Path Loss and Directional Gain Measurements at 28 GHz for non-Line-of-Sight Coverage of Indoors with Corridors
高增益天线的充分覆盖是实现mm/cm波段可用带宽的全部承诺的关键。我们报告了28 GHz（1000个链接，990万个单独的功率测量，10个办公室，2栋建筑物），有/无视线（LOS）使用连续波信道探测器，10 o旋转喇叭，能够捕获全方位扫描每200 ms，在高达171 dB的路径损耗表征覆盖率为90%的置信水平。该环境有突出的走廊和房间，而不是最新的3GPP标准中的开放/混合办公室。在走廊中引导导致低得多的RMS方位角扩展（在走廊非LOS中为7度的中值，而在3GPP中为42度）和进入房间和拐角周围的更高的穿透损耗（30-32 dB，在20 m非LOS处比3GPP多12 dB的损耗）。在非LOS测量路径增益预测的模式扩散模型与3.9 dB RMS误差。散射使方位角增益在走廊中降低4 dB，在房间中降低7 dB，概率为90%。典型建筑中的链路模拟表明，每个走廊都需要一个接入点，以使用400 MHz带宽向50 m范围内的相邻房间提供1 Gbps速率。
2020-02-04 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Analysis of Normalized SNR-Based Scheduling in Downlink Cellular Networks
通过将基站和用户的位置建模为两个独立的Poison点过程，推导了下行蜂窝网络中基于归一化信噪比调度的覆盖概率和平均数据率.调度器选择具有由短期平均SNR归一化的最大瞬时SNR的用户。在归一化SNR调度中，当期望信号经历瑞利衰落时，覆盖概率由干扰的概率密度函数的一系列拉普拉斯变换给出。此外，封闭形式的表达的覆盖概率近似实现。结果表明，归一化SNR调度由于多用户分集增益而增加了覆盖概率。
2017-03-29 cs.IT math.IT
Stochastic Geometric Coverage Analysis in mmWave Cellular Networks with Realistic Channel and Antenna Radiation Models
毫米波（mmWave）频段将在5G无线系统中发挥重要作用。系统性能可以通过使用随机几何模型来评估，该随机几何模型满足期望信号传输中的方向性以及干扰，并且通过计算信号与干扰加噪声比（SINR）覆盖范围来评估。尽管如此，通过随机几何导出的现有覆盖表达式的正确性可能会受到质疑，因为不清楚它们是否捕获了详细的毫米波信道和天线特征的影响。在这项研究中，我们提出了一个信干噪比覆盖分析框架，其中包括现实的信道模型（从纽约大学）和天线元件辐射模式（各向同性/定向辐射）。我们首先介绍两个参数，对准增益和失调增益，与期望的信号波束和干扰信号波束，分别。通过对系统仿真结果的曲线拟合，给出了对准增益和失调增益的分布。这些增益的分布用于确定SINR的分布。我们比较得到的分析SINR覆盖范围与相应的SINR覆盖范围通过系统级仿真计算。结果表明，对准和未对准增益可以建模为指数分布的随机变量，具有最高的精度，并可以进一步近似为指数分布的随机变量，具有合理的精度。因此，预计这些近似值将分别用于评估超可靠和低延迟通信（URLLC）和演进移动宽带（eMBB）场景下的系统性能。
2019-01-24 cs.IT cs.NI math.IT
Downlink and Uplink Decoupling in Two-Tier Heterogeneous Networks with Multi-Antenna Base Stations
为了提高未来蜂窝网络的上行链路性能，最近已经示出了将下行链路（DL）和上行链路（UL）关联解耦的想法，以在覆盖和速率性能方面提供显著的增益。然而，所有的工作都仅限于SISO网络。因此，为了研究在多天线基站（BS）设置中由DL和UL解耦提供的增益，我们研究了由多天线BS和单天线用户设备（UE）组成的两层异构网络。我们使用最大比合并（MRC）作为一个线性接收机在BS和随机几何工具，我们推导出易于处理的信号干扰比（SIR）覆盖概率和速率覆盖概率的表达式。我们观察到，随着两层的波束成形增益的差异增加，由解耦关联提供的SIR覆盖概率方面的增益比非解耦关联降低。我们进一步观察到，当两层的天线数量不对称时，那么我们需要在解耦关联的顶部进一步偏向毫微微层，以平衡负载并获得最佳速率覆盖概率。
2017-02-06 cs.IT math.IT
Coverage and Rate Analysis of Super Wi-Fi Networks Using Stochastic Geometry
最近由联邦通信委员会（FCC）提出的允许未经许可使用电视空白（TVWS）信道的监管变化为设计有效利用该频谱的无线网络提供了新的机会。这些信道的有利传播特性及其广泛可用性（特别是在农村地区）使它们非常适合在人口稀少的地区提供宽带服务，在这些地区，经济因素阻碍了在许可频谱上部署此类服务。在这种情况下，本文探讨了在TVWS信道中运行的室外Wi-Fi类网络的部署，通常称为超级Wi-Fi网络。由于管理这些信道的未许可使用的法规允许（a）安装高达30 m的高度的固定设备并且以高达4 W EIRP的发射功率操作，以及（b）对于便携式设备以高达100 mW EIRP的发射功率操作，因此这样的网络可以提供比传统Wi-Fi网络更大的覆盖范围和更高的速率。然而，这些增益受制于从便携式设备（客户端）到固定设备（接入点（AP））的上行链路的可行性，因为与AP相比，对客户端的发射功率的限制更严格。本文利用随机几何的概念来研究这种网络的性能，具体关注（a）AP和客户端之间的发射功率不对称及其对上行链路可行性和覆盖范围的影响，以及（b）AP的高度和发射功率之间的相互作用，以确定网络吞吐量。这样的分析揭示了（a）即使当AP部署在30 m高度时，也获得不超过700 m的最大覆盖，以及（b）当速率优先于覆盖时，以超过1 W的发射功率操作AP仅在稀疏部署密度下是有益的。
2017-04-26 cs.IT math.IT
A Spherical Stochastic Geometry Framework for Patrol-Based HAPs Network: Coverage and Energy Efficiency Analysis
CEMSE division, KAUST（KAUST CEMSE部门）
本文提出球面随机几何框架，通过两种小圆环Cox过程模型分析高空平台巡逻网络的覆盖概率与能效，并推导出能量最优巡逻半径的解析条件。
2026-06-04 cs.IT 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
Directional Measurements in Urban Street Canyons from Macro Rooftop Sites at 28 GHz for 90% Outdoor Coverage
路径增益和有效的定向增益在城市峡谷中的方位角从实际的屋顶基站站点的特点是基于一个庞大的数据集的3000个链接在两个城市的12条街道上，超过21万个人的连续波功率测量在28 GHz的垂直极化天线。大的街道到街道的路径增益变化被发现，与中值街道路径增益变化超过30分贝，在类似的距离。屋顶边缘天线直接照射的街道覆盖范围被发现遭受相对于200 m处的自由空间11 dB的平均超额损耗，经验斜率截距拟合模型表示具有7.1 dB标准偏差的数据。如在宏蜂窝部署中常见的那样，将基础天线偏移到距离屋顶边缘5 m处，在100 m处引入了15 dB的额外平均损耗，但是该额外损耗随着距离而减小。拐角处的损失很好地模拟了衍射公式与经验获得的衍射系数。对于90%的数据，由于散射而导致的有效方位角增益退化被限制在2 dB，从而支持在城市街道峡谷中有效使用高增益天线。
2020-11-10 cs.IT eess.SP math.IT
Performance analysis of satellite-terrestrial integrated radio access networks based on stochastic geometry
针对星地一体化无线接入网覆盖性能缺乏理论分析的问题，本文基于随机几何推导同异频场景下的下行覆盖概率表达式，经仿真验证并分析了参数影响，为6G星地融合网络设计提供理论支撑。
2024-04-15 cs.IT eess.SP math.IT
User-Centric Interference Nulling in Downlink Multi-Antenna Heterogeneous Networks
在异构网络（HetNet）中，由于频谱重用而引起的强干扰影响每个用户的信号干扰比（SIR），并且因此是网络性能的一个限制因素。在本文中，我们提出了一个以用户为中心的干扰置零（IN）计划在下行链路的大规模HetNet，以提高覆盖/中断概率，通过提高每个用户的SIR。该IN方案在每个宏BS处最多利用最大IN自由度（DoF），以避免对信号与个体干扰比（SIIR）低于宏（微微）IN阈值的均匀选择的宏（微微）用户的干扰，其中最大IN DoF和两个IN阈值是三个设计参数。使用随机几何的工具，我们首先得到一个听话的表达的覆盖（相当于中断）概率。然后，我们分析了渐近覆盖/中断概率在低和高SIR阈值制度。分析结果表明，在低SIR门限条件下，最大IN DoF可以影响中断概率的阶数增益，而在高SIR门限条件下，最大IN DoF不能影响覆盖概率的阶数增益。此外，我们刻画了优化渐近覆盖/中断概率的最佳最大IN DoF。优化结果表明，在低信干比门限条件下，IN方案能线性提高中断概率，但在高信干比门限条件下，IN方案不能提高覆盖概率。最后，数值结果表明，该方案可以实现良好的增益，在覆盖/中断概率的最大比波束成形方案和以用户为中心的几乎空白子帧（ABS）计划。
2016-07-03 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
Stochastic Geometry-Based Analysis of Airborne Base Stations with Laser-powered UAVs
解决无人机飞行时间有限问题的最有前途的解决方案之一是通过部署在地面上的激光束导向器（LBD）发射的激光束为无人机提供动力。在这封信中，我们研究了激光驱动的无人机使能通信系统的性能，使用随机几何工具。我们首先推导出能量覆盖概率，它被定义为无人机接收到足够能量以确保成功操作（悬停和通信）的概率。我们的研究结果表明，为了确保能量覆盖，无人机和其专用LBD之间的距离必须低于一定的阈值，我们推导出一个表达式作为系统参数的函数。考虑到利用功率分裂技术在激光束中同时传输信息和能量，我们还推导了联合能量和信噪比覆盖概率。分析和模拟结果揭示了一些有趣的见解。例如，我们的结果表明，我们需要至少6个LBD/10 km^2，以确保在能量覆盖概率方面的可靠性能。
2019-10-17 cs.IT cs.NI math.IT
Backscatter Communications for the Internet of Things: A Stochastic Geometry Approach
受物联网（IoT）和无线功率传输（WPT）的最新进展的启发，我们研究了由功率信标（PB）和被动反向散射节点（BN）组成的网络架构。PB发射正弦连续波（CW），BN反射回该信号的一部分，同时收集剩余部分。BN从多个附近PB获取能量，并通过反向散射调制将其信息比特调制在复合CW上。由于双衰落信道，以及其对BN和PB的PPP的依赖性，该分析提出了真正的挑战。然而，在随机几何的帮助下，我们推导出的覆盖概率和网络的容量在易处理和易于计算的表达式，这取决于不同的系统参数。我们观察到，覆盖概率随着BN密度的增加而降低，而网络的容量提高。我们进一步比较了这个网络的性能与一个定期供电的网络，其中的BN有一个可靠的电源，并表明，对于一个非常高的密度的PB，前一个网络的覆盖概率接近定期供电的网络。
2018-04-17 cs.IT math.IT
On the Impact of Dynamic Beamforming on EMF Exposure and Network Coverage: A Stochastic Geometry Perspective
本文基于随机几何提出动态波束成形蜂窝网络分析框架，引入多余弦天线方向图和SCAIU指标，在保障活跃用户覆盖的同时限制空闲用户电磁暴露，并量化了天线阵元数量与距离的影响。
2024-08-23 cs.IT math.IT stat.AP
Optimized Frameless ALOHA for Cooperative Base Stations with Overlapped Coverage Areas
在这里，我们考虑的问题，在重叠的覆盖区域的存在下的合作多址接入。假设一个无帧ALOHA传输方案，我们推导出精确的解析吞吐量表达式的吞吐量在上述情况下作为系统的帧长度的函数，并为任意平均数的用户在每个时隙中发送（目标度）。在获得这些原始表达式之后，我们然后用公式表示效用函数，其最大化（例如，通过遗传算法）产生由每个组中的用户采用的不相等的和最优的目标度，以便最大化整个系统的峰值吞吐量，同时满足给定的规定中断。将所得到的协作多基站（BS）多址方案与优化的单BS无帧ALOHA系统（其假设每个BS处的用户的完美隔离以及所有用户的相等最优目标度）进行比较，表明总体吞吐量的显著增益，从而揭示了可以通过允许来自不同BS的用户组重叠来获得多址分集增益。
2018-08-19 cs.IT math.IT
Optimized Deployment of Millimeter Wave Networks for In-venue Regions with Stochastic Users' Orientation
毫米波（mmW）通信是用于提供大容量无线网络接入的有前景的解决方案。然而，mmW的益处受到以下事实的限制：由于诸如人体的障碍物对mmW链路的严重阻塞，mmW接入点与用户设备之间的信道可能随机改变。因此，mmW网络覆盖的一个主要挑战是实现接入点和移动设备之间的定向视线链路。在本文中，提出了一种新的框架，用于优化热点和场地内区域的毫米波网络覆盖，同时认识到网络用户的身体阻塞。在所研究的模型中，潜在的接入点和用户的位置被假定为预定义的参数，而用户的方向被假定为随机的。因此，联合随机接入点布局和波束转向问题受到随机用户的身体阻塞，在所需的网络覆盖约束。然后，一个贪心算法被引入到寻找一个近似解的联合部署和分配问题使用一个新的“大小约束加权集覆盖”的方法。解析推导出最优解与近似解之比的封闭表达式（由贪心算法得到）。所提出的算法模拟三个场地区域：会议室在弗吉尼亚理工大学的校友大会堂，机场大门，一个体育场足球的一边。仿真结果表明，为了保证不同的场馆区域的网络覆盖，贪心算法使用最多三个接入点（AP）相比，最优的解决方案。结果还表明，由于使用了额外的AP，贪心算法将产生比最佳AP最小化解决方案好11.7%的网络覆盖。
2019-06-06 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-cell NOMA: Coherent Reconfigurable Intelligent Surfaces Model With Stochastic Geometry
可重构智能表面（RISs）对于增强非正交多址（NOMA）系统，即，增强信道质量并改变SIC阶数。利用随机几何方法，研究了RIS辅助下的多小区NOMA网络的下行覆盖性能。我们首先推导出的RIS辅助信道模型，包括直接和反射链路。分析结果表明，RI辅助信道模型可以近似地建模为Gamma分布。此外，还分析了来自其他小区的干扰。最后，我们推导出封闭形式的覆盖概率表达式的配对NOMA用户。数值结果表明：1）尽管RI增强了来自其它小区的干扰，但RI辅助用户的性能仍然得到了提高，因为信道质量得到了更明显的增强; 2）使用RI可以改变SIC的阶数，因为RI改善了辅助用户的信道质量。
2021-03-03 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Cell-Free Massive MIMO Systems: A Stochastic Geometry Approach
无小区（CF）大规模多输入多输出（MIMO）已经成为传统蜂窝大规模MIMO网络的替代部署。先前的工作依赖于AP均匀分布的强假设（非常理想化），实际上，这种随机性在模拟过程中被考虑，而不是在分析中。然而，在实践中，现有的和未来的网络变得更加密集，越来越不规则。考虑到这一点，我们认为，AP的位置是通过泊松点过程（PPP），这是一个更现实的模型比网格或均匀部署的空间随机性建模。特别是，凭借随机几何工具，我们推导出下行链路覆盖概率和可达速率。值得注意的是，这是唯一的工作提供的覆盖概率，并阐明这方面的CF大规模MIMO系统。专注于提取有趣的见解，我们认为小细胞（SC）作为比较的基准。其中，CF大规模MIMO系统实现了更高的覆盖率和速率相比，由于良好的传播，信道硬化和干扰抑制的属性SC。特别是，我们表明，对于这两种架构，增加AP密度会导致更高的覆盖范围，该覆盖范围在一定值之后饱和，并且增加用户数量会降低可实现的速率，但是CF大规模MIMO系统利用了上述属性，因此优于SC。通常，CF大规模MIMO系统和SC之间的性能差距通过增加AP密度来增强。另一个有趣的观察结果是，较高的路径损耗指数会降低速率，而距离AP较近的用户对速率性能的影响更大。
2020-10-25 cs.IT math.IT
A Fine Grained Stochastic Geometry Based Analysis on LEO Satellite Communication Systems
本文基于齐次泊松点过程对LEO卫星网络进行细粒度随机几何分析，推导条件覆盖概率的分布与矩，揭示用户公平性和传输可靠性，并表明密集网络中低空部署卫星更优。
2023-07-04 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Free Massive MIMO with Finite Fronthaul Capacity: A Stochastic Geometry Perspective
在这项工作中，我们分析了集中式基带单元和接入点（AP）之间具有有限容量前传链路的无小区大规模多输入多输出系统的下行链路性能。在用户和AP位置的条件下，我们首先推导出一个随机选择的用户在网络中，捕捉有限的前传容量的影响，可实现的速率。此外，我们提出了两种不同类型的网络架构，即传统的和以用户为中心的性能分析。对于传统的架构，其中每个用户是由网络中的所有AP服务，我们推导出用户速率覆盖使用的二项式点过程的统计特性。对于以用户为中心的架构，其中每个用户由指定数量的最近的AP服务，我们推导出典型用户使用泊松点过程的统计特性的速率覆盖。此外，我们统计特征的覆盖分析所需的每个AP的用户数。通过系统分析，我们得出结论：对于传统的体系结构，系统平均和速率是用户数的准凹函数。此外，对于以用户为中心的架构，存在使平均用户速率最大化的服务AP的最优数量。
2022-02-21 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Analysis for Distributed RISs-Assisted mmWave Communications
本文利用随机几何建模分布式RIS辅助毫米波系统，推导直接与反射关联下的覆盖概率及总速率闭式表达式，证明RIS可显著提升覆盖与速率。
2024-04-09 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Geometry-based Analysis of LEO Satellite Communication Systems
这封信研究了低地球轨道（LEO）卫星通信系统的性能，其中的LEO卫星的位置被建模为一个二项式点过程（BPP）的球面。特别是，我们研究的情况下，卫星网关（GWs）部署在地面上作为用户和LEO卫星之间的中继的用户覆盖概率。我们使用来自随机几何学的工具来推导所描述的设置的覆盖概率，假设LEO卫星被放置在n个不同的高度，给定每个高度ak处的卫星数量对于所有k都是Nk。为了类似于卫星通信在覆盖增强中发挥重要作用的实际场景，我们将所考虑的设置的性能与用户仅被光纤连接的基站（在本文的其余部分中称为锚定基站或ABS）覆盖的场景进行了比较，该场景距离相对较远，这是农村和偏远地区的常见挑战。使用数值结果，我们显示的性能增益，在覆盖概率方面，在农村和偏远地区时，低轨卫星通信系统采用。最后，我们得出了多个系统级的见解，关于超过ABS所需的GW的密度，以及LEO卫星的数量及其高度。
2020-06-28 cs.IT eess.SP math.IT
Modeling Uplink Coverage Performance in Hybrid Satellite-Terrestrial Networks
曾经被认为是遥不可及的愿景，新兴的大规模卫星星座部署将很快提供真正的全球覆盖。当这些星座覆盖在不断发展的地面网络上时，就形成了一个新的混合连续体，它有可能提供不间断的覆盖。在本文中，我们提供了一个分析框架的上行链路覆盖概率在混合卫星地面网络。该框架扩展了完善的地面模型，利用随机几何工具，纳入一个额外的层，适合新兴的下一代卫星地面网络。该论文捕获了（i）星座大小和（ii）地面基站密度对上行链路流量覆盖范围的影响，上行链路流量在依赖于无线传感器网络的应用中占主导地位，例如物联网。该框架提供了指导混合网络基础设施设计的见解，以获得所需的服务质量。
2021-06-08 cs.IT math.IT
On the Coverage and Capacity of Ultra-Dense Networks with Directional Transmissions
我们研究了下行链路超密集网络（UDN）的性能与定向传输通过随机几何。考虑双斜率路径损耗模型和扇形波束形成模式，推导出覆盖概率和受限区域频谱效率（ASE）的表达式和渐进特性。几个特殊的情况下，即物理上可行的路径损耗模型和可调波束方向图进行了分析。虽然当近场路径损耗指数不大于2时，信号与干扰加噪声比仍然存在崩溃现象，但采用波束方向图自适应等策略，即使在基站密度接近无穷大时，也可以避免覆盖概率的下降和ASE受限。
2019-12-25 cs.IT math.IT
On the Uplink and Downlink EMF Exposure and Coverage in Dense Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
本文提出增强随机几何框架，联合建模上下行EMFE与覆盖，推导其分布、比率及联合概率指标，并发现最优节点密度。
2024-06-26 cs.IT cs.NI math.IT
Suburban Fixed Wireless Access Channel Measurements and Models at 28 GHz for 90% Outdoor Coverage
使用高增益天线实现足够的覆盖是实现cm/mm波段宽带宽的关键。我们报告广泛的户外测量在28 GHz的郊区住宅区在新泽西州和智利，超过2000个链接测量同街道链接类型（植被阻挡LOS）从13条街道和其他街道链接类型（真正的NLOS）从7条街道，使用一个专门的窄带通道探测器在范围达到200米。适用于固定无线接入的测量涉及放置在临街窗户外部的55个$^\circ$发射天线和在3米高的货车桅杆顶部旋转的10个$^\circ$接收喇叭天线，模拟安装在灯柱上的基站。测得的路径增益距离的依赖性是很好地表示幂律模型，和方位角增益在基地通过散射下降超过4.3 dB的10%的链接。结果发现，在基站处具有51 dBm EIRP并且在室外安装的终端处具有11 dBi天线的情况下，1 Gbps下行链路速率可以从部署在同一街道中的基站传输到100 m，具有90%的覆盖保证。
2019-10-14 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Geometry Analysis of IRS-Assisted Downlink Cellular Networks
使用随机几何工具，我们开发了一个全面的框架来分析各种类型的用户（例如，由直接基站（BS）传输和间接智能反射表面（IRS）辅助传输服务的用户）。所提出的随机几何框架可以捕获由直接传输和/或IRS辅助传输支持的典型用户所经历的信道衰落、BS和IRS的位置、任意相移和干扰的影响。对于IRS辅助传输，我们首先将来自最近IRS的期望信号功率建模为缩放的广义伽马（GG）随机变量的和，其参数是IRS相移的函数。然后，我们推导出拉普拉斯变换（LT）的接收信号功率的封闭形式。此外，我们从多个IRS的聚合干扰建模为正态随机变量的总和。然后，我们推导出所有IRS和BS的聚合干扰的LT。推导出的LT表达式被用来计算覆盖概率，遍历容量，和EE的直接BS传输服务的用户，以及IRS辅助传输服务的用户。最后，我们推导出整体网络覆盖概率，遍历能力，和EE的基础上的分数的直接和IRS辅助用户，这是定义为一个函数的IRS的部署强度，以及阻塞概率的直接传输链路。数值结果验证了推导出的解析表达式，并提取有用的见解IRS元素的数量，大规模部署的IRS和BS，IRS干扰的直接传输的影响。
2021-08-10 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Analysis of RIS-Assisted Cellular Networks with Reflective Intelligent Surfaces on Roads
本文利用基于Cox点过程的随机几何框架建模沿道路部署的RIS与车辆用户，推导覆盖概率并验证该部署可利用传播与遮挡差异显著提升车辆覆盖。
2024-08-09 cs.IT eess.SP math.IT
Coverage Analysis of LEO Satellite Downlink Networks: Orbit Geometry Dependent Approach
具有巨型星座的低地球轨道（LEO）卫星网络可以在支持高数据率的同时提供全球覆盖。这种网络的覆盖性能高度依赖于轨道几何参数，包括卫星高度和倾角。传统上，基于模拟的覆盖分析占主导地位，因为缺乏分析方法。本文提出了一种新的系统分析框架，LEO卫星网络突出轨道几何参数。具体来说，我们假设卫星的位置被放置在一个圆形的轨道上，根据一维泊松点过程。然后，我们推导出卫星和一个固定的用户的位置在地球上的轨道几何参数的最近距离的分布。利用这个分布，我们表征的覆盖概率的单轨道LEO网络的网络几何参数的函数，结合小规模和大规模的衰落效应。最后，我们将覆盖分析扩展到多轨道网络，并验证了利用多轨道卫星网络的覆盖概率方面的协同增益。仿真结果验证了数学推导和模型的准确性。
2022-06-19 cs.IT math.IT
Coverage Probability of Double-IRS Assisted Communication Systems
在本文中，我们专注于双智能反射面（IRS）辅助的无线网络的覆盖概率和研究乘法波束形成增益和相关瑞利衰落的影响。特别是，我们得到了一个新的封闭形式的表达的覆盖概率的单输入单输出（SISO）系统的辅助下，由两个大的IRS，同时依赖于相应的任意反射波束形成矩阵（RBM）和大规模的统计相关矩阵。利用大规模的统计数据，即，统计信道状态信息（CSI），我们每几个相干间隔而不是在每个间隔执行两个IRS的RBM的优化。因此，我们实现了减少的计算复杂性，否则增加在多IRS辅助网络在其RBM优化。数值结果验证了即使是小IRS的解析表达式，确认增强性能比传统的单IRS对应，并揭示有见地的属性。
2021-10-15 cs.IT math.IT
IoT Coverage Enhancement using Repetition in Energy Constrained Devices: an Analytic Approach
新型物联网（IoT）接入技术正在成为下一代蜂窝网络的一部分。这些技术专门针对分散在远离其服务基站的能量有限的物联网设备。实现深度覆盖的关键方法之一是通过重复传输数据。然而，重复导致更高的能量消耗并减少设备电池寿命。因此，在覆盖范围和能源消耗之间存在着一种权衡，需要仔细研究。本文评估了传输重复对提高覆盖概率和所产生的能量成本的影响。使用基于流量负载和设备与基站的距离的经验重复配置文件，我们推导出利用两种不同分集组合技术的物联网链路的覆盖概率和能量配置文件模型。特别是，我们重点关注两种常见的分集合并：（i）选择合并（SC）和（ii）最大比合并（MRC）。我们利用随机几何的工具，制定一个分析框架，比较这两种结合的方法。该框架可以帮助网络设计人员在最大限度地提高网络覆盖率的同时，最大限度地减少设备的能量消耗。
2022-03-11 cs.IT math.IT
Trade-Off Between Beamforming and Macro-Diversity Gains in Distributed mMIMO
研究分布式mMIMO架构中波束成形与宏分集增益的权衡问题，通过考虑视距概率的信道模型进行数值分析，发现最优AP数量和天线单元数存在取决于覆盖区域物理尺寸的最佳平衡点。
2023-09-10 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Geometry Modeling and Analysis of Finite Millimeter Wave Wireless Networks
本文提出了一种基于随机几何的有限毫米波（mmWave）无线网络的建模和分析方法，其中随机数的发射机和接收机随机位于有限区域内。我们考虑一种选择策略，以服务于一个参考接收机的发射机提供最大的平均接收功率之间的所有发射机。考虑到毫米波通信的独特功能，如定向发射和接收波束成形，并根据阻塞过程具有不同的信道的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路，我们研究的覆盖概率和遍历率的参考接收机，可以位于网络区域内的任何地方。作为分析的关键步骤，从参考接收机到其服务LOS或NLOS发射机的距离分布和LOS和NLOS关联概率被导出。我们还推导了来自LOS和NLOS发射机的干扰的拉普拉斯变换。最后，我们提出的覆盖概率，可以评估比准确的结果更容易的上限和下限，并调查不同的参数，包括接收机的位置，波束宽度，和阻塞过程指数对系统性能的影响。
2018-07-27 cs.IT math.IT
Coverage and Rate Analysis for Distributed RISs-Assisted mmWave Communications
本文利用随机几何分析分布式RIS辅助毫米波通信的覆盖与速率，推导闭式表达式，仿真表明覆盖概率提升约50%，速率提升1.5倍以上。
2024-02-09 cs.IT eess.SP math.IT
On Modeling Coverage and Rate of Random Cellular Networks under Generic Channel Fading
在本文中，我们提供了一个分析框架计算预期的下行链路覆盖概率，以及相关的数据率的蜂窝网络，基站分布在一个随机的方式。所提供的表达式是可计算的积分形式，适应一般的信道衰落条件。我们开发这些表达式通过建模的蜂窝干扰，使用随机几何分析，然后我们采用它们比较覆盖范围造成的各种信道衰落条件，即瑞利和莱斯衰落，除了衰落信道。此外，我们扩展的工作，以适应随机频率复用的蜂窝覆盖和速率的影响。Monte-Carlo模拟进行验证的理论分析，结果显示出非常接近的匹配。
2016-05-24 cs.IT cs.NI math.IT
Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces: A Multi-Sector Mode Enabling Highly Directional Full-Space Wireless Coverage
可重构智能表面（RIS）由于其通过近被动可重构元件来操纵传播环境的潜力而获得了很大的关注。在我们以前的工作中，我们分析并提出了一个超越对角RIS（BD-RIS）模型，它不限于传统的对角相移矩阵，统一不同的RIS模式/架构。在本文中，我们创建了一个新的分支BD-RIS支持多部门模式。多扇区BD-RIS被建模为连接到多端口组连接的可重构阻抗网络的多个天线。更具体地，天线被划分为$L$（$L \ge 2$）扇区，并且被布置为多边形棱柱，其中每个扇区覆盖$1/L$空间。与近年来提出的智能全向（或同时发射和反射RIS）的概念不同，多扇区BD-RIS不仅可以实现全空间覆盖，而且由于每个扇区的高方向性波束，可以获得显著的性能增益。利用所提出的模型，我们首先推导出多扇区BD-RIS辅助单用户系统的接收信号功率的比例律。然后，我们提出了有效的波束形成设计算法，以最大限度地提高多扇区BD-RIS辅助多用户系统的总速率。仿真结果验证了所提出的设计的有效性，并证明了所提出的多扇区BD-RIS的性能增强。
2023-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Coverage Analysis in Millimeter Wave Cellular Networks with Reflections
毫米波系统中用户的覆盖概率取决于来自任何基站的视线路径或反射路径的可用性。许多先前的作品使用随机形状理论对阻塞进行建模，并分析有干扰和无干扰的SIR分布。虽然，它是直观的反射路径不显着有助于覆盖（由于较长的路径长度），有没有提供一个模型，并研究反射的覆盖范围的作品。在本文中，我们使用随机几何模型和分析的影响反射。我们观察到，反射器对覆盖概率的影响很小。
2017-08-05 cs.IT cs.SI math.IT
Stochastic Analysis of Cooperative Satellite-UAV Communications
研究了一种卫星-无人机（UAV）双跳协作通信系统，该系统包括一颗卫星（S）、一组簇首（CH），它们分别与一组均匀分布的UAV通信。具体地，这些CH用作空中解码和转发中继，以将S发送的信息转发给UAV。此外，自由空间光（FSO）和射频（RF）技术分别采用S-CH和CH-UAV链路，以利用FSO的高方向性长距离传输和RF的全向覆盖能力。CH在三维空间中的位置遵循Matérn硬核点过程II型，其中每个CH不能比预定义的距离更接近任何其他CH。在性能建模过程中，考虑了三种不同的情况：无干扰、干扰主导和干扰和噪声情况。然后，研究了S-CH链路和CH-UAV链路在三种情况下的覆盖性能，推导了两种链路覆盖概率的解析表达式。推导了无干扰情况下S-CH链路和CH-UAV链路上CP的渐近表达式。最后，数值结果验证了我们提出的分析模型，从而得出一些有意义的结论。
2021-03-18 cs.IT eess.SP math.IT
Satellite Infrastructure Sharing: Orbit-Structured Stochastic Geometry Modeling and Connectivity Analysis in Heterogeneous Satellite Networks
School of EE, KAIST（韩国科学技术院电气工程学院）
本文针对异构LEO卫星网络，采用球面Cox点过程等建模方法，分析卫星基础设施共享的可行性，推导关键性能指标闭式表达式，揭示覆盖重叠的固有权衡。
2026-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Wireless Communication with Flexible Reflector: Joint Placement and Rotation Optimization for Coverage Enhancement
本文提出柔性反射器（FR）架构，通过联合优化多个FR的放置位置与旋转角度以最大化目标区域最小预期接收功率，推导了闭式解并提出顺序放置算法，显著提升了无线通信的覆盖增强性能。
2025-03-05 cs.IT eess.SP math.IT
Modeling and Performance Analysis of IoT-over-LEO Satellite Systems under Realistic Operational Constraints: A Stochastic Geometry Approach
针对现有低轨卫星物联网理论研究假设脱离现实的问题，提出基于二项点过程的随机几何模型，结合真实信道与干扰分析，经仿真验证可准确评估系统覆盖概率等关键性能。
2025-05-18 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage and Rate Analysis for Integrated Sensing and Communication Networks
本文提出广义随机几何框架分析ISAC网络，计算资源约束下传感与通信的覆盖率和遍历速率，揭示双功能耦合效应，数值验证表明基站密度增加显著提升ISAC覆盖率。
2024-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Design and Evaluation of Reconfigurable Intelligent Surfaces in Real-World Environment
可重构智能表面（RISs）对于5G及以后的无线通信系统具有有希望的覆盖和数据速率增益。之前的工作主要集中在使用计算机模拟或实验室级原型来分析这些表面的性能。为了准确了解这些系统的实际性能，本文开发了一个RIS概念验证原型，并广泛评估了其在现场和现实无线通信环境下的潜在收益。特别是，一个160单元的可重构表面，工作在5.8GHz频段，首先设计，制造，并在电波暗室中精确测量。然后将该表面集成到无线通信系统中，并在实际的室外通信场景中评估波束成形增益、路径损耗和覆盖范围改善。当发射机和接收机都采用定向天线时，发射机-RIS和RIS-接收机之间的距离分别为5 m和10 m时，所开发的RIS在$\pm60^\circ$波束形成角度范围内实现了信噪比（SNR）的$20$ dB增益。在覆盖方面，并且考虑在基站和移动用户网格之间具有阻塞并且在基站（BS）和用户（通过RIS）之间具有平均距离$35m$的远场实验，RIS在区域$> 75$ m $^2$内提供$6$ dB（最大$8$ dB）的平均SNR改善。得益于可扩展RIS设计，这些SNR增益可以通过更大的RIS区域直接增加。例如，具有相同设计的1，600个元件的RIS预期为类似部署提供约$26$ dB SNR增益。这些结果，除其他外，绘制有用的见解RIS系统的设计和性能，并提供了一个重要的证明，其在现实世界的远场无线通信环境中的潜在收益。
2021-09-16 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Towards Seamless Sensing Coverage for Cellular Integrated Sensing and Communication
第六代（6G）移动通信网络被期望提供蜂窝集成传感和通信（ISAC）的新范例。然而，由于感知和通信在覆盖要求上的本质差异，当前主要为通信覆盖而刻意规划的蜂窝网络很难实现无缝感知覆盖。为了解决这个问题，本文研究了基本的双基地ISAC系统的无缝感知覆盖的波束形成优化，同时确保多个用户设备（UE）的通信要求得到满足。为此，制定优化问题，以最大化规定的覆盖区域中的最坏情况下的感测信噪比（SNR），服从每个UE的信号与干扰加噪声比（SINR）的要求。为了获得一些见解，我们首先研究具有一个单个UE和一个单个感测点的特殊情况，针对该特殊情况，获得了最优波束成形的封闭表达式。针对多个通信UE和连续区域感知覆盖的一般情况，提出了一种基于连续凸近似（SCA）的非凸波束赋形优化算法。数值结果表明，该设计能够在保证用户通信需求的同时，实现指定区域内的无缝感知覆盖。
2022-01-25 cs.IT eess.SP math.IT
Coverage in Heterogeneous Downlink Millimeter Wave Cellular Networks
在本文中，我们提供了一个分析框架来分析异构下行链路毫米波蜂窝网络组成的K层随机定位的基站（BS），其中每层工作在毫米波频段。信号与干扰加噪声比（SINR）的覆盖概率推导出整个网络使用随机几何工具。毫米波通信的显着特点，如定向波束形成，并具有不同的路径损耗法律的视线（LOS）和非视线（NLOS）的链接被纳入覆盖分析，通过假设平均偏置接收功率关联和Nakagami-m衰落。通过使用毫米波网络的噪声受限假设，得到了仅需要计算一个数值积分的覆盖概率的更简单的表达式。此外，波束形成对准误差对覆盖概率分析的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。下行链路速率覆盖概率的推导，以及得到更多的洞察网络的性能。此外，部署低功率较小的细胞和偏置因子的影响，对能量效率的影响进行了分析。最后，一个混合蜂窝网络在毫米波和微波频段的工作。
2017-04-04 cs.IT cs.NI math.IT
3GPP-inspired Stochastic Geometry-based Mobility Model for a Drone Cellular Network
本文研究了基于随机几何的无人机蜂窝网络时变性能的表征，其中无人机基站（DBS）的初始位置被建模为泊松点过程（PPP），并且每个DBS被假设为在随机方向上沿直线移动。该无人机放置和轨迹模型密切模仿第三代合作伙伴计划（3GPP）用于无人机相关研究的模型。假设地面上典型用户设备（UE）的最近邻关联策略，我们考虑用于服务DBS的移动性的两个模型：（i）UE独立模型，和（ii）UE依赖模型。使用来自随机几何的位移定理，我们表征了典型UE所看到的时变干扰场，使用该时变干扰场，我们导出了典型UE处的时变覆盖概率和数据率。我们还比较了我们的模型与更复杂的移动模型，其中DBS可能会在非线性轨迹移动，并证明了我们的模型估计的覆盖概率和速率作为这些更一般的模型的下限。据我们所知，这是第一次对3GPP启发的无人机移动模型进行严格分析，并建立该模型与更一般的非线性移动模型之间的联系。
2019-05-08 cs.IT eess.SP math.IT
Ternary Stochastic Geometry Theory for Performance Analysis of RIS-Assisted UDN
本文提出三元随机几何理论，以基站-RIS-用户设备典型三角形为基本单元，扩展Campbell定理并推导RIS辅助超密集网络的覆盖概率、频谱与能量效率等指标，仿真显示RIS可显著提升系统性能并呈现马太效应。
2024-05-07 cs.IT eess.SP math.IT
