A Tractable Approach to Coverage and Rate in Cellular Networks
蜂窝网络通常通过将基站放置在网格上来建模，移动用户随机分散或确定性地放置。这些模型已被广泛使用，但遭受高度理想化和不太听话，所以复杂的系统级仿真被用来评估覆盖/中断概率和率。长期以来，人们一直希望有更易于处理的模型。我们开发了新的通用模型的多小区信号干扰噪声比（SINR）使用随机几何。在非常一般的假设下，所得到的下行链路SINR CCDF（相当于覆盖概率）的表达式涉及可快速计算的积分，并且在一些实际的特殊情况下可以简化为普通积分（例如，Q函数）或甚至简单的封闭形式表达式。我们还推导出平均速率，然后从静态频率复用的覆盖增益（和平均速率损失）。我们将我们的覆盖预测与网格模型和实际基站部署进行比较，并观察到所提出的模型是悲观的（覆盖范围的下限），而网格模型是乐观的，并且两者都同样准确。除了更易于处理之外，所提出的模型可以更好地捕捉未来网络中基站的日益机会主义和密集的放置。
2011-02-21 cs.IT cs.NI 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
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
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
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
Towards a Tractable Analysis of Localization Fundamentals in Cellular Networks
当专用定位系统（例如GPS）不可用时，移动终端别无选择，只能回退到其蜂窝网络上进行定位。由于到其周围基站（BS）的信道条件的随机变化，移动终端很可能面对有利和不利的定位几何形状的混合。本地化性能的分析研究（例如，使用Cramér-Rao下限）通常要求固定BS几何形状，并且有利的几何形状一直是文献中的优选。然而，不仅所得到的分析结果被限制到所选择的几何，这种做法很可能导致对典型的本地化性能的过度乐观的期望。理想情况下，定位性能应该在所有可能的几何设置中进行研究，从而消除任何选择偏差。然而，这是已知的困难，并且仅在模拟中进行。在本文中，我们开发了一种新的易处理的方法，我们赋予BS的位置与分布通过建模为泊松点过程（PPP），并使用随机几何工具，以获得易于使用的表达式的关键性能指标。特别地，我们关注检测到某个最小数量的BS的概率，这被示出与网络运营商获得令人满意的定位性能的能力（例如，符合FCC E911要求）。该度量与定位技术无关（例如，TOA、TDOA、AOA或其混合），尽管不同的技术将可能导致不同的BS可听性要求。为了减轻过多的干扰，由于存在的主导干扰的其他BS的形式，我们将BS的协调和频率重用在建议的框架和量化分析所产生的性能增益。
2015-10-25 cs.IT cs.NI math.IT
Random Cell Association and Void Probability in Poisson-Distributed Cellular Networks
研究了泊松分布蜂窝网络中所有基站形成一个强度为$λ_B$的齐次泊松点过程（PPP），而所有用户形成另一个强度为$λ_U$的独立PPP的基本建模缺陷。建模缺陷，很难发现在以前的作品，是空细胞的问题，源于用户和BS的分布之间的独立性和“以用户为中心”的细胞关联，它可能会导致非常不准确的分析结果。我们证明了广义随机细胞关联下细胞的空概率总是有界于零以上，其理论下限是$\exp(-\frac{λ_U}{λ_B})$，可以通过大关联加权来实现。推导出了单元空穴概率的精确表达式，仿真结果验证了其正确性。我们还表明，相关联的BS基本上不再是PPP，使得将它们建模为PPP以便于分析干扰相关的性能指标可能脱离现实，如果BS强度与用户强度相比不是显著大的话。
2015-02-08 cs.IT 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
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
An Analytical Framework for Modeling a Spatially Repulsive Cellular Network
我们提出了一个新的蜂窝网络模型，捕获基站部署的确定性和随机性方面。即，基站位置被建模为两个独立的静止点过程的叠加：具有强度$λ_g$的随机移位网格和具有强度$λ_p$的泊松点过程（PPP）。网格和PPP部署是$λ_p \to 0$和$λ_g \to 0$的特殊情况，实际部署介于这两个极端之间，正如我们使用部署数据所展示的那样。假设每个用户与提供最强平均接收信号功率的基站相关联，我们得到典型用户与网格或PPP基站相关联的概率。假设瑞利衰落信道，我们推导出典型用户的覆盖概率的表达式，导致以下观察。首先，典型用户的关联和覆盖概率被充分表征为强度比$ρ_λ= λ_p/λ_g$的函数。第二，用户关联偏向于位于网格上的基站。最后，该模型预测的覆盖概率的实际部署具有很高的精度。
2017-09-30 cs.IT 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
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
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
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
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
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
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
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
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
Renewable Powered Cellular Networks: Energy Field Modeling and Network Coverage
使用风能和太阳能等可再生能源为无线电接入网络供电，有望大幅降低网络运营成本和网络碳足迹。然而，能量场的空间变化可能导致供应给网络的功率的波动，从而影响其覆盖范围。这就需要研究量化上述负面影响和对策技术，推动当前的工作。首先，提出了一种新的能量场模型，其中固定的最大能量强度$γ$发生在泊松分布的位置，称为能量中心。强度随距离平方的指数衰减函数从中心衰减，并且任意位置处的能量强度由距最近能量中心的衰减强度给出。能量中心密度和衰减函数的指数速率之间的乘积，表示为$ψ$，示出以确定能量场分布。接下来，本文考虑了从能量场收集能量的蜂窝下行链路网络，并分析了其网络覆盖。对于在与基站（BS）相同的站点处部署的收集器的情况，随着$γ$增加，移动中断概率被示出为按$(c γ^{-πψ}+p)$缩放，其中$p$是对应于平坦能量场的中断概率，并且$c$是常数。随后，一个简单的计划，提出了抵消的能量随机性的空间平均。具体地，分布式采集器被部署在集群中，并且来自同一集群的所生成的能量被聚合，然后被重新分配给BS。随着集群大小的增加，提供给每个BS的功率被示出为收敛到与每个BS的收集器的数量成比例的常数。
2015-03-28 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
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
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
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
Coverage and Rate Analysis for Co-Existing RF/VLC Downlink Cellular Networks
本文提供了一个随机几何的框架来执行一个典型的用户在共存的VLC和RF网络覆盖一个大的室内区域的覆盖和速率分析。所开发的框架可以被定制以捕获典型用户在各种网络配置中的性能，诸如（i）仅RF，其中仅小基站（SBS）可用于向用户提供覆盖，（ii）仅VLC，其中仅光BS（OBS）可用于向用户提供覆盖，（iii）机会RF/VLC，其中用户选择具有最大接收信号功率的网络，以及（iv）混合RF/VLC，其中用户可以同时利用来自RF和VLC网络两者的可用资源。VLC网络的模型精确地捕捉了光探测器（PD）接收器的视场（FOV）对干扰器数量、聚合干扰分布、关联概率和典型用户覆盖范围的影响。封闭形式的近似的特殊情况下，实际利益和渐近的情况下，如当强度的SBS变得非常低。导出的表达式使我们能够获得各种网络设计参数（如强度的OBS和SBS，发射功率，和/或FOV）的封闭形式的解决方案，使活跃用户的数量可以最佳地分布在RF和VLC网络。此外，我们优化了网络参数，以优先考虑用户的VLC网络的关联。最后，进行了仿真验证推导的解析解。突出了OBS高度和强度之间的重要权衡，以优化VLC网络中用户的性能。
2017-10-03 cs.IT math.IT
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
Physical Layer Security in Millimeter Wave Cellular Networks
最近的研究表明，毫米波（mmWave）通信可以提供数量级的蜂窝容量的增加。然而，毫米波蜂窝网络的保密性能还没有调查到目前为止。利用与传统微波信道显著不同的毫米波信道新的路径损耗和阻塞模型，在随机几何框架下，全面研究了毫米波蜂窝网络下行链路传输的全网物理层安全性能。我们首先研究的安全连接概率和完美的通信链路每单位面积的平均数量在噪声限制的毫米波网络的非串通和串通窃听的情况下，分别。然后，我们评估了人工噪声（AN）对保密性能的影响，并推导出在干扰受限的毫米波网络中每单位面积的平均完美通信链路数的分析结果。数值结果表明，显示网络范围内的保密性能，并提供有趣的见解如何保密性能的影响，各种网络参数：天线阵列方向图，基站（BS）的强度，和AN功率分配等。
2016-04-26 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
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
5G green cellular networks considering power allocation schemes
在随机蜂窝网络中，评估发射功率分配方案对能量消耗的影响是非常重要的。本文研究了平均功率分配方案和注水功率分配方案下5G绿色蜂窝网络的能源效率。基于所提出的干扰和可达速率模型，提出了一种MIMO随机蜂窝网络的能量效率模型。此外，能量效率的平均和注水功率分配方案分别提出。数值结果表明，对于MIMO随机蜂窝网络，在不同的移动台与基站强度比和信道条件下，能量效率总是存在最大极限。与平均功率分配方案相比，当发射机和接收机都能获得信道状态信息（CSI）时，注水方案可以提高MIMO随机蜂窝网络的能量效率。
2015-12-10 cs.IT cs.NI 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
Heterogeneous Cellular Networks with Flexible Cell Association: A Comprehensive Downlink SINR Analysis
在本文中，我们开发了一个易于处理的框架，在下行链路异构蜂窝网络（HCN）的SINR分析灵活的小区关联政策。HCN被建模为多层蜂窝网络，其中每层的基站（BS）被随机地定位并且具有特定的发射功率、路径损耗指数、空间密度和朝向接纳移动用户的偏置。例如，与宏小区相比，微微小区通常将具有较低的发射功率、较高的路径损耗指数（较低的天线）、较高的空间密度（每个宏小区有许多微微小区）以及正偏置，使得积极鼓励宏小区用户使用负载较轻的微微小区。在本文中，我们隐含地假设所有的基站有完整的队列，未来的工作应该放松。对于该模型，我们推导出了典型用户在整个网络或某一层中的中断概率，它等价于下行链路SINR累积分布函数。结果是准确的所有信干噪比，和他们的表达式承认相当简单的封闭形式在一些似是而非的特殊情况下。我们还推导出典型用户的\emph{average ergodic rate}和\emph{minimum average user throughput} --每层中一个小区所支持的平均用户吞吐量中的最小值。我们观察到，无论是BS或层的数量改变中断概率或平均遍历率在干扰有限的满载HCN与无偏小区关联（无偏置），并观察偏置如何改变各种指标。
2011-07-19 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
SIR Coverage Analysis in Cellular Networks with Temporal Traffic: A Stochastic Geometry Approach
移动应用的蓬勃发展在给人们的日常生活带来乐趣的同时，也给无线网络带来了更加复杂的流量环境。因此，全面了解流量概况的影响对于网络运营商充分应对数据流量激增至关重要。在本文中，基于随机几何和排队论，我们开发了一个数学框架，捕捉基站（BS）的空间位置之间的相互作用，这决定了相互干扰的大小，和他们的时间流量动态。我们推导出一个易于处理的SIR分布的表达式，并通过模拟验证其准确性。基于我们的分析，我们发现：i）在相同的配置下，当业务条件从轻到重变化时，相应的SIR要求可以相差超过10 dB，以维持网络覆盖; ii）在次中等负载状态下，SIR覆盖概率随业务波动而变化很大，而在业务负载很轻的情况下，SIR中断概率随分组到达速率线性增加; iii）小区边缘用户设备（UE）的平均延迟以及覆盖概率容易受到业务波动的影响，从而证实了其对业务感知通信技术的吸引力。
2018-01-30 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
Max-Min Rates in Self-backhauled Millimeter Wave Cellular Networks
本文考虑可行的广域毫米波蜂窝网络的以下问题。使用多跳中继的单个光纤站点的最大扩展覆盖区域是多少，同时实现每用户数据速率的最小目标？我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高每用户数据速率的最小端到端，并利用毫米波部署的独特功能，以产生一个易于处理的解决方案。网状网络被建模为$k-$环形城市峡谷型部署，其中$k$是返回到光纤站点的跳数。每个光纤站点的中继总数按$k^2$增长。我们考虑了集成接入回程（IAB）和正交接入回程（OAB）资源分配策略，以及半双工和全双工基站（BS）。通过一些经过验证的简化，我们的结果以简单的封闭形式给出，即使对于大型网络也很容易评估。提供了几个设计准则，包括路由和调度策略的选择，在全双工中继的最大允许自干扰和双连接的作用，以减少跨BS的负载不平衡。例如，我们表明，对于某些负载条件，与可调谐OAB（使用单独的频谱进行接入和回程链路）相比，IAB（如5G所考虑的）的增益非常小;后者的实现要简单得多。
2018-11-20 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
Beamforming Techniques for Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Cellular Networks
在本文中，我们开发了各种波束成形技术的多输入单输出（MISO）非正交多址（NOMA）系统的下行链路传输。首先，波束形成方法与完善的信道状态信息（CSI）的调查，提供所需的服务质量（QoS）的所有用户。泰勒级数逼近和半定松弛（SDR）技术，重新制定原来的非凸功率最小化问题，一个易于处理的。此外，提出了一种基于公平性的波束形成方法，通过最大-最小公式，以保持用户之间的公平性。接下来，我们考虑一个强大的计划，将信道的不确定性，其中的发射功率最小化，同时满足中断概率的要求，在每个用户。通过利用SDR方法，原来的非凸问题重新表示为线性矩阵不等式（LMI）的形式，以获得最优解。数值结果表明，鲁棒方案可以实现更好的性能相比，非鲁棒方案的速率满意率。此外，仿真结果证实，对于相同的数据率要求，NOMA消耗的发射功率略高于OMA所需的一半。因此，NOMA有可能在未来5G网络及以后的传输功耗方面显着提高系统性能。
2018-07-09 cs.IT math.IT
Modeling and Analysis of K-Tier Downlink Heterogeneous Cellular Networks
蜂窝网络正处于从精心规划的一组大型塔式基站（BS）到异构基础设施元件的不规则部署的重大转变中，异构基础设施元件通常还包括微蜂窝、微微蜂窝和毫微微蜂窝以及分布式天线。在本文中，我们开发了一个易于处理的，灵活的，准确的模型，由K层随机定位的BS，其中每一层可能不同的平均发射功率，支持的数据率和BS密度的下行异构蜂窝网络（HCN）。假设一个移动用户连接到最强的候选BS，当在覆盖范围内时，产生的信号与干扰加噪声比（SINR）大于1，瑞利衰落，我们推导出覆盖概率的表达式在开放和封闭接入下的整个网络上的中断（等同于中断），其在高SINR状态下假设了惊人简单的闭合形式，并且即使在较弱的假设下也精确到-4dB。对于外部验证，我们与实际LTE网络（第1层）进行比较，其他K-1层被建模为独立的泊松点过程。在这种情况下，我们的模型也精确到1-2 dB。我们还推导出一个随机定位的移动和BS的每一层上的平均负载实现的平均速率。对于干扰受限的开放获取网络的一个有趣的观察是，在给定的SINR下，当所有层具有相同的目标SINR时，添加更多的层和/或BS既不会增加也不会减少覆盖或中断的概率。
2012-12-23 cs.IT math.IT
Base Station Sleeping and Resource Allocation in Renewable Energy Powered Cellular Networks
我们认为，在蜂窝网络中，BS配备了能量收集设备，使用统计信息的交通强度和收获的能量，节能的无线资源管理。该问题被公式化为适配BS的开-关状态、活动资源块（例如子载波）以及功率分配，以最小化给定时间段内的平均电网功耗，同时满足用户的服务质量（阻塞概率）要求。将其转化为一个无约束优化问题，以最小化电网功耗和阻塞概率的加权和。然后提出了一种两阶段动态规划（DP）算法来解决该优化问题，第一阶段优化基站的开关状态，第二阶段迭代分配活动基站的资源块。与最优联合基站开关状态和活动资源块分配算法相比，该算法在获得接近最优节能性能的同时，大大降低了计算复杂性。
2013-05-22 cs.IT math.IT
