Cooperative Transmissions in Ultra-Dense Networks under a Bounded Dual-Slope Path Loss Model
在基站（BS）多于活动用户的超密集网络（UDN）中，可能许多BS瞬时空闲。因此，如何利用这些休眠的BS通过协作传输是一个有趣的问题。在本文中，我们研究了两种类型的合作计划：非相干联合传输（JT）没有信道状态信息（CSI）和相干JT与完整的CSI知识的UDN的性能。我们考虑一个有界的双斜率路径损耗模型来描述UDN环境中，一个用户有几个BS在近场和其余的在远场。数值结果表明，非相干JT不能提高用户的频谱效率（SE），由于在信号和干扰功率的同时增加。对于相干JT，可实现的SE增益取决于近场的范围、BS和用户的相对密度以及CSI精度。最后，我们评估的能源效率（EE）的合作在UDN。尽管会消耗额外的能量，但在某些条件下，合作仍然可以提高EE。
2017-05-05 cs.IT cs.NI math.IT
Ultra-Dense Networks: Is There a Limit to Spatial Spectrum Reuse?
在过去的几十年中，通过使用较小小区的网络致密化的积极的空间频谱重用（SSR）已经成功地推动了无线通信产业向前发展。在我们未来的超密集网络（UDN）之旅中，需要回答一个基本问题。SSR有限制吗？换句话说，当我们每平方公里部署数千或数百万个小小区基站（BS）时，在相同的时间/频率资源上激活所有BS是最佳策略吗？在本文中，我们提出的理论分析回答这个问题。特别地，我们发现，信号和干扰功率在具有非零BS到UE天线高度差和有限UE密度的实际UDN中变得有界，这导致恒定容量缩放定律。因此，存在一个最优的SSR密度，可以最大限度地提高网络的容量。因此，在未来UDN的操作中应考虑对SSR的限制。
2017-10-15 cs.IT cs.NI math.IT
Ultra-Dense Networks: A New Look at the Proportional Fair Scheduler
在本文中，我们从理论上研究超密集网络（UDN）的背景下的比例公平（PF）调度。分析结果得到的覆盖概率和面积频谱效率（ASE）的密集小小区网络（SCN）的性能与PF调度器在基站（BS）。我们的分析的关键点是，典型用户不再是一个随机用户在大多数文献中的研究假设。相反，具有最大PF度量的用户由其服务BS选择作为典型用户。通过比较以前的结果的循环（RR）调度器与我们的新结果的PF调度器，我们量化的PF调度器的多用户多样性与网络致密化的损失，这投下了一个新的面貌PF调度器在UDN中的作用。我们的结论是，RR调度器应使用在UDN，以简化无线电资源管理（RRM）。
2017-09-26 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal User Association for Massive MIMO Empowered Ultra-Dense Wireless Networks
超网络密度和大规模MIMO被认为是5G的主要推动因素，因为它们通过利用邻近性、频谱和空间重用优势，有望获得巨大的容量增益。两种方法都依赖于增加每个用户的接入元件的数量，或者通过在区域上部署更多的接入节点，或者通过增加每个接入节点的天线元件的数量。在网络级，大规模MIMO授权接入节点的密集和随机部署的网络的最佳用户关联必须考虑信道和负载条件。在本文中，我们制定了这个复杂的问题，报告其计算上的棘手性，并重新制定它的一个合理的形式，适合获得一个合理的复杂性的全局最优解。我们将所提出的优化模型应用于典型的超密集室外小小区设置，并证明：（i）与基线策略相比，最佳用户关联对所实现的速率水平的显著影响，以及（ii）替代网络接入元件部署策略的最优性。
2015-04-09 cs.IT cs.NI 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
Ultra-dense Low Data Rate (UDLD) Communication in the THz
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
未来，随着物联网（IoT）、无线传感器和多种5G杀手级应用的出现，室内房间可能会充满要求低数据率的$1000$设备。这些设备的这种高密度和移动性将使系统不堪重负，并导致更高的干扰、频繁的中断和更低的覆盖范围。太赫兹波段有大量的绿地频谱，以满足这种密集的室内部署。然而，THz的有限覆盖范围将要求网络具有更多的基础设施，并依赖于非视距（NLOS）类型的通信。这种形式的通信对于网络运营商来说可能是无利可图的，并且甚至可能导致要求低数据率的设备的资源利用效率低下。在THz中使用分布式设备到设备（D2D）通信，我们可以满足这些超密集低数据率（UDLD）类型的应用。THz中的D2D可能具有挑战性，但通过机会主义分配和智能学习算法，这些挑战可以得到缓解。我们提出了一种2层分布式D2D模型，其中设备使用协调的多智能体强化学习（MARL）来最大化密集室内部署的效率和用户覆盖。我们表明，网络中的致密化和移动性可用于进一步扩大THz设备的有限覆盖范围，而无需额外的基础设施或资源。
2020-09-22 cs.LG cs.NI
Handover Rate Characterization in 3D Ultra-Dense Heterogeneous Networks
超密集网络（UDN）设想大规模部署异构基站（BS），以满足所需的业务需求。此外，期望UDN支持不同的设备，例如，个人移动设备和无人驾驶飞行器。然而，在这种高度密集的网络中，用户移动性和由此产生的用户到BS关联的过度变化可能使通过BS密集化预见的容量增益无效。因此，需要量化UDN中用户移动性的影响。在这篇文章中，我们考虑了一个三维的N层下行链路网络，并确定关联概率和层间/层内切换率使用随机几何工具。特别是，我们将用户和基站的天线高度的数学分析和研究用户高度的关联和切换速率的影响。数值趋势表明，层内重叠是占主导地位的层与最短的相对高程w.r.t.当层的高度之间存在高度差异时，用户和这种优势更加突出。然而，可以采用偏置来平衡网络层之间的切换负载。
2018-06-27 cs.IT cs.NI math.IT
Promises and Caveats of Uplink IoT Ultra-Dense Networks
在本文中，通过模拟，我们评估了物联网（IoT）的超密集网络（UDN）的覆盖概率和可靠工作的用户设备（UE）的密度方面的上行链路（UL）性能。通过我们的研究，我们展示了UL IoT UDN在未来将带来的好处和挑战。更详细地，对于低可靠性标准，例如实现高于OdB的UL信号与干扰加噪声比（SINR），可靠工作的UE的密度随着网络致密化而快速增长，显示出UL IoT UDN的潜力。相比之下，对于高可靠性标准，诸如实现高于10 dB的UL SINR，由于过度的小区间干扰，可靠工作的UE的密度在UDN中保持为低，这在操作UL IoT UDN时应当被考虑。此外，考虑到基站（BS）和UE之间存在非零天线高度差，可靠工作的UE的密度甚至可以随着我们部署更多BS而降低。这要求在UL IoT UDN中使用复杂的干扰管理方案和/或波束转向/整形技术。
2018-01-20 cs.IT cs.NI math.IT
All Technologies Work Together for Good: A Glance to Future Mobile Networks
5G惊人的容量需求促使研究人员研究许多潜在技术的可行性，例如大规模多输入多输出、毫米波、全双工、非正交多址、载波聚合、认知无线电和网络超密度。这些技术的好处和挑战已被彻底研究，无论是单独或在两个或三个组合。然而，目前尚不清楚所有潜在技术是否都能满足5G的要求。本文探讨了所有技术在超密集蜂窝环境中共存时的潜在优势和挑战。网络的总速率的调查相对于小小区的数量的增加，结果显示的共存所实现的容量增益。
2018-04-16 cs.IT cs.NI math.IT
Wireless Channel Modeling Perspectives for Ultra-Reliable Low Latency Communications
超可靠低延迟通信（URLLC）是即将到来的5G无线通信的显著特征之一，可降低到$10^{-9}$的分组出错率（PER）。在本文中，我们讨论的统计特性的无线信道模型，是相关的表征下尾的累积分布函数（CDF）。我们表明，对于广泛的信道模型，在URLLC水平的中断概率可以近似由一个简单的幂律表达式，其指数和偏移取决于实际的信道模型。分析的主要见解可以总结如下：（1）两波模型和组合模型中阴影的影响导致URLLC区域中衰落的悲观预测;（2）包含单簇漫射分量的模型的CDF具有对应于瑞利衰落斜率的斜率，以及（3）多簇漫射分量可以导致不同的斜率。我们应用我们的幂律近似结果来分析接收机分集方案的性能URLLC相关的统计，并获得一个新的简化表达式的最大比合并（MRC）在信道中的幂律尾部统计。
2018-01-12 cs.IT cs.NI math.IT
Ultra Dense Networks: The New Wireless Frontier for Enabling 5G Access
未来的无线网络预计将适应极端的流量负载，需要重新考虑系统设计。初步估计表明，与基于频谱效率改进的前几代蜂窝的演进路径不同，未来系统性能的最大收益将通过网络基础设施致密化来获得。通过增加运营商部署的基础设施元件的密度，以及结合用户部署的接入节点和充当“基础设施生产者”的移动用户设备，预期具有一个或多个接入节点专门专用于每个用户将变得可行，从而引入超密集网络（UDN）范例。虽然很明显，UDN能够利用由邻近传输和系统资源的增加的空间重用提供的显著益处，但同时，大节点密度和不规则部署引入了新的挑战，这主要是由于与先前蜂窝部署大不相同的干扰环境特性。本文试图就与UDN部署相关的基本问题提供见解，例如确定支持给定流量负载要求所需的基础设施密度以及网络协调的好处，展示UDN在5G无线网络中的潜力。
2015-10-20 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Non-uniform Deployments in Ultra-Dense Finite-Area Cellular Networks
通过部署小型蜂窝接入点（微微蜂窝和毫微微蜂窝）实现的网络密集化和异构化被视为处理蜂窝数据流量指数增长的关键机制。利用随机几何工具对此类网络进行建模已被证明在理解同信道干扰对网络覆盖和容量的基本限制方面特别有用。然而，大多数这些作品都假设在欧几里得平面上的无限大小和均匀分布的网络。相比之下，我们研究有限大小的非均匀分布的网络，并找到最佳的非均匀分布的接入点，最大限度地提高网络覆盖的移动用户的一个给定的非均匀分布，反之亦然。
2017-02-17 cs.NI
Power Control in UAV-Supported Ultra Dense Networks: Communications, Caching, and Energy Transfer
超密集网络（UDN）通过网络密集化可以有效地扩大网络覆盖范围，提高系统吞吐量。与此同时，无人机（UAV）的通信和网络由于其高度的灵活性和众多的应用，最近引起了越来越多的关注。在这篇文章中，我们提出了一个无人机支持的UDN的愿景。首先，我们提出了四个有代表性的场景，以显示无人机支持的UDN在通信，缓存和能量传输的广泛应用。然后，我们强调了在无人机支持的UDN的有效的功率控制，讨论了主要的设计考虑和方法，在一个全面的方式。此外，我们通过案例研究模拟证明了无人机支持的UDN的性能优势，相比传统的固定基础设施为基础的网络。此外，我们还讨论了未来的主要技术挑战和开放问题。
2017-11-29 cs.NI
Dimensioning spectrum to support ultra-reliable low-latency communication
下一代G联盟（NGA）等行业主导的计划目前正在考虑如何确定支持5G以外的新服务类别所需的频谱。特别是，对URLLC的支持带来了如何确定随机无线网络的尺寸以满足严格的可靠性和延迟要求的挑战。我们的分析表明，满足URLLC目标所需的带宽可以达到千兆赫的量级，超出了当今移动网络的可用带宽。网络密集化可以缓解这些带宽需求，但需要涉及大量站点的新部署策略。作为替代方案，我们认为多连接和多运营商网络共享是减少带宽需求的有效方法，而无需直接部署额外的基站。
2023-02-28 cs.NI
Achieve Sustainable Ultra-Dense Heterogeneous Networks for 5G
由于移动数据业务的需求呈指数级增长，从4G到5G的业务需求增长了1000倍，网络密集化被认为是蜂窝网络演进的关键机制，而超密集异构网络（UDHN）是满足5G网络爆炸性数据业务需求的一种有前景的技术。在UDHN中，通过密集部署小小区，基站与用户的距离越来越近，这将导致极高的频谱效率和能量效率。在本文中，我们首先提出了一种可能的UDHN网络结构，然后提出了一种广义的正交/非正交随机接入方案，以在降低信令开销的同时提高网络效率。仿真结果证明了该方法的有效性。最后，我们提出了UDHN的一些关键挑战。
2017-11-14 cs.NI
Separation Framework: An Enabler for Cooperative and D2D Communication for Future 5G Networks
不断增长的容量和覆盖需求决定了未来的蜂窝网络需要尽快向超密集网络迁移。然而，网络密集化带来了一系列挑战，包括能源效率受损、复杂的干扰管理、繁琐的移动性管理、繁重的信令开销和更高的回程成本。有趣的是，困扰网络致密化的大多数问题都源于传统网络的一个共同特征，即，控制平面和数据平面之间的紧密耦合，而不管它们的异质性程度和单元密度。因此，在5G之后，控制和数据平面分离架构（SARC）最近被认为是一种有前途的范例，有可能解决上述大多数挑战。在这篇文章中，我们回顾了文献中提出的各种建议，到目前为止，使SARC。更具体地说，我们分析了如何以及在何种程度上各种SARC的建议解决网络密集化的四个主要挑战，即：能源效率，系统级容量最大化，干扰管理和移动性管理。然后，我们关注未来蜂窝网络的两个显著特征，这些特征尚未在大规模的传统网络中进行调整，因此仍然是5G的标志，即，协作多点（CoMP）和设备到设备（D2D）通信。在提供了有关CoMP和D2D的必要背景之后，我们分析了SARC如何在5G背景下特别成为CoMP和D2D的主要推动者。因此，本文既是一个教程，也是一个关于SARC，CoMP和D2D的最新调查。最重要的是，这篇文章提供了一个广泛的前景的挑战和机遇，在这三个相互纠缠的新兴技术的十字路口。
2016-04-10 cs.NI
Euclidean Matchings in Ultra-Dense Networks
为了研究网络致密化的基本限制，我们看看密集部署的通信设备嵌入在$d$维欧几里德空间中时，实现的空间频谱效率增益最佳“匹配”在近邻对。鉴于最近成功的概率建模，我们研究设备随机均匀分布在单位立方体进入一对一的合同与对方。这在统计物理学中被称为欧几里德“匹配”。每个通信信道都有自己的最大数据容量，由香农定理给出。最短匹配的长度则对应于这些点上的最大单跳容量。然后添加干涉作为进一步的约束，其使用形状作为防护区域（例如圆盘、直径圆盘或等边三角形）以与计算几何类似的方式与点匹配来建模。例如，圆盘产生Delaunay三角剖分，而直径圆盘产生β骨架。我们还讨论了从无序系统的物理学出发，用复制方法推导两种模型的标度极限。
2019-11-13 cond-mat.dis-nn cs.NI math.PR
Vorticity Dissipation Based Routing: A Fluid-Kinetic Framework for Loop-Free Transport in Ultra-Dense Networks
Future Technology Research Center, China Telecom Research Institute（中国电信研究院未来技术研究中心）；School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学信息与通信工程学院）；Cloud Network Operating System R&D Center, China Telecom（中国电信云网操作系统研发中心）；School of Electronics and Computer Science, University of Southampton（南安普顿大学电子与计算机科学学院）；Faculty of Information Science and Technology, Ocean University of China（中国海洋大学信息科学与技术学院）
本文提出基于涡量耗散的路由（VDR）框架，利用亥姆霍兹-霍奇分解解耦业务通量，通过涡量耗散实现无环传输，可抑制转发环路、降低延迟并具备良好扩展性。
2026-08-21 cs.NI
