Effect of Cell-Selection on the Effective Fading Distribution in a Downlink K-tier HetNet
研究了多层蜂窝网络中采用最强基站小区关联策略时有效衰落增益的统计特性。首先，我们导出与第$k$层中的第$n$最近BS的关联概率。接下来，我们使用这个结果来推导出用户在与最强BS相关联时所经历的信道衰落增益（有效衰落）的概率密度函数（PDF）。有趣的是，我们的研究结果表明，有效的信道增益分布仅取决于原始信道衰落和路径损耗指数。此外，我们表明，在$m$衰落信道（伽玛分布）的情况下，有效衰落的分布也是伽玛，但增益$\fracα{2}$的形状参数，其中$α$是路径损耗指数。
2017-05-31 cs.IT math.IT math.PR
Cache-enabled Heterogeneous Cellular Networks: Comparison and Tradeoffs
在基站（BS）处缓存流行内容是释放蜂窝异构网络（HetNet）潜力的有希望的方式，其中回程已成为瓶颈。在本文中，我们比较了高速缓存使能的HetNet，其中一层多天线宏BS被具有高速缓存但没有回程的一层帮助节点覆盖，与传统的HetNet，其中宏BS层被具有有限容量回程的一层微微BS覆盖。我们利用随机几何理论推导了这两种HetNet的面积谱效率，并在一种特殊情况下得到了封闭形式的表达式。我们使用数值结果表明，助手密度只有1/4的微微BS密度，以实现相同的目标ASE，和助手密度可以通过增加缓存容量进一步降低。在给定的总缓存容量的区域内，存在一个最佳的助手节点密度，最大化ASE。
2016-02-29 cs.IT math.IT
On Exact Distribution of Poisson-Voronoi Area in $K$-tier HetNets with Generalized Association Rule
这封信描述了$K$层泊松网络中典型Voronoi区域的精确分布函数。用户服从广义关联（GA）规则，这是一个超集的最近的基站关联和最大接收功率的关联（任意衰落）的规则，通常在文献中采用。结合Robbins定理和Poisson点过程的概率生成泛函，在遗传算法规则下得到了一个典型的$k$ -阶Voronoi区域$k \in \{1,...,K\}$的精确矩.我们在几个特殊情况下应用这个结果。例如，我们证明了在多层网络中的GA规则，平均值的$k$ -th层Voronoi面积可以精确地表示在一个封闭的形式。我们还得到了简化的表达式，其高阶矩的平均和瞬时接收功率为基础的用户关联。在指数衰落的单层网络中，后者的关联规则提供了一个典型的Voronoi区域的二阶矩的封闭形式的表达。我们数值计算这个精确的表达式，并将其与近似结果进行比较。
2020-07-01 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Efficiency of Cross-Tier Base Station Cooperation in Heterogeneous Cellular Networks
异构蜂窝网络（HetNet）将被部署用于未来的无线通信以满足不断增长的移动业务需求。然而，小型小区的密集和随机部署以及它们的不协调操作引起了对能量效率的重要关注。基站（BS）协作被设置为在管理HetNet中的干扰中发挥关键作用。在本文中，我们考虑在下行链路HetNet中，来自不同层次的BS在各自的合作集群内共同发送相同的数据到一个典型的用户，并进一步优化的能量效率性能的BS合作。首先，基于所提出的聚类模型，我们推导出的空间平均速率使用随机几何工具。此外，我们制定了一个最小的空间平均速率约束的功率最小化问题，并得出最佳接收信号强度（RSS）阈值的近似结果。基于这些结果，我们有效地解决了如何设计适当的RSS阈值的问题，同时考虑到空间平均速率和能源效率之间的权衡。仿真结果表明，我们提出的聚类模型比几何聚类模型更节能，在我们提出的聚类模型下，部署一个两层的HetNet是显着更节能相比，一个宏观的网络。
2014-06-07 cs.IT math.IT
Downlink Multi-Antenna Heterogeneous Cellular Network with Load Balancing
我们建模和分析异构蜂窝网络与多天线BS（多天线HetNets）与K类或层的基站（BS），这可能会有所不同的发射功率，部署密度，发射天线的数量，服务的用户数量，传输方案，和路径损耗指数。我们表明，在多天线HetNet的小区选择规则可能会显着不同的单天线HetNet由于跨层的多天线传输方案的可能差异。虽然它是具有挑战性的，以获得确切的小区选择规则，即使最大化的信号与干扰加噪声比（SINR）在接收机，我们表明，添加适当选择的层相关的小区选择偏置在接收功率产生一个接近的近似。假设任意的选择偏差为每一层，简单的表达式，下行链路的覆盖范围和速率。对于覆盖率最大化，每个层所需的选择偏差以封闭形式给出。由于这种与偏置的连接，与单天线HetNet相比，多天线HetNet可以在某些机制中更自然地跨层平衡负载，其中通常需要大的小区选择偏置来将业务卸载到小小区。
2014-11-03 cs.IT cs.NI math.IT
Performance Analysis of Decoupled Cell Association in Multi-Tier Hybrid Networks using Real Blockage Environments
毫米波（mmWave）链路具有提供第五代（5G）网络中所需的高数据率和容量的潜力，然而它们具有非常高的穿透率和路径损耗。这个问题的解决方案是通过异构网络（HetNet）使基站更接近最终用户。HetNet可以被设计为允许用户在上行链路和下行链路中连接到不同的基站（BS）。这种现象被称为下行链路-上行链路解耦（DUDe）。本文探讨了DUDe在三层HetNet部署在两个不同的现实环境中的效果。我们的仿真结果表明，DUDe可以提供关于增加系统覆盖和数据率的改进，而改进的程度取决于系统部署在不同的环境。
2017-05-11 cs.IT math.IT
Analysis and Optimization of Interference Nulling in Downlink Multi-Antenna HetNets with Offloading
具有卸载的异构网络（HetNet）被认为是满足未来无线业务的高数据率需求的有效方式。然而，卸载的用户遭受强烈的层间干扰，这降低了卸载的益处，并且是系统性能的主要限制因素之一。在本文中，我们研究了使用干扰置零（IN）波束成形方案，以提高系统性能，通过仔细管理层间干扰的卸载用户在下行链路两层HetNet与多天线基站。利用随机几何的工具，我们推导出一个易于处理的表达率覆盖概率的IN计划。然后，我们优化设计参数，即，可以用于IN的自由度，以最大化速率覆盖概率。具体地说，在渐进的情况下，速率阈值是小的，通过研究的速率覆盖概率的顺序行为，我们的最佳设计参数的特征。对于一般情况下，我们展示了最优设计参数的一些性质。最后，通过数值模拟，我们表明IN方案可以优于简单的卸载方案没有干扰管理和几乎空白的子帧方案在3GPP LTE中，特别是在大天线制度。
2015-02-26 cs.IT math.IT
Joint Downlink Cell Association and Bandwidth Allocation for Wireless Backhauling in Two-Tier HetNets with Large-Scale Antenna Arrays
研究了两层蜂窝异构网络（HetNets）中的联合下行链路小区关联（CA）和无线回程带宽分配（WBBA）问题。在宏基站（BS）处实现大规模天线阵列，而宏小区范围内的小小区是单天线BS，并且它们依赖于到宏BS的空中链路以用于回程。研究了无线回程约束下的和对数用户速率最大化问题。提出了一种基于同信道反向时分双工（TDD）和动态软频率复用（SFR）的双工和频谱共享方案，用于在宏BS处具有大规模天线阵列的双层HetNet中的干扰管理和用于小小区的无线回程。针对HetNet中的联合CA-WBBA，研究了两种带内WBBA场景，即统一带宽分配和每个小小区带宽分配场景。采用一种两层递阶松弛优化分解方法求解混合整数非线性规划问题。基于通用算法建模系统（GAMS）优化求解器和快速算法的解决方案也提出了在每小小区WBBA场景中的小区关联。结果表明，当所有的小小区都必须使用带内无线回程时，系统负载对总对数速率和每用户速率性能的影响大于部署在宏小区范围内的小小区的数量。所提出的联合CA-WBBA算法具有近似等于宏BS处的大规模天线阵列的大小的最优负载。小区范围扩展（CRE）策略，这是一个有效的小区关联方案的HetNet与完美的回程，被证明是低效时，带内无线回程的小小区开始发挥作用。
2014-12-31 cs.IT cs.NI 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
Optimizing User Association and Spectrum Allocation in HetNets: A Utility Perspective
研究了干扰受限条件下多层异构网络（HetNet）上下行链路的联合用户关联和频谱分配问题。用户与基站（BS）的基础上偏置的下行链路接收功率相关联。频谱在层之间共享或正交划分。本文将基站在不同层中的布局建模为空间点过程，并采用随机几何方法推导出基于覆盖率的网络理论平均比例公平效用。通过建立和求解网络效用最大化问题，解析地得到了多层网络的最优用户关联偏置因子和频谱划分比。结果分析表明，下行链路和上行链路用户关联不必是对称的。对于频谱共享下的上行链路，如果所有层具有相同的目标信号干扰比（SIR），基于距离的用户关联被证明是最佳的各种路径损耗和功率控制设置下。对于下行链路和上行链路，在正交频谱划分下，示出了分配给每个层的频谱的最佳比例应该匹配与该层相关联的用户的比例。仿真验证了分析结果。在典型系统参数下，仿真结果表明，频谱划分性能更好的下行链路的效用，而频谱共享性能更好的功率控制的上行链路。
2014-12-18 cs.IT cs.NI math.IT
Enriched K-Tier HetNet Model to Enable the Analysis of User-Centric Small Cell Deployments
分析具有随机空间模型的异构蜂窝网络（HetNet）的当前方法的主要基本假设之一是独立于基站（BS）位置的用户的均匀分布。该假设不太准确，特别是对于以用户为中心的容量驱动的小小区部署，其中低功率BS被部署在高用户密度的区域中，从而引起BS和用户位置的自然相关性。为了捕捉这种相关性，我们丰富了现有的K层泊松点过程（PPP）HetNet模型，考虑用户位置的泊松集群过程（PCP）与BS在集群中心。特别是，我们提供了一个一般的密度函数描述的BS周围的用户的位置方面的下行链路覆盖概率的正式分析。导出的结果是专门为两种情况下的利益：（i）托马斯集群过程，其中的位置的BS周围的用户是高斯分布，和（ii）Matérn集群过程，其中的用户均匀分布在一个给定半径的磁盘内。在这两种情况下的覆盖概率也来自紧密的封闭形式的界限。我们的研究结果表明，覆盖概率随着BS周围的用户集群的大小的增加而降低，最终崩溃的假设下获得的结果PPP分布的用户独立于BS的位置时，集群大小趋于无穷大。使用这些结果，我们还处理了由两种类型的用户组成的混合用户分布：（i）均匀分布，以及（ii）围绕某些层聚集。
2017-05-18 cs.IT cs.NI math.IT
Time Reversal-based Transmissions with Distributed Power Allocation for Two-Tier Networks
无线电污染和功耗问题导致了绿色异构网络（HetNet）的创新发展。时间反转（TR）技术已经从宽带到窄带传输的验证被评估为最突出的线性预编码器之一，具有优越的捕获信号能量的能力。在本文中，我们考虑了一个新的HetNet模型，其中TR采用毫微微小区提出，以达到节省功率的好处，而宏小区利用基于迫零原理的波束成形算法，在频率选择性信道。在所考虑的HetNet中，还考虑了经由回程连接交换的有限信令信息的实际情况。因此，我们组织了一个分布式的功率加载策略，其中宏小区用户被视为具有优越的优先级相比，毫微微小区用户。通过Monte-Carlo仿真，结果表明TR比迫零具有更高的能量节省增益，在多径信道下具有更好的波束赋形效果，验证了功率加载策略的有效性。
2015-01-08 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Design of MIMO Heterogeneous Networks with Wireless Backhaul
随着未来网络旨在满足高数据率应用的不断增长的需求，密集和异构网络（HetNet）将被部署以提供更好的覆盖和吞吐量。除了对能量消耗的重要影响之外，朝向密集化的趋势要求越来越多的无线链路将大量回程流量转发到核心网络中。考虑到无线回程的存在对于HetNet的节能设计至关重要。在本文中，我们提供了一个通用的框架来分析的能量效率的两层MIMO异构网络的无线回程中存在的上行链路和下行链路传输。我们发现，在空间复用的HetNet的能量效率是敏感的网络负载，它应该考虑到控制每个基站服务的用户数量时。我们表明，具有无线回程的双层HetNet可以比单层蜂窝网络更节能。然而，这需要根据负载条件最优地设计无线电接入链路和无线回程之间的带宽划分。
2016-03-29 cs.IT math.IT
On the Limits of Coexisting Coverage and Capacity in Multi-RAT Heterogeneous Networks
本文设计了一个通用的异构无线网络（HetNet）的建模和分析框架，其中几个无线子网共存，并使用多种无线接入技术（多RAT）。在这种多RAT HetNet中的共存覆盖和网络容量在现有的工作中几乎没有调查。为了表征多RAT HetNet中共存的交互，在本文中，我们考虑了由K层AP组成的HetNet，并且在HetNet中采用了两种不同的RAT，RAT-L和RAT-U。RAT-L由前K-1层中的接入点（AP）采用，并且第K层中的AP仅使用RAT-U。考虑非跨RAT和跨RAT用户关联场景。在每种情况下，在每个层中的AP的空概率和信道接入概率首先被发现，然后紧的下限和它们的最低限度的建议共存的覆盖范围和网络容量的推导。我们表明，多RAT网络一般可以实现更高的链路覆盖和容量，通过使用机会CSMA/CA，避免/消除所有共存的AP之间的严重干扰。此外，跨RAT用户关联被示出为实现比非跨RAT用户关联高得多的共存覆盖和网络容量。最后，数值模拟的LTE-U和WiFi网络共存的HetNet验证了我们的研究结果。
2016-10-15 cs.IT cs.NI math.IT
Physical Layer Security in Random NOMA-Enabled Heterogeneous Networks
本文分析了物理层保密方法在支持非正交多址接入（NOMA）的异构网络（HetNet）中的性能。考虑$K$层多小区HetNet，包括在所有层中采用的NOMA。基站、合法用户（在两用户NOMA设置中）和被动窃听者都是随机分布的，所有这些都具有单天线。假设节点分布为独立的泊松点过程，利用随机几何方法来刻画遍历保密率。在特殊情况下，合法用户的遍历保密率的下限的封闭形式的表达式推导出的遍历保密率的下限。此外，更简单的表达式遍历保密率得到的干扰限制制度与消失的噪声方差。多层技术，NOMA，和物理层保密的效果进行了研究，使用数值结果。结果表明，将HetNet应用于安全的多小区NOMA系统，提高了频谱效率性能。
2022-10-21 cs.IT math.IT
Nuts and Bolts of a Realistic Stochastic Geometric Analysis of mmWave HetNets: Hardware Impairments and Channel Aging
出于异构网络（HetNets）的设计，以提高覆盖范围和毫米波（mmWave）传输提供了丰富的额外频谱，我们提出了一个通用的分析框架，揭示了现实的毫米波HetNets的下行链路组成的随机定位的基站（BS）的$K$层。具体而言，我们的模型，凭借随机几何工具，\textit{multi-tier} \textit{multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) mmWave}网络退化的不可避免的\textit{residual additive transceiver hardware impairments (RATHIs)}和\textit{channel aging}。鉴于这种设置，我们得出的覆盖概率和区域频谱效率（ASE），我们随后评估这些指标上的残余收发器硬件损伤（RTHI）和信道老化的影响。视线（LOS）和非视线（NLOS）的不同路径损耗规律占的分析，这是毫米波系统的显着特点。在这些研究结果中，我们表明，RATHIs有一个有意义的影响，在高信噪比（SNR）的制度，而发送附加失真退化进一步比接收失真的系统性能。此外，服务较少的用户被证明是优选的，并且毫米波越有方向性，ASE变得越高。
2019-03-26 cs.IT math.IT
Hierarchical Radio Resource Optimization for Heterogeneous Networks with Enhanced Inter-cell Interference Coordination (eICIC)
异构网络（HetNet）的多层拓扑结构使得干扰成为其主要的性能瓶颈。我们提出了几乎空白的资源块（ABRB）的干扰控制在HetNet。当在宏BS中调度ABRB时，发送具有空白有效载荷的资源块（RB），并且这消除了从该宏BS到微微BS的干扰。研究了一种基于动态ABRB控制的HetNet两时标分层无线资源管理方案。诸如动态ABRB的长期控制适应于RRM服务器处的大规模衰落，以用于层间和层间干扰控制。短期控制（用户调度）适应于每个BS内的本地信道状态信息以利用多用户分集。两个时间尺度的优化问题是具有挑战性的，由于指数大的解决方案空间。我们利用HetNet拓扑结构的干扰图的稀疏性，并推导出最优ABRB控制的结构特性。在此基础上，我们提出了一个两个时间尺度交替优化解决方案的用户调度和ABRB控制。该算法复杂度低，在高信噪比下是渐近最优的。仿真结果表明，所提出的解决方案具有显着的增益超过各种基线。
2013-05-25 cs.IT math.IT
Interference Management in 5G Reverse TDD HetNets with Wireless Backhaul: A Large System Analysis
这项工作分析了异构网络（HetNet），它包括一个宏基站（BS）配备了大量的天线和覆盖密集层的小小区接入点（SCA）使用无线回程的数据流量。静态和低移动性用户设备终端（UE）与SCA相关联，而具有中到高移动性的那些UE由宏BS服务。两层使用反向时分双工（TDD）协议，这允许BS本地估计层内和层间信道。然后，在BS处在上行链路（UL）或下行链路（DL）中使用该知识，以同时服务宏UE（MUE）并向SCA提供无线回程。提出了同信道SCA的地理分离以限制来自MUE的UL信号的干扰。在BS处使用采用迫零（ZF）或正则化ZF的级联线性预编码技术，以同时服务DL中的MUE和SCA，同时在UL中使对那些SCA的干扰为零。我们评估和表征的系统的性能，通过UL和DL传输的功耗的假设下，必须满足目标速率和不完美的信道状态信息是可用于MUE。分析是在渐近制度中进行的，其中BS天线的数量和网络规模（MUE和SCA）以固定的比率增长。来自大系统分析的结果被用于在上述假设下提供用于渐进UL和DL发射功率和预编码向量的简明公式。数值结果用于验证不同环境下的分析，并与替代网络架构进行比较。
2015-05-04 cs.IT math.IT
3GPP-inspired HetNet Model using Poisson Cluster Process: Sum-product Functionals and Downlink Coverage
异构蜂窝网络（HetNet）的日益增长的复杂性使得需要考虑各种用户和基站（BS）配置以用于现实的性能评估和系统设计。这直接反映在由标准化机构（诸如第三代合作伙伴计划（3GPP））提出的HetNet仿真模型中。作为这些模拟模型的补充，基于随机几何的方法，将用户的位置和BS的K层建模为独立和齐次的泊松点过程（PPP），在过去几年中获得了突出地位。尽管其成功地揭示了有用的见解，但这种基于PPP的K层HetNet模型并不丰富，不足以捕获存在于现实世界HetNet部署中并包括在3GPP仿真模型中的用户和BS位置之间的空间耦合。在本文中，我们证明了一部分用户和任意数量的BS层交替使用泊松聚类过程（PCP）建模捕获上述耦合，从而弥合了3GPP仿真模型和基于PPP的HetNet分析模型之间的差距。我们进一步表明，一个典型的用户下的下行链路覆盖概率的最大信号干扰比关联可以表示在PPP，PCP，及其相关的后代点过程，这都是我们的分析的一部分，其特征在于在和积泛函。我们还表明，该模型收敛到基于PPP的HetNet模型的集群大小的PCP趋于无穷大。最后，我们专门分析的基础上，一般的PCP托马斯和马特恩集群过程。所提出的模型的特殊实例非常类似于3GPP模拟中考虑的BS和用户位置的不同配置。
2017-05-04 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage Analysis and Load Balancing in HetNets with mmWave Multi-RAT Small Cells
我们描述了一个两层异构网络，包括经典的6GHz以下的宏小区，和多个无线接入技术（RAT）的小小区，能够在6GHz以下和毫米波（mm波）频段。为了优化覆盖范围和平衡负载，我们提出了一个两步机制的基础上调整层和RAT的选择，其中的子6GHz频段是用来加速在毫米波RAT的初始接入过程的两个偏差。首先，我们调查的信号干扰加噪声比（SINR）分布，小区负载和用户吞吐量方面的偏差的影响。更具体地说，我们得到的最佳偏差，最大化的SINR覆盖或用户下行链路吞吐量。然后，我们使用平均小区的方法来表征小区负载，并推导出过载概率的上界。最后，对于一个给定的流量密度，我们提供的小细胞密度，以满足系统的过载和中断概率方面的约束。我们的分析强调了部署双频带小小区的重要性，特别是当小小区部署稀疏或流量大的情况下。
2017-12-15 cs.IT math.IT
Modeling and Analysis of MmWave Communications in Cache-enabled HetNets
在本文中，我们考虑了一种新的高速缓存使能的异构网络（HetNet），其中宏基站（BS）与传统的子6 GHz的覆盖密集毫米波（毫米波）微微BS。这些两层BS，这是建模为两个独立的同质泊松点过程，缓存多媒体内容的流行程度排名。在宏BS和核心服务器之间利用高容量回程。引入最大接收功率策略，推导了新的成功概率和面积频谱效率（ASE）算法。此外，通过Monte Carlo仿真验证了分析结论，数值结果表明：1）HetNet是一个干扰受限的系统，性能优于传统HetNet; 2）存在一个最佳的预定速率阈值，该阈值有助于最大ASE; 3）由于天线规模较大，73 GHz是最佳的ASE毫米波载波频率。
2018-01-26 cs.IT math.IT
Unified Analysis of HetNets using Poisson Cluster Process under Max-Power Association
泊松聚类过程（Poisson cluster process，PCP）由于其在模拟用户和基站的真实空间配置方面的灵活性，近年来成为异构蜂窝网络（HetNets）建模和分析的一种有吸引力的方法。尽管PCP与HetNet的相关性无可争议--工业中使用的模型也证实了这一点--但PCP在性能分析中的应用仍然有限。这主要是因为缺乏分析工具来表征性能度量，例如连接到最强BS的用户的覆盖概率。在本文中，我们开发了一个分析框架的覆盖概率的评估，或等效的互补累积密度函数（CCDF）的信号干扰噪声比（SINR），一个典型的用户在一个K层的HetNet下的最大功率为基础的关联策略，其中每层的BS位置遵循泊松点过程（PPP）或PCP。关键的使能步骤涉及所有PCP的父PPP的条件，这使我们能够将覆盖概率表示为父PPP的和积与概率生成泛函（PGFLs）的乘积。除了几个有用的见解，我们的分析提供了一种严格的方法来研究集群大小对SINR分布的影响，这是不可能使用现有的基于PPP的模型。
2018-12-05 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage Performance of Aerial-Terrestrial HetNets
在当前蜂窝网络技术下提供无缝覆盖仅通过总的蜂窝网络强度是可克服的。或者，作为经济有效的解决方案，最近提倡使用增强了地面基站（BS）功能的无人驾驶飞行器（UAV）。在本文中，我们调查的效果，纳入无人机安装基站（U-BS）构成的蜂窝网络的覆盖概率。为此，我们专注于大规模aerialterrestrial异构蜂窝网络（AT-HetNet）的覆盖概率的评估，其中每个技术/层的BS可以是地面（G-BS）或瑞银。我们的分析包括视线（LOS）和非LOS（NLOS）的地面（G2 G）和空对地（A2 G）链路的路径损耗衰减的影响。采用随机几何的工具，我们提供了一个表达式的覆盖概率的基础上的主要系统参数和百分比的BS在每一层是空中的。我们确认我们分析的准确性。使用我们的分析，我们观察到，对于几个常见的通信环境，例如，在高层和密集的城市环境中，包含U-BS可能对覆盖概率有害。然而，仍然可以通过关闭一定百分比的G-BS来最小化覆盖成本。有趣的是，对于城市和郊区，可以调整U-BS的高度，以增加覆盖概率。
2019-02-22 cs.IT math.IT
Reinforcement Learning for Self-Organization and Power Control of Two-Tier Heterogeneous Networks
自组织网络（SON）可以帮助管理密集异构网络（HetNet）中的严重干扰。考虑到他们需要自动配置电源和其他设置，机器学习是SON中数据驱动决策的一个有前途的工具。在本文中，HetNet被建模为密集的双层网络，其中传统的宏小区覆盖有更密集的小小区（例如，毫微微小区或微微小区）。首先，提出了一个分布式框架，基于多代理马尔可夫决策过程模型的网络中的功率优化问题。其次，我们提出了一个系统的方法来设计一个基于优化问题的奖励函数。第三，我们引入基于Q学习的分布式功率分配算法（Q-DPA）作为一种自组织机制，使得新的小小区被添加到网络中时能够进行发射功率自适应。此外，提供了以高概率实现$ε$最优性的Q-DPA算法的样本复杂度。我们证明，在每公里$^2$几千个毫微微蜂窝的密度，所需的服务质量的宏小区用户可以保持通过适当的选择独立或协作学习和适当的马尔可夫状态模型。
2019-03-17 cs.IT math.IT
Learning-Based Coexistence in Two-Tier Heterogeneous Networks with Cognitive Small Cells
研究了具有认知小基站的两层异构网络（HetNet）中的共存问题。特别地，我们考虑一个认知HetNet，其中认知小基站（C-SBS）被允许使用具有接入概率（AP）的宏小区的频带，只要C-SBS满足在宏用户（MU）处的预设干扰概率（IP）约束。为了提高C-SBS的接入点（或传输机会），本文提出了一种基于学习的C-SBS算法，并利用了宏基站（MBS）与MU之间的距离信息。我们使得C-SBS能够分析目标频带上的MBS信号，并且学习MBS与对应MU之间的距离信息。利用学习到的距离信息，我们计算了C-SBS可能干扰MU的概率的上界，并在IP约束下设计了具有封闭形式表达式的AP。数值结果表明，该算法优于现有的方法，直到$60\%$ AP（或传输机会）。
2016-12-15 cs.IT math.IT
Energy Efficiency and Hover Time Optimization in UAV-based HetNets
在本文中，我们研究了一个三层异构网络（HetNet）的下行链路性能。目的是通过部署无人机（UAV）作为飞行基站和小小区（SC）来增强宏小区的边缘容量，以在诸如临时热点区域或在地面网络不足或停止服务的灾难情况下的场景中提高室内用户的容量。无人机是具有有限飞行时间的能量受限设备，因此，我们制定了一个两层的优化方案，其中我们首先优化每个层的功耗，以提高系统的能量效率（EE）下的最低服务质量（QoS）的要求，这是其次优化无人机的平均悬停时间。我们得到的解决方案，这些非线性约束优化问题，首先利用拉格朗日乘子法，然后实施一个次梯度法获得收敛。结果表明，通过最优功率分配，系统EE与最大功率分配给用户（地面蜂窝用户或联网车辆）时相比显著提高。悬停时间优化导致UAV的飞行时间增加，从而提供更长持续时间的服务。
2020-07-29 cs.IT eess.SP math.IT
Poisson Cluster Process Based Analysis of HetNets with Correlated User and Base Station Locations
本文开发了一种新的方法来建模和分析的HetNet，准确地结合耦合的用户和基站的位置，这是由于小小区基站（SBS）的部署在高用户密度的地方（本文中称为用户热点）。将用户热点的地理中心位置建模为齐次泊松点过程（PPP），假设用户和SBS以两种不同的分布独立地聚集在每个用户热点中心周围。宏小区基站（BS）的位置是由一个独立的PPP建模。该模型与3GPP考虑的用户和SBS配置一致。使用该模型，我们研究了两种关联策略的典型用户在覆盖概率和吞吐量方面的性能：i）策略1，在该策略下，典型用户由提供最大平均接收功率的开放接入BS服务，以及ii）策略2，在该模式下，如果来自开放小区层的最大平均接收功率大于最大平均接收功率，则典型用户由小小区层服务。接入SBS大于某个功率阈值;否则为宏层。在我们的分析中的一个关键的中间步骤是从一个典型的用户到开放访问和封闭访问的干扰SBS的距离分布的推导。我们的分析表明，随着重复使用相同资源块的SBS数量的增加，覆盖概率降低，而吞吐量增加。因此，与正交信道化的通常假设相反，只要覆盖概率保持可接受，将相同的资源块分配给给定集群中的多个SBS是合理的。这种HetNet建模和分析方法显著地概括了基于通过独立PPP对BS和用户的位置进行建模的最先进的方法。
2017-04-15 cs.IT math.IT
Analysis and Optimization of Caching and Multicasting in Large-Scale Cache-Enabled Heterogeneous Wireless Networks
异构无线网络（HetNet）提供了一种强大的方法来满足急剧增长的移动流量，但也对回程提出了重大挑战。在宏基站和微微基站（BS）处的缓存和多播是支持大规模内容递送和减少HetNet中的回程负载的两种有前途的方法。在本文中，我们共同考虑在一个大规模的缓存启用HetNet回程约束的缓存和组播。我们提出了一种混合缓存设计，包括相同的缓存在宏层和随机缓存在微微层，和相应的组播设计。通过仔细处理不同类型的干扰器，并采用适当的近似，我们推导出易于处理的表达式，成功的传输概率在一般区域以及高信噪比（SNR）和用户密度区域，利用工具从随机几何。然后，我们考虑成功传输概率最大化通过优化设计参数，这是一个非常具有挑战性的混合离散-连续优化问题，由于成功传输概率的复杂结构。通过使用优化技术和探索的结构特性，我们得到了一个接近最优的解决方案，具有优越的性能和可管理的复杂性。在较弱的条件下，该解在一般区域内的性能优于任何渐近最优解。分析和优化的结果提供了有价值的设计见解，实际的缓存启用的HetNet。
2016-04-08 cs.IT math.IT
Optimal Load Balancing in Millimeter Wave Cellular Heterogeneous Networks
在本文中，我们提出了一种新的和有效的方法来优化负载均衡在毫米波（mmWave）蜂窝异构网络（HetNet）的宏层和微层。通过采用泊松点过程（PPP）用于基站（BS）定位、采用视线（LoS）球模型用于毫米波链路、采用扇区天线模型用于关键天线阵列特性以及采用Nakagami- $m$衰落用于无线信道，将毫米波传输的独特特性并入网络中。为了减少宏层BS的负载，我们考虑网络中的偏置因子$A_{s}$，用于将用户设备（UE）卸载到微层BS。对于这个网络，我们首先分析了宏观和微观层BS的负载。在此基础上，给出了网络速率覆盖概率的新表达式，并在此基础上找到了使速率覆盖概率最大化的最优$A_{s}$，通过数值结果验证了分析的正确性和最优$A_{s}$的有效性.重要的是，相对于固定的$A_{s}$，最佳的$A_{s}$可以带来速率覆盖概率的显著改善。此外，我们还评估了各种网络参数的影响，例如，BS的密度和波束宽度、速率覆盖概率和最佳$A_{s}$，为实际的毫米波HetNet设计提供了有价值的指导。
2017-11-16 cs.IT math.IT
Downlink Power Optimization for Heterogeneous Networks with Time Reversal-based Transmission under Backhaul Limitation
在本文中，我们研究了两种不同的波束成形技术的应用，并提出了一种新的下行链路功率最小化方案的两层异构网络（HetNet）模型。在这种情况下，我们采用时间反转（TR）技术的毫微微蜂窝基站（FBS），而我们假设，一个宏蜂窝基站（MBS）使用迫零为基础的算法和通信信道受到频率选择性衰落。此外，HetNet的回程连接无法支持用于两个层之间的信令信息交换的足够吞吐量。考虑到HetNet模型，提出了一种下行链路功率最小化方案，并提供了关于最优解的封闭形式的表达式，考虑到这一约束。此外，考虑到不完美的信道估计在TR雇用的毫微微蜂窝，最坏情况下的鲁棒功率最小化问题。通过设计TR最坏情况分析，这个强大的问题转化为一个等价的配方，是易于解决。我们的论文中提出的结果表明，TR技术优于迫零一个在毫微微蜂窝工作环境的波束成形方法的角度。最后，我们验证了所提出的功率加载策略的完美和不完美的信道估计的情况下。
2017-04-06 cs.IT math.IT
Load-aware Performance Analysis of Cell Center/Edge Users in Random HetNets
对于实时业务，与小区中心用户（CCU）相比，小区边缘用户（CEU）的链路质量和呼叫阻塞概率（两者都是从覆盖概率导出的）被认为是差的，因为与小区边缘区域相比，小区中心区域中的信号接收更好。在异构网络（HetNet）中，不同类型的基站的不协调信道接入确定进一步仲裁覆盖概率的干扰统计。因此，频谱分配技术对CCU和CEU的性能具有重要影响。在本文中，性能的CCU和CEU在一个随机的两层网络中的两种频谱分配技术，即：1）共信道（CSA），2）共享（SSA）进行了研究。对于性能分析，广泛接受的概念建模的层次HetNet使用独立的齐次泊松点过程（PPP）被认为是适应空间随机性的位置的BS。为了将服务到达的空间随机性和辅助负载感知分析，蜂窝业务建模使用时空PPP。在这种情况下，我们已经开发了一个分析框架，以评估负载感知性能，包括覆盖和阻塞概率，CCU和CEU下的频谱分配技术。此外，我们还提供了对SSA和CSA可实现的区域能源效率的见解。开发的分析框架通过广泛的模拟验证。接下来，我们展示了流量负载和毫微微接入点密度对CSA和SSA下CCU/CEU性能的影响。
2017-03-09 cs.IT cs.NI math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access for UAV-Aided Heterogeneous Networks: A Stochastic Geometry Model
在这项工作中，我们探讨了部署无人机（UAV）作为空中基站（ABS）与子6 GHz频段和小小区地面基站（TBS）与毫米波（mmWave）波段的混合异构网络（HetNets）的潜在好处。提出了一种灵活的基于非正交多址接入（NOMA）的用户关联策略。利用随机几何的工具，推导了真实空对地（A2 G）信道和地对地（G2 G）信道条件下，基于LoS球阻塞模型的关联概率、覆盖概率和频谱效率的解析表达式.最后，我们提出的混合HetNet的数值结果的见解。我们证实：i）通过适当地设置功率分配因子和目标信号干扰噪声比（SINR）阈值，所提出的NOMA使能的HetNet能够实现比OMA使能的ABS更优越的性能; ii）在NOMA使能的ABS层中存在关联概率和频谱效率之间的折衷; iii）启用NOMA的ABS层的覆盖概率和频谱效率在很大程度上受不完美连续干扰消除（ipSIC）系数、功率分配因子和SINR阈值的影响; iv）与仅低于6 GHz的ABS相比，当毫米波视线（LoS）链路可用时，毫米波使能的TBS能够增强HetNet的频谱效率。
2021-02-09 cs.IT eess.SP math.IT
Cache-enabled HetNets With Millimeter Wave Small Cells
在本文中，我们考虑了一种新的高速缓存使能的异构网络（HetNet），其中宏基站（BS）与传统的子6 GHz的覆盖密集毫米波（毫米波）微微BS。这些两层BS，这是建模为两个独立的同质泊松点过程，缓存多媒体内容的流行程度排名。在宏BS和核心服务器之间利用高容量回程。与之前文章中分析的简化平顶天线方向图相比，我们在所有毫米波BS处采用具有均匀线性阵列的实际天线模型。为了评估我们系统的性能，我们引入了两种不同的用户关联策略：1）最大接收功率（Max-RP）方案;和2）最大速率（Max-Rate）方案。借助于这两种方案，我们推导出了新的成功概率和面积谱效率（ASE）的理论方程。考虑到一个特殊的情况下，实际的路径损耗法律，覆盖概率的几个封闭形式的表达式推导出获得一些见解。蒙特卡罗模拟验证了分析结论。我们证明：1）所提出的HetNet是干扰受限系统，并且其在成功概率方面优于传统的HetNet; 2）存在有助于最大ASE的最佳预定速率阈值;以及3）Max-Rate比Max-RP实现更高的成功概率和ASE，但是其需要干扰效应的额外信息。
2018-07-12 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
Traffic Management for Heterogeneous Networks with Opportunistic Unlicensed Spectrum Sharing
本文研究如何最大限度地提高基于每用户的吞吐量在一个M层异构无线网络（HetNet）的最佳管理接入点（AP）之间的流量在HetNet。前M-1层中的AP可以同时使用授权频谱，而它们通过所提出的机会性载波侦听多路访问与冲突避免（CSMA/CA）协议与第M层中的AP共享未授权频谱。同时接入授权和非授权频谱的AP能够通过载波聚合技术整合其频谱资源。我们首先表征的小区负载的分布和信道接入概率的每个AP使用广义AP关联方案。对于每个层中的AP，针对信道增益和AP关联权重的一般随机模型，导出其在授权和未授权频谱中的平均频谱效率的严格下限。我们定义了每用户链路吞吐量和每用户网络吞吐量的基础上得出的平均频谱效率，并最大限度地提高他们提出的分散和集中的流量管理计划的AP在第一M-1层的约束下，每用户链路吞吐量的层M AP必须高于一些最低要求的值。最后，一个共存的LTE和WiFi网络的数值例子来验证我们的推导结果和发现。
2017-02-16 cs.IT cs.NI math.IT
Poisson Cluster Process: Bridging the Gap Between PPP and 3GPP HetNet Models
异构蜂窝网络（HetNet）的日益增长的复杂性使得需要考虑各种用户和基站（BS）配置以用于现实的性能评估和系统设计。这直接反映在标准化机构（诸如第三代合作伙伴计划（3GPP））考虑的HetNet仿真模型中。作为这些模拟模型的补充，基于随机几何的方法将用户和BS位置建模为独立和均匀的泊松点过程（PPP）在过去几年中已经变得突出。尽管它成功地揭示了有用的见解，但这种基于PPP的模型还不足以捕捉现实世界HetNet部署中出现的所有空间配置（3GPP仿真模型基于此）。在本文中，我们弥合3GPP仿真模型和流行的基于PPP的分析模型之间的差距，开发一个新的统一的HetNet模型，其中一部分用户和一些BS层建模为泊松集群过程（PCP）。该模型捕获BS和用户位置中的非均匀性和耦合。对于这种设置，我们推导出最大信号干扰比（SIR）小区关联模型下的下行链路覆盖概率的精确表达式。作为中间结果，我们定义和评估PPP和PCP的和积泛函。所提出的模型的特殊情况下，密切类似于3GPP HetNet模型中考虑的不同配置。我们的研究结果具体表明，性能趋势是高度敏感的用户和SBS配置的假设。
2017-02-19 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Power Control, Channel Assignment and Cell Association in Heterogeneous Cellular Networks
异构网络（HetNet）是一个很有前途的概念，增加容量和缓解频谱稀缺。然而，在HetNet中，信道分配和发射功率控制影响基站之间的用户分布。我们提出了一种新的方案，以最大限度地提高上行链路和速率在两层HetNet与一个宏蜂窝和几个毫微微蜂窝，其中每个用户的发射功率是有界的，至少有一个信道分配给每个用户。我们把问题分成两个子问题：一个是信道分配问题，一个是发射功率控制问题，并通过在两个问题之间迭代交替来解决。我们的计划是收敛的，并产生了超过6 bps/Hz的传输速率为近50%的用户相比，相同的10%的用户在基于SINR的计划。当用户处于小区边界时，分数频率复用的平均传输速率比传统的全频率复用多20%。这是由于降低的发射功率导致较少的干扰。
2021-10-21 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
Downlink MIMO HetNets: Modeling, Ordering Results and Performance Analysis
我们开发了一个通用的多天线异构蜂窝网络（HetNet）的下行链路模型，其中跨层的基站（BS）可能会有所不同的发射功率，目标信号干扰比（SIR），部署密度，发射天线的数量和多天线传输的类型。特别是，我们考虑和比较空分多址（SDMA），单用户波束成形（SU-BF），和基线单输入单输出（SISO）传输。对于这个一般模型，主要的贡献是：（i）排序结果的覆盖概率和每用户速率在封闭的形式为任何BS分布的三个考虑的技术，使用新的工具从随机顺序，（ii）上界的覆盖概率假设泊松BS分布，和（iii）的区域频谱效率（ASE）的比较。该分析具体地表明，例如，对于网络中给定的发射天线总数，优选的是将它们分布在许多单天线BS上，而不是更少的多天线BS上。另一个观察是，SU-BF提供比SDMA更高的覆盖和每用户数据速率，但是在某些情况下，SDMA在ASE方面更好。
2013-08-06 cs.IT cs.NI math.IT
MSE-based Precoding for MIMO Downlinks in Heterogeneous Networks
考虑一个异构网络（HetNet）系统，该系统由一个宏基站和第二层小小区（SC）组成，研究了宏基站和SC节点在多输入多输出（MIMO）下行链路中采用的基于均方误差（MSE）的预编码设计。首先，提出了一种新的基于所有用户的MSE和的最小化问题，旨在设计一组宏小区（MC）和SC发送预编码矩阵或向量。为了解决这个问题，提出了两种不同的算法。一种是基于松弛约束的交替优化算法（RAO），该算法通过有效的交替优化和将非凸约束松弛为凸约束来实现。另一种是通过无约束的交替优化与规范化（UAON）实现的约束引入到迭代与规范化操作。其次，通过分别考虑与宏层和SC相对应的信号和干扰项，提出了单独的基于MSE最小化的预编码。仿真结果表明，在多种系统配置下，基于和均方误差的RAO算法具有最佳的均方误差性能。当宏BS处的天线的数量足够大时，发现单独的基于MSE的预编码的MSE接近RAO的MSE并且超过UAON的MSE。总之，本文提供了一套三个新的预编码技术，预计将满足在广泛的HetNet环境的需要，性能和复杂性之间的充分平衡。
2016-08-11 cs.IT math.IT
Coverage-Rate Tradeoff Analysis in mmWave Heterogeneous Cellular Networks
在本文中，我们首先介绍了一个广义的建模和分析框架，探讨用户关联，覆盖概率和链路速率之间的基本相互作用的毫米波（mmWave）异构蜂窝网络（HetNet），其中有多层的超高频（UHF）宏小区和小小区基站（BS）和单层的毫米波小小区BS。提出了一种可以覆盖多种基于路径损耗的用户关联方案的广义用户关联方案，并推导了其相关的概率性质，便于推导覆盖概率和链路速率。导出的一般表达式的覆盖和链路速率不仅揭示了如何设计用户关联函数，以最大限度地提高覆盖和链路速率，但也表明，它是不可能设计的用户关联方案，最大限度地提高覆盖和链路速率在同一时间。也就是说，当用户与BS相关联时，在具有UHF和毫米波频带中的不同带宽的毫米波HetNet中存在覆盖和链路速率之间的基本折衷。我们描述了覆盖最优和速率最优的用户关联方案，并数值验证了它们的性能，并显示了覆盖率的权衡问题。
2018-11-20 cs.IT math.IT
Cost-Effective Cache Deployment in Mobile Heterogeneous Networks
本文研究了缓存启用异构网络（HetNets）的基本问题之一：有多少缓存实例应该部署在不同的基站，以提供有保证的服务，在一个具有成本效益的方式。具体来说，我们考虑具有分层缓存的双层HetNet，其中最流行的文件被缓存在小小区基站（SBS）处，而不太流行的文件被缓存在宏基站（MBS）处。对于给定的网络高速缓存部署预算，优化MBS和SBS的高速缓存大小以最大化网络容量，同时满足文件传输速率要求。由于MBS和SBS的高速缓存大小影响业务负载分布，因此层间业务导向也用于负载均衡。基于随机几何分析，在SBS回程约束的网络中，得到了基于阈值的MBS和SBS的最优缓存大小。仿真结果提供了评估所提出的方案，并展示了成本效益的网络部署中的应用。
2017-07-13 cs.IT cs.NI math.IT
Non-orthogonal Multiple Access in Large-Scale Heterogeneous Networks
本文探讨了在$K$层混合异构网络（HetNets）中应用非正交多址接入（NOMA）技术的潜在优势。提出了一种新的传输框架，其中在小小区中采用NOMA，在宏小区中采用大规模多输入多输出（MIMO）。为了最大化移动用户的有偏平均接收功率，提出了一种基于NOMA和大规模MIMO的用户关联方案。为了评估所提出的框架的性能，我们首先推导出NOMA增强的小小区的覆盖概率的解析表达式。然后，我们检查整个网络的频谱效率，通过推导出NOMA增强的小小区的精确解析表达式和大规模MIMO使能宏小区的易处理的下限。最后，我们研究了混合HetNet的能量效率。我们的结果表明：1）NOMA增强型小小区的覆盖概率在很大程度上受到两个NOMA用户的目标传输速率和功率共享系数的影响; 2）支持大规模MIMO的宏小区能够通过增加天线数量来显著提高频谱效率; 3）密集部署NOMA增强型小小区基站（BS）可以大大提高整个网络的能量效率; 4）与基于正交多址接入（OMA）的HetNet相比，提出的NOMA增强HetNet传输方案具有更好的性能。
2017-05-09 cs.IT math.IT
On Association Cells in Random Heterogeneous Networks
异构蜂窝网络（HetNets）中用户到接入点（AP）关联策略的特性对于其性能分析至关重要，因为它直接影响网络负载。在这封信中，我们介绍和分析一类关联策略，我们称之为静态关联，以及由此产生的关联细胞。对于随机HetNet，其中AP根据静止点过程分布，所得到的关联单元的区域被示出为对应点过程的标记。为了满足量化典型用户所经历的负载的需要，在包含起源的关联小区的区域与典型关联小区的区域之间建立了类似“费勒悖论”的关系。对于泊松点过程和最大功率/SINR关联的特定情况下，每个层的平均关联区域推导出，并示出增加与信道增益方差和相应层的路径损耗指数的减少。
2013-10-04 cs.IT cs.NI math.IT
Fundamentals of Simultaneous Wireless Information and Power Transmission in Heterogeneous Networks: A Cell Load Perspective
在由多个不同类型（层）的基站（BS）组成的异构蜂窝网络（HetNet）中，由于以用户为中心的BS关联，BS不具有任何用户的空小区事件已经被示出存在，并且其概率由每个层的小区负载支配。这种空单元现象还没有得到很好的特点，在建模和分析框架的同时无线信息和电力传输（SWIPT）在HetNet。本文的目的是准确地利用BS和它的用户之间的SWIPT的基本性能限制，通过模拟每个BS的下行链路和上行链路传输的小区负载的影响。我们首先在用户处表征功率分配接收器架构，并分析其收获的功率和能量的统计特性和限制，这揭示了用户可以收获多少平均能量以及用户的自供电可持续性可以实现的可能性。然后，我们推导出的下行链路和上行链路的速率，表征小区负载和用户关联的影响，并使用它们来定义用户的能源效率。的能量效率的最优性进行了研究，最大限度地提高SWIPT性能的接收机架构，为不同的用户关联和网络部署的情况下。
2018-08-03 cs.IT math.IT
User-Centric Interference Nulling in Downlink Multi-Antenna Heterogeneous Networks
异构网络（HetNet）由于频谱重用而具有强干扰。这会影响每个用户的信号干扰比（SIR），因此是网络性能的限制因素之一。然而，在以前的工作中，干扰管理方法在HetNet主要是基于干扰水平，因此不能有效地利用有限的资源来提高网络性能。在本文中，我们提出了一个以用户为中心的干扰置零（IN）方案在下行链路两层HetNet，以提高网络性能，通过提高每个用户的SIR。该方案有三个设计参数：IN的最大自由度（IN DoF），以及分别用于宏用户和微微用户的IN阈值。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，我们描述了在高可靠性制度的中断概率的渐近行为。渐近结果表明，最大IN DoF会影响渐近中断概率的阶增益，而IN门限只影响渐近中断概率的系数。此外，我们表明，IN计划可以线性改善中断性能，并表征最佳的最大IN自由度，使渐近中断概率最小化。
2015-04-24 cs.IT math.IT
Joint Rate and SINR Coverage Analysis for Decoupled Uplink-Downlink Biased Cell Associations in HetNets
通过主动将用户卸载到小的和轻负载的小区上的负载均衡对于挖掘密集异构蜂窝网络（HCN）的潜力是至关重要的。卸载主要针对下行链路进行研究，其中通常假设卸载到小小区的用户也将在上行链路上与其通信。耦合下行链路-上行链路卸载的影响还没有很好地理解。与下行链路相比，上行链路功率控制和空间干扰相关进一步使数学分析复杂化。我们提出了一个准确的和易于处理的模型来表征的关联规则和功率控制参数的函数在多层HCN的上行链路的SINR和速率分布。联合上行链路-下行链路速率覆盖也被表征。使用发达的分析，它表明，信道反转（上行链路功率控制）的最佳程度增加与网络中的负载不平衡。与下行链路形成鲜明对比的是，最小路径损耗关联被证明是最佳的上行链路速率。此外，最小路径损耗关联和全信道反转，上行链路SIR是不变的基础设施密度。它进一步表明，去耦关联-采用不同的关联策略的上行链路和下行链路-导致显着改善联合上行链路-下行链路速率覆盖的标准耦合关联HCN。
2015-03-24 cs.IT cs.NI math.IT
Secrecy Transmit Beamforming for Heterogeneous Networks
在本文中，我们开创了异构网络（HetNets）的物理层安全性的研究。我们研究了两层下行链路HetNet中的安全通信，其中包括一个宏蜂窝和几个毫微微蜂窝。每个小区有多个用户，窃听者试图窃听预定的宏小区用户。首先，我们考虑了正交频谱分配策略，以消除同信道干扰，并提出了保密发射波束形成只在宏小区（STB-OM）作为一个部分解决方案，在HetNet安全通信。接下来，我们考虑了一个面向secondary非正交频谱分配策略，并提出了两个合作的机顶盒，它依赖于宏蜂窝基站（MBS）和相邻的毫微微蜂窝基站（FBS）之间的合作。我们的第一个合作机顶盒是在宏蜂窝和毫微微蜂窝（STB-SMF）中顺序操作的机顶盒，其中合作FBS单独设计它们的机顶盒矩阵，然后将它们的性能指标馈送到MBS，用于在宏蜂窝中引导机顶盒。为了提高STB-SMF的性能，我们进一步提出了宏蜂窝和毫微微蜂窝联合设计的机顶盒（STB-JMF），其中所有协作FBS将信道状态信息反馈给MBS以设计联合机顶盒。与传统的STB设想为广播或干扰信道，三个建议的STB方案都需要相对复杂的优化，由于合法用户的QoS约束。为了有效地使用这些STB计划，原来的优化问题重新制定和凸优化技术，如二阶锥规划和半定规划，调用，以获得最优解。数值结果表明，所提出的STB方案是非常有效的提高HetNet的保密率性能。
2015-03-03 cs.IT math.IT
Traffic Driven Resource Allocation in Heterogenous Wireless Networks
无线网络资源分配的大多数工作使用物理层性能，如总速率和中断概率作为优值。由于具有复杂干扰条件的重叠小区中的大业务变化，这些度量可能不反映具有许多小小区的未来异构网络（HetNet）中的真实用户QoS。本文研究了HetNet中的频谱分配问题，使用平均分组逗留时间作为性能度量。具体而言，在具有$K$基站终端站（BTS）的HetNet中，我们确定频谱到$2^K$可能的频谱共享组合中的最优划分。我们使用一个交互式调度模型来描述流级性能，其中服务速率由频谱划分决定。频谱分配问题使用保守近似来制定，这使得优化问题是凸的。我们证明，在最佳的解决方案的频谱被分为最多$K$件。本文提出了一种数值算法来解决具有聚合业务和服务信息的慢时标频谱分配问题。仿真结果表明，所提出的解决方案实现了显着的收益相比，正交和全频谱复用分配与中等到重的业务。
2014-09-18 cs.IT math.IT
Analysis on Cache-enabled Wireless Heterogeneous Networks
缓存流行的多媒体内容是释放无线网络最终潜力的一种有前途的方法。在本文中，我们有助于提出和分析基于缓存的内容交付在一个三层异构网络（HetNet），其中包括基站（BS），中继和设备到设备（D2D）对。我们提倡在网络非高峰时，将热门内容主动缓存在中继和部分有缓存能力的用户中。高速缓存的内容可以被重新用于频繁访问以卸载蜂窝网络业务。首先将节点位置建模为相互独立的泊松点过程（PPP），并开发了相应的内容访问协议。然后对下行链路的平均遍历速率和中断概率进行了理论分析。基于\emph{multiclass processor-sharing queue}模型和连续时间马尔可夫过程，我们进一步推导了吞吐量和延迟。根据HetNet中稳态的临界条件，研究了最大流量负载和全局吞吐量增益。此外，一些关键网络特性的影响，例如，多媒体内容的异构性、节点密度和有限的缓存容量对系统性能的影响被详细阐述以提供有价值的见解。
2015-08-12 cs.IT math.IT
Full Duplex Assisted Inter-cell Interference Cancellation in Heterogeneous Networks
研究异构网络中宏基站对微微用户设备的跨层小区间干扰抑制问题。不同于现有的ICI避免方案，如增强型ICI消除（eICIC）和协调波束成形，通常在MBS上操作，我们提出了一个全双工（FD）辅助ICI消除（fICIC）方案，它可以在每个微微BS（PBS）单独操作，是透明的MBS。fICIC的基本思想是在PBS处应用FD技术，使得PBS可以发送期望的信号并同时将监听的跨层ICI转发给PUE。我们首先考虑窄带单用户情况，其中MBS服务单个宏UE，并且每个PBS服务单个PUE。我们得到了最优fICIC方案的封闭解，并分析了其在ICI占优情形下的渐近性能。然后，我们调查一般的窄带多用户的情况下，MBS和PBS服务于多个UE。我们设计了一个低复杂度的算法来优化fICIC，旨在最大化的下行链路和速率的PUE受到用户公平性约束。最后，研究了fICIC在宽带系统中的推广。仿真验证了分析结果，并证明了fICIC在减轻跨层ICI方面的优势。
2015-10-26 cs.IT math.IT
Fundamentals of the Downlink Green Coverage and Energy Efficiency in Heterogeneous Networks
本文研究了由基站（BS）的$K$独立泊松点过程（PPP）组成的异构蜂窝网络（HetNet）下行链路的绿色（节能）覆盖概率、链路和网络能量效率。首先研究了通用小区关联函数的重要统计特性，推导了幂律小区关联函数的小区负载统计量，它可以准确地表征基站在每一层中的空小区概率。提出了一种简单可行的绿色信道感知的小区关联（GCA）方案，并给出了最大接收功率关联（MRPA）和最近基站关联（NBA）等特定小区关联方案的绿色覆盖概率。然后，链路和网络的能量效率，提出了表征的平均频谱效率每单位功耗的BS和平均区域频谱效率的HetNet，分别。本文给出了GCA、MRPA和NBA方案的绿色覆盖概率、链路和网络能量效率的严格界，理论上证明了它们是其它小区关联方案所能达到的链路和网络能量效率的最大极限，数值结果也验证了这一事实。
2016-08-05 cs.IT math.IT
Downlink Rate Distribution in Heterogeneous Cellular Networks under Generalized Cell Selection
考虑到小规模的衰落和长期的阴影，我们在一个典型的用户设备（UE）在异构蜂窝网络（HetNet），其中阴影，遵循任何一般的分布，影响小区选择，而衰落的下行链路速率分布的特征。先前的工作要么忽略了信道随机性对小区选择的影响，要么将所有随机性来源集中到单个变量中，其中小区选择基于瞬时信号强度，这是不现实的。作为应用的结果，我们研究的影响，阴影的负载均衡的最佳每层的选择偏置速率最大化。
2013-06-26 cs.IT cs.NI math.IT
Cognitive Orthogonal Precoder for Two-tiered Networks Deployment
在这项工作中，跨层干扰的问题在两层（宏小区和认知小小区）网络，在完全频谱共享的范例，进行了研究。提出了一种适用于小型基站的正交预编码传输方案--多用户范德蒙子空间频分复用（MU-VFDM）。MU-VFDM允许若干认知小型基站与传统宏小区接收器共存，通过使小型到宏小区的跨层干扰为零，而无需两层之间的任何合作。这种巧妙设计的级联预编码器结构，不仅消除了跨层干扰，而且避免了小小区网络的同层干扰。针对发射机处的完美和不完美信道状态信息，评估满足干扰消除要求的小小区网络的可实现的和速率。对于密集蜂窝布局的情况，级联MU-VFDM预编码器的仿真结果显示出与最先进的脏纸编码技术相当的性能。最后，提出了MU-VFDM和标准的完全频谱分离策略的比较。两层网络w.r.t.传统的带宽管理方法。
2013-02-20 cs.IT math.IT
