The Intensity Matching Approach: A Tractable Stochastic Geometry Approximation to System-Level Analysis of Cellular Networks
介绍了一种易于处理的蜂窝网络性能评估和优化的强度匹配方法。它假设基站被建模为泊松点过程的点，并利用随机几何进行系统级分析。它的基本原理依赖于观察系统级的性能是由底层空间泊松点过程的转换的强度测量。通过近似的原始系统模型与一个简化的，其性能是由一个数学上方便的强度测量，易于处理的，但准确的积分表达式计算面积光谱效率和潜在的吞吐量。所考虑的系统模型考虑了许多实际方面，对于易处理性，这些方面通常被忽略，例如，视线和非视线传播、天线辐射模式、业务负载、实际小区关联、一般衰落信道。更重要的是，所提出的方法方便地制定了几个系统参数的影响，例如，基站和阻塞的密度。这种新的和一般的方法的有效性进行了验证的援助经验数据的基站的位置和密集的城市环境中的建筑物的足迹。
2016-04-10 cs.IT math.IT
A 3D Tractable Model for UAV-Enabled Cellular Networks With Multiple Antennas
提出了一种三维点过程模型，该模型可用于大规模蜂窝网络中无人机（UAV）的部署，并可跟踪地分析网络的基本网络性能。提出的三维点过程是基于二维齐次标记泊松点过程（PPP）设计的，其中每个点及其随机标记分别唯一地对应于三维点过程中每个点的投影和高度。我们研究了所提出的3D点过程的一些重要的统计特性，并阐明了这些特性的一些重要见解，这些特性有助于分析支持无人机的蜂窝网络，其中所有配备有多个天线的无人机都部署在所提出的3D点过程中作为空中基站。所提出的3D点过程的显着特点在于其适用于实际的3D通道建模和分析的易处理性。分析了无人机蜂窝网络的下行覆盖性能，得到了简洁的表达式，并推导了一些特殊情况下的封闭式结果。最重要的是，他们的基本限制实现无小区的大规模天线阵列的特点时，协调所有的无人机联合执行非相干下行链路传输。最后，数值结果验证了本文的一些关键发现。
2020-12-29 cs.IT eess.SP math.IT
A Tractable Framework for the Analysis of Dense Heterogeneous Cellular Networks
本文研究了一般情况下K层异构蜂窝网络的下行链路性能。首先，高斯近似边界的标准化聚合无线干扰（AWI）在密集的K层HCN获得的基站（BS）在每一层中分布在平面上根据空间和一般泊松点过程。Kolmogorov-Smirnov（KS）距离用于测量标准化AWI的分布与标准正态分布的偏差。一个明确的和解析的表达式，这两个分布之间的KS距离的边界作为一个广泛的网络参数，如每层的传输功率电平，每层BS强度，BS位置，一般衰落统计，一般有界路径损耗模型的函数。即使对于中等密度的HCN，边界也能在标准化AWI分布与其正态近似之间实现良好的统计匹配。其次，各种感兴趣的空间性能指标，如中断容量，遍历容量和区域频谱效率在下行链路中的K层HCN的一般信号传播模型进行了研究，通过使用派生的分布近似结果。考虑到两个特定的BS关联政策，它示出的派生的性能界限跟踪实际的性能指标相当不错的BS强度的范围很广，与他们之间的差距变得可以忽略不计的小密集HCN部署。
2018-03-26 cs.IT math.IT
A Statistical Characterization of Localization Performance in Millimeter-Wave Cellular Networks
毫米波（mmWave）通信是用于在5G无线蜂窝网络中实现高数据率和低延迟的有前景的解决方案。由于在毫米波网络中利用了定向波束成形和天线阵列，因此可以获得精确的到达角（AOA）信息并用于定位目的。定位系统的性能通常通过基于固定节点位置评估的克拉美-罗下限（CRLB）来评估。但是，此策略仅为特定于感兴趣场景的CRLB生成固定值。为了允许随机分布的节点，随机几何已被提出来研究CRLB的到达时间为基础的定位。据我们所知，这种方法还没有被调查的AOA为基础的本地化。在这项工作中，我们的动机是考虑毫米波蜂窝网络，并推导出CRLB AOA为基础的本地化和它的分布使用随机几何。我们分析了CRLB是如何影响节点位置的空间分布，包括目标和参与基站。要应用CRLB的网络设置与随机节点的位置，我们提出了一个准确的近似CRLB使用的L/4值的有序距离，其中L是参与基站的数量。此外，我们推导出毫米波网络的定位能力，这是一个目标是可定位的概率，并研究网络参数如何影响定位性能。这些研究结果为我们提供了深入了解最佳的网络设计，满足特定的本地化要求。
2020-11-25 cs.IT math.IT
A Tractable Analysis of the Improvement in Unique Localizability Through Collaboration
在本文中，我们在数学上描述了设备本地化的改进，实现了设备之间的合作。取决于设备中的接收器的检测灵敏度，要定位的设备缺乏足够数量的来自定位设备的可检测定位信号来确定其位置而没有模糊性（即，是唯一可本地化的）。众所周知，这种情况是定位性能的限制因素，特别是在通信系统中。例如，在蜂窝定位中，蜂窝网络设计者称之为可听性问题。我们研究了独特的本地化所需的条件，并使用随机几何工具，以获得准确的解析表达式的概率满足这些条件的非合作和合作的情况下。我们考虑的情况下，没有阴影，阴影和通用频率复用的情况下，最后，随机频率复用的阴影的情况下。后一种情况的结果（特别适用于蜂窝网络）表明，仅相隔很短距离的两个设备之间的协作大大提高了两个设备唯一确定其位置的能力。从这个分析的结果是非常有前途的，并激励进一步钻研技术，增强蜂窝定位与附近的设备之间的小规模协作测距观测。
2015-07-21 cs.IT math.IT
Modeling Non-Uniform UE Distributions in Downlink Cellular Networks
最近的一种建模和分析下行链路蜂窝网络的方法是使用随机空间模型。假设用户设备（UE）分布是均匀的，则在位于原点的典型UE处执行分析。虽然这种对UE进行采样的方法提供了在UE位置上平均的统计数据，但是不可能分别对小区内部和小区边缘UE进行采样。这使得分析涉及UE的非均匀分布的部署场景的问题变得复杂，尤其是当UE和基站（BS）的位置是相关的时。为了促进这种分离，我们提出了一种新的易处理的方法，采样UE有条件地细化BS点过程，并表明所得到的框架可以用作一个易处理的生成模型来研究蜂窝网络与非均匀UE分布。
2012-12-23 cs.IT math.IT stat.AP
Decentralized Opportunistic Access for D2D Underlaid Cellular Networks
我们提出了一种分散的接入控制方案，用于D2D（设备到设备）底层蜂窝网络中的干扰管理。我们的方法在D2D链路机会性地接入许可蜂窝频谱的情况下将SIR感知链路激活与蜂窝排除区域相结合。推导出蜂窝和D2D链路的覆盖概率的解析表达式和紧密近似。我们表征的保护区半径和SIR阈值上的D2D区域的频谱效率和蜂窝覆盖的影响。提出了一种易于处理的方法，以便找到SIR阈值和保护区半径，其最大化D2D通信的区域频谱效率，同时确保蜂窝上行链路用户的足够覆盖概率。仿真验证了我们的分析结果的准确性，并显示了我们提出的方案相比，现有的最先进的解决方案的性能增益。
2016-07-19 cs.IT cs.NI math.IT
Tractable Stochastic Geometry Model for IoT Access in LTE Networks
物联网（IoT）本质上是大规模的。这不仅表现在大量的连接设备上，而且还表现在必须容纳的大量流量上。蜂窝网络确实是物联网预计将与传统的人类类型流量一起产生的数据海啸的自然候选者。然而，用于调度请求的随机接入过程代表了经由LTE蜂窝网络支持IoT的主要瓶颈。因此，本文开发了一个数学框架来建模和研究随机接入信道（RACH）的可扩展性，以适应物联网流量。所开发的模型是基于随机几何和离散时间马尔可夫链（DTMC），以考虑不同的接入策略和可能的小区间和小区间干扰的来源。为此，开发的模型被用来评估和比较三种不同的访问策略，其中包括传输持久性，回退，和功率斜坡的组合。本文所展示的分析和结果清楚地说明了随着物联网强度的增长，随机接入过程的脆弱性。最后，本文提供了关于物联网强度和RACH检测阈值的每种传输策略的有效场景的见解。
2016-07-12 cs.IT cs.NI math.IT
Position Location for Futuristic Cellular Communications -- 5G and Beyond
凭借广阔的毫米波频谱和窄波束天线技术，现在可以在5G和未来的移动通信系统中实现精确定位。在这篇文章中，我们描述了如何厘米级的定位精度可以实现，特别是通过使用基于地图的技术。我们展示了并行信息流的数据融合、机器学习和合作定位技术如何进一步提高定位精度。
2021-02-24 cs.IT math.IT
Analysis of Non-Coherent Joint-Transmission Cooperation in Heterogeneous Cellular Networks
在密集的异构蜂窝网络中，基站协作在干扰管理中起着关键作用。非相干联合传输（JT）由于其低复杂度、较小开销和负载均衡能力而特别吸引人。然而，这种技术的一般分析是困难的，主要是由于缺乏易于处理的模型。本文解决了这一差距，并提出了一个易于处理的模型，用于分析非相干JT在HCN，同时将关键的系统参数，如以用户为中心的BS集群和信道相关的合作激活。假设每一层的所有BS遵循平稳泊松点过程，非相干JT的覆盖概率推导。使用开发的模型，它示出，对于小小区BS的小协作集群，由小小区的非相干JT提供频谱效率增益，而不显着增加小区负载。此外，当协作被积极触发时，小型小区内的簇内频率重用优于簇内协调调度。
2014-02-17 cs.IT math.IT
Cooperative Cellular Localization with Intelligent Reflecting Surface: Design, Analysis and Optimization
针对蜂窝网络多目标定位中回波微弱和测量关联复杂的问题，提出利用智能反射面（IRS）辅助定位，通过联合优化目标关联、IRS相移和驻留时间来最小化最大CRLB，并推导了单目标定位的闭式解与性能下界。
2024-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
SINR-based k-coverage probability in cellular networks with arbitrary shadowing
我们给出了数值上易于处理的，明确的积分表达式的信号干扰噪声比（SINR）的分布所经历的一个典型的用户在下行链路信道从第k个最强的基站的蜂窝网络的泊松点过程在平面上建模。我们的信号传播损失模型包括一个幂律路径损失函数任意分布的阴影，独立于所有基站，有和没有瑞利衰落。我们的结果是有效的，在整个域的SINR，特别是对于SINR<1，其中一个观察到多个覆盖。在后一个方面，我们的论文补充了[Dhillon et al. JSAC 2012]中报道的先前研究。
2013-05-16 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Management and Cell Planning in Millimeter-Wave Overlaid Ultra-Dense Cellular Networks
本文提出了一种利用毫米波（mmWave）和超密集基站（BS）的蜂窝网络，以实现下行平均速率的深远5G目标。然而，毫米波覆盖网络由于在移动用户处的实现困难而导致其充足的数据率仅适用于下行链路传输的缺陷，从而导致上行链路和下行链路速率之间的巨大差异。因此，我们把我们的注意力不仅要最大化下行链路速率，而且要确保最小的上行链路速率。为此，我们首先推导出毫米波覆盖的超密集蜂窝网络频谱效率的上行链路和下行链路的情况下，在封闭的形式，通过使用随机几何通过下界近似。在实际场景中，所提出的网络的这种易处理的结果揭示了现有微波（$μ$ Wave）蜂窝资源应该主要专用于上行链路传输，以便与毫米波下行链路速率改进相对应。此外，经由$μ$ Wave BS致密化来增加上行链路速率不能单独应对毫米波下行链路/上行链路速率不对称，并且因此在5G蜂窝网络中需要额外的$μ$ Wave频谱。
2015-04-20 cs.IT cs.NI math.IT
Stochastic Geometry Modeling of Cellular Networks: Analysis, Simulation and Experimental Validation
由于新兴蜂窝网络的异构性和部署密度的增加，需要新的灵活和可扩展的方法来对其进行建模、仿真、分析和优化。最近，一种新的方法已经被提出：它是基于点过程的理论，它利用工具，从随机几何的易处理的系统级建模，性能评估和优化。在本文中，我们研究了这种新兴的抽象建模蜂窝网络的准确性，明确考虑到现实的基站位置，建筑物的足迹，空间阻塞和天线辐射模式。更具体地，基站位置和建筑物覆盖区取自英国的两个公开可用的数据库。我们的研究证实，基于随机几何的抽象模型是能够准确地模拟密集的城市环境中的蜂窝网络的通信性能。
2015-06-11 cs.IT 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
Meta Distribution of Passive Electromagnetic Field Exposure in Cellular Networks
本文针对动态波束成形蜂窝网络，利用随机几何框架和多余弦增益模型分析无源用户电磁场暴露的元分布，并用 beta 分布近似以揭示 ULA 天线数量的影响。
2024-04-19 cs.IT cs.NI math.IT
A Unified Framework for the Tractable Analysis of Multi-Antenna Wireless Networks
增加网络密度和在每个接入点部署更多天线是提高无线网络容量的两种主要方法。然而，复杂的信号功率和累积的干扰功率的分布，很大程度上诱导各种空时处理技术，使其具有很高的挑战性，定量表征多天线网络的性能。在本文中，使用随机几何的工具，一个统一的框架，这样的网络的分析。主要的结果是两个创新的表示的覆盖概率，这使得多天线网络的分析几乎一样容易处理的单天线的情况下。一个表示为Toeplitz矩阵的$\ell_1$ -诱导范数，另一个以有限和形式给出。与一个紧凑的表示，前者采用了许多现有的单天线和多天线网络作为特殊情况下的分析结果，并导致易于处理的表达式，用于评估在Ad Hoc和蜂窝网络的覆盖概率。虽然后者对于数值评估来说更加复杂，但它有助于分析获得关键的设计见解。特别是，它有助于证明ad hoc网络的覆盖概率是发射机密度的单调递减凸函数，并且当增加发射天线的数量时，存在覆盖改善的峰值。另一方面，在多天线蜂窝网络中，它示出的覆盖概率是独立的发射机密度和中断概率呈指数下降的发射天线的数量的增加。
2018-09-22 cs.IT math.IT
User-Centric Mobility Management in Ultra-Dense Cellular Networks under Spatio-Temporal Dynamics
本文从能量效率（EE）的角度研究了超密集蜂窝网络（UDN）的移动性管理。UDN中的许多休眠基站（BS）不发送信号，因此传统蜂窝网络中的基于接收功率的切换（HO）方法几乎不适用。此外，与大量BS相比，有限的前端/回程容量使得难以实现集中式HO和功率控制。基于这些原因，提出了一种新的以用户为中心的关联规则，它联合优化HO和功率控制，以最大限度地提高EE。所提出的移动性管理不仅能够应付用户移动的空间随机性，而且与时间相关的无线信道。所提出的方法实现了HO时间窗口和易处理的功率控制策略，利用平均场博弈（MFG）和随机几何（SG）。与具有固定HO间隔和发射功率的基线相比，所提出的方法在典型的活动BS处实现了1.2倍更高的长期平均EE。
2016-09-14 cs.IT cs.NI math.IT
Modeling Cellular Networks in Fading Environments with Dominant Specular Components
随机几何（SG）已被广泛接受为一个基本的工具，用于建模和分析细胞网络。然而，用于SG分析的衰落模型主要局限于简单的瑞利衰落，在某些特殊情况下扩展到Nakagami-m衰落。然而，无论是瑞利还是Nakagami-m占主导地位的镜面分量（DSC）可能会出现在现实的衰落信道。本文提出了一种适用于广义双射线（GTR）衰落信道的蜂窝网络模型。GTR衰落明确地考虑了除了漫射分量之外的两个DSC，并且提供了高灵活性以捕获出现在现实室外/室内无线通信场景中的各种衰落信道。它还包括著名的瑞利和莱斯衰落作为特殊情况。为此，DSC的突出效果在平均频谱效率方面突出显示。
2016-02-16 cs.IT 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
Joint Scatterer Localization and Material Identification Using Radio Access Technology
几十年来，蜂窝网络技术和雷达传感技术一直在并行发展。与开发两种单独的技术不同，预计6G蜂窝网络将自然地支持通信和雷达功能，并共享硬件和载波频率。在这方面，基于无线电接入技术（RAT）的散射体定位系统是联合通信和感测系统（JCAS）的重要方面之一，其使用收发器之间的通信信号来确定传播路径中和周围的散射体的位置。在这篇文章中，我们首先确定了基于RAT的散射体定位系统的挑战，然后提出了室内环境中三种常见建筑材料的单次和多次反弹反射损耗（RL）模拟结果。我们还提出了两种新的方法来联合定位和识别的散射体的类型在一个丰富的散射环境。
2021-10-08 cs.IT math.IT
Asymptotic Behavior of Ultra-Dense Cellular Networks and Its Economic Impact
研究了蜂窝网络下行链路中基站密度与平均频谱效率之间的关系。这种关系对于稀疏部署是众所周知的，即当BS的数量与用户的数量相比很小时。在这种情况下，SE与BS密度无关。另一方面，随着BS密度的增长，先前已经表明，增加BS密度会增加SE，但是还没有推导出SE-BS密度关系的易处理的形式。在本文中，我们推导出这样一个封闭形式的结果，揭示了SE是渐近的BS密度的对数函数的密度增长。此外，我们研究了当用户需求变化时这一结果对网络运营商利润的影响，并推导出利润最大化BS密度和最佳频谱利用量的封闭形式。此外，我们还提供部署规划指南，帮助运营商决定是否应该投资于加密网络或获取更多频谱。
2014-09-28 cs.IT cs.NI math.IT
A Tractable Model for Non-Coherent Joint-Transmission Base Station Cooperation
针对非相干联合传输基站协作问题，提出了一种简单易行的分析模型。除了蜂窝网络的具体方面，如BS密度，信道衰落，平均路径损耗和干扰，该模型还捕获相关的合作机制，包括以用户为中心的BS聚类和信道相关的合作激活。所有BS的位置由泊松点过程建模。使用随机几何工具，信号与干扰加噪声比（$\mathtt{SINR}$）分布与合作的特点是精确的一般保持形式。然后将结果应用于最近感兴趣的实际设计问题。我们发现，增加网络范围的BS密度提高了$\mathtt{SINR}$，而增益增加的路径损耗指数。对于基于导频的信道估计，对于典型值，平均频谱效率在$7$ BS左右的簇大小处饱和，而与回程质量无关。最后，它表明，簇内频率复用是有利的，在中等负载的细胞慷慨的合作激活，而簇内协调调度可能会更好地在轻负载的细胞保守的合作激活。
2014-07-16 cs.IT cs.NI math.IT
Physical Layer Security in Heterogeneous Cellular Networks
异构蜂窝网络（HCN）是部署5G蜂窝网络的一种有前途的方法。本文全面研究了基站、授权用户和窃听者均随机分布的多层HCN中的物理层安全问题。我们首先提出了一个基于接入阈值的保密移动关联策略，该策略将每个用户与提供超过阈值的最大\emph{truncated average received signal power}的BS相关联。在该策略下，我们研究了随机用户的连接概率和保密概率，并给出了这两个度量的易处理的表达式。渐近分析表明，设置较大的访问阈值增加连接概率，而降低秘密概率。我们进一步评估了网络范围内的保密吞吐量和每个用户的最小保密吞吐量与连接和保密概率约束。我们发现，引入一个适当选择的访问阈值显着提高了HCN的保密吞吐量性能。
2016-01-07 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
Statistical Modeling and Probabilistic Analysis of Cellular Networks with Determinantal Point Processes
尽管泊松点过程（Poisson point process，PPP）已被广泛用于蜂窝网络中基站（base station，BS）位置的建模，但它是一个理想化的模型，忽略了BS之间的空间相关性。本论文提出使用决定点过程（DPP）来考虑这些相关性，特别是宏基站位置之间的排斥性。DPP被证明是分析上易于处理的利用几个独特的计算属性。具体而言，我们表明，空的空间函数，最近邻函数，平均干扰和信号干扰比（SIR）分布有明确的解析表示，并可以与DPP配置BS蜂窝网络进行数值评估。此外，DPP的建模精度进行了研究，通过拟合三个DPP模型，以真正的BS位置数据集，从美国两个主要城市。使用假设检验的各种性能指标的兴趣，我们表明，这些拟合的DPP显着更准确的流行的选择，如PPP和扰动六边形网格模型。
2014-12-05 cs.IT 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
Spatio-Temporal Network Dynamics Framework for Energy-Efficient Ultra-Dense Cellular Networks
本文从能量效率（EE）的角度，利用随机几何（SG）和平均场博弈（MFG）理论之间的相互作用，研究了超密集网络（UDN）的性能。在该设置中，基站（BS）（分别为用户）作为两个独立的齐次泊松点过程（PPP）均匀地分布在二维平面上，其中用户与它们最近的BS相关联。每个BS的目标是使其自身的能量效率最大化，该能量效率受制于信道不确定性、随机BS位置和干扰水平。由于干扰中的耦合，该问题在平均场（MF）机制中得到解决，其中每个BS经由时变MF干扰与整个BS群相互作用。作为一个主要贡献，MF干扰的渐近收敛到零，严格证明了在一个UDN与多个发射天线。它使我们能够得到一个封闭形式的EE表示，产生一个易处理的EE最优功率控制策略。与固定的功率基线相比，所提出的功率控制实现了超过1.5倍的EE。
2016-09-13 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Resource Partitioning and Offloading in Heterogeneous Cellular Networks
在异构蜂窝网络（HCN）中，期望将移动用户卸载到小型小区，小型小区通常比宏小区显著更不拥塞。为了实现充分的负载均衡，卸载的用户通常具有比它们在宏小区上的SINR低得多的SINR。该SINR降级可以通过干扰避免（例如，时间或频率资源划分）来部分地减轻，由此宏小区在这些资源的某一部分中关闭。自然，最佳卸载策略与资源分区紧密耦合;资源分区的最佳数量又取决于有多少用户被卸载。在本文中，我们提出了一个通用的和易于处理的框架，建模和分析联合资源划分和卸载在一个两层蜂窝网络。有了它，我们能够推导出整个网络的下行链路速率分布，以及联合资源划分和卸载的最佳策略。我们发现，负载均衡，本身是不够的，和资源分区需要结合卸载，以提高同信道异构网络中的小区边缘用户的速率。
2013-08-21 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
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
Treating Interference as Noise in Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
当干扰足够低时，将干扰视为噪声（TIN）的干扰管理技术是最佳的。最近已经提出了基于TIN最优性条件的调度算法，例如，以应用于设备到设备通信。然而，TIN从未被应用于蜂窝网络。在这项工作中，我们提出了一个调度算法应用到蜂窝网络，是基于TIN的最优性条件。在所提出的调度算法中，每个基站（BS）首先在其覆盖区域内随机选择一个用户设备（UE），然后检查TIN最优性条件。如果不满足后一条件，则BS被关闭。为了评估三角网应用于蜂窝网络的性能，我们介绍了一个分析框架的援助随机几何理论。我们开发，特别是，易于处理的信号干扰噪声比（SINR）的覆盖概率和蜂窝网络的平均速率的表达式。此外，我们进行渐近分析，找到最佳的系统参数，最大化的SINR覆盖概率。通过使用优化的系统参数，它示出了TIN应用于蜂窝网络产生显着的增益的SINR覆盖概率和平均速率。具体来说，数值结果表明，平均速率增益的顺序$21\%$在传统的调度算法。
2018-07-02 cs.IT math.IT
Resource Optimization in Device-to-Device Cellular Systems Using Time-Frequency Hopping
我们开发了一个灵活和准确的框架，用于设备到设备（D2 D）通信的背景下，传统的蜂窝网络，这使得时间频率资源共享或正交划分之间的两个网络。使用随机几何，我们提供了准确的表达式的SINR分布和平均速率，通过时间和/或频率跳变的干扰随机化的假设下，专用和共享频谱的方法。我们在高SNR状态下以封闭或半封闭形式获得分析结果，这使我们能够容易地探索关键参数（例如，负载和跳频概率）对网络性能的影响。特别是，与其他模型不同，我们获得的表达式是易于处理的，即，它们可以被有效地优化而不需要大量的仿真。使用这些，我们优化D2 D链路的跳频概率，即，它们应该多久请求一次时隙或频隙。这可以被看作是对其他更复杂的调度方案的优化下限。我们还研究了当D2 D和蜂窝网络使用正交资源时它们之间的最优资源划分。
2014-05-07 cs.IT math.IT
Modeling Cellular Networks with Full Duplex D2D Communication: A Stochastic Geometry Approach
如果实现足够的自干扰消除（SIC），则乐观地促进全双工（FD）通信以使频谱效率加倍。然而，当在大规模设置中部署FD通信时，由于所引起的相互干扰，这是不正确的。因此，有必要进行大规模的研究，以得出与FD通信相关的收益的合理结论。本文研究了用于蜂窝网络中共享上行链路资源的移动设备到设备（D2 D）通信的FD操作。我们提出了一个不相交的微调选择标准的D2 D和FD操作模式。然后，我们开发了一个易于处理的分析范式，基于随机几何，计算蜂窝和D2 D用户的中断概率和速率。结果表明，即使在完美SIC的情况下，由于FD-D2 D通信注入到网络的干扰增加，使所有邻近UE在FD-D2 D中进行发送对于网络也是不利的。然而，如果仔细地调整系统参数，则可以收获非平凡的网络频谱效率增益（所示的64）。我们还研究了不完美的SIC和D2 D链路距离分布对收获的FD增益的影响。
2016-08-22 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Analysis of Multi-Antenna Two-Tier Cellular Networks
本文研究了多天线双层网络在不同系统配置下的关键特性。基于随机几何，我们推导出用户平均数据率的表达式和近似。通过更易处理的近似，理论分析可以大大简化。我们发现，两层之间的密度和发射功率的差异，以及范围扩展偏差显着影响用户的数据率。此外，为面积频谱效率（ASE）最大化的目的，我们发现，每一层的最佳数量的活跃用户是近似固定的一部分的天线数量加1的总和。有趣的是，最佳设置对两个层之间的不同配置不敏感。最后但并非最不重要的是，如果宏基站（MBS）的天线数量足够大于小小区基站（SBS）的天线数量，我们发现范围扩展将改善ASE。
2016-01-15 cs.IT math.IT
Adaptive Downlink CoMP in Heterogeneous Cellular Networks with Imperfect Overhead Messaging
协作多点传输（CoMP）是异构蜂窝网络（HetNet）中提高网络吞吐量的有效手段。然而，如果基站（BS）之间发生不完全协调，其性能会严重削弱。许多现有的CoMP工作没有考虑小区间开销消息延迟，使得获得看似惊人的CoMP吞吐量增益。在本文中，量化误差和延迟，实际存在于开销消息建模，我们开发了一个更易于处理的SIR模型的基础上的随机几何框架。提出了一种应用于下行迫零波束形成（ZFBF）的自适应多点协作（CoMP）技术，该技术可以通过延迟开销消息来减轻协作小区的干扰。的用户的SIR的互补累积分布函数（CCDF）的界限的特征在于，使得用户的平均吞吐量是能够分析评估。数值结果表明，所提出的自适应CoMP方案可以使吞吐量增益非常强大的开销延迟，从而显着提高吞吐量，即使在BS不完全协调。
2014-12-14 cs.IT math.IT
A Guard Zone Based Scalable Mode Selection Scheme in D2D Underlaid Cellular Networks
作为蜂窝网络的基础，设备到设备（D2 D）通信带来了显著提高蜂窝网络中的频谱效率并卸载由基站中继的业务的可能性。然而，这也给干扰管理带来了新的挑战。在本文中，我们考虑多小区D2 D底层蜂窝网络，其中许多D2 D链路同时重用上行链路资源。干扰消除/对准的不可行性促使我们迫使基站附近的D2 D用户工作在蜂窝模式。在此基础上，提出了一种基于保护区的分布式可扩展模式选择方案，在降低基站干扰代价和提高频谱利用率之间取得了较好的折衷。在随机几何的帮助下，我们开发了一个易于分析的框架来分析在所考虑的场景中的两种用户的干扰，然后吞吐量。通过该框架获得的结果表明，使能D2 D通信确实提高了每用户吞吐量，并且适当的保护区可以进一步显著提高两种用户的平均吞吐量。由于我们的模型的易处理性，最佳的保护区，这是在我们的计划中的关键参数，可以有效地通过找到的吞吐量表达式的一阶导数的根。通过大量的数值分析，我们展示了系统的见解，并在系统设计方面给出了一些指导。
2014-08-20 cs.IT cs.NI math.IT
Data Offloading in Load Coupled Networks: A Utility Maximization Framework
我们提供了一个通用框架的异构无线网络中的数据卸载的问题，其中一些蜂窝用户的需求是由一个互补的网络。互补网络是与蜂窝网络共享相同资源的小小区网络，或者是使用正交资源的WiFi网络。对于在蜂窝网络中服务的给定需求，由于彼此看到的干扰的相互耦合，每个小区的负载或资源使用水平以非线性方式取决于其他小区的负载。通过负载耦合，我们优化了蜂窝网络或互补网络中的服务需求，以最大化效用函数。我们考虑三个代表性的效用函数，平衡，在不同程度上，从服务用户的收入与用户公平。我们建立的条件，优化问题有一个可行的解决方案，是凸的，因此易于数值计算。最后，我们提出了一个战略，理论上的理由，以限制负载的一些最大值，实际实施所需的。数值研究进行了欠载和过载网络。
2013-12-25 cs.IT cs.NI math.IT
Mobility-Aware Modeling and Analysis of Dense Cellular Networks with C-plane/U-plane Split Architecture
移动用户数量及其流量需求的持续增长促使蜂窝网络运营商增加其网络基础设施的密度。网络致密化缩小了基站（BS）的覆盖区，并减少了与每个BS相关联的用户数量，从而提高了空间频率重用和频谱效率，并因此提高了网络容量。然而，致密化增益是以更高的切换速率和网络控制开销为代价的。因此，用户的移动性可能会减少或甚至使预见的致密化增益无效。在此上下文中，提出了分离控制平面（C平面）和用户平面（U平面）作为在切换速率和网络控制开销方面以降低的成本收获致密化增益的潜在解决方案。在这篇文章中，我们使用随机几何开发一个易于处理的移动性感知模型的两层下行链路蜂窝网络与超密集的小小区和C平面/U平面分裂架构。开发的模型，然后用于量化的流动性的影响，可预见的致密化增益与和没有C-平面/U-平面分裂。为此，我们揭示了在密集的蜂窝环境中的切换问题，显示的情况下，网络无法支持某些移动配置文件，并获得网络设计的见解。
2016-07-21 cs.IT math.IT
Analytical Coverage Probability of a Typical User In Heterogeneous Cellular Networks
在泊松点过程（Poisson Point Process，PPP）网络模型中，基站（Base Station，BS）的位置按照空间泊松过程（Spatial Poisson Process，SPSP）随机分布，近年来已被用作下行异构蜂窝网络（HCN）性能分析的一种易处理的随机模型。HCN被建模为多层蜂窝网络，其中每层的特征在于由传输功率电平、传播路径损耗指数和BS密度。当前的HCN使能小区间干扰协调（ICIC）技术的工作通常在瑞利衰落信道中处理具有$Δ=1$的重用因子的严格频率重用（FR）或软FR。已经假设所有基站（BS）连续发送，这导致用户和RB的数量对网络性能的影响减少。本文研究了在瑞利-对数正态衰落信道中，复用因子为$Δ>1$的软FR的性能。针对循环调度和指示符功能，提出了用户和资源块（RB）的数量对小区间干扰（ICI）的影响。结果表明，小区中心用户（CCU）和小区边缘用户（CEU）的覆盖概率变化趋势相反。
2016-06-20 cs.IT math.IT
Spectral and Energy Efficiency Trade-Offs in Cellular Networks
本文提出了一种简单而有效的方法来研究频谱和能量效率（SE-EE）的权衡蜂窝网络中，一个问题，吸引了显着最近的兴趣在无线社区。所提出的理论框架是基于最佳的无线电资源分配的发射功率和带宽的下行链路方向，适用于正交蜂窝网络。分析最初集中在一个单一的小区的情况下，除了解决主要的SE-EE优化问题，它被证明是一个流量再分配方案，也可以通过作为一种方式来简化这种方法。通过利用这一有趣的结果，随着随机几何的属性，这项工作被扩展到一个更具挑战性的多小区环境中，干扰被证明发挥重要作用，并为此原因，几个干扰减少技术进行了研究。特别注意的情况下，低的信号噪声比（SNR）和一种方法来评估在这个政权的上限EE。这种方法导致在某些常见的信道特性下的易处理的分析结果，从而允许各种模型的研究，而不需要苛刻的系统级仿真。
2015-11-08 cs.IT math.IT
The Stochastic Geometry Analyses of Cellular Networks with α-Stable Self-Similarity
了解基站的空间部署是分析蜂窝网络性能和设计高效网络协议的第一步。泊松点过程（Poisson point process，PPP）在随机几何分析中被广泛应用于描述基站的部署情况，但在齐次PPP（homogeneous PPP，HPPP）模型中通常假设基站的部署密度为静态，在非齐次PPP（in-homogeneous PPP，IPPP）模型中通常假设基站的部署密度为位置相关的密度函数。然而，在实际部署在大规模区域中的BS之间同时存在吸引力和排斥力违背了这样的假设，并且$α$稳定分布（一种重尾分布）最近已经证明了对不同区域中变化的BS密度进行统计建模的优越精度。在本文中，我们从这些新的发现开始，并研究其内在特征（即，空间自相似性）。之后，我们参考了一个广义的PPP设置与$α$ -稳定的分布密度，并从理论上推导出相关的覆盖概率。特别是，我们给出了高信号干扰噪声比（SINR）阈值的推导出的覆盖概率的上限，并示出了这个界的单调递减属性相对于BS密度的方差。此外，我们证明了我们的模型可以减少到单层HPPP的一些特殊情况下，并证明了优越的精度的$α$稳定模型，以接近真实的环境。
2018-11-19 cs.IT cs.NI math.IT
Downlink Coordinated Multi-Point with Overhead Modeling in Heterogeneous Cellular Networks
协作多点（CoMP）通信对于异构蜂窝网络（HCN）来说是有吸引力的，以减少干扰。然而，先前的CoMP方法在HCN中面临两个主要障碍。首先，它们通常忽略小区间开销消息传递延迟，尽管它导致不可降低的性能界限。其次，他们考虑了基站位置的网格或Wyner模型，这不适合于众多且随机的HCN BS位置。即使对于没有重叠的小小区的常规宏小区网络，SINR结果在网格模型中也不容易处理，在Wyner模型中也不准确。为了克服这些障碍，我们开发了一种新的分析框架，其中包括开销延迟的影响，在HCN的CoMP评估。该框架可用于一类没有用户数据共享的CoMP方案。作为一个例子，我们将其应用到下行链路CoMP迫零波束成形（ZFBF），并看到显着的分歧从以前的工作。例如，我们表明，CoMP ZFBF不增加吞吐量时，开销信道延迟大于60%的信道相干时间。我们还发现，在大多数情况下，仅与一个其他小区协调几乎是下行链路CoMP ZFBF的最佳选择。
2012-10-19 cs.IT math.IT
Harvesting Full-Duplex Rate Gains in Cellular Networks with Half-Duplex User Terminals
全双工（FD）收发器在所有用户终端中实现的复杂度、功耗和价格方面可能是昂贵的。因此，需要利用与FD基站（BS）和半双工（HD）用户设备（UE）的带内全双工通信的技术。在这种情况下，最近已经提出了3节点拓扑（3NT），用于FD BS与同一小区内的HD终端重用上行链路（UL）和下行链路（DL）信道。在本文中，我们提出了一个易于处理的数学框架，基于随机几何，蜂窝网络中的3NT。为此，我们提出了一个设计范例，通过脉冲整形和UL和DL信道之间的部分重叠，以最大限度地提高收获的速率增益在3NT。结果表明，3NT实现了与具有FD BS和FD UE的网络（由2节点拓扑（2NT）网络表示）接近的性能。当3NT与具有有效自干扰消除（SIC）的2NT相比时，报告最大5个$\%$速率损失。如果2NT中的SIC不是有效的，则3NT大大优于2NT。因此，我们得出结论，不管UE的调度方案如何，具有FD BS来收获FD速率增益就足够了。
2016-02-28 cs.IT math.IT
Power Allocation in Multi-User Cellular Networks: Deep Reinforcement Learning Approaches
基于模型的功率分配算法已经研究了几十年，但它要求数学模型是可解析的，并且通常具有较高的计算复杂性。近年来，数据驱动的无模型机器学习方法得到了快速发展，以获得接近最优的性能和可承受的计算复杂性，深度强化学习（DRL）被认为是未来智能网络的巨大潜力。在本文中，DRL方法被认为是在多用户无线通信蜂窝网络的功率控制。在考虑跨单元协作、离线/在线集中训练和分布式执行的基础上，对基于DRL的顶层设计进行了数学分析。在此基础上进一步发展了具体的DRL设计，提出了基于策略的REINFORCE、基于值的深度Q学习（DQL）、行动者-批评者深度确定性策略梯度（DDPG）算法。仿真结果表明，所提出的数据驱动的方法优于最先进的基于模型的方法的和速率性能，具有良好的泛化能力和更快的处理速度。此外，建议DDPG优于REINFORCE和DQL的总和速率性能和鲁棒性方面，并可以纳入现有的资源分配计划，由于其通用性。
2019-01-22 cs.IT math.IT
Spatial modeling and analysis of cellular networks using the Ginibre point process: A tutorial
空间随机模型在无线通信网络性能分析中得到了广泛的应用。这是由于无线网络的性能取决于无线节点的空间配置，并且实际无线网络中节点位置的不规则性可以通过空间点过程来捕获。在无线网络空间随机模型的研究中，大多数都采用齐次泊松点过程作为无线节点位置的模型。虽然这种采用使得模型在分析上易于处理，但它假设无线节点彼此独立地定位，并且忽略它们的空间相关性。最近，作者提出了采用Ginibre点过程-一个决定性的点过程-作为蜂窝网络中基站（BS）的部署模型。决定点过程是一类排斥点过程，由于其数学上有趣的性质和有效的模拟方法而受到人们的关注。在本教程中，我们将简要介绍作为蜂窝网络中BS部署模型的Ginibre点过程及其变体$α$ -Ginibre点过程，并展示有关使用$α$ -Ginibre部署BS的蜂窝网络模型性能分析的一些现有结果。作者希望读者能用这种点过程作为分析未来蜂窝网络中出现的各种问题的工具。
2016-06-09 cs.IT math.IT math.PR
Spectrum Sharing for Device-to-Device Communication in Cellular Networks
本文解决了设备到设备（D2 D）增强型蜂窝网络中的两个基本且相互关联的问题。第一个问题是D2 D用户应该如何接入频谱，并且我们考虑两个选择：覆盖（D2 D和蜂窝UE之间的正交频谱）和非正交（non-orthogonal）。第二个问题是D2 D用户应该如何在直接通信或经由基站通信之间进行选择，该选择取决于潜在的D2 D发射机和接收机之间的距离。我们提出了一个易于处理的混合网络模型，其中移动台的位置由随机空间泊松点过程建模，我们提出了一个通用的分析方法，允许一个统一的性能评估这些问题。然后，我们推导出解析的速率表达式，并将其应用于在加权比例公平效用函数下优化两个D2 D频谱共享场景。我们发现，随着潜在的D2 D移动台的比例增加，覆盖中的最佳频谱划分几乎是不变的（当D2 D模式选择阈值较大时），而覆盖中的最佳频谱接入因子减小。此外，从覆盖范围的角度来看，我们揭示了频谱接入因子和D2 D模式选择阈值之间的折衷：随着更多的D2 D链路被允许（由于更宽松的模式选择阈值），网络实际上应该使更少的频谱可用于它们以限制它们的干扰。
2014-09-23 cs.IT math.IT
Energy Efficiency Analysis of Heterogeneous Cellular Networks With Extra Cell Range Expansion
分离的控制和用户平面是未来异构蜂窝网络（HCN）的关键，其中小小区专用于大部分数据传输，而宏小区主要负责控制信令。适应于这种技术，我们提出了一个通用的和易于处理的额外的小区范围扩展（CRE）的框架，通过引入一个额外的偏置因子，以扩大小小区的范围灵活的额外卸载的宏用户在两层HCN，其中的宏小区和小小区用户有不同的所需的数据率。利用随机几何的方法，分析了联合低功率传输和资源划分的额外CRE的能量效率（EE），其中EE的覆盖范围和数据率从理论上制定。数值模拟验证了所提出的额外CRE可以改善HCN的EE性能，并且还表明部署更多的小小区可以为EE覆盖提供益处，但是如果小小区密度超过阈值，则EE改善变得饱和。本文的研究不仅可以为未来网络的实际设计提供参考，而且可以为HCN网络的流量分流提供指导。
2018-01-05 cs.IT math.IT
Heterogeneous Cellular Networks with Spatio-Temporal Traffic: Delay Analysis and Scheduling
新类型服务的出现已经导致第五代（5G）无线网络中的各种业务和不同延迟要求。满足不同的延迟要求是5G无线网络设计的最关键目标之一。虽然点对点通信的延迟已经得到了很好的研究，但多点到多点通信的延迟尚未得到深入研究，因为它是网络中所有链路的复杂函数。在这项工作中，我们提出了一种新的易于处理的方法来分析在异构蜂窝网络的时空随机到达的流量的延迟。具体来说，我们提出了\emph{delay outage}的概念，并评估了不同的调度策略对延迟性能的影响。我们的数值分析表明，卸载策略的基础上的小区范围扩大，大大减少了宏小区的业务，而带来的微微小区业务量的少量增长。我们的研究结果还表明，轮询调度的延迟性能优于先进先出调度的高流量，它是相反的轻流量。总之，该分析框架为延迟要求日益成为关键问题的5G系统的实际部署提供了理解和经验法则。
2017-03-24 cs.IT math.IT
Average Rate of Downlink Heterogeneous Cellular Networks over Generalized Fading Channels - A Stochastic Geometry Approach
本文介绍了一种计算下行异构蜂窝网络平均速率的分析框架。该框架利用最近的应用随机几何其他小区干扰建模和分析。异构蜂窝网络被建模为具有不同发射功率、密度、路径损耗指数、衰落参数和分布的多层基站（BS）的叠加，并且为了灵活的层关联而具有不等偏置。一个长期的平均最大偏置接收功率层关联被认为是。BS在每层中的位置被建模为独立的泊松点过程（PPP）的点。在这些假设下，我们引入了一种新的分析方法来评估的平均速率，它避免了覆盖概率（Pcov）的计算，只需要在探测移动终端的聚合干扰的矩生成函数（MGF）。我们的分析方法的区别在于提供了一个易于处理的和数值上有效的框架，适用于一般的衰落分布，包括复合衰落信道的小规模和中等规模的波动。此外，我们的方法可以有效地处理相关的对数正态阴影，而计算复杂性的增加很少。所提出的基于MGF的方法需要计算单个或两个数值积分，从而降低了基于Pcov的框架的复杂性，对于一般的衰落分布，这需要计算四重积分。
2013-04-22 cs.IT math.IT
Energy Efficiency and Sum Rate when Massive MIMO meets Device-to-Device Communication
本文考虑被称为设备到设备（D2D）通信的短距离通信的场景，其中D2D用户重用蜂窝网络的下行链路资源以直接向其对应的接收器进行发送。此外，在基站（BS）处使用多个天线以便使用多用户或大规模MIMO同时支持多个蜂窝用户。网络模型考虑固定数量的蜂窝用户，并且D2D用户根据齐次泊松点过程（PPP）分布。研究了两个度量，即平均和率（ASR）和能源效率（EE）。我们推导出易于处理的表达式，并研究了ASR和EE之间的权衡作为BS天线的数量和D2D用户的密度的函数对于一个给定的覆盖区域。
2015-05-07 cs.IT math.IT
In-Band $α$-Duplex Scheme for Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
带内全双工（FD）通信已得到乐观推广，以提高频谱利用率和效率。然而，由于施加的上行链路/下行链路干扰，FD通信向蜂窝网络域的渗透是具有挑战性的。本文提出了一个易于处理的框架，随机几何的基础上，研究在蜂窝网络中的FD通信。特别是，我们评估FD通信对网络性能的影响，并量化相关的收益。该研究证明了上行链路对下行链路干扰的脆弱性，并表明在下行链路中收获的改进的FD速率增益（高达$97\%$）是以上行链路速率的显著降级（高达$94\%$）为代价的。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。我们推导出所需的条件收获率增益的$α$双工计划，并显示其优越性的FD和半双工（HD）计划。特别是，我们表明，$α$双工方案提供了一个同时改善$28\%$的下行链路速率和$56\%$的上行链路速率。最后，我们表明，重叠量可以优化的基础上的网络设计目标。
2016-07-11 cs.IT math.IT stat.AP
System-Level Modeling and Optimization of the Energy Efficiency in Cellular Networks -- A Stochastic Geometry Framework
在本文中，我们分析和优化下行蜂窝网络的能量效率。借助随机几何的工具，我们引入了一个新的封闭形式的解析表达式的潜在的频谱效率（位/秒/米$^2$）。在数据传输的干扰限制制度，不像目前可用的数学框架，所提出的分析公式取决于基站的发射功率和部署密度。这是通过概括覆盖概率的定义并且通过不仅在信息数据的解码期间而且在小区关联阶段期间考虑接收器的灵敏度来获得的。基于新的潜在频谱效率公式，能量效率（比特/焦耳）给出了一个易于处理的封闭形式的公式。一个优化问题制定和全面研究。特别地，在数学上证明了，在给定基站密度的情况下，能量效率在发射功率中是单峰且严格伪凹函数，并且在给定发射功率的情况下，能量效率在基站密度中是单峰且严格伪凹函数。因此，在这些假设下，存在使能量效率最大化的基站的唯一发射功率和密度。数值结果示出，以确认所获得的研究结果，并证明所提出的框架，从能源效率的角度优化蜂窝网络的网络规划和部署的有用性。
2018-01-23 cs.IT math.IT
Beyond 5G with UAVs: Foundations of a 3D Wireless Cellular Network
在本文中，三维（3D）蜂窝网络，集成无人机基站（drone-BS）和蜂窝连接的无人机用户（drone-UE）的一个新的概念，介绍。对于这种新的3D蜂窝架构，提出了用于无人机BS的网络规划以及无人机UE的延迟最小小区关联的新框架。对于网络规划，提出了一种基于截顶八面体形状的概念的用于无人机BS的部署的易处理方法，该方法以最少数量的无人机BS确保给定空间的完全覆盖。此外，在这样的3D无线网络的频率规划的特点，一个可行的整数频率复用因子的解析表达式推导。随后，开发了最佳3D小区关联方案，考虑到传输、计算和回程延迟，无人机UE的延迟被最小化。为此，首先，使用核密度估计方法估计无人机UE的空间分布，并且使用交叉验证方法获得估计器的参数。然后，根据无人机-UE的空间分布和无人机-BS的位置，通过利用来自最优传输理论的工具来导出用于无人机-UE的延迟最小的3D小区关联。仿真结果表明，所提出的方法相比，使用信号与干扰加噪声比（SINR）标准的经典小区关联方法减少了无人机UE的延迟。特别是，所提出的方法产生了高达46%的平均延迟相比，基于SINR的关联减少。结果还表明，所提出的延迟最优小区关联提高了无人机的3D无线蜂窝网络的频谱效率。
2018-11-02 cs.IT math.IT
