Cost-Aware Green Cellular Networks with Energy and Communication Cooperation
蜂窝网络的能量成本不断增加以匹配无线数据业务的激增，并且节省该成本对于降低未来无线运营商的运营支出（OPEX）是重要的。可再生能源集成和智能电网中能量双向流动的最新进展为节省成本提供了潜在的新解决方案。然而，它们也带来了挑战，特别是如何使用在蜂窝基站（BS）收集的随机和空间分布的可再生能源，以可靠地提供时间和空间变化的无线流量通过蜂窝网络。为了克服这些挑战，在这篇文章中，我们提出了三种方法，即，{ \emph{energy cooperation, communication cooperation, and joint energy and communication cooperation} }，其中不同的BS通过智能电网中的聚合器双向交易或共享能量，和/或共享无线资源并相互转移负载以降低总能量成本。
2014-11-15 cs.IT math.IT
Integrated Sensing, Computation and Communication in B5G Cellular Internet of Things
在本文中，我们研究了第五代（B5G）蜂窝物联网（IoT）网络中的集成传感，计算和通信（SCC）问题。针对B5G蜂窝物联网的特点，提出了一种融合SCC的大规模物联网综合设计框架。对于感测，通过使用无线多址信道上的非正交通信将IoT设备处的高度准确的感测信息发送到基站（BS）。同时，在计算方面，采用了一种新的技术，即空中计算（AirComp），通过利用无线多址信道的叠加特性，大大减少了大量数据聚合的延迟。为了协调同频干扰以提高集成SCC的B5G蜂窝物联网的整体性能，分别从计算误差最小化和加权和速率最大化的角度提出了两种联合波束成形设计算法。最后，大量的仿真结果验证了所提出的算法对B5G蜂窝物联网的有效性。
2020-09-16 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Full-Duplex Cellular Networks with Reconfigurable Antennas at Base Station
考虑全双工（FD）蜂窝网络，其中FD基站（BS）同时支持一组半双工（HD）下行链路（DL）用户和一组HD上行链路（UL）用户。基站的发射机和接收机配备了可重构天线，每个天线都可以从多种预设模式中选择其发射或接收模式。在基站FD操作无自干扰的假设下，研究了发送侧无信道状态信息（CSIT）和部分CSIT情况下FD蜂窝网络的和自由度（DoF）。特别地，针对无CSIT模型完全表征和DoF，并且针对部分CSIT模型建立可实现的和DoF，这改进了常规HD蜂窝网络的和DoF。对于无CSIT和部分CSIT模型，结果表明，随着DL和UL用户数量以及预设模式的增加，即使在存在用户间干扰的情况下，具有可重构天线的FD BS也可以使总和DoF加倍。它进一步表明，这样的自由度的改善确实产生在有限的和操作的信噪比制度的和速率的改善。
2016-11-15 cs.IT math.IT
Non-Coherent Joint Transmission in Poisson Cellular Networks Under Pilot Contamination
本文研究了下行链路蜂窝网络的性能与非相干联合（多点）传输和实际的信道估计。在随机几何框架下，空间平均信噪比（SNR）的特点，考虑到由于导频污染的信道估计误差的影响。在导频序列随机生成、信道和接入点位置先验信息最小的假设下，得到了一个简单、易于计算的信噪比表达式。该SNR表达式允许关键系统设计参数（诸如协作AP的数量和训练开销）的有效联合优化。除其他外，它示出，多点传输是优选的，在某些操作条件下，传统的（非合作）蜂窝操作。此外，分析见解获得有关（a）所需的最小训练开销，以实现一个给定的SNR降级相比，完美的信道估计的情况下，和（b）的最佳数量的合作AP时，可以提供任意大的训练开销。对于后者，特别是，相变现象被识别，其中协作AP的最佳数量是有限的或无限的，这分别取决于路径损耗因子是小于还是等于某个值。
2019-07-01 cs.IT math.IT
A Unified Asymptotic Analysis of Area Spectral Efficiency in Ultradense Cellular Networks
本文研究了在基站和用户密度都很密集的情况下，蜂窝网下行链路的平均面积频谱效率（ASE）的渐近性质。这种渐近分析依赖于三个假设：（1）干扰被视为噪声;（2）BS位置是从泊松点过程中得出的;（3）路径损失函数是有界的，满足温和的正则性条件。我们考虑平均ASE的三种可能定义，所有这些定义都给出了每单位面积每单位带宽每秒比特的单位。当没有约束的最小操作信号干扰噪声比（SINR）和瞬时全信道状态信息（CSI）是在发射机上可用的，平均ASE饱和到一个常数，我们推导出一个封闭的形式。对于其他两个ASE定义，其中强制执行最小SINR或CSI不可用，平均ASE反而被示出为在高BS密度下崩溃为零。我们提供了几个熟悉的案例研究所考虑的路径损耗模型的类，并证明我们的研究结果涵盖了大多数以前的模型和超密集网络的特殊情况下的结果。
2018-04-11 cs.IT math.IT
Hybrid RF and Digital Beamformer for Cellular Networks: Algorithms, Microwave Architectures and Measurements
现代无线通信网络，特别是蜂窝网络，利用多个天线来提高容量和信号覆盖。在这些系统中，通常有源收发器连接到每个天线。然而，收发器和天线之间的这种一对一映射将显著增加大型相控天线阵列系统的成本和复杂性。在本文中，首先，我们提出了一个\emph{partially adaptive}波束形成器架构，其中减少了数量的收发器与数字波束形成器（DBF）连接到增加数量的天线通过RF波束形成网络（RFBN）。然后，基于所提出的架构，我们提出了一种方法来获得所需的宏小区和小小区基站，分别收发器的最小数量。随后，为了实现最佳的波束图与给定的蜂窝标准的要求和RF操作的限制，我们提出了有效的算法，共同设计DBF和RFBN。从所提出的算法开始，我们指定通用微波RFBN的最佳宏小区和小小区网络。为了验证所提出的方法，我们比较的RFBN使用模拟和暗室测量的性能。实验测量结果证实了所提出的混合DBF-RFBN概念的鲁棒性和性能，最终确保理论上的多天线容量和覆盖范围以一点增量成本实现。
2015-10-09 cs.IT math.IT
HAPS as a Hypercell: Enabling Coverage and Capacity Carrier Shutdown in Cellular Networks
Universitat Politècnica de València (UPV)（瓦伦西亚理工大学）；Huawei Technologies（华为技术有限公司）
研究蜂窝网络能耗挑战，提出将HAPS作为超级小区实现节能运营。开发3GPP合规系统模型及配对架构，结果显示能降功耗，还明确直接集成HAPS的关键限制，为未来优化和下一代CS运营提供见解。
2026-08-26 cs.IT math.IT
Graph Attention Network for Optimal User Association in Wireless Networks
Dell Technologies Inc.（戴尔技术公司）
针对5G网络能耗问题，提出基于图注意力网络的用户关联优化方法，通过图形抽象确定小区关闭时机以提升网络节能效果，优于传统方案。
2025-05-22 cs.IT cs.LG cs.NI
Joint Energy and Spectrum Cooperation for Cellular Communication Systems
蜂窝通信系统由可再生能源供电，通常随着时间的推移具有不同的无线流量负载和可用资源。为了匹配它们的业务，当一个系统在一个资源中过多时（例如，频谱），而另一个在另一个中是足够的（例如，能源）。在本文中，我们提出了一个联合能源和频谱合作计划之间的不同蜂窝系统，以减少其运营成本。当两个系统在本质上完全合作时（例如，属于同一个实体），我们将合作问题转化为凸优化问题，以最小化它们的加权和成本，并获得封闭形式的最优解。我们还研究了另一个部分合作的情况下，两个系统有自己的利益。我们表明，这两个系统寻求部分合作，只要他们找到系统间的能源和频谱资源之间的互补性。在部分合作的条件下，我们提出了一个分布式算法，使两个系统的成本逐渐，同时减少从非合作的基准到帕累托最优。这种分布式算法还具有成比例的公平成本降低，通过减少每个系统的成本成比例的迭代。最后，我们提供了数值结果来验证分布式算法的帕累托最优的收敛性和比较集中式和分布式的成本降低方法，完全和部分合作的情况下。
2014-08-25 cs.IT 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
The Impact of Antenna Height Difference on the Performance of Downlink Cellular Networks
能够显着减少小区的大小和提高空间复用，网络致密化被证明是最主要的方法来扩大网络容量之一。然而，由于可用频谱资源的稀缺性，网络基础设施的过度部署，蜂窝基站（BS）也会加强小区间干扰，从而反过来恶化系统性能。在这个帐户上，我们调查的下行链路蜂窝网络的用户覆盖概率（CP）和网络空间吞吐量（ST）方面的性能，旨在阐明网络致密化的限制。值得注意的是，它表明，CP和ST将退化，甚至减少到零时，BS密度是足够大的，提供的实际天线高度差（AHD）BS和用户之间的参与来表征路径损耗。此外，研究结果还表明，网络ST的增加是以CP的退化为代价的。因此，为了平衡用户和网络性能之间的权衡，我们进一步研究了临界密度，在该密度下，ST可以在CP约束下最大化。通过一个特殊的案例研究，得出临界密度与AHD的平方成反比。本文的研究结果对网络密集化在下一代无线网络中的应用具有一定的指导意义。
2017-07-03 cs.IT math.IT
Physical Layer Security Enhancement Using Artificial Noise in Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) Networks
蜂窝车联网（C-V2X）通信网络中机密信息的安全传输对于用户的人身安全至关重要。然而，对于C-V2X，关于物理层安全性（PLS）的研究并不多。由于人工噪声（AN）和安全波束成形是蜂窝通信中流行的PLS技术，因此在本文中，我们研究了这些PLS技术用于增强C-V2X网络安全性的潜力。特别地，利用随机几何，我们研究了AN辅助的C-V2X网络的PLS，其中合法车辆节点、恶意车辆节点和路边单元（RSU）的位置由共同泊松线过程（PLP）驱动的Cox过程建模，并且蜂窝基站（BS）的位置由二维（2D）泊松点过程（PPP）建模。基于最大信干比（SIR）的关联方案，我们计算了网络的覆盖概率。我们还推导出的保密概率的界限，这是通过仿真结果进行验证。此外，我们得到了一个分析结果的有效保密吞吐量表征窃听信道的可靠性和安全性。仿真结果验证了分析结果，并提供了有趣的见解网络参数的影响，可实现的保密性能。仿真结果表明，较大的阵列天线可以提供更好的安全传输策略的鲁棒性，并且机密信息和AN之间的最优功率分配比对于不同的天线数几乎保持不变。
2020-09-30 cs.IT math.IT
Joint Caching, Routing, and Channel Assignment for Collaborative Small-Cell Cellular Networks
我们认为联合缓存，路由和信道分配的视频传输在未来互联网的协调小细胞蜂窝系统。我们制定的问题，最大限度地提高系统的吞吐量作为一个线性规划的变量的数量是非常大的。为了解决信道干扰，我们的配方结合了冲突图，当无线链路相互干扰，由于同时传输。我们利用列生成的方法来解决这个问题，将其分解成一个限制主子问题，涉及一个选择子集的变量和一个集合的定价子问题，选择新的变量引入到限制主子问题，如果这导致一个更好的目标函数值。为了进一步控制列生成优化的复杂性，由于从冲突图中产生的独立集的指数数量，我们引入了一种近似算法，该算法以低得多的复杂性计算$ε$内的最优解。我们的框架展示了相当大的收益，在平均传输速率的视频数据可以交付给用户，在国家的最先进的Femtocaching系统，高达46%。系统性能的这些操作增益映射到视频应用质量的类似增益，从而显著增强了用户体验。
2016-05-30 cs.IT cs.NI math.IT
Dynamic Interference Steering in Heterogeneous Cellular Networks
随着各种无线通信技术的发展，干扰已经成为网络性能的关键障碍，因此使得有效的干扰管理（IM）对于适应具有各种服务的快速增加的用户数量至关重要。虽然迄今为止已经提出了许多IM计划，但没有一个是免费的。因此，重要的是通过使其操作参数适应于各种网络部署和动态信道条件来平衡每个所采用的IM方案所带来的益处和成本。我们提出了一种新的IM计划，称为动态干扰转向（DIS），通过认识到的事实，干扰不仅可以被抑制或减轻，但也转向在一个特定的方向。具体地，DIS利用信道状态信息（CSI）和包含在干扰信号中的数据来生成修改原始干扰的空间特征的信号，以部分或完全消除在受害者接收机处出现的干扰。通过智能地确定引导信号的强度，DIS可以将干扰引导到最佳方向，以平衡用于IS的发射机功率和所需信号的传输。仿真结果表明，DIS能够更好地利用发射功率，从而有效地提高用户的频谱效率。
2017-12-30 cs.IT math.IT
Pushing the Limits of LTE: A Survey on Research Enhancing the Standard
蜂窝网络是当今通信基础设施的重要组成部分。对更高数据速率的不断增长的需求要求研究人员和行业/标准化专家之间的密切合作，这在实践中几乎不存在。在这篇文章中，我们给出了一个关于我们努力弥合这一差距的概述。我们的研究团队为3GPP LTE提供了一个符合标准的开源仿真平台，可以在定义明确的环境中进行可重复的研究。我们证明，在现实世界标准的限制框架下进行许多创新研究仍然是可能的，有时甚至是鼓励的。通过我们研究工作的示例，我们调查了典型实际条件下几个重要研究领域的潜力。
2013-06-11 cs.IT math.IT
A Hybrid Energy Sharing Framework for Green Cellular Networks
移动运营商越来越多地转向可再生能源（RE）作为使用传统电力的替代方案，以减少运营支出和碳足迹。由于每个基站（BS）处的RE生成和移动业务的随机性，能量的过剩或不足可能在任何给定时间发生。为了增加能量的自依赖性并最小化网络的能量成本，运营商需要有效地利用跨所有BS生成的RE。在本文中，提出了一种混合的蜂窝网络的能量共享框架，其中使用的物理电力线和能量交易与其他BS使用智能电网的组合。基于平均和完全统计的净RE可用的BS之间的物理电力线部署的算法，开发。之后，制定了一个能源管理框架，以最佳地确定要采购的电力和可再生能源的数量和交换BS之间，分别，同时考虑电池容量和实时能源定价。三种情况下，RE生成是未知的，完全已知的，部分提前知道。结果调查时变能源管理的BS和表现出相当大的减少平均能源成本由于混合能源共享计划。
2016-12-05 cs.CG cs.IT cs.NI
Combined shared/dedicated resource allocation for Device-to-Device Communication
设备到设备（D2 D）通信是增强当代蜂窝网络的频谱效率和网络吞吐量的有效技术。通常，利用D2 D的用户重用与通过基站通信的普通蜂窝用户（CUE）相同的无线电资源。这种模式称为共享模式。另一个选项是在所谓的专用模式中专门为D2 D用户专用特定量的资源。在本文中，我们提出了新的组合共享/专用资源分配方案，使D2 D用户同时利用两种模式下的无线电资源。为此，我们提出了一个基于图论的有效的资源分配的框架。在该框架内，导出蜂窝用户与D2 D用户之间以及各个D2 D用户之间的邻域关系以形成图。然后，将图分解为子图以识别可以被其他用户重用的资源，使得D2 D用户的容量最大化。结果表明，当与仅在共享或专用模式之间选择的方案相比时，总和D2 D容量从1.67倍增加到2.5倍（取决于D2 D用户的密度）。
2017-11-06 cs.IT math.IT
Capacity Limits of Full-Duplex Cellular Network
本文旨在描述具有全双工（FD）基站（BS）和半双工用户终端的无线蜂窝网络的容量限制，其中传送三个独立消息：从上行链路用户到BS的上行链路消息$m_1$，从BS到下行链路用户的下行链路消息$m_2$，以及从上行链路用户到下行链路用户的设备到设备（D2D）消息$m_3$。从信息理论的角度来看，整个网络可以被视为FD中继广播信道的概括，其中侧消息从中继发送到目的地。我们从一个更简单的情况开始，只涉及$(m_1,m_2)$的上行链路和下行链路传输，并提出了一个可实现的速率区域的基础上，使用BS作为FD中继，以促进在下行链路用户的干扰消除的新策略。我们还证明了一个新的逆，这是严格严格比割集界，并表征的容量区域的标量高斯FD网络没有D2D消息内的一个恒定的间隙。本文进一步研究了$(m_1,m_2,m_3)$同时通信的一般设置。为了说明D2D消息，我们将Marton的广播编码纳入到先前的方案中，以获得比文献中现有的可实现速率区域更大的可实现速率区域。我们还通过Genie改进了割集界，并表明通过使用两种简单的速率分裂方案之一，具有D2D消息的标量高斯FD网络的容量区域已经可以达到恒定间隙内。最后，一个推广的矢量高斯信道的情况进行了讨论。仿真结果证明了使用基站作为中继在提高FD蜂窝网络吞吐量方面的优势。
2020-12-08 cs.IT math.IT
Joint Transmission for Cellular Networks with Pinching Antennas: System Design and Analysis
本文针对蜂窝网络中基站与捏合天线（PAS）的联合传输问题，提出三种协作方案（SD、SCD、FCD）及最优波束成形设计，推导平均接收信噪比闭式表达式，并通过仿真验证协作部署能显著提升性能。
2025-06-21 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink Cell Association and Load Balancing for Joint Millimeter Wave-Microwave Cellular Networks
毫米波基站（mmW-BS）与传统微波基站（$μ$ W-BS）的集成是增强新兴5G网络的服务质量（QoS）的有前景的解决方案。然而，在mmW和$μ$ W频带上的信号传播特性的显著差异将需要认识到mmW和$μ$ W系统两者的新颖小区关联方案。在本文中，提出了一种新的小区关联框架，考虑阻塞概率和可实现的速率，以分配用户设备（UE）到毫米波基站或$μ$ W-BS。该问题被公式化为具有BS的最小配额约束的一对多匹配问题，其提供了在mmW和$μ$ W频带上平衡负载的有效方式。为了解决这个问题，提出了一个分布式算法，保证产生一个Pareto最优和双边稳定的解决方案。仿真结果表明，所提出的匹配与最小配额（MMQ）算法优于传统的最大RSSI和最大SINR的小区关联方案。另外，示出了所提出的MMQ算法可以有效地平衡与$μ$ W-BS和mmW-BS相关联的UE的数量，并且在平均和速率方面实现进一步的增益。
2016-07-07 cs.GT cs.IT math.IT
Extending LTE into the Unlicensed Spectrum: Technical Analysis of the Proposed Variants
长期演进（LTE）的商业成功和由此产生的移动数据需求的增长已经促使蜂窝网络运营商努力进行新的创新。已经提出了非授权频谱中的LTE以允许蜂窝网络运营商通过接入非授权5GHz频带来卸载其数据业务中的一些。目前，针对未授权频带中的LTE操作提出了三种变型，即LTE-U、授权频谱接入（LAA）和MulteFire。本文对这些变体进行了比较分析，并解释了世界不同地区对5 GHz频段的现行规定。我们提出的三个版本的技术细节，并分析他们的操作功能和共存能力，提供一个R\&D的角度，他们的部署和共存与遗留系统。
2017-09-13 cs.IT cs.NI math.IT
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
Multi-operator Network Sharing for Massive IoT
最近的研究预测，到2020年，将有多达500亿台物联网设备连接到互联网，这将使无线网络的容量变得紧张，而无线网络已经被高清晰度视频流和虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等数据饥渴的移动应用程序所超载。如何在物理有限的频谱中满足对大规模物联网设备和高速蜂窝服务的需求，而不显著增加运营和基础设施成本，是运营商面临的主要挑战之一。在本文中，我们介绍了一种新的多运营商网络共享框架，该框架支持物联网和高速蜂窝服务的共存。我们的框架是基于无线电接入网络（RAN）共享架构最近推出的3GPP作为一个有前途的解决方案，为运营商，以提高其资源利用率，降低系统的推出成本。我们评估我们提出的框架使用真正的基站位置数据收集在都柏林市从爱尔兰的两个主要运营商的性能。数值结果表明，与没有网络共享的情况相比，我们提出的框架几乎可以将可支持并与其他蜂窝服务共存的物联网设备总数增加一倍。
2020-01-25 cs.IT cs.NI eess.SP
