In this paper, with the aid of the mathematical tool of stochastic geometry, we introduce analytical and computational frameworks for the distribution of three different definitions of delay, i.e., the time that it takes for a user to successfully receive a data packet, in large-scale cellular networks. We also provide an asymptotic analysis of one of the delay distributions, which can be regarded as the packet loss probability of a given network. To mitigate the inherent computational difficulties of the obtained analytical formulations in some cases, we propose efficient numerical approximat…
2021-12-24 cs.IT math.IT
Optimal Band Allocation for Cognitive Cellular Networks
FCC对电视空白频段认知使用的新规定为改善传统蜂窝网络性能提供了新的手段。但它也带来了一些技术挑战。这封信研究的挑战之一，即，鉴于蜂窝频段和电视空白频段之间的传播特性和发射功率限制的显着差异，如何联合利用这两个频段，从而最大限度地提高蜂窝网络性能的电视空白频段的好处。分析和模拟结果。
2011-02-01 cs.IT math.IT
Uplink User-Assisted Relaying in Cellular Networks
我们使用随机几何分析的部分解码和转发（PDF）中继方案中应用的用户辅助中继设置，其中一个活跃的用户中继数据通过另一个空闲的用户在上行链路蜂窝通信的性能。我们提出了几何模型的网络部署用户辅助中继，并提出了两个几何合作政策的快，慢衰落信道。我们分析得出的合作概率为两个政策。该合作概率进一步用于分析推导由该用户辅助PDF中继的系统范围部署引起的小区间干扰功率的时刻。然后，我们使用伽马分布通过匹配解析导出的前两个矩来对小区间干扰功率统计进行建模。这种合作和干扰分析提供了定量评估蜂窝网络中的用户辅助中继的性能影响的理论基础。然后，我们数值评估的平均传输速率性能，并表明，用户辅助中继可以显着提高每用户的传输速率，尽管增加小区间干扰。这种传输速率增益对于小区边缘附近的活动用户是显著的，并且随着更高的空闲用户密度而进一步增加，从而支持用户辅助中继作为拥挤人口区域的可行解决方案。
2015-07-04 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
An Analytical Model for the Intercell Interference Power in the Downlink of Wireless Cellular Networks
在本文中，我们提出了一种方法来估计的统计小区间干扰功率在下行链路的多细胞网络。我们首先建立了一个解析表达式的概率定律的干扰功率时，只考虑瑞利多径衰落。接下来，专注于传播环境中的小规模瑞利衰落以及大规模的影响，包括衰减与距离和对数正态阴影，被考虑在内，我们阐述了一种半解析方法来建立直方图的干扰功率分布。从这个组合的小规模和大规模的衰落背景下获得的结果，然后，我们开发了一个统计模型的干扰功率分布。这个模型的兴趣在于，它可以应用于一个大范围的值的阴影参数的事实。所提出的方法也可以很容易地扩展到其他类型的网络。
2011-07-21 cs.IT cs.NI math.IT
Analytical Assessment of Coordinated Overlay D2D Communications
在本文中，重叠带内设备到设备（D2D）通信的分析评估，蜂窝网络辅助（协调）调度。为此，假设仅考虑D2D链路的本地（每个小区）拓扑信息的简单调度方案。利用随机几何工具以便获得用于干扰器密度以及D2D链路信号干扰比分布的解析表达式。通过与仿真结果的比较，验证了分析结果的准确性。此外，解析表达式用于有效地优化具有覆盖D2D通信的蜂窝系统的参数。示出了D2D传输的协调调度在平均用户速率以及最大允许D2D链路距离方面增强了系统性能。
2014-04-22 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
Enhanced Cellular Coverage and Throughput using Rateless Codes
无比率码已被证明可以在广泛的二进制和噪声信道上提供鲁棒的纠错。本文利用随机几何模型研究了无速率码在蜂窝下行链路中的性能，并与固定速率码的性能进行了比较。对于瑞利衰落的情况下，一个准确的近似提出的分布的$K$比特信息包使用无比率码的分组传输时间。通过对典型用户成功概率、单用户成功概率和速率的分析，对两种信道编码方案进行了比较。基于分析结果和仿真，本文表明，无速率编码提供了一个显着的吞吐量增益相对于固定速率编码。此外，该益处不限于典型用户，而是适用于蜂窝网络中的所有用户。
2017-02-24 cs.IT math.IT
Analytical Evaluation of Fractional Frequency Reuse for OFDMA Cellular Networks
部分频率复用（FFR）是非常适合于基于OFDMA的蜂窝网络的干扰管理技术，其中小区被划分成具有不同频率复用因子的空间区域。迄今为止，FFR技术通常通过系统级模拟进行评估，使用基站位置的六边形网格。相反，本文侧重于分析评估两种主要类型的FFR部署-严格FFR和软频率重用（SFR）-使用泊松点过程来模拟基站位置。将结果与标准网格模型和实际城市部署进行比较。在现代蜂窝网络的合理特殊情况下，我们的结果简化为简单的封闭形式的表达式，这提供了深入了解系统设计准则和严格的FFR，SFR，通用复用和固定频率复用的相对优点。我们观察到FFR提供了总速率的增加以及小区边缘用户的改善覆盖的众所周知的益处。最后，基于解析表达式提出了一种与SINR成比例的资源分配策略，表明严格FFR在低业务负载时提供更大的整体网络吞吐量，而SFR在高业务负载时更好地平衡了干扰降低和资源效率的要求。
2011-01-26 cs.IT cs.NI 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
Serving Distance and Coverage in a Closed Access PHP-Based Heterogeneous Cellular Network
异构蜂窝网络（HCN）通常在不同类型的基站（BS）之间表现出空间分离（本文中称为层）。例如，运营商通常不会在宏小区附近部署微微小区，从而导致微微小区和宏小区的位置之间的分离。这种分离最近已被捕获的泊松孔过程（PHP）与孔中心的位置的宏单元通过建模的小细胞的位置。由于禁区的存在，所得到的模型的分析是显着更复杂的比较流行的泊松点过程（PPP）为基础的模型。在本文中，我们推导出一个紧约束的分布上的距离的一个典型的用户的PHP的最近点。由于这个距离的确切分布是未知的，它通常是近似的文献。对于这个模型，我们然后提供两种情况下的两层封闭接入HCN中的典型用户的下行链路覆盖概率的严格表征：（i）典型用户由最近的宏小区服务，以及（ii）典型用户由其最近的小小区服务。所提出的方法可以扩展到分析其他感兴趣的相关情况，例如，基于PHP的开放获取HCN中的覆盖。
2017-04-10 cs.IT math.IT
Analysis of SINR Outage in Large-Scale Cellular Networks Using Campbell's Theorem and Cumulant Generating Functions
信号噪声干扰比（SINR）中断概率是无线蜂窝网络的关键性能参数之一，其解析和数值计算一直是研究者关注的问题。最近，引入随机几何建模的蜂窝网络带来了中断问题的前沿。一种流行的和强大的方法是利用接收信号和干扰的可用矩生成函数（或拉普拉斯变换），只要它存在，通过应用Gil-Pelaez反演公式。然而，在随机几何建模中，矩母函数可能太复杂而不能以封闭形式存在，或者在最坏的情况下可能不存在。为此，在本文中，我们研究了两种替代的方法来评估SINR中断。在第一种情况下，我们强调的意义，计算累积量的时刻，并利用这一事实，即累积量的点过程是很容易计算的坎贝尔定理。然后，分析的SINR中断的特征在于基于高斯和学生的$t$ -分布及其相关的Hermite和Krishnamoorthy多项式的Charlier展开。在第二种情况下，我们利用鞍点方法，这给出了一个半解析的方法来计算SINR中断，每当接收信号和干扰的累积量生成函数存在。为了演示的目的，我们将这些技术应用在下行链路蜂窝网络模型上，其中典型的用户体验协调多点传输，并且基站由齐次泊松点过程建模。为了方便读者，我们还提供了一个简短的概述矩，累积量，他们的生成函数，坎贝尔定理，没有调用测度理论。数值结果表明所提出的数学方法的准确性。
2016-07-23 cs.IT 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
Stochastic Geometry Modeling and Performance Evaluation of mmWave Cellular Communications
本文介绍了一种新的分析毫米波蜂窝网络的数学框架。它的特点在于考虑现实的路径损耗和阻塞模型，这是来自最近在文献中报道的实验数据。路径损耗模型考虑了视线和非视线传播条件的不同分布，并且阻塞模型包括中断状态，其提供了毫米波通信的中断可能性的更好表示。通过将基站的位置建模为泊松点过程的点，并通过依赖于典型毫米波网络部署的噪声限制近似，获得用于计算覆盖概率和平均速率的精确积分表达式。借助蒙特卡罗模拟，噪声限制近似是足够准确的典型的网络密度。此外，它表明，足够密集的毫米波蜂窝网络能够优于微波蜂窝网络，无论是在覆盖概率和平均速率。
2015-06-17 cs.IT math.IT
Optimal Location of Cellular Base Station via Convex Optimization
最佳基站（BS）位置取决于业务（用户）分布、传播路径损耗和许多系统参数，这使得其解析研究变得困难，因此广泛使用数值算法。本文对这一问题进行了分析研究。首先，它被制定为一个凸优化问题，以最大限度地减少总BS发射功率的服务质量（QoS）的约束，这也占用户之间的公平性。由于其凸性质，Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件用于将全局最优位置表征为用户位置的凸组合，其中凸权重取决于用户参数、路径损耗指数和问题的整体几何形状。在此基础上，得到了一些封闭形式的解决方案。特别地，最佳BS位置是在自由空间传播和相同用户参数的情况下的用户位置的平均值。如果用户集是对称的（如本文中所定义的），则最优BS位置与路径损耗指数无关，而通常情况下并非如此。分析结果显示了传播条件以及系统和用户参数对最佳BS位置的影响，并可用于制定设计指南。
2020-04-29 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Modeling and Analysis of Multi-Tier Millimeter Wave Cellular Networks
本文介绍了一种新的分析毫米波蜂窝网络的数学框架。它的特点在于考虑现实的路径损耗和阻塞模型，这是来自最近报道的实验数据。路径损耗模型考虑视线和非视线传播条件的不同分布，并且阻塞模型包括中断状态，其提供毫米波通信的中断可能性的更好表示。通过将基站的位置建模为泊松点过程的点，并依赖于典型毫米波网络部署的噪声限制近似，获得了用于计算覆盖概率和平均速率的简单而精确的积分以及近似和封闭形式的公式。借助蒙特卡罗模拟，噪声限制近似是足够准确的典型的网络密度。建议的数学框架是适用于小区关联标准的基础上最小的路径损耗和最高的接收功率。它考虑了波束成形对准误差和多层蜂窝网络部署。数值结果证实，足够密集的毫米波蜂窝网络能够优于微波蜂窝网络，无论是在覆盖概率和平均速率。
2014-10-14 cs.IT math.IT
Analytical Modeling of Interference Aware Power Control for the Uplink of Heterogeneous Cellular Networks
针对异构蜂窝网络上行链路的小区间干扰问题，提出基于随机几何的干扰感知功率控制机制，在考虑最大发射功率与路径损耗部分补偿的同时将干扰控制在阈值内，可降低功耗、提升频谱效率并改善AMC性能。
2016-01-13 cs.IT math.IT
Coverage Probability Analysis of UAV Cellular Networks in Urban Environments
研究了基于二维泊松点过程的无人机辅助蜂窝网络的覆盖概率问题。假设蜂窝用户连接到最近的空中基站。我们推导出瑞利衰落信道下行链路覆盖概率的显式表达式。此外，我们探讨了性能的行为时，考虑到空对地信道的属性。分析和数值计算结果表明，无人机高度、路径损耗指数和无人机密度对覆盖概率有影响。以最大覆盖概率为目标，研究了无人机的最优高度和密度，为无人机部署设计提供了参考。
2018-05-11 cs.IT math.IT
Analysis of Vehicular Safety Messaging in Cellular Networks
本文关注车联网（V2X）通信的性能。更准确地说，我们分析了蜂窝网络中与安全相关的V2X通信的广播，其中假设基站和车辆共享相同的频谱，并且车辆将其安全消息广播给相邻用户。我们将车辆的位置建模为Poisson线Cox点过程，将用户的位置建模为平面Poisson点过程。我们假设当在一定距离$ ρ$内没有车辆时，用户与他们最近的基站相关联。另一方面，位于距车辆$ ρ$距离内的用户与车辆相关联以接收其安全消息。我们量化的属性，这种车辆优先关联使用随机几何框架。我们推导出从车辆接收安全信息的用户的分数。然后，我们得到的信号干扰比的表达式的典型用户评估的每一个关联类型。为了解决车载广播对蜂窝网络的影响，本文还推导出在此设置中提供给典型用户的有效速率。
2020-04-09 cs.IT math.IT
Optimal Transport Theory for Cell Association in UAV-Enabled Cellular Networks
提出了一种新的无人机蜂窝网络时延最优小区关联框架。特别地，为了最小化地面用户任意空间分布下的平均网络延迟，确定了无人机和地面基站（BS）的最优小区划分。为此，利用最优传输理论的强大数学工具，证明了最优小区关联问题解的存在性，并完全刻画了解空间。分析和仿真结果表明，所提出的方法产生的平均网络延迟的显着改善。
2017-05-27 cs.IT math.IT
Stochastic Ordering based Carrier-to-Interference Ratio Analysis for the Shotgun Cellular Systems
开发了一种基于随机排序的简单分析工具，用于比较基站按照某些非齐次Poisson点过程随机分布的两个蜂窝系统的移动站载干比分布。通过仅研究基站密度而不必求解通常难以获得的载波干扰比的分布，可以方便地进行比较。
2011-10-14 cs.IT math.IT
Coverage Analysis In Downlink Poisson Cellular Network With $κ$-$μ$ Shadowed Fading
当基站位置由泊松点过程（PPP）建模时，蜂窝网络的下行链路覆盖概率在期望信道是具有整数形状参数的Nakagami分布时是已知的。然而，对于许多感兴趣的衰落分布，例如Rician、Rician阴影、$κ$ - $μ$、$η$ - $μ$等，覆盖概率未知。$κ$ - $μ$阴影衰落是一般的衰落分布，其特殊情况是迄今为止已知的这些流行分布中的许多。在这封信中，我们推导出当所需信道经历$κ$ - $μ$阴影衰落时的覆盖概率。使用数值模拟，我们验证我们的解析表达式。
2016-10-24 cs.IT math.IT
Exploiting NOMA for UAV Communications in Large-Scale Cellular Networks
本文提出了一对无人机通信中的非正交多址接入（NOMA）策略，其中多个无人机作为新的空中通信平台为地面NOMA用户提供服务。提出了一种基于随机几何技术的多无人机系统框架，该框架考虑了两种实用策略：1）以无人机为中心的卸载策略和2）以用户为中心的应急通信策略。为了为拟议的NOMA辅助无人机框架提供实用见解，考虑了不完美连续干扰消除（ipSIC）场景。对于以无人机为中心的策略和以用户为中心的策略，我们得到了新的精确表达式的覆盖概率。我们还得到新的分析结果，正交多址接入（OMA）提供一个基准计划。在以用户为中心的策略和以无人机为中心的策略推导的分析结果明确表明，ipSIC系数是一个占主导地位的组成部分，在覆盖概率。仿真结果表明：在以用户为中心的策略和以无人机为中心的策略下，NOMA辅助的无人机蜂窝网络通过合理设置功率分配因子和目标速率，能够获得优于OMA的性能; NOMA辅助的无人机蜂窝网络的覆盖概率在很大程度上受配对NOMA用户的ipSIC系数、目标速率和功率分配因子的影响。
2019-07-11 cs.IT math.IT
Downlink Analysis for a Heterogeneous Cellular Network
本文对异构蜂窝网络下行链路性能进行了全面的研究。一般hetnet模型被认为是由任意数量的开放接入和封闭接入层的基站（BS）根据独立的齐次泊松点过程安排。每一层的基站具有恒定的发射功率、任意分布的随机衰落系数和任意幂律路径损耗模型的路径损耗指数。对于这样一个系统，在任意移动台（MS）的覆盖概率和平均速率，和平均每层负载的分析特性，推导出最大SINR连接和最近BS连接模型。使用随机排序，有趣的属性和简化的hetnet下行链路性能的推导，通过这两个连接模型的最大瞬时接收功率（MIRP）连接模型和最大偏置接收功率（MBRP）连接模型，分别提供了很好的见解hetnets和下行链路性能在这些复杂的网络。此外，研究结果也证明了随机几何方法研究hetnet性能的有效性和分析的易处理性。
2014-03-29 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
The secure transmission of confidential information in cellular vehicle-to-everything (C-V2X) communication networks is vitally important for user's personal safety. However, for C-V2X there have not been much studies on the physical layer security (PLS). Since artificial noise (AN) and secure beamforming are popular PLS techniques for cellular communications, in this paper we investigate the potential of these PLS techniques for enhancing the security of C-V2X networks. In particular, leveraging stochastic geometry, we study the PLS of an AN assisted C-V2X network, where the locations of legi…
2020-09-30 cs.IT math.IT
Downlink Coverage Analysis in a Heterogeneous Cellular Network
在本文中，我们考虑下行链路信号干扰噪声比（SINR）的分析在一个异构蜂窝网络与K层。每一层的特征在于根据具有一定BS密度、传输功率、具有任意分布的随机阴影衰落因子、任意路径损耗指数和朝向接纳移动站（MS）的一定偏差的齐次泊松点过程的基站（BS）布置。MS与在开放获取小区关联方案下具有最大SINR的BS关联。对于这样一个一般的设置，我们提供了一个分析表征的覆盖概率在MS。
2012-06-20 cs.IT math.IT
Analysis of Heterogeneous Cellular Networks under Frequency Diversity and Interference Correlation
分析异构蜂窝网络（HCN）已经变得越来越复杂，特别是由于不规则的基站位置、小小区的大规模部署以及灵活的资源分配。后者通常是不捕获现有的随机模型的分析处理。在这项工作中，我们开发了一个更现实的随机模型的通用$K$层HCN，用户在频率分集下的下行链路中提供服务。我们推导出这种情况下的速率覆盖概率，同时考虑到分配的频谱的不同部分之间的干扰相关性。我们的研究结果表明，忽略这种类型的相关性可能会大大高估提供的日期利率。此外，频谱多样化的增益是显著的，特别是在低到中等的目标数据率下。
2014-08-26 cs.IT math.IT
Impact of Correlation between Interferers on Coverage Probability and rate in Cellular Systems
当用户信道经历Nakagami-m衰落时，理论上比较了以下情况下的覆盖概率表达式：N个随机变量是独立的$η$ - $μ$随机变量（RV）。（ii）。N个标记是相关的$η$ - $μ$ RV。分析表明，当用户与其基站（BS）之间的信道形状参数不大于1时，相关干扰源存在时的覆盖概率大于或等于独立干扰源存在时的覆盖概率。此外，对以下情况进行比率比较：（i）。用户信道经历$η$ - $μ$ RV，并且$N$生成器是独立的$η$ - $μ$ RV。（ii）。N个标记是相关的$η$ - $μ$ RV。分析表明，在相关的干扰者的存在下的速率大于或等于在独立干扰者的存在下的速率。仿真结果与理论结果相吻合。我们的结果的效用进行了讨论。
2017-07-27 cs.IT math.IT
Stochastic Geometric Coverage Analysis in mmWave Cellular Networks with a Realistic Channel Model
毫米波（mmWave）频带作为下一代蜂窝网络的可能候选已经吸引了越来越多的关注，因为可用频谱比当前蜂窝分配大几个数量级。为了精确设计毫米波系统，重要的是要检查大规模部署下的毫米波干扰和SIR覆盖。为此，我们应用一个准确的毫米波信道模型，从实验中得出，到一个分析框架的基础上随机几何。在这种方式中，我们得到一个封闭形式的SIR覆盖概率在大规模的毫米波蜂窝网络。
2017-05-02 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-User Coverage Probability of Uplink Cellular Systems: a Stochastic Geometry Approach
分析了分数功率控制下多用户上行蜂窝网络的覆盖概率。我们使用一个随机的几何方法，移动用户分布为泊松点过程（PPP），而服务基站（BS）被放置在原点。使用有条件的细化，我们能够计算的覆盖概率的$k$用户被分配一组正交资源在感兴趣的小区，获得这个概率的分析表达式，考虑到他们各自的服务BS的距离。这些表达式给出了有用的见解之间的相互作用的功率控制策略，干扰水平和系统中不同用户之间的公平程度。
2014-04-03 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
Massive MIMO Forward Link Analysis for Cellular Networks
本文提出了一种解析表达式的信号干扰比（SIR）和大规模MIMO共轭波束形成的宏蜂窝网络的频谱效率，无论是均匀的和信道相关的功率分配。这些表达式，适用于非常一般的网络几何形状，是渐近的强度的阴影。通过Monte-Carlo模拟，我们验证了他们的准确性相关的网络拓扑结构和阴影强度。此外，由于分析不包括飞行员污染，我们通过Monte-Carlo模拟进一步测量这种现象导致的与我们的结果的偏差，从而确定分析的范围。
2019-04-23 cs.IT math.IT
Fundamentals of Drone Cellular Network Analysis under Random Waypoint Mobility Model
在本文中，我们提出了第一个随机几何为基础的性能分析的无人机蜂窝网络中，无人机基站（DBS）最初分布的基础上泊松点过程（PPP）和移动根据随机航路点（RWP）移动模型。基于最近邻关联策略来选择用于地面上的典型用户设备（UE）的服务DBS。我们进一步假设用于服务DBS的两个服务模型：（i）UE独立模型（UIM），以及（ii）UE依赖模型（UDM）。对于典型的UE，所有其他DBS被认为是干扰DBS。我们引入了一个简化的RWP（SRWP）流动性模型来描述干扰DBS的运动，并描述其关键的分布特性，我们的分析所需的。在这些结果的基础上，我们使用位移定理分析了UIM和MDM的典型UE所看到的干扰场，这形成了将典型UE处的平均速率表征为时间的函数的基础。据我们所知，这是第一个分析移动无人机网络性能的工作，其中无人机在无限平面上遵循RWP移动模型。
2019-08-24 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic Spectral Efficiency in MIMO Cellular Networks
本文展示了如何应用随机几何的无线网络的分析是非常方便的（一）一个明确的分离的时间尺度，（二）抽象的小尺度效应通过遍历性，和（iii）的干扰模型，反映了接收器的缺乏知识的每个人的干扰项是如何褪色。这些程序使分析更易于管理和更精确，并且更易于合并后续功能。特别是，本文提出了解析表征的遍历频谱效率的蜂窝网络与单用户多输入多输出（MIMO）和扇区。这些表征以易于评估的表达式的形式包含覆盖范围、频谱效率在网络位置上的分布及其平均值。
2017-08-03 cs.IT math.IT
D2D-Aware Device Caching in MmWave-Cellular Networks
在本文中，我们提出了一种新的策略，设备缓存，促进流行的内容交换，通过高速率的设备到设备（D2D）毫米波（mmWave）通信。D2D感知缓存（DAC）策略将可缓存内容分成两个内容组，并将其随机分发给用户设备装置（UE），目的是实现D2D连接。通过利用mmWave的高带宽可用性和方向性，我们确保了D2D传输的高速率，同时减轻了限制6GHz以下频带中D2D通信的吞吐量增益的同信道干扰。此外，基于随机几何建模的网络拓扑结构，我们解析推导出卸载增益所实现的建议的政策和内容检索延迟的分布考虑半和全双工模式的D2D通信。所提出的分析框架的准确性进行了验证，通过蒙特卡罗模拟。此外，对于广泛的内容流行度指标的结果表明，所提出的政策实现了更高的卸载和更低的内容检索延迟比现有的国家的最先进的方法。
2017-05-16 cs.IT math.IT
Unified Analysis and Optimization of D2D Communications in Cellular Networks Over Fading Channels
本文提出了一种新的方法来建模和分析下行蜂窝网络与设备到设备（D $2$ D）传输。由于H变换理论，在基于随机几何的蜂窝网络建模和分析中从未考虑过的分类，在一般衰落信道中的信号噪声干扰比（SINR）分析的解析实施例是统一的。建议的框架有可能，由于福克斯的H功能的通用性，显着简化繁琐的分析程序和表示D $2$ D和蜂窝覆盖，同时包含那些以前推导出的所有已知的简单和复合衰落模型。通过利用它的易处理性，发达国家的统计机械发起调查共存的D $2$ D和蜂窝通信的最佳设计。我们提出了新的覆盖感知功率控制结合机会接入控制，以最大限度地提高区域频谱效率（ASE）的D $2$ D通信。仿真结果证实了所提出的优化框架在蜂窝通信覆盖概率，平均D $2$ D发射功率，和ASE的D $2$ D通信在不同的衰落模型和链路和网络级动态方面实现的性能增益。
2018-04-12 cs.IT math.IT
Spatial Motifs for Device-to-Device Network Analysis in Cellular Networks
设备到设备（D2D）通信是有效传播关键或病毒信息的有前途的方法。收获D2D使能网络的益处取决于选择服从资源和用户分布约束的最佳内容传播策略。在本文中，提出了一种新的D2D网络分析框架，研究频繁出现的子图，称为图案，对D2D网络性能的影响，并确定一个有效的内容传播策略。在提出的框架中，设备在D2D网络中的分布被建模为一个托马斯集群过程（TCP），和两个图形结构，星形和链图案，在通信图中进行了研究。基于TCP的属性，封闭形式的解析表达式的统计意义，中断概率，以及每个设备的平均吞吐量，推导。仿真结果证实了分析推导，并显示了不同的系统拓扑结构上的图案的发生和D2D系统吞吐量的影响。更重要的是，结果强调，随着基序的统计显著性增加，系统吞吐量将最初增加，然后减少。因此，网络运营商可以获得映射到最佳内容传播性能的链和星形图案的统计显著性区域。此外，使用所获得的区域和用于统计显著性的分析表达式，网络运营商可以有效地识别哪些设备集群可以用于D2D通信，同时确定每个所识别的集群中的服务设备的数量。
2019-04-04 cs.IT math.IT
Coordinated Two-Tier Heterogeneous Cellular Networks with Leakage Based Beamforming
在本文中，我们证明了两层异构蜂窝网络（HetNet）的宏小区和微小区基站（BS）之间的协调程度不同所实现的速率增益。我们发现，如果没有协调的存在下，网络致密化不提供任何增益的总和速率，并迅速降低平均每用户的信号与干扰加噪声比（SINR）。我们的研究结果表明，协调降低了系统中的微小区BS的数量增加的SINR衰减率。通过与仿真结果的比较，证明了解析近似的平均每用户SINR在很宽的信噪比（SNR）范围内的有效性。
2015-03-05 cs.IT math.IT
Johnson-Mehl Cell-based Analysis of UL Cellular Network with Coupled User and BS Locations
在这项工作中，我们分析了蜂窝网络的上行链路（UL）的性能，其中基站（BS）的位置遵循均匀泊松点过程（PPP），用户和BS的位置是空间耦合的。为了捕捉这种耦合，我们认为，用户连接到一个BS均匀地位于随机相互独立的约翰逊-梅尔（JM）细胞的BS。对于这个系统模型，我们推导出解析表达式的UL信号干扰比（SIR）的覆盖概率和平均频谱效率（SE）的一个典型的用户在网络中。在我们的分析中的关键中间步骤之一是近似的，但准确的，一个典型的JM细胞的面积分布的表征。另一个关键的中间步骤是由干扰用户形成的点过程的准确统计特性，随后使覆盖概率分析成为可能。我们提出了一个典型的用户的覆盖概率和SE结果，并研究了不同的系统参数之间的相互作用。
2018-05-24 cs.IT cs.NI math.IT
Power Distribution of Device-to-Device Communications in Underlaid Cellular Networks
设备到设备（D2D）通信最近已经作为无线蜂窝网络中的新型传输范例出现。D2D传输与通常的蜂窝连接同时发生，因此，控制给宏蜂窝用户设备（UE）带来的干扰至关重要。在本文中，我们考虑了一层D2D用户的上行链路传输，其作为传统蜂窝网络的中继来操作。利用基于随机几何的网络模型，推导出D2D发射功率的均衡累积分布函数（CDF）。考虑干扰受限和相对损耗环境的情况下，推导了功率CDF的闭合形式方程。最后，推导出功率分布的上界，并通过仿真验证了分析结果。
2015-11-15 cs.IT cs.NI math.IT
Spectral and Energy Efficiency of Uplink D2D Underlaid Massive MIMO Cellular Networks
关键的5G场景之一是设备到设备（D2D）和大规模多输入多输出（MIMO）将共存。然而，由于大量的蜂窝和D2D传输，需要协调上行链路D2D底层的大规模MIMO蜂窝网络中的干扰。为此，本文介绍了一种空间动态功率控制解决方案，用于减轻蜂窝到D2D和D2D到蜂窝的干扰。特别地，所提出的D2D功率控制策略相当灵活，包括没有D2D链路或使用最大发射功率的特殊情况。在考虑功率控制的情况下，提出了一种分析方法来评估这种网络的频谱效率（SE）和能量效率（EE）。因此，导出了蜂窝用户或D2D发射机的SE的精确表达式，其量化了诸如大规模MIMO天线和D2D密度的关键系统参数的影响。此外，D2D的规模属性，这提供了实现预期的SE的充分条件。数值结果证实了我们的分析，并表明所提出的功率控制解决方案可以有效地减轻蜂窝和D2D层之间的干扰。结果表明，存在最佳D2D密度，以最大化D2D层的面积SE。此外，蜂窝用户的可实现EE可以与D2D用户的可实现EE相当。
2017-05-29 cs.IT math.IT
Base Station Cooperation in Millimeter Wave Cellular Networks: Performance Enhancement of Cell-Edge Users
毫米波（mmWave）信号对阻塞更加敏感，这导致中断概率显著增加，特别是对于小区边缘的用户。在本文中，我们利用基站（BS）合作的技术，以提高性能的小区边缘用户在下行链路传输的毫米波蜂窝网络。我们设计了两种协作方案，分别称为固定数量BS协作（FNC）方案和固定区域BS协作（FRC）方案。在FNC方案中，协作基站由被服务小区边缘用户周围的M个最近的基站组成，而在FRC方案中，协作基站包括位于给定区域内的所有基站。基于随机几何框架，推导了位于原点的典型小区边缘用户的平均速率和中断概率的表达式。为了降低中断概率分析结果的计算复杂性，我们进一步提出了一种基于Gamma近似的方法来提供具有满意精度的近似。我们的分析结果结合了毫米波信道的关键特性，即，阻塞效应、LOS和NLOS链路的不同路径损耗以及高方向性天线阵列。仿真结果表明，将基站协作技术与毫米波网络相结合，可以大大提高小区边缘用户的性能。
2018-06-14 cs.IT math.IT
Analytical Modeling of Uplink Cellular Networks
蜂窝上行链路分析通常通过将所有干扰合并到Wyner型模型中的单个确定性或随机参数的简单方法进行，或者通过复杂的系统级仿真进行，该仿真通常不能提供对观察到各种趋势的原因的洞察。本文提出了一种新的中间方法，使用点处理，这是准确的，也容易评估的积分表达式的基础上的拉普拉斯变换的干扰。我们假设移动台和基站随机放置在网络中，每个移动台与其最近的基站配对。与下行链路分析的相关近期工作相比，所提出的上行链路模型在两个关键特征上不同。首先，考虑用户和基站点过程之间的依赖关系，以确保每个基站在给定的资源块中服务于单个移动台。第二，包括每移动功率控制，这进一步耦合由于位置相关的信道反转的移动台的传输。尽管如此，我们成功地推导出网络中典型链路的覆盖（相当于中断）概率。这个模型可以用来解决各种各样的系统设计问题的未来。在本文中，我们专注于功率控制的影响，并看到部分信道反转应使用在低信号干扰噪声比（SINR），而全功率传输是最佳的在较高的SINR。
2013-03-21 cs.IT cs.NI math.IT
Load-Aware Modeling and Analysis of Heterogeneous Cellular Networks
随机空间模型由于其真实性、易处理性和可扩展性而在异构蜂窝网络建模中具有很大的吸引力。迄今为止，这种模型在HCN的上下文中的一个主要限制是忽略了网络流量和负载：通常假设所有基站（BS）总是在发送。特别地，小型小区将具有比宏小区更轻的负载，并且因此它们对网络干扰的贡献在满载模型中可能被显著夸大。本文通过引入一种新的有条件稀疏干扰场的思想，引入了BS负载的灵活概念。对于K层HCN，其中跨层的BS在发射功率、所支持的数据率、部署密度和现在的负载方面不同，我们推导出连接到最强BS信号的典型移动设备的覆盖概率。以该连接为条件，假设$i^{th}$层的干扰BS以概率$p_i$独立地发送，该概率对负载进行建模。假设-合理地-较小的小区比宏小区负载更轻，分析表明，向网络添加这样的接入点总是增加覆盖概率。我们还观察到，完全加载的模型在覆盖率方面相当悲观。
2013-03-21 cs.IT math.IT
The Meta Distribution of the SIR in Poisson Bipolar and Cellular Networks
在具有瑞利衰落的泊松双极和蜂窝网络中，在典型接收机处的SIR分布（或者等效地，在典型链路上传输的成功概率）的计算相对简单，但是它仅提供关于各个链路的成功概率的有限信息。本文引入SIR的Meta分布的概念，SIR是给定点过程的条件成功概率$P$的分布，并给出了SIR的界和一个精确的解析表达式，Meta分布提供了关于SIR的细粒度信息，并回答了诸如“泊松蜂窝网络中达到90%的用户的比例是多少”的问题。链路可靠性，如果所需的SIR是5 dB？".有趣的是，在双极模型中，如果在增加网络密度$λ$的同时减小发送概率$p$，使得并发发送器的密度$λp$保持恒定为$p\to 0$，则$P$退化为常数，即，所有链路在极限内具有完全相同的成功概率，这是典型链路的成功概率。相反，在蜂窝情况下，如果干扰基站以概率$p$独立地活动，则当$p$减小到$0$同时保持平均成功概率恒定时，$P$的方差接近非零常数。
2015-06-04 cs.IT cs.NI math.IT
Statistical Intercell Interference Modeling for Capacity-Coverage Tradeoff Analysis in Downlink Cellular Networks
干扰影响蜂窝网络中容量和覆盖之间的相互作用。然而，干扰是不确定的，并且取决于各种系统和信道参数，包括用户调度、频率重用和衰落变化。我们提出了一种分析方法，用于建模在蜂窝网络的下行链路中的小区间干扰的分布作为通用衰落信道模型和各种调度方案的函数。我们证明了有用的推导出的表达式，在计算基于位置和平均的数据率，除了捕获实际的小区容量和覆盖范围之间的权衡在下行链路蜂窝网络。
2014-06-04 cs.IT math.IT math.ST
Uplink Performance of Large Optimum-Combining Antenna Arrays in Power-Controlled Cellular Networks
分析了具有大量天线的基站的干扰受限蜂窝网络的上行链路，这些基站使用带功率控制的线性最小均方误差（MMSE）处理。简单的近似，这是准确的渐近意义上，提供了这些系统中的链路的频谱效率（b/s/Hz）。还发现，当基站天线的数量是适度大，在整个网络中的移动台的数量是大的，在一个给定的小区内的移动台的发射功率之间的相关性不显着影响系统的频谱效率。结果，移动台可以执行不依赖于网络中的其他用户的简单功率控制（例如，部分功率控制），降低了系统复杂性并提高了这种系统的分析易处理性。
2015-06-19 cs.IT math.IT
Distributed Power Control in Downlink Cellular Massive MIMO Systems
本文比较了集中式和分布式方法来解决多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统下行链路中具有服务质量（QoS）约束的功率最小化问题。特别是，我们研究的计算复杂性，基站（BS）之间需要交换的参数的数量，和迭代实现的收敛性。尽管基于对偶分解的分布式实现（其仅需要每个BS处的统计信道知识）通常在几次迭代之后收敛到全局最优，但是需要交换许多参数以达到收敛。
2018-02-20 cs.IT math.IT
Uplink Performance Analysis in D2D-Enabled mmWave Cellular Networks with Clustered Users
在本文中，提供了一个分析框架来分析具有集群D2D用户设备（UE）的具有D2D功能的毫米波（mmWave）蜂窝网络的上行链路性能。蜂窝UE的位置被建模为毒点过程（PPP），而潜在D2D UE的位置被建模为泊松簇过程（PCP）。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，如定向波束成形，并具有不同的路径损耗规律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路纳入中断分析，采用灵活的模式选择方案。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。此外，整个网络的区域频谱效率（ASE）的确定为共享和覆盖类型。通过考虑最佳加权比例公平频谱划分来确定覆盖共享的最佳频谱划分因子。
2018-01-13 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
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
Energy Efficient Scheduling and Groupping for Machine-TYpe Communications over Cellular Networks
在本文中，能量有效的调度部署在蜂窝网络中的分组机器类型的设备进行了研究。我们引入了一个基于奖励的合作激励计划，使机器节点在本地组织起来，创建机器组，并通过组代表到基站进行通信。该方案得益于一种新的调度器设计，它考虑到每个节点的合作水平，补偿组代表的额外能量消耗，并最大限度地提高网络的生命周期。由于重用蜂窝上行链路资源用于组内的通信降低了主用户的服务质量（QoS），因此提供了分析结果，其呈现了给定小区中同时活动的机器组的最大允许数量与主用户的QoS之间的折衷。此外，我们扩展了我们的现有蜂窝网络的解决方案，提出了一个合作激励LTE调度器，并提出我们的仿真结果在LTE的上下文中。仿真结果表明，所提出的解决方案显著延长了网络的生存时间。此外，它示出，在某些情况下，由机器设备重用上行链路资源可以显着降低主用户的中断性能，因此，机器设备和蜂窝用户的共存管理对于下一代蜂窝网络是至关重要的，以使基于组的机器类型的通信，同时保证主用户的QoS。
2016-03-17 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
