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
Spatiotemporal Stochastic Modeling of IoT Enabled Cellular Networks: Scalability and Stability Analysis
物联网（IoT）本质上是大规模的，这表现在大量连接的设备以及它们广阔的空间存在。蜂窝网络提供无处不在、可靠和高效的无线接入，是为物联网产生的数据海啸提供第一英里接入的自然候选者。然而，蜂窝网络可能具有向大量连接的事物提供上行链路连接的可扩展性问题。为了表征物联网环境下蜂窝上行链路的可扩展性，提出了一种基于蜂窝上行链路连接的物联网设备流量感知时空数学模型。所开发的模型基于随机几何和排队论，以考虑每个IoT设备的流量需求、不同的传输策略以及IoT设备之间的相互干扰。为此，开发的模型被用来表征蜂窝网络可以容纳物联网流量的程度，以及评估和比较三种不同的传输策略，这些策略结合了传输持久性、退避和功率提升。分析和结果清楚地说明了物联网对蜂窝网络施加的可扩展性问题，并为每种传输策略的有效场景提供了见解。
2017-02-26 cs.IT 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
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
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
Unified Stochastic Geometry Model for MIMO Cellular Networks with Retransmissions
本文提出了一个统一的数学范式，随机几何的基础上，下行蜂窝网络与多输入多输出（MIMO）基站（BS）。所开发的范例占信号重传解码错误时，其中捕获的原始和重传信号的信号干扰噪声比（SINR）之间的时间相关性。除了对重传对网络性能的影响进行建模外，所开发的数学模型还为MIMO蜂窝网络文献提供了双重分析统一。首先，它将有形的解码错误概率和抽象的（即，调制方案和接收机类型不可知）中断概率分析，这在文献中很大程度上是不相交的。其次，统一了对不同MIMO配置的分析。通过高斯信令近似以及MIMO蜂窝网络中每数据流SINR的等效SISO表示来抽象干扰信号中传达的不必要信息，从而实现统一的MIMO分析。我们表明，建议的统一简化了分析，而不牺牲模型的准确性。为此，我们讨论了不同的MIMO方案所施加的分集复用的折衷，并阐明了由于原始和重传信号的SINR之间的时间相关性的分集损失。最后，强调了几个设计见解。
2016-04-11 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 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 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
Stochastic Geometric Analysis of Energy-Efficient Dense Cellular Networks
密集蜂窝网络（DenseNets）正在迅速成为现实，基站（BS）的快速部署旨在满足爆炸性的数据流量需求。然而，在传统系统中，这伴随着更高的网络干扰和能量消耗的惩罚。为了以可持续的方式支持网络密集化，系统行为应该是“负载成比例的”，从而允许网络的某些部分按需激活。在这项工作中，我们开发了一个分析框架，使用工具从随机几何理论的性能分析的DenseNets负载感知是明确嵌入在设计中。该模型利用灵活的蜂窝网络架构，其中数据和信令通信功能完全分离。使用所提出的模型，我们确定了满足某些最低服务标准的最节能的部署解决方案，并通过动态睡眠方式分析了相应的省电。基于最先进的系统参数，具有单独的信令宏小区层的数据平面的同构微微部署被揭示为未来密集城市环境中最节能的解决方案。
2016-10-21 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
Analysis of the Delay Distribution in Cellular Networks by Using Stochastic Geometry
在本文中，借助于随机几何的数学工具，我们介绍了三种不同定义的延迟，即，在大规模蜂窝网络中，用户成功接收数据分组所花费的时间。我们还提供了一个渐近分析的延迟分布，它可以被看作是一个给定的网络的数据包丢失概率。为了减轻在某些情况下所获得的解析公式的固有计算困难，我们提出了有效的数值近似的基础上的数值反演方法，黎曼和，Beta分布。最后，我们证明了所获得的解析公式和相应的近似对蒙特卡洛模拟结果的准确性，并揭示了延迟性能的见解与几个设计参数，如解码阈值，发射功率，和部署密度的基站。所提出的方法可以促进蜂窝网络的分析和优化，所述蜂窝网络受到对网络分组延迟的可靠性约束，所述网络分组延迟不限于本地（平均）延迟，例如，在延迟敏感应用的上下文中。
2021-12-24 cs.IT math.IT
Energy Efficient Power Allocation for Device-to-Device Communications Underlaid Cellular Networks Using Stochastic Geometry
在本文中，我们研究了多个频段上的蜂窝网络下的D2D通信的上行链路中的能量效率最大化问题。利用随机几何，我们推导出封闭形式的表达式的平均和速率，成功的传输概率，和能量效率的蜂窝和D2D用户。然后，我们制定了一个优化问题，以联合最大化D2D和蜂窝用户的能量效率，并获得最佳的D2D和蜂窝用户的传输功率。在优化问题中，我们通过考虑每个链路上的成功传输概率来保证用户的QoS。为了解决这个问题，我们首先将问题转化为标准凸形式。之后，我们解决了两个阶段的问题，能源效率最大化的设备和能源效率最大化的蜂窝用户。在第一阶段，我们最大限度地提高D2D用户的能源效率，并将解决方案提供给第二阶段，在第二阶段，我们最大限度地提高蜂窝用户的能源效率。仿真结果表明，可以获得显著的能量效率，在高密度场景下，与固定传输功率相比，能效提高10%。
2019-09-06 cs.IT eess.SP 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
Stochastic Geometry Analysis of Sojourn Time in Multi-Tier Cellular Networks
在下一代无线服务中，移动性的影响将越来越重要，相关的挑战也需要解决。逗留时间，移动用户停留在小区内的持续时间，是可以显著影响移动用户的性能的移动性感知参数，并且还可以利用它来改进网络中的资源分配和移动性管理方法。在本文中，我们推导出在多层蜂窝网络中的逗留时间的分布和平均值，在每一层中的基站（BS）的空间分布遵循一个独立的齐次泊松点过程（PPP）。为了得到具有最大偏置平均接收功率关联的多层蜂窝网络中的逗留时间分布，我们推导了每层蜂窝网络的线性接触分布函数和弦长分布。我们还研究了平均逗留时间和其他流动性相关的性能指标之间的关系。我们发现，平均逗留时间是成反比的切换率，和互补累积分布函数（CCDF）的逗留时间是有界的从上面的切换概率的补充。此外，我们还研究了用户速度和网络参数对逗留时间的影响。
2020-01-07 cs.IT math.IT
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
Unified Stochastic Geometry Modeling and Analysis of Cellular Networks in LOS/NLOS and Shadowed Fading
信号与干扰加噪声比（SINR）通过其累积分布函数（CDF）的统计表征在蜂窝网络领域中的绝大多数技术贡献中是普遍存在的，因为它归结为平均聚合干扰的拉普拉斯变换，这是以限制简单化的瑞利衰落为代价而获得的益处。在这项工作中，捕捉不同的衰落信道，出现在现实的室外/室内无线通信场景中，我们不同的解决问题。通过利用信干噪比的矩母函数（MGF），我们成功地分析了阴影κ-μ、κ-μ和η-μ衰落模型下的蜂窝网络性能。后者通过捕获包括Rayleigh、Nakagami-m、Rician和Rician阴影衰落分布在内的各种衰落信道来提供高灵活性。这些信道模型最近因其准确建模密集城市环境、未来毫微微小区和设备到设备（D2 D）阴影信道的能力而受到称赞。除了统一不同的信道模型的分析，这项工作集成，第一次，覆盖范围，可达到的速率，和误码率（BEP），这在很大程度上是单独处理的文献。开发的模型和分析验证了广泛的模拟设置和参数。
2017-06-02 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
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
A Primer on Cellular Network Analysis Using Stochastic Geometry
本教程旨在为有兴趣学习如何使用随机几何建模和分析蜂窝网络性能的人提供一个可访问但严格的第一参考。特别是，我们专注于计算信号干扰噪声比（SINR）分布，其特征在于覆盖概率（SINR CCDF）或中断概率（CDF）。我们在网络中的基站（BS）作为一个实现的密度$λ$的齐次泊松点过程的模型，并计算三个主要情况下的SINR：下行链路，上行链路，最后的多层下行链路，其特征在于具有$k$层的BS，每个具有一个独特的密度$λ_i$和发射功率$p_i$。这三个基线结果已经被广泛地扩展到许多不同的场景，我们总结了其中一些扩展的简短摘要。
2016-10-05 cs.IT cs.NI 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
On Spectrum and Infrastructure Sharing in Multi-Operator Cellular Networks
在本文中，我们介绍了一个数学框架，用于分析和优化允许共享频谱许可证和基础设施元素的多运营商蜂窝网络。所提出的方法利用随机几何建模的蜂窝基站的位置和计算的总平均速率。从共享频谱频率和蜂窝基站出现的权衡量化和讨论。
2016-08-22 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
Assessing the robustness of critical behavior in stochastic cellular automata
有证据表明，生物系统，如大脑，工作在一个临界状态下，对噪音具有鲁棒性，因此能够在扰动下保持稳定。在这项工作中，我们解决的关键系统的鲁棒性噪声的问题。特别是，我们研究了随机元胞自动机（CA）在临界状态下的鲁棒性。随机元胞自动机是一种最简单的随机模型显示的临界性。随机元胞自动机的过渡态是通过一组概率来定义的。我们系统地扰动已知产生临界行为的最佳随机CA的概率，我们报告说，这样的CA能够保持在一个临界状态到一定程度的噪声。我们提出的结果使用误差度量的幂律拟合，如Kolmogorov-Smirnov统计和Kullback-Leibler分歧。我们讨论了我们的研究结果对未来实现脑启发的人工智能系统的影响。
2022-08-01 cs.IT cs.NE math.IT
A Stochastic Geometry Framework for Analyzing Pairwise-Cooperative Cellular Networks
蜂窝网络中的协作最近被建议作为一种有前途的方案，以提高系统性能，特别是对于小区边缘用户。在这项工作中，我们使用随机几何来分析合作模型，其中基站（BS）的位置遵循泊松点过程分布和Voronoi细胞定义与它们相关的平面区域。对于每个用户的服务，涉及一个或两个BS。如果是两个，则这些通过在某个回程链路上与会议交换用户数据和信道相关信息来协作。我们的框架一般允许可变水平的信道信息在发射机。在本文中，我们调查的情况下，有限的信道状态信息的合作（信道相位，第二个邻居干扰），但不是完全自适应的情况下，这将需要相当大的反馈。总的每用户传输功率在两个发射机之间进一步划分，并且对公共消息进行编码。用户选择有或没有合作的服务的决定是由一个家庭的几何政策，这取决于它的相对位置，它的两个最近的基站。推导出网络覆盖概率的精确表达式。数值评估允许一个分析显着的覆盖面相比，非合作的情况下的好处。因此，合作方案可以提高系统的性能，而无需额外的网络资源的开发。
2013-05-27 cs.IT 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
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
Complexity and Stochastic Synchronization in Coupled Map Lattices and Cellular Automata
现在的问题是“什么是复杂性？”是一个需要回答的挑战这个问题引发了物理学、生物学、数学和计算机科学等前沿领域的大量工作。甚至当本世纪被告知是复杂性的世纪时。虽然回答上述问题似乎并不紧迫，但在文献中可以找到就此提出的许多不同建议。在这方面，本章收集了几篇关于统计复杂性和随机过程的文章。
2010-09-02 cs.IT math.IT nlin.CD
Delay-Optimal User Scheduling and Inter-Cell Interference Management in Cellular Network via Distributive Stochastic Learning
针对具有M个基站和K个用户的蜂窝下行链路系统，提出了一种分布式的蜂窝小区内用户调度和小区间干扰管理控制方案。每个BS具有K个下行链路队列，分别用于具有不同到达和延迟要求的K个用户。ICI管理控制在慢时间尺度上自适应于联合队列状态信息（QSI），而用户调度控制在较快时间尺度上自适应于联合QSI和联合信道状态信息（CSI）两者。我们发现，该问题可以建模为一个无限的地平线平均成本部分观察马尔可夫决策问题（POMDP），这是NP-困难的一般。利用问题的特殊结构，我们将得到一个等价的Bellman方程来求解POMDP问题。为了解决分布式的要求和问题的维数和计算复杂度，我们推导出一个分布式的在线随机学习算法，它只需要本地QSI和本地CSI在每个M BS。我们表明，所提出的学习算法几乎肯定收敛（概率为1），并且与各种基线相比具有显着的增益。该算法的线性复杂度为O（MK）。
2010-09-13 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
Random Access Analysis for Massive IoT Networks under A New Spatio-Temporal Model: A Stochastic Geometry Approach
大规模物联网（mIoT）为构建强大且无处不在的连接提供了一个有利的机会，这些连接面临着众多新挑战，其中蜂窝网络由于其高度的可扩展性，可靠性和效率而成为潜在的解决方案。随机接入信道（RACH）过程是基于蜂窝的mIoT网络中IoT设备和基站（BS）之间的连接建立的第一步，其中对物理层网络的静态属性和每个IoT设备中演进的队列的动态属性之间的交互进行建模是具有挑战性的。为了解决这个问题，我们提供了一种新的流量感知时空模型来分析基于蜂窝的mIoT网络中的RACH，其中物理层网络在空间域中基于随机几何建模和分析，并且在时域中基于概率理论分析队列演化。对于性能评估，我们推导出随机选择的IoT设备在每个时隙中具有不同RACH方案的前导码传输成功概率的精确表达式，这提供了对每个RACH方案的有效性的见解。我们得出的分析结果通过捕捉每个物联网设备中数据包演变的真实模拟进行了验证。该数学模型和分析框架可以应用于评估基于蜂窝网络的其他类型的RACH方案的性能，通过简单地结合其前导码传输原理。
2018-07-04 cs.IT 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
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
Stochastic Content-Centric Multicast Scheduling for Cache-Enabled Heterogeneous Cellular Networks
在小型基站（SBS）处的高速缓存已经证明了在减轻异构蜂窝网络（HetNet）中的回程需求方面的显著益处。虽然许多现有的作品集中在什么内容缓存在每个SBS，一个同样重要的问题是什么内容提供，以满足动态用户的需求给定的缓存状态。在本文中，我们研究了最佳的内容交付缓存启用HetNets考虑到无线介质的固有组播能力。我们考虑随机内容多播调度，共同最小化平均网络延迟和功率成本下的多址接入约束。我们建立了一个以内容为中心的请求队列模型，并将此随机优化问题表示为一个无限时域平均成本马尔可夫决策过程（MDP）。利用\emph{relative value iteration}和请求队列动力学的特殊性质，我们刻画了MDP的价值函数的一些性质。基于这些性质，我们证明了最优多播调度策略是阈值型的。然后，我们提出了一个结构感知的优化算法，以获得最优的政策。我们还提出了一个低复杂度的次优策略，它具有类似的结构属性的最优策略，并开发了一个低复杂度的算法来获得这个政策。
2016-06-17 cs.IT cs.NI math.IT
An Effective Handover Analysis for the Randomly Distributed Heterogeneous Cellular Networks
切换率是无线蜂窝网络中指导移动性管理和资源管理的重要指标之一。在文献中，针对同构蜂窝网络，分别采用正六边形覆盖模型和随机几何模型推导出了切换速率的数学表达式，但对于异构蜂窝网络，还没有可靠的结果。最近，随机几何建模已被证明可以很好地模拟HCN的实际部署，并已被广泛用于分析HCN。本文利用随机几何建模方法对HCN进行了有效的切换分析，并利用无穷小方法推导了广义多层场景下切换率的数学表达式，通过推导一些有意义的推论对结果进行了讨论，最后通过多步行模型的计算机模拟验证了分析的正确性。通过我们的分析，我们发现，在HCN的切换率是相关的许多因素，如基站的密度和发射功率，用户的速度分布，偏置因子，通过损耗因子等，虽然我们的分析侧重于多层HCN的情况下，分析框架可以很容易地扩展到更复杂的场景，并可能为未来的研究提供一些启示。
2015-01-07 cs.IT cs.NI math.IT
Downlink Power Control in Two-Tier Cellular Networks with Energy-Harvesting Small Cells as Stochastic Games
蜂窝网络中的能量收集是一种新兴技术，用于增强功率受限的无线设备的可持续性。本文考虑了与小小区重叠的宏小区的同信道部署。小小区基站（SBS）从环境源获取能量，而宏小区基站（MBS）使用常规电源。给定MBS的随机能量到达过程，我们推导出MBS和SBS的下行链路传输的功率控制策略，使得它们可以实现它们的目标（例如，将信号与干扰加噪声比（SINR）保持在可接受的水平）。我们考虑用于SBS的集中式能量收集机制，即，存在中央能量存储器（CES），其中能量被收集并且然后被分配到SBS。当MBS数量较少时，CES和MBS之间的博弈模型为单控制器随机博弈，均衡策略可作为二次规划问题的解得到.然而，当SBS的数量趋于无穷大（即，一个高度密集的网络），集中式方案变得不可行，因此，我们使用平均场随机博弈来获得每个SBS的分布式功率控制策略。通过求解一个偏微分方程组，我们推导出的平均场分布的知识，并在电池的SBS的可用收获的能量水平的SBS的功率控制策略。
2015-10-27 cs.IT cs.NI math.IT
Stochastic Geometry Analysis of Uplink Cellular Networks with FSO Backhauling: Cooperative Relaying Vs. Reflecting Surfaces
在这项工作中，我们考虑的性能分析的上行链路蜂窝网络与自由空间光学（FSO）回程。用户设备（UE）在第一时隙中与最近的基站（BS）通信，而在第二时隙中，BS将接收到的射频（RF）信号转换成FSO脉冲并发送到数据中心。我们采用瑞利衰落的上行链路信道，而FSO回程包括的相干性引起的衰落，遵循马拉加分布，天气路径损耗，和指向误差衰落，这是广义贝克曼模型分布。此外，我们将比较的性能时，BS的行为无论是解码和转发（DF）中继或智能反射表面（IRS）。接下来，我们将提出一个最佳设计的移相器的IRS，以尽量减少干扰，提高率拍中继。利用这个框架，我们将获得系统的性能指标，如覆盖概率以及频谱效率。针对高信噪比，我们将获得分集增益，以获得对系统性能和限制的工程见解。最后，通过蒙特卡罗模拟验证了分析结果。
2020-10-28 cs.IT eess.SP math.IT
Time-based Handover Skipping in Cellular Networks: Spatially Stochastic Modeling and Analysis
在无线蜂窝通信网络的背景下，切换（HO）管理引起了研究的关注。HO管理的一个关键问题是处理移动用户经历的越来越多的HO。为了解决这个问题，近年来已经研究了HO跳过技术。在本文中，我们提出了一种新的HO跳过方案，即基于时间的HO跳过。在所提出的方案中，用户的HO由一定的固定时间段控制，我们称之为跳过时间。可以将跳过时间作为系统参数来管理，从而实现HO跳过的灵活操作。我们分析了该方案的传输性能的基础上的随机几何方法。在用户执行基于时间的HO跳过的情况下，我们推导出两个性能指标的解析表达式：HO速率和期望的数据率。分析结果表明，具有基于时间的HO跳过的场景优于没有HO跳过的场景，特别是当用户快速移动时。此外，我们发现，有一个唯一的最佳跳过时间最大化的传输性能，我们近似获得。
2020-08-24 cs.IT cs.NI math.IT
Periodic handover skipping in cellular networks: Spatially stochastic modeling and analysis
切换（HO）管理是密集蜂窝网络中最关键的任务之一。HO管理中的一个问题是处理由于5G演进中的网络致密化而增加的HO，并且迄今为止在文献中已经研究了各种HO跳过技术以抑制过多的HO。在本文中，我们提出了另一种HO跳过方案，称为周期性HO跳过。所提出的方案禁止移动用户设备（UE）的HO达特定时间段（称为跳过时段），从而通过调整跳过时段的长度来实现HO跳过的灵活操作。我们调查的随机几何的基础上所提出的计划的性能。具体而言，我们推导出两个性能指标的解析表达式-HO率和预期的下行链路数据率-当UE采用周期性HO跳过。基于该分析的数值结果表明，周期性HO跳过场景在表示HO速率和预期下行链路数据率之间的折衷的某个效用度量方面可以优于没有任何HO跳过的场景，特别是当UE快速移动时。此外，我们数值表明，可以存在一个最佳长度的跳过期间，局部最大化的效用度量，并近似地提供了一个简单的形式的最佳跳过期间。与其他一些HO跳跃技术进行了数值比较。
2023-03-13 cs.IT cs.NI 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
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
Quantum-inspired identification of complex cellular automata
本研究利用量子统计记忆度量，通过分析基本元胞自动机生成结构的速率，提出一种定量区分简单与复杂ECA的新方法，并建立复杂性排序谱系。
2024-03-20 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
On Stochastic Geometry Modeling of Cellular Uplink Transmission with Truncated Channel Inversion Power Control
使用随机几何，我们开发了一个易于处理的上行链路建模范例中断概率和频谱效率在单层和多层蜂窝无线网络。该分析考虑了每个用户设备（UE）的功率控制以及UE的最大功率限制。更具体地，对于干扰减轻和鲁棒上行链路通信，要求每个UE控制其发射功率，使得其服务基站（BS）处的平均接收信号功率等于某个阈值$ρ_o$。由于有限的发射功率，UE采用具有截止阈值$ρ_o$的截断信道反转功率控制策略。我们发现，存在一个传输点的上行链路系统的性能，取决于元组：BS强度（$λ$），最大发射功率的UE（$P_u$），和$ρ_o$。也就是说，当$P_u$是关于[w.r.t.]由于$λ$和$ρ_o$的值不同，上行链路中断概率和频谱效率高度依赖于$λ$和$ρ_o$的值。在这种情况下，存在最佳截止阈值$ρ^*_o$，它取决于系统参数，使中断概率最小化。另一方面，当$P_u$不是绑定操作约束w.r.t.由于$λ$和$ρ_o$的不同，上行链路中断概率和频谱效率变得独立于$λ$和$ρ_o$。我们得到近似但准确的中断概率和频谱效率的简单表达式，在某些特殊情况下，减少到封闭形式。
2014-01-23 cs.IT cs.NI math.IT
