Directional Cell Search Delay Analysis for Cellular Networks with Static Users
小区搜索是用户检测其相邻基站（BS）并做出小区选择决策的过程。由于波束形成增益在毫米波和大规模MIMO蜂窝网络中的重要性，研究了定向小区搜索延迟性能。考虑具有固定BS和用户位置的蜂窝网络，使得对于在每个BS和用户处经历的SINR存在强的时间相关性。对于具有瑞利衰落信道的泊松蜂窝网络，推导了所有用户的空间平均平均小区搜索时延的封闭表达式。对于噪声受限网络（例如，当非视距（NLOS）路径损耗指数大于2时，毫米波网络（MMWave Network）被证明是无穷大的。对于干扰受限的网络，示出的平均小区搜索延迟的相变存在的BS天线/波束的数量$M$：当$M$小于阈值时，平均小区搜索延迟是无限的，否则是有限的。波束扫描也被证明是有效的，在减少小区搜索延迟，特别是对于小区边缘用户。
2017-09-04 cs.IT math.IT
Relay-Aided MIMO Cellular Networks Using Opposite Directional Interference Alignment
在本文中，我们首先提出了干扰对齐（IA）方案的多输入多输出（MIMO）蜂窝网络的上行链路传输的帮助下，在半双工模式下的中继。所提出的方案只需要在中继站的全局信道状态信息（CSI）的知识，而不需要在用户设备（UE）的发射机波束成形和时间扩展，这不同于传统的IA方案的蜂窝网络。我们推导出该方案的可行性条件的一般网络配置和分析度的自由度（DoF）性能的建议IA计划。本文进一步描述了下行链路和全双工网络的建议方案的扩展。它还表明，通过中继引起的干扰多址接入信道（IMAC）和干扰广播信道（IBC）的二元性，可以获得相同的优势，作为上行链路的情况下，对于下行链路的情况。此外，全双工网络具有与半双工情况相同的优点。
2017-05-22 cs.IT math.IT
Joint Bi-Directional Training of Nonlinear Precoders and Receivers in Cellular Networks
针对蜂窝系统的上行链路和下行链路，研究了非线性预编码器和接收滤波器的联合优化。对于上行链路，基站收发信台（BTS）接收机实现连续干扰消除，而对于下行链路，BTS站利用Tomlinson-Harashima预编码（THP）对干扰进行预补偿。当根据最小均方误差（MMSE）准则更新滤波器时，在单个小区中的接收器和发射器的交替优化的收敛性被建立，受到适当的功率约束。自适应算法，然后介绍了用于更新的预编码器和接收机的信道状态信息的情况下，假设时分双工传输与信道互易性。不是估计信道，而是根据最小二乘准则经由双向训练直接估计滤波器：上行链路导频被用于更新前馈和反馈滤波器，其然后被用作用于移动接收器的下行链路训练的干扰预补偿滤波器。数值结果表明，非线性滤波器可以提供相当大的增益相对于线性滤波器有限的前向-后向迭代。
2014-08-29 cs.IT math.IT
Directional Initial Access for Millimeter Wave Cellular Systems
由于毫米波（mmWave）频带在这些频率处的大规模可用带宽，这些频带最近已经吸引了对于下一代蜂窝系统的相当大的兴趣。然而，设计毫米波蜂窝系统的一个关键挑战是初始接入-移动设备建立到基站小区的初始链路层连接的过程。毫米波通信依赖于高度定向的传输，并且初始接入过程因此必须提供一种机制，通过该机制可以在潜在的大角度空间中搜索初始传输方向。考虑到不同的扫描和信令过程，评估接入延迟和系统开销的设计方案进行了比较。信道结构和多址接入问题也被考虑。分析表明，低分辨率的全数字架构相比，单流模拟波束成形的显着优势。
2016-07-28 cs.IT cs.NI math.IT
TDOA assisted RSSD based localization using UWB and directional antennas
本文研究了使用定向天线的接收信号强度差（RSSD）的定位使用超宽带和证明了这种定位方法应用于UWB可达到的精度。正如我们以前的工作中介绍的RSSD定位辅助一个到达时间差（TDOA）估计。假设使用定向接收天线和全向发射天线。在2D中执行定位。两种定位方法被认为是：RSSD使用统计信道模型和指纹识别方法。在统计信道模型的情况下，使用Matlab进行仿真。在指纹识别方法的情况下，基于真实的室内测量进行定位。
2013-07-08 cs.IT math.IT
Blocking Probability and Spatial Throughput Characterization for Cellular-Enabled UAV Network with Directional Antenna
在过去的几年里，无人机（UAV）在民用应用中的使用大幅增加，这要求UAV与其地面客户端之间的高性能通信，特别是当它们密集部署时。为了实现这一目标，可以利用蜂窝基站（BS）来提供一种新的和有前途的解决方案，以成本效益的方式同时支持大规模UAV通信。然而，与地面通信信道不同，UAV到BS信道通常由视距（LoS）链路支配，这加剧了共信道干扰，并且使得现有蜂窝网络中的空间频率重用无效。在本文中，我们考虑在每个无人机的定向天线的使用，以限制干扰/从其他无人机用户在一个有限的区域内，从而提高频谱的空间复用。在该模型下，如果无人机用户在其天线主瓣中找不到任何基站，或者发现其主瓣下的所有基站同时被其他无人机的基站覆盖，从而遭受强同频干扰，则可能会暂时被阻止通信。假设无人机和地面基站的位置分别为独立的齐次泊松点过程（HPPPs），首先解析推导出无人机阻塞概率的封闭形式上界，然后根据基站/无人机密度、无人机飞行高度和天线波束宽度等关键参数，描述蜂窝无人机通信网络可实现的平均空间吞吐量。仿真结果验证了所推导的边界实际上是紧的，并进一步表明，自适应调整无人机的高度和/或波束宽度与不同的BS/UAV密度可以显着降低无人机阻塞概率，从而提高网络的空间吞吐量。
2017-10-28 cs.IT math.IT
Information-theoretic analysis of the directional influence between cellular processes
推断细胞过程之间相互作用的方向性是系统生物学的一个主要挑战。时滞相关性允许区分替代模型，但它们仍然依赖于假设的潜在相互作用。在这里，我们使用传递熵（TE），一个信息理论的量，以无模型的方式量化波动变量之间的方向影响。我们提出了一种理论方法来计算的转移熵，即使当噪声有一个外在的组件或存在反馈。我们重新分析了Kiviet等人（2014）的实验数据，其中在大肠杆菌单细胞中测量了代谢酶的基因表达和生长速率的波动。杆菌我们确认以前检测到的模式之间的增长和基因表达，同时规定更严格的条件上的结构的噪声源。我们还指出了实际的要求，必须满足的时间序列的长度和采样时间，以推断最佳的时间序列的波动传递熵。
2017-11-12 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Impact of Directional Receiving Antennas on Wireless Networks
我们对借助于基于LTE的无线网络的高数据率互联网接入感兴趣。为了提高无线网络的性能，我们提出了一种专注于使用UE配备定向接收天线的方法。实际上，这些天线允许减轻干扰并改善链路预算。因此，可以提高信号与干扰加噪声比（SINR），并且因此也可以提高性能和服务质量（QoS）。我们建立了解析表达式的信干噪比达到一个用户与定向天线，无论其位置。这个表达式表明，定向天线允许改善的信干噪比，并量化it.We开发不同的场景来比较使用定向天线，而不是全向天线。它们允许量化定向天线在性能和QoS方面的影响。
2014-05-13 cs.IT math.IT
Joint Spatial-Propagation Modeling of Cellular Networks Based on the Directional Radii of Poisson Voronoi Cells
在面向覆盖的网络中，以使得小区边界处的用户实现足够的信号强度的方式部署基站（BS）。小区的形状和大小因BS而异，因为大规模信号传播条件在不同的地理区域中不同。本文提出并研究了一种联合空间传播（JSP）模型，该模型考虑了细胞半径和大规模信号传播（由阴影捕获）之间的相关性。我们首先介绍的概念的Voronoi细胞的方向半径，它在蜂窝网络和超越的应用。细胞的方向半径被定义为从细胞核到细胞边界的距离，该距离相对于细胞中均匀随机位置的方向成一定角度。我们研究了Poisson Voronoi镶嵌中两种类型单元的半径分布：包含原点的零单元和典型单元。最后将研究结果应用于JSP模型的分析。我们发现，即使泊松点过程（PPP）通常被认为是一个悲观的空间模型BS的位置，JSP模型与PPP实现覆盖性能接近最乐观的-标准的三角形网格模型。此外，我们表明，网络的性能取决于严重的大规模沿细胞边界的路径损耗的方差。
2021-01-01 cs.IT cs.NI math.IT
Passive Loop Interference Suppression in Large-Scale Full-Duplex Cellular Networks
无线通信中的环路干扰（LI）是由全双工（FD）操作产生的概念。在大规模网络中，由于存在大量活动无线链路，FD还会增加多用户干扰。因此，为了实现FD电位，需要限制这种干扰。本文提出了一种用户和基站均采用定向天线的FD蜂窝网络的随机几何模型。根据以前的实验结果，我们在每个FD终端作为两个天线之间的角度的函数的LI的无源抑制模型，并显示通过这种方法可以实现的显着增益。再加上天线方向性所造成的多用户干扰的减少，我们的模型表明，FD可以潜在地在大规模的定向网络中实现。
2015-06-02 cs.IT cs.NI math.IT
Enabling UAV Cellular with Millimeter-Wave Communication: Potentials and Approaches
为了支持高数据率紧急或自组织通信，我们考虑毫米波无人机蜂窝网络和相关的挑战和解决方案。为了实现快速波束形成训练和跟踪，我们首先研究了波束形成码本的分层结构，并通过子阵列技术设计具有不同波束宽度的分层码本。接下来我们研究了无人机运动引起的多普勒效应，发现当使用高增益定向传输时，多普勒效应可能不是灾难性的。我们进一步探讨了毫米波空分多址的使用，并展示了其在提高蜂窝网络容量方面的明显优势。我们还探讨了不同的方式来处理信号阻塞，并指出可能的自适应无人机巡航算法将是必要的，以抵消信号阻塞。最后，我们确定了无人机定位和定向毫米波用户发现之间的密切关系，前者的更新可能会直接影响后者，反之亦然。
2016-02-11 cs.IT math.IT
28 GHz and 73 GHz Millimeter-Wave Indoor Propagation Measurements and Path Loss Models
本文介绍了28 GHz和73 GHz的毫米波传播测量在一个典型的办公室环境中使用400兆芯片每秒宽带滑动相关器信道探测器和高度定向可控15 dBi（30度波束宽度）和20 dBi（15度波束宽度）喇叭天线。功率延迟配置文件获得了48发射机-接收机位置组合的距离范围从3.9米到45.9米，最大发射功率为24 dBm和12.3 dBm，在28 GHz和73 GHz，分别。定向和全向路径损耗模型和RMS延迟扩展统计线的视线和非视线环境的共同和交叉极化天线配置。垂直极化天线的LOS全向路径损耗指数分别为1.1和1.3，在28 GHz和73 GHz的NLOS分别为2.7和3.2。平均方向RMS延迟扩展分别为18.4 ns和13.3 ns，最大值分别为193 ns和288 ns，在28 GHz和73 GHz。
2015-09-01 cs.IT math.IT
Initial Access in 5G mm-Wave Cellular Networks
毫米波频率（大约在10 GHz以上）的大量可用带宽有可能大大增加第五代蜂窝无线系统的容量。然而，为了克服在这些频率处经历的高各向同性路径损耗，在基站和移动用户设备处都需要高方向性以在广域网中建立足够的链路预算。这种对方向性的依赖对于控制层过程具有重要意义。由于需要基站和用户找到用于定向发送和接收的适当对准，初始接入尤其可能被显著延迟。本文提供了一个调查最近提出的几种技术，用于此目的。覆盖和延迟分析进行比较各种技术，包括穷举和迭代搜索，上下文信息为基础的算法。我们表明，最佳策略取决于目标信噪比制度，并提供指导方针，以表征作为系统参数的函数的最佳选择。
2016-05-24 cs.IT cs.NI math.IT
Design and Analysis of Initial Access in Millimeter Wave Cellular Networks
初始接入是允许移动用户首先连接到蜂窝网络的过程。它包括两个主要步骤：下行链路上的小区搜索（CS）和上行链路上的随机接入（RA）。毫米波（mmWave）蜂窝系统通常必须依赖于定向波束成形（BF）以便创建可行的连接。因此，在毫米波蜂窝网络的初始接入过程中，必须学习并使用波束成形方向。本文认为，四个简单的，但有代表性的初始接入协议，使用各种组合的定向波束成形和全向发送和接收在移动和BS，在CS和RA阶段。我们提供了一个系统级的成功概率分析CS和RA的每一个，以及初始接入延迟和用户感知的下行链路吞吐量（UPT）。对于基线穷举搜索协议，我们找到了最佳BS波束宽度，并观察到，在初始接入延迟方面，它随着阻塞变得更加严重而减小，但对于UPT是相对恒定的（约$π/12$）。所考虑的协议，初始接入延迟和UPT之间的最佳权衡下实现快速小区搜索协议。
2017-03-24 cs.IT math.IT
A Selection Region Based Routing Protocol for Random Mobile ad hoc Networks with Directional Antennas
在本文中，我们提出了一个选择区域为基础的无线移动ad hoc网络的多跳路由协议与定向天线，其中选择区域定义的两个参数：一个参考距离和定向天线的波束宽度。在每一跳，我们选择最近的节点的选择区域内的发射机作为下一跳中继。通过最大化期望的进展密度，我们提出了一个上限的最佳参考距离，并推导出最佳参考距离和最佳传输概率之间的关系。与\cite{Di:Relay-Region}中使用全向天线的路由策略相比，我们发现新的路由策略的最优传输概率是一个与波束宽度无关的常数，其期望的进程密度显著增加，而中继选择的计算复杂性也大大降低.
2010-11-28 cs.IT math.IT
Source Localization and Tracking for Dynamic Radio Cartography using Directional Antennas
利用定向天线是一种有效的频谱感知和精确的源定位和跟踪的解决方案。配备定向天线的频谱传感器应不断扫描空间，以跟踪发射源并发现感兴趣区域的新活动。在本文中，我们提出了一种新的配方，统一接收信号强度（RSS）和波达方向（DoA）的压缩感知（CS）的框架。底层CS测量矩阵是传感器的波束成形向量的函数，并且被称为传播矩阵。与全向天线的情况相比，我们采用的传播矩阵提供了更多的非相干投影，这是压缩感知理论中的一个重要因素。基于新的公式，我们优化天线波束，提高频谱感知效率，跟踪活跃的主用户准确和监测频谱活动在一个感兴趣的区域。在许多实际场景中，没有融合中心来整合来自频谱传感器的接收数据。我们提出了分布式版本的算法，这种情况下。实验结果表明，在源定位精度的显着改善，相比的情况下，当传感器配备全向天线。动态无线电制图的建议框架的适用性。此外，将估计的动态RF图随时间与地面实况进行比较，证明了我们提出的方法用于精确信号估计和恢复的有效性。
2019-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Synergetic UAV-RIS Communication with Highly Directional Transmission
无人机在未来无线通信系统中的有效集成取决于对其有限能量的有意识使用，这限制了其飞行时间。可重构智能表面（RISs）可以与UAV结合使用，目的是在不增加UAV侧的复杂性的情况下改善通信性能。在本文中，我们提出了一种协同无人机RIS通信系统，利用无人机与高定向天线瞄准RIS。所提出的方案可以应用于所有的空对地RIS辅助网络和数值结果表明，它是优于的情况下，无人机利用全向天线或高定向天线瞄准地面节点。
2021-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
On Dominant Interference in Random Networks and Communication Reliability
本文研究了在泊松点过程模型下随机网络中定向接收时干扰主功率的特性。此外，还导出了不包括$n$主导干扰源的累积干扰的Laplace泛函，它是全向接收和完全累积干扰的推广。作为这些结果的一个应用，我们研究了随机网络中定向接收机的中断概率和错误概率与队列长度约束的影响。
2020-03-03 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Cellular Networks: A MAC Layer Perspective
毫米波（mmWave）频带被视为未来蜂窝网络中的多千兆位无线接入的关键使能器。为了克服传播挑战，毫米波系统在基站和用户设备处都使用大量天线元件，这导致高方向性增益、全方向性通信和可能的噪声受限操作。毫米波网络与传统网络之间的根本差异挑战了传统的设计约束、目标和可用的自由度。本文讨论了高定向通信的影响，设计了一个有效的媒体访问控制（MAC）层。本文讨论了关键的MAC层问题，如同步，随机接入，切换，信道化，干扰管理，调度和关联。本文提供了蜂窝网络MAC层问题的综合观点，确定了新的挑战和权衡，并提供了新的见解和解决方案。
2015-07-12 cs.IT math.IT math.OC
Exploiting Directionality for Millimeter-Wave Wireless System Improvement
本文介绍了方向性和全向RMS延迟扩展统计数据，从28 GHz和73 GHz的超宽带传播测量在纽约市进行，使用每秒400兆芯片的宽带滑动相关器信道探测器和高定向可操纵喇叭天线。28 GHz的测量没有系统地寻求最佳天线指向角，导致33%的中断39 T-R间隔距离在200米以内。73 GHz的测量系统地发现了最佳的天线指向角，并导致14.3%的中断35 T-R间隔距离在200米以内，所有的移动高度接收器。指向天线产生最强的接收功率显着降低RMS延迟扩展的视线（LOS）的环境。定义了一个新的术语，距离扩展指数（DEE），并用于在数学上描述通过组合来自给定位置处具有最强接收功率的角度的波束而导致的覆盖距离的增加。这些结果表明，在毫米波通信系统中采用方向性将减少符号间干扰，提高小区边缘的链路裕度，并提高整体系统性能。
2015-03-18 cs.IT math.IT
Optimal deployments of UAVs with directional antennas for a power-efficient coverage
为了在给定的地面区域中为用户提供可靠的无线上行链路，可以部署无人机（UAV）作为基站（BS）。在另一个应用中，可以使用无人机从地面上的传感器收集数据。对于这样的飞行BS的功率高效和可扩展的部署，可以利用定向天线来有效地覆盖任意2-D地面区域。我们考虑一个大规模的无线路径损耗模型与现实的角度依赖的方向性天线的辐射模式。基于这样的模型，我们确定了N个无人机的最佳三维部署，以最小化在给定的目标区域的用户的平均发射功率消耗。假设用户具有相同的发射机和理想的全向天线，无人机具有相同的定向天线，具有给定的半功率波束宽度（HPBW）和沿垂直轴对称的辐射方向图。对于均匀分布的地面用户，我们表明，无人机必须共享一个共同的飞行高度在一个最佳的功率效率的部署。我们还推导出封闭形式的渐近最佳共同飞行高度的$N$无人机的面积大小，数据速率，带宽，HPBW，和路径损耗指数。
2019-11-18 cs.IT math.IT
5G Millimeter Wave Cellular System Capacity with Fully Digital Beamforming
由于毫米波（mmWave）无线系统对定向链路的严重依赖，具有高维阵列的波束成形（BF）对于这些频率中的蜂窝系统至关重要。如何以功率有效的方式执行阵列处理是一个基本的挑战。模拟和混合BF需要较少的模数转换器（ADC），但一次只能在少数方向上通信，限制了定向搜索、空间复用和控制信令。数字BF实现了灵活的空间处理，但必须在低量化分辨率下操作以保持在合理的功率电平内。本文提出了一种简单的加性高斯白噪声（AWGN）模型来评估蜂窝系统容量的低分辨率量化的影响。利用该模型的仿真显示，在中等分辨率（每个ADC 3-4比特）下，量化导致的下行链路蜂窝容量损失可以忽略不计。本质上，低分辨率ADC限制了高SNR，而蜂窝系统通常不工作。研究结果表明，低分辨率全数字BF架构可以实现高能效，提供大大增强的控制平面功能和与模拟BF相当的数据平面性能。
2018-01-02 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-Sector and Multi-Panel Performance in 5G mmWave Cellular Networks
下一代蜂窝网络（5G）将利用毫米波频谱来增加可用容量。然而，在这种高频率下的通信遭受高路径损耗和阻塞，因此需要使用天线阵列和密集部署的定向传输。因此，在评估毫米波移动网络的性能时，有必要准确地对复杂信道、传输的方向性以及这些元素在无线电接入和更高层中与整个协议栈的相互作用进行建模。在本文中，我们提高了ns-3的毫米波模块的信道模型抽象，通过引入一个更现实的天线阵列模型的支持，符合3GPP NR的要求，并在基站和手机的多个天线阵列。然后，我们通过改变信道和天线阵列配置来研究毫米波蜂窝网络的端到端性能，并表明增加天线阵列的数量以及因此增加扇区的数量对吞吐量和延迟都是有益的。
2018-08-14 cs.IT cs.NI math.IT
Tractable Model for Rate in Self-Backhauled Millimeter Wave Cellular Networks
毫米波（mmW）蜂窝系统将需要高增益定向天线和密集基站（BS）部署以克服高近场路径损耗和差衍射。作为期望的副作用，高增益天线提供干扰隔离，从而提供了将自回程（self-backhauling）--在网状架构中BS在它们之间回程而不显著损失吞吐量--结合的机会，以实现所需的大BS密度。定向天线的使用以及接入和回程链路之间的资源共享导致覆盖范围和速率趋势与传统微波（$μ$ W）蜂窝系统显着不同。在本文中，我们提出了一个通用的和易于处理的毫米波蜂窝模型捕捉这些关键的趋势，并表征相关的速率分布。所开发的模型和分析验证使用实际的建筑物位置从密集的城市设置和间接派生的路径损耗模型。分析表明，与$μ$ W蜂窝网络的干扰受限性质形成鲜明对比，mmW网络的频谱效率（除了总速率之外）也随着BS密度而增加，特别是在小区边缘。增加系统带宽，虽然提高中值和峰值速率，但不会显著影响小区边缘速率。利用自回程，示出了有线回程部分（即，具有有线连接的BS的部分）和BS密度的不同组合以保证相同的中值速率（QoS）。
2015-03-19 cs.IT cs.NI math.IT
Backhaul Limited Asymmetric Cooperation for MIMO Cellular Networks via Semidefinite Relaxation
多小区协作由于其能够消除小区间干扰和提高频谱效率而近来引起了极大的关注。然而，通过回程链路交换的大量信息（包括信道状态信息和用户数据）可能会恶化现实系统中的网络性能。本文采用了回程成本度量，考虑了积极的定向合作链路的数量，这给出了一个一阶测量的回程负载所需的非对称多输入多输出（MIMO）合作。我们专注于多天线基站和单天线移动站的下行链路场景。设计问题是最小化活动定向协作链路的数量，并在移动台处的信号干扰噪声比（SINR）约束下联合优化协作BS之间的波束成形向量。这个问题是非凸的，解决它需要组合搜索。提出了一种基于光滑逼近和半定松弛的组合优化算法。我们证明了半定松弛是紧的概率为1，在我们的算法和平稳收敛的保证。仿真结果表明，与几种基准方案相比，该方案在回程成本和功耗方面有显著的节省，证明了该方案的有效性。
2014-01-10 cs.IT math.IT
Directional Spatial Channel Estimation For Massive FD-MIMO in Next Generation 5G Networks
发射端全维信道状态信息（CSIT）一直是限制蜂窝多输入多输出（MIMO）网络频谱效率的主要因素。该文提出了一种频分双工大规模频分MIMO系统中的频分方向空间信道估计算法。所提出的算法使用每个用户设备的上行链路（UL）和下行链路（DL）信道之间的统计空间相关性。它将UL通道在空间上分解为方位角和高程维度，以估计阵列主要接收响应。构建FD空间旋转矩阵以根据UL和DL信道之间的频带间隙来估计DL信道的对应发射响应。所提出的算法表现出显着有前途的性能，接近理想的完美CSIT的情况下，没有UL反馈开销。
2018-06-10 cs.IT math.IT
Energy Efficiency in Relay-Assisted mmWave Cellular Networks
本文利用随机几何工具分析了具有泊松点过程（PPP）分布式基站（BS）和中继站（RS）的中继辅助毫米波（mmWave）蜂窝网络的能量效率。毫米波通信的显著特征，例如定向波束成形以及针对视线（LOS）和非视线（NLOS）链路具有不同的路径损耗规律，被纳入能量效率分析。在描述毫米波蜂窝网络的系统模型之后，计算每个链路的覆盖概率。随后，对BS和RS的平均功耗进行建模，并根据系统参数确定能量效率。还研究了存在波束成形对准误差时的能量效率，以了解实际场景中的性能。最后，通过数值计算分析了基站和中继站密度、天线增益、主瓣波束宽度、视距干扰范围和对准误差对能量效率的影响。
2015-10-20 cs.IT math.IT
On the Joint Impact of Beamwidth and Orientation Error on Throughput in Directional Wireless Poisson Networks
我们引入了一个模型，用于捕获波束误导的覆盖范围和吞吐量的定向无线网络中使用随机几何的影响。在采用理想的扇区天线没有旁瓣的网络中，我们发现，方向误差分布是足够的，以证明单调性和准单调性（相对于天线波束宽度）的空间吞吐量和传输容量，分别。此外，我们确定的网络条件，产生相反的极端选择波束宽度（绝对定向与全向），最大限度地提高两个相关的吞吐量指标。最后，我们总结了我们的论文与平均方向误差，吞吐量最大化的波束宽度，和最大吞吐量之间的关系，在不同的复杂性的辐射模式的数值探索。
2014-06-12 cs.IT cs.NI math.IT
Escaping the Densification Plateau in Cellular Networks Through mmWave Beamforming
通过研究信号干扰噪声比（SINR）和区域频谱效率（ASE），研究了密集多天线毫米波（mmWave）蜂窝网络的性能如何随基站（BS）空间密度$λ$而变化。如果在每个BS的天线的数量至少与$λ$线性缩放，这增加了可能的波束配置的数量和它们的主瓣增益，并降低它们的旁瓣增益，我们证明了SINR接近一个有限的随机变量，这是独立的$λ$和ASE至少与$λ$线性缩放。相反，如果天线的数量与$λ$成次线性比例，则SINR衰减到零并且ASE饱和到常数。因此，通过移动到具有连续更小天线的更高载波频率，并利用相应增加的方向性，蜂窝运营商原则上可以避免蜂窝网络中的致密化平台（或崩溃），而是继续通过BS致密化收获线性总和吞吐量增益。
2020-06-30 cs.IT math.IT
Initial Beamforming for Millimeter-Wave and Terahertz Communications in 6G Mobile Systems
为了满足太比特每秒的最高数据率的需求，下一代移动通信系统需要充分利用毫米波和太赫兹波段丰富的频谱资源。然而，高频传输严重依赖于大规模天线阵列来获得高波束成形增益，用于补偿严重的传播损耗。它提出了在初始接入阶段期间的全向波束成形的问题，其中基站需要向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。本文提出了一种新的初始波束形成方案，该方案通过形成一对互补波束在各个方向上提供相等的瞬时增益。数值结果表明，该方法可以实现全向覆盖，其性能明显优于随机波束形成方法。它适用于任何形式的大规模阵列，以及所有三种架构，即，数字、模拟和混合波束形成。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Flexible Antenna Arrays for Wireless Communications: Modeling and Performance Evaluation
本文针对柔性天线阵列，建立数学模型分析其形状变化对通信性能的影响，并提出三种柔性预编码方案，数值结果表明可弯曲和可旋转阵列分别可提升和速率达156%和281%。
2024-07-06 cs.IT eess.SP math.IT
Average Error Probability Analysis in mmWave Cellular Networks
在本文中，平均符号错误概率（ASEP）在毫米波（毫米波）蜂窝网络中的泊松点过程（PPP）的分布式基站（BS）的分析的数学框架，开发使用工具从随机几何。毫米波通信的显著特点，如定向波束形成，并具有不同的路径损耗规律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路的平均错误概率分析。首先，平均成对错误概率（APEP）的表达式得到平均成对错误概率（PEP）在衰落和随机最短距离从移动用户（MU）到其服务BS。随后，平均符号错误概率近似从APEP使用最近邻（NN）近似。ASEP分析了不同的天线增益和基站密度。最后，波束形成对准误差对ASEP的影响进行了研究，以了解更现实的情况。
2015-09-14 cs.IT math.IT
Uplink Performance Analysis in D2D-Enabled mmWave Cellular Networks
在本文中，我们提供了一个分析框架来分析支持设备到设备（D2D）的毫米波（mmWave）蜂窝网络的上行链路性能。使用来自随机几何的工具，针对蜂窝和D2D链路两者导出信号干扰噪声比（SINR）中断概率。毫米波通信的显着特点，如定向波束形成和具有不同的路径损耗法律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路被纳入中断分析，采用灵活的模式选择方案和Nakagami衰落。此外，波束形成对准误差的中断概率的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。
2017-04-04 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage in mmWave Cellular Networks with Base station Cooperation
由于遮蔽和阻塞而导致的信号中断的存在预计将成为毫米波（mmWave）网络中的主要瓶颈。此外，在毫米波网络将具有密集基站部署的预期愿景下，来自强视距基站的干扰也会增加，从而进一步增加中断的概率。为了解决减少中断的问题，本文探讨了在毫米波异构网络的下行链路中基站协作的可能性。这项工作的主要重点是表明，在一个随机的几何框架，从随机定位的基站的合作降低中断概率。由于高度定向的传输将经历较不严重的衰落，人们可能会期望合作将增加覆盖概率，我们的数值例子表明，事实上是这样的。覆盖概率的会计得出：不同的衰落分布，天线方向性和阻塞。数值结果表明，在密集的毫米波系统中，基站合作的覆盖范围，并没有小规模的衰落大大超过没有合作的覆盖范围。相比之下，当毫米波网络密度较低时，信号阻塞的概率较高，并且具有瑞利衰落，则报告了不显著的增加。
2015-03-18 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage Analysis of Cellular-Connected UAV Communications with 3GPP Antenna and Channel Models
为了诸如无人机（UAV）的空中平台的可靠和高效的通信，蜂窝网络被设想为同时为空中和地面用户设备（GUE）提供连接，这给针对地面服务定制的基站（BS）的现有模式带来了挑战。因此，我们专注于覆盖概率分析，调查空中和地面用户的共存，采用现实的天线和信道模型报告的第三代合作伙伴计划（3GPP）。采用齐次泊松点过程（PPP）描述基站分布，基站天线的下倾角度和天线阵数可调。同时，全向天线用于蜂窝用户。我们首先推导出覆盖概率的近似值，然后进行大量的模拟，以评估天线数量，下倾角，载波频率和用户高度的影响。一个重要的发现表明，高海拔用户的覆盖概率变得不敏感的下倾角。此外，我们发现，在一定的高度范围内的空中用户设备（AUE）可以实现相同或更好的覆盖概率比GUE，这提供了一个洞察蜂窝连接的空中通信的有效部署。
2021-05-28 cs.IT eess.SP math.IT
Beef up mmWave Dense Cellular Networks with D2D-Assisted Cooperative Edge Caching
边缘缓存技术通过在小型基站（SBS）中主动缓存流行内容，从而减少超密集网络中的内容检索延迟，减轻回程链路的巨大负担。然而，单个SBS的约束缓存资源显著地抑制了边缘缓存的性能。在本文中，我们提出了一个设备到设备（D2D）辅助合作边缘缓存（DCEC）毫米波（mmWave）密集网络的政策，合作利用用户和SBS的缓存资源在附近。在所提出的DCEC策略中，可以根据内容流行度将内容缓存在用户的设备或SBS中，并且用户可以经由D2D链路从相邻用户或经由蜂窝链路从相邻SBS检索所请求的内容，以有效地利用缓存分集。与需要复杂的干扰管理技术来抑制干扰的较低频段中的现有协作缓存策略不同，我们利用毫米波系统中的定向天线来确保高传输速率，同时减轻干扰足迹。考虑到实际的定向天线模型和网络密度，基于网络拓扑的随机信息，推导了回程卸载性能和内容检索延迟的闭合表达式。此外，分析结果表明，随着网络密度的增加，通过D2D链路的内容检索延迟显著增加，而通过蜂窝链路的内容检索延迟略有增加。综合仿真验证了我们的理论分析，并表明，该政策可以实现更高的性能，卸载回程流量，减少内容检索延迟相比，最先进的最流行的缓存（MPC）政策。
2023-01-02 cs.IT cs.SY eess.SY
