子载波上的用户的信道响应之间的相移来完成的。采用计算机模拟来评估所提出的解决方案的有效性，并与现有的替代方案进行比较。
2009-03-17 cs.IT math.IT
Complexity Analysis of Joint Subcarrier and Power Allocation for the Cellular Downlink OFDMA System
考虑蜂窝下行链路正交频分多址（OFDMA）系统，其中单个发射机在多个离散子载波上向多个接收机发送信号。为了适应快速的信道波动，发射机应该能够动态地分配子载波和功率资源。假设完美的信道知识，我们制定的联合子载波和功率分配问题的两个优化问题：第一个是最小化的总发射功率受服务质量约束，第二个是最大化的系统效用函数受功率预算约束。在这封信中，我们表明，联合子载波和功率分配问题的上述配方一般是NP-困难的。我们还确定了几个子类的问题是多项式时间可解的。
2014-08-25 cs.IT math.IT
Nearly Optimal Resource Allocation for Downlink OFDMA in 2-D Cellular Networks
在本文中，我们提出了一个资源分配算法扇区化的二维（2-D）OFDMA蜂窝网络的下行链路假设统计信道状态信息（CSI）和分数频率复用。所提出的算法可以实现在一个分布式的方式，而不需要任何中央控制单元。在快衰落瑞利信道和高斯分布多小区干扰的条件下分析了其性能。我们表明，这种简单算法的发射功率往往随着用户数量增长到无穷大而达到与满足所有用户速率要求所需的最小功率相同的极限，即，所提出的资源分配算法是渐近最优的。作为这种渐近分析的副产品，我们表征的重用因子的相关值，仅取决于网络的平均状态。
2010-09-12 cs.IT math.IT
Discovery Signal Design and Its Application to Peer-to-Peer Communications in OFDMA Cellular Networks
本文提出了一种独特的发现信号作为对等（P2P）通信，覆盖蜂窝网络和共享其资源的使能者。将P2P通信应用于蜂窝网络有两个关键问题：1。传统的自组织P2P连接可能是不稳定的，因为严格的资源和干扰协调通常难以实现自组织P2P通信; 2. P2P通信所需的大量开销可能会抵消其收益。我们解决了这两个问题，通过使用一个特殊的发现信号，以帮助蜂窝网络监督的资源共享和蜂窝和P2P连接之间的干扰管理。促进蜂窝系统中的高效邻居发现的发现信号由在OFDM符号序列上发送的未调制音调组成。该发现信号不仅具有高功率效率、高干扰容限和不受远近效应影响的特性，而且具有最小的开销。提出了一种基于发现信号的OFDMA蜂窝系统P2P协议。数值结果表明，在蜂窝网络中的本地服务和边缘设备的性能提高的潜力。
2013-05-07 cs.IT math.IT
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
Uplink FBMC/OQAM-based Multiple Access Channel: Distortion Analysis under Strong Frequency Selectivity
本文计算了在强频率选择性和/或用户定时误差下，基于FBMC/OQAM的OFDMA上行信道接收端的失真功率。更准确地说，它提供了一个失真表达式，是有效的原型脉冲（不一定是完美的重建）的子载波的数量足够大时，广泛的类。这一结果是一个有价值的工具，用于分析用户如何相互干扰，并证明，正式地说，在相邻用户之间放置一个空的保护带的共同选择。有趣的是，被每个用户污染的带外子载波的数量仅取决于原型脉冲，而不是信道或均衡器。综上所述，本文提出的失真分析，以及一些仿真结果的一个现实的情况下，也提供了令人信服的证据，FBMC/OQAM为基础的OFDMA是优于经典的循环前缀OFDMA的异步用户的情况下。
2016-11-18 cs.IT math.IT
Resource Allocation via Sum-Rate Maximization in the Uplink of Multi-Cell OFDMA Networks
在本文中，我们考虑最大化的总和速率在多小区OFDMA网络的上行链路。该问题具有非凸组合结构，是NP难的。由于实现最优解的固有复杂性，首先，我们推导出最优平均网络吞吐量的上界和下界。此外，我们研究了一个接近最优的单小区资源分配方案在ICI的存在下，导致另一个容易计算的下界的性能。然后，我们开发了一个集中的次优方案，该方案由一个基于几何规划的功率控制阶段结合迭代子载波分配阶段。虽然，该方案是计算复杂的，它提供了一个有效的基准低复杂度的计划，即使没有功率控制阶段。最后，我们提出了不太复杂的集中式和分布式方案，非常适合实际情况。分析了各种方案的计算复杂性，并通过仿真比较了它们的性能。仿真结果表明，所提出的低复杂度的计划可以达到相当的性能集中式次优方案在各种情况下。此外，与上界和下界的比较提供了所提出的方案和最优解之间的性能差距的见解。
2011-09-21 cs.IT math.IT math.OC
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
Max-Min Fairness User Scheduling and Power Allocation in Full-Duplex OFDMA Systems
在全双工（FD）多用户网络中，系统性能不仅受到自干扰的限制，而且受到由于同时的上行链路和下行链路传输而引起的同信道干扰的限制。在频分复用多用户网络中，用户的上行/下行传输方向和功率分配的联合设计是获得高系统性能的关键。本文研究了FD多用户正交频分多址接入（OFDMA）系统中联合上行/下行传输方向分配（TDA）、用户配对（UP）和功率分配问题，以最大化系统最大最小公平性（MMF）速率。该问题是制定与两个时间尺度的结构，其中的TDA和UP变量是用于优化长期的MMF速率，而功率分配是用于优化瞬时的MMF速率在每个信道相干间隔。我们研究的联合MMF速率最大化问题是NP-困难的一般。为了获得高质量的次优解，我们提出了基于简单松弛和贪婪舍入技术的有效方法。仿真结果表明，所提出的算法是有效的，并取得更高的MMF率比现有的探试法。
2019-04-08 cs.IT math.IT
Hybrid NOMA Assisted OFDMA Uplink Transmission
本文研究混合 NOMA 辅助 OFDMA 上行传输，从优化与统计两方面分析动态信道状态信息的影响，并提出功率中断概率和功率分集增益以量化其相对 OMA 的节能优势。
2024-07-04 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Allocation for a Full-Duplex Base Station Aided OFDMA System
在基站（BS）上采用全双工（FD）技术是提高系统性能的一种很有前途的解决方案。受此启发，我们重新审视全双工基站（FD-BS）辅助OFDMA系统，其中包括一个BS，多个上行链路/下行链路用户和多个子载波。考虑子载波、下行链路用户（DUE）、上行链路用户（UUE）之间的联合三维（3D）映射方案以及相关联的功率分配优化。具体地说，我们首先将复杂的三维映射问题分解成三个二维子问题，并分别用迭代匈牙利法求解。然后基于拉格朗日对偶方法，通过固定一个对偶点，依次求解功率分配和三维映射问题。最后利用次梯度法求出最优解。与现有的工作，只解决3D映射或功率分配问题，但具有较高的计算复杂度，我们解决这两个问题，并成功地降低了计算复杂度从指数到多项式阶。数值仿真结果验证了该方案的有效性。
2017-03-12 cs.IT 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
Optimizing Information Freshness of IEEE 802.11ax Uplink OFDMA-Based Random Access
本文首次研究IEEE 802.11ax UORA网络的信息新鲜度（AoI），建立双DTMC分析框架推导长期平均AoI表达式，并提出仅需少量比较的高效参数优化算法，其性能接近穷举搜索最优值，在大型和低流量网络中优于轮询和最大AoI策略。
2025-04-26 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
Joint Optimization on Uplink OFDMA and MU-MIMO for IEEE 802.11ax: Deep Hierarchical Reinforcement Learning Approach
针对IEEE 802.11ax上行OFDMA与MU-MIMO联合优化的组合难题，提出定制化深度分层强化学习方法，在非饱和流量场景下显著提升了吞吐量与收敛速度。
2024-04-15 cs.IT cs.SY eess.SY
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
Uplink Contention Based SCMA for 5G Radio Access
第五代（5G）无线网络预计将支持非常多样化的应用和终端。与大量设备的大规模连接是5G网络的重要要求。当前的LTE系统不能有效地支持大规模连接，特别是在上行链路（UL）上。由于大规模连接而出现的问题之一是信令开销和延迟的成本。在本文中，一个上行链路的竞争为基础的稀疏码多址接入（SCMA）的设计提出了一种解决方案。首先，所提出的多址接入方案的系统设计方面进行了说明。可以调整SCMA参数以提供不同的过载水平，从而适合于满足不同的业务连接性要求。此外，针对基于竞争的UL SCMA，提供了小分组应用场景的系统级评估。在严格的延迟要求下，就连接性和丢弃率而言，将SCMA与OFDMA进行比较。仿真结果表明，基于竞争的SCMA可以提供约2.8倍的增益基于竞争的OFDMA的支持的活跃用户。基于上行链路竞争的SCMA方案可以是用于具有低信令开销、低延迟和大规模连接支持的数据传输的5G无线网络的有前景的技术。
2014-07-22 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
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
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
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
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
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
Can Uplink Transmissions Survive in Full-duplex Cellular Environments?
带内全双工（FD）通信被认为是第五代（5G）蜂窝网络将采用的潜在候选。FD通信使得整个频谱可由上行链路和下行链路同时访问，并且因此被乐观地提升为传输速率的两倍。虽然这对于单个通信链路是正确的，但是交叉模式干扰（即，上行链路和下行链路之间的干扰）可能会减小全带宽增益。本文研究了FD操作在大规模蜂窝网络与真实的基站（BS）的位置和3GPP传播环境。结果表明，由于来自BS的压倒性的跨模式干扰，上行链路是FD操作的瓶颈。以FD方式在公共信道集上操作上行链路和下行链路提高了下行链路速率，但显著降低了上行链路速率（超过1000倍）。因此，我们提出了$α$双工方案，通过可调的部分重叠的上行链路和下行链路信道之间的上行链路和下行链路速率之间的权衡。$α$双工方案可以在上行链路和下行链路速率中的每一个中提供同时的$30\%$改进。为此，我们讨论了向后兼容的$α$双工方案与半双工用户终端。最后，我们指出了未来的研究方向，FD使蜂窝网络。
2016-04-09 cs.IT math.IT
A sparse recovery method for initial ranging in IEEE 802.16 OFDMA systems
初始测距构成无线通信标准所采用的同步过程的一部分。这允许基站（BS）检测愿意开始通信的用户站（SS）。此外，测距过程允许BS估计这些SS的上行链路信道参数。这些参数的准确估计是至关重要的，因为它们确保来自所有SS的上行链路信号同步地并且近似地以相同的功率电平到达BS。然而，当多个用户同时发起测距过程时，这种检测和估计问题变得非常具有挑战性。我们解决这个问题，利用潜在的稀疏性的估计问题。本文提出了一种快速稀疏信号恢复方法来提高多用户环境下的测距性能。与标准的相关技术相比，我们的方法在测距码检测，定时偏移和信道功率估计方面有明显的改善。虽然这种方法是围绕WiMAX标准开发的，但是其基本原理也适用于其他基于OFDM的标准。
2015-05-22 cs.IT cs.NI math.IT
Uplink and Downlink Performance Bounds for Full Duplex Cellular Networks
利用全双工（FD），无线终端能够在相同的频率资源上同时发送和接收数据，然而，它引入了自干扰和同信道干扰。尽管出现了各种信号处理技术来消除自干扰，但蜂窝系统中FD性能的瓶颈是来自其他上行链路和下行链路信号的同频干扰。在这项工作中，我们研究了FD蜂窝网络的上行链路和下行链路性能，其中用户在上行链路中采用分数功率控制。我们使用Matern集群过程来建模网络，它提供了一个易于处理的和现实的模型来表征上行链路功率控制所需的用户基站的距离。基于所获得的覆盖概率，速率和他们的强大的近似，我们表明，虽然FD提高下行链路的性能，它严重损害了上行链路的性能。此外，我们提供了上行链路和下行链路性能之间的权衡。我们的研究表明，低功率基站的密集部署可以提高FD系统的性能。
2023-01-31 cs.IT math.IT
In-Band Full-Duplex Communications for Cellular Networks with Partial Uplink/Downlink Overlap
带内全双工（FD）通信已经被乐观地推广以提高蜂窝网络中的频谱利用率。然而，在文献中忽略了FD通信对上行链路和下行链路传输施加的空间干扰的明确影响。本文提出了一个广泛的研究FD通信上的上行链路和下行链路性能的显式效果。为了严谨的分析，我们开发了一个基于随机几何工具集的框架。该模型考虑了FD蜂窝网络中上行链路截断信道反转功率控制。研究表明，FD通信提高了下行链路的吞吐量，在上行链路的吞吐量显着下降的代价。因此，我们提出了一种新的细粒度的重叠方案，表示为$α$双工方案，它允许上行链路和下行链路频带之间的部分重叠。为此，我们表明，重叠量可以通过调整$α$，以达到一定的设计目标进行优化。
2015-08-25 cs.IT math.IT
On Uplink-Downlink Duality for Cellular IA
在我们以前的工作中，我们考虑了一个六边形蜂窝网络拓扑的上行链路，并表明，线性“一次”干扰对齐（IA）计划能够实现最佳的自由度（DoF）每个用户，下一个解码的消息传递框架，允许基站交换自己的解码消息在本地回程链路。在这项工作中，我们提供了双重框架的蜂窝网络的下行链路具有相同的回程架构，并表明，对于每个“一次”IA计划，可以实现$d$自由度的每个用户在上行链路中，存在一个双“一次”IA计划，可以实现相同的自由度在下行链路中。为了实现下行链路的“蜂窝IA”，基站现在将使用相同的本地回程链路来交换脏纸预编码信号的量化版本，而不是用户消息。
2014-07-14 cs.IT math.IT
Diversity and Multiplexing Tradeoff in the Uplink of Cellular Systems with Linear MMSE Receiver
在本文中，我们扩展的分集和复用权衡（DMT）分析从点对点信道到蜂窝系统，以评估小区间干扰对系统的可靠性和效率的影响。从分集阶数、复用增益和小区间干扰强度之间的基本权衡关系出发，揭示了蜂窝系统中多天线的性能。分析了小区间干扰对系统分集和复用性能的不利影响。
2012-03-27 cs.IT 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
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
On-the-fly Uplink Training and Pilot Code Sequence Design for Cellular Networks
采用TDD/OFDM并依赖上行链路训练进行下行链路和上行链路传输的大规模MIMO基站的蜂窝网络被视为5G部署的有吸引力的候选者，因为它们承诺具有相对简单的低延迟操作的高区域频谱和能量效率。我们调查使用非正交上行链路导频设计作为一种手段，用于提高在下行链路的大规模MIMO蜂窝网络的区域频谱效率。我们开发了一类导频设计，在每个小区内是局部正交的，同时保持低的内积性质之间的代码在不同的小区。使用通过对这些码的观测提供的信道估计，每个小区独立地为其本地活动用户提供MU-MIMO传输，该MU-MIMO传输也被设计为减轻对小区外用户的“强干扰”子集的干扰。正如我们基于仿真的分析所示，基于所提出的代码的这种蜂窝操作相对于常规操作产生用户速率CDF改善，这可以被利用来改善小区和/或小区吞吐量性能。
2018-11-06 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Uplink-Downlink Multiantenna Cellular Networks
研究了一种上下行双小区蜂窝网络，其中第一个基站（BS）具有$M_1$天线，接收来自其$N_1$服务用户的独立消息，而第二个基站（BS）具有$M_2$天线，向其$N_2$服务用户发送独立消息。也就是说，第一和第二小区分别作为上行链路和下行链路操作。假设每个用户具有单个天线。在该上行链路-下行链路设置下，总自由度（DoF）被完全表征为$(N_1N_2+\min(M_1,N_1)(N_1-N_2)^++\min(M_2,N_2)(N_2-N_1)^+)/\max(N_1,N_2)$、$M_1+N_2,M_2+N_1$、$\max(M_1,M_2)$和$\max(N_1,N_2)$中的最小值，其中$a^+$表示$\max(0,a)$。结果表明，对于广泛类别的网络配置，与传统的上行链路或下行链路操作相比，将两个小区中的一个操作为上行链路并且将另一个小区操作为下行链路可以严格地提高总和DoF，在传统的上行链路或下行链路操作中，两个小区都操作为上行链路或下行链路。来自这种上行链路-下行链路操作的DoF增益被进一步示出为对于具有热点并且具有延迟的信道状态信息的异构蜂窝网络是可实现的。
2014-10-25 cs.IT math.IT
Distributed Joint Power and Rate Control for NOMA/OFDMA in 5G and Beyond
本文研究了多小区无线网络中，在满足用户最小数据率和各子信道峰值功率约束的前提下，最小化上行链路总发射功率的问题。针对这一问题，提出了一种分布式次优联合功率速率控制算法JPRC，该算法适用于非正交频分多址（NOMA）和正交频分多址（OFDMA）两种接入方式。采用JPRC，每个用户仅使用本地信息更新其发射功率。仿真结果表明，JPRC算法的性能接近于通过穷举搜索得到的最优解，而NOMA方案的总发射功率比OFDMA方案提高了59%.它还表明，JPRC算法可以优于现有的分布式功率控制算法。
2021-09-18 cs.IT cs.NI math.IT
On Uplink User Capacity for Massive MIMO Cellular Networks
在大规模MIMO网络中的性能受到导频污染限制的条件下，当使用不同的导频分配方案时，反向链路信号干扰比（SIR）表现出不同的分布。通过利用不同的正交导频序列组，与相邻小区之间的重用序列相反，所得到的SIR分布在使网络上的用户数量最大化同时为所有用户保持给定的服务质量（QoS）方面更有利。本文提供了一个简单的表达式，在这样的网络上的上行链路用户容量，并提出了上行链路用户容量的数字为选择的服务质量目标的导频分配方案。
2016-06-09 cs.IT math.IT
Throughput of Cellular Uplink with Dynamic User Activity and Cooperative Base-Stations
线性蜂窝上行链路的吞吐量与随机数的用户，不同的功率控制方案，和合作的基站被认为是在大系统的限制，其中细胞的数量是大的非衰落高斯信道。通过建立具有联合多小区处理（MCP）的蜂窝信道每小区吞吐量与具有平坦衰落的确定性符号间干扰（ISI）信道的速率之间的类比来促进分析。它表明，在某些条件下，细胞系统的动力学（即，与给定功率控制方案耦合的随机数用户）就上行链路吞吐量而言可以被解释为等效ISI信道的平坦衰落过程。结果被用来证明MCP的好处，在传统的单细胞处理方法作为各种系统参数的函数，在存在随机用户活动。
2009-08-21 cs.IT math.IT
Energy and Spectral Efficiency Tradeoff in OFDMA Networks via Antenna Selection Strategy
本文研究了正交频分多址（OFDMA）通信系统上行链路的联合资源分配和天线选择算法设计。我们提出了一个多目标优化框架，以达到频谱效率（SE）和能源效率（EE）之间的平衡。将资源分配设计问题转化为多目标优化问题（MOOP），采用加权和法将相互冲突的目标函数线性组合成单一目标函数。为了开发一个有效的解决方案，优化最小化（MM）的方法，提出了代理函数作为目标函数的下界。然后提出了一种迭代次优算法来最大化近似目标函数。数值结果揭示了一个有趣的权衡所考虑的冲突系统的设计目标，并揭示了改进的EE和SE促进所提出的OFDMA系统中的发射天线选择。
2020-02-10 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-User Coverage Probability of Uplink Cellular Systems: a Stochastic Geometry Approach
分析了分数功率控制下多用户上行蜂窝网络的覆盖概率。我们使用一个随机的几何方法，移动用户分布为泊松点过程（PPP），而服务基站（BS）被放置在原点。使用有条件的细化，我们能够计算的覆盖概率的$k$用户被分配一组正交资源在感兴趣的小区，获得这个概率的分析表达式，考虑到他们各自的服务BS的距离。这些表达式给出了有用的见解之间的相互作用的功率控制策略，干扰水平和系统中不同用户之间的公平程度。
2014-04-03 cs.IT 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
Layered Uplink Transmission in Clustered Cellular Networks
对更高数据率的需求和稀缺的频谱资源推动了协作通信技术的采用。在这项工作中，我们表明，现有的集群为基础的合作计划，可以大大提高可实现的性能和复杂性，通过允许跨集群重叠。通过将调度并入解码过程来实现进一步的改进。改进方案的不同变体被认为是实现接近最佳性能的实际信号-噪声比的一维和二维（六边形）Wyner型模型。
2016-04-05 cs.IT math.IT
Uplink Downlink Rate Balancing in Cooperating Cellular Networks
本文量化协作蜂窝网络中CSI反馈导致的上下行容量权衡，分析有限与无限网络下反馈速率和下行速率的交换比及缩放规律。
2015-07-14 cs.IT math.IT
Uplink Non-Orthogonal Multiple Access for 5G Wireless Networks
正交频分多址（OFDMA）以及其他正交多址技术由于资源分配中的排他性而无法在上行链路中实现系统容量限制。当系统中考虑用户之间的公平性时，这个问题更加突出。目前的非正交多址接入（NOMA）技术通过编码/扩频引入冗余，以便于在接收端分离用户信号，这降低了系统的频谱效率。因此，为了实现更高的容量，需要开发更有效的NOMA方案。在本文中，我们提出了一种NOMA方案的上行链路，消除了资源分配的排他性，并允许多个用户共享同一个子载波，没有任何编码/扩频冗余。在接收端实现联合处理以检测用户信号。然而，为了控制接收器复杂度，需要对每个子载波的用户数量施加上限。此外，提出了一种新的子载波和功率分配算法的新的NOMA方案，最大限度地提高用户的和速率。链路级性能评估表明，该方案实现了接近单用户情况下的比特出错率。数值结果表明，与OFDMA相比，NOMA方案在频谱效率和公平性方面可以显著提高系统性能。
2017-05-11 cs.IT cs.NI math.IT
Uplink Power Control in Cellular Massive MIMO Systems: Coping With the Congestion Issue
5G及以后系统的一个主要目标是以节能的方式同时服务于许多用户，每个用户都具有所要求的频谱效率（SE）。网络容量不能总是满足所有的SE要求，例如，当一些用户具有不良的信道条件时，特别是在蜂窝拓扑中发生时，并且因此可能发生拥塞。通过将上行链路传输中的导频和数据功率作为优化变量，提出并求解了一种能够有效处理拥塞问题的蜂窝大规模MIMO（Multiple Input Multiple Output）系统的能量效率问题。基于交替优化方法的新算法，提出了获得一个固定点的解决方案。数值结果表明，即使在拥塞发生时，所提出的算法也可以为多个用户提供所需的SE。
2020-06-14 cs.IT math.IT
