Reducing the Paging Overhead in Highly Directional Systems
新无线电（NR）支持在高频带（例如，毫米波频率）通过使用基于窄波束的定向传输来补偿这些频率下的高传播损耗。由于每个波束的有限空间覆盖，NR中的寻呼的广播传输使用波束扫描来执行，这需要多个时隙。因此，NR中使用的寻呼过程将显著增加具有定向传输的网络的下行链路资源开销。随着我们在频带（例如太赫兹频带）上的移动，这种开销将进一步增加，这被视为下一代网络的潜在候选者之一。因此，基于NR的寻呼解决方案对于支持高度定向的系统是不可行的。在本文中，我们提出了一种新的最小反馈使能寻呼机制，而不是使用所有的波束进行寻呼传输，只激活具有一个或多个UE的覆盖范围内的波束的子集。实现UE存在指示以识别要激活的波束的正确集合。我们的分析和仿真表明，与基于NR的解决方案相比，所提出的解决方案显著降低了下行链路寻呼开销（例如，对于在每个寻呼时机200个UE的UE密度下支持64个波束的系统，增益大于80%），同时在UE侧引起最小的能量成本。
2021-01-05 cs.NI
Coverage Analysis for Low-Altitude UAV Networks in Urban Environments
无人机（UAV）上的无线接入点正被考虑用于商业网络中的移动服务供应。为了能够在蜂窝网络中有效地使用这些设备，有必要首先对它们的设计参数如何反映最终用户所体验的服务质量有定性和定量的理解。在本文中，我们建立了一个场景，无人机网络在地面以上的一定高度提供无线服务的覆盖范围内形成的定向天线。我们提供了一个典型的用户所经历的无人机参数的函数的覆盖概率的解析表达式。
2017-04-15 cs.NI
A Dual-Directional Path-loss Model in 5G Wireless Fractal Small Cell Networks
随着部署在小小区网络中的低功率基站（BS）的数量的预期增加，阻塞效应对高频谱上的无线传输变得更加敏感，可变的传播衰落场景使得难以描述小小区网络的覆盖。针对第五代（5G）分形小蜂窝网络，提出了一种视距（LoS）和非视距（NLoS）传输协同工作的双向路径损耗模型。基于所提出的路径损耗模型，LoS传输概率是基站的坐标方位角和移动用户（MU）与基站之间的距离的函数。分析了5G分形小小区网络的覆盖概率和平均可达速率。数值结果表明，在5G分形小小区网络中，最小阻塞强度和最大基站强度并不能保证最大平均可达速率。我们的研究结果探索了5G分形小小区网络中各向异性路径损耗衰落与小小区覆盖之间的关系。
2016-12-14 cs.IT cs.NI math.IT
A Stochastic Geometry Model of Backhaul and User Coverage in Urban UAV Networks
无人机（UAV）上的无线接入点正被考虑用于商业网络中的移动服务供应。为了能够在蜂窝网络中有效地使用这些设备，有必要首先对它们的设计参数如何反映最终用户所体验的服务质量有定性和定量的理解。在本文中，我们建立了一个网络的无人机在地面以上的一定高度，提供无线服务的覆盖范围内形成的定向天线，与无人机使用现有的地面基站网络的无线回程。我们提供了一个典型的用户所经历的无人机参数的函数的覆盖概率的解析表达式。使用我们的推导，我们证明了存在一个最佳的无人机高度，最大限度地提高最终用户的覆盖概率。然后，我们探讨的情况下，无人机调整其各自的高度，以满足其回程的要求，而在同一时间试图最大限度地提高地面上的最终用户的覆盖概率。
2017-10-11 cs.NI
Coverage in mmWave Cellular Networks with Base station Cooperation
由于遮蔽和阻塞而导致的信号中断的存在预计将成为毫米波（mmWave）网络中的主要瓶颈。此外，在毫米波网络将具有密集基站部署的预期愿景下，来自强视距基站的干扰也会增加，从而进一步增加中断的概率。为了解决减少中断的问题，本文探讨了在毫米波异构网络的下行链路中基站协作的可能性。这项工作的主要重点是表明，在一个随机的几何框架，从随机定位的基站的合作降低中断概率。由于高度定向的传输将经历较不严重的衰落，人们可能会期望合作将增加覆盖概率，我们的数值例子表明，事实上是这样的。覆盖概率的会计得出：不同的衰落分布，天线方向性和阻塞。数值结果表明，在密集的毫米波系统中，基站合作的覆盖范围，并没有小规模的衰落大大超过没有合作的覆盖范围。相比之下，当毫米波网络密度较低时，信号阻塞的概率较高，并且具有瑞利衰落，则报告了不显著的增加。
2015-03-18 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Spatial-Propagation Modeling of Cellular Networks Based on the Directional Radii of Poisson Voronoi Cells
在面向覆盖的网络中，以使得小区边界处的用户实现足够的信号强度的方式部署基站（BS）。小区的形状和大小因BS而异，因为大规模信号传播条件在不同的地理区域中不同。本文提出并研究了一种联合空间传播（JSP）模型，该模型考虑了细胞半径和大规模信号传播（由阴影捕获）之间的相关性。我们首先介绍的概念的Voronoi细胞的方向半径，它在蜂窝网络和超越的应用。细胞的方向半径被定义为从细胞核到细胞边界的距离，该距离相对于细胞中均匀随机位置的方向成一定角度。我们研究了Poisson Voronoi镶嵌中两种类型单元的半径分布：包含原点的零单元和典型单元。最后将研究结果应用于JSP模型的分析。我们发现，即使泊松点过程（PPP）通常被认为是一个悲观的空间模型BS的位置，JSP模型与PPP实现覆盖性能接近最乐观的-标准的三角形网格模型。此外，我们表明，网络的性能取决于严重的大规模沿细胞边界的路径损耗的方差。
2021-01-01 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage and Connectivity Analysis of Millimeter Wave Vehicular Networks
下一代汽车将需要每行驶小时TB级的数据传输速率，以支持先进的汽车服务。这种前所未有的数据交换量超出了现有车载通信技术的能力，需要新的解决方案。对于这种对超高传输速度的日益增长的需求的可能答案可以在毫米波（mmWave）频带中找到，然而，毫米波频带受到高信号衰减和具有挑战性的传播特性的影响。特别地，毫米波链路通常是定向的，以受益于所得到的波束成形增益，并且需要发射器和接收器波束的精确对准，该操作可能增加通信的延迟并且由于波束未对准而导致耳聋。在本文中，我们提出了一个随机模型，用于表征毫米波汽车网络中的波束覆盖和连接概率。其目的是解释在设计基于毫米波链路的车辆场景解决方案时必须考虑的一些复杂和有趣的权衡。结果表明，在高度移动毫米波系统中的汽车节点的性能严格取决于车辆部署的特定环境，并且必须考虑几个汽车特定的特征，如节点速度，波束对准周期，基站密度和天线几何形状。
2018-03-03 cs.NI
On the Joint Impact of Beamwidth and Orientation Error on Throughput in Directional Wireless Poisson Networks
我们引入了一个模型，用于捕获波束误导的覆盖范围和吞吐量的定向无线网络中使用随机几何的影响。在采用理想的扇区天线没有旁瓣的网络中，我们发现，方向误差分布是足够的，以证明单调性和准单调性（相对于天线波束宽度）的空间吞吐量和传输容量，分别。此外，我们确定的网络条件，产生相反的极端选择波束宽度（绝对定向与全向），最大限度地提高两个相关的吞吐量指标。最后，我们总结了我们的论文与平均方向误差，吞吐量最大化的波束宽度，和最大吞吐量之间的关系，在不同的复杂性的辐射模式的数值探索。
2014-06-12 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage in Heterogeneous Downlink Millimeter Wave Cellular Networks
在本文中，我们提供了一个分析框架来分析异构下行链路毫米波蜂窝网络组成的K层随机定位的基站（BS），其中每层工作在毫米波频段。信号与干扰加噪声比（SINR）的覆盖概率推导出整个网络使用随机几何工具。毫米波通信的显着特点，如定向波束形成，并具有不同的路径损耗法律的视线（LOS）和非视线（NLOS）的链接被纳入覆盖分析，通过假设平均偏置接收功率关联和Nakagami-m衰落。通过使用毫米波网络的噪声受限假设，得到了仅需要计算一个数值积分的覆盖概率的更简单的表达式。此外，波束形成对准误差对覆盖概率分析的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。下行链路速率覆盖概率的推导，以及得到更多的洞察网络的性能。此外，部署低功率较小的细胞和偏置因子的影响，对能量效率的影响进行了分析。最后，一个混合蜂窝网络在毫米波和微波频段的工作。
2017-04-04 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage and Spectral Efficiency of Indoor mmWave Networks with Ceiling-Mounted Access Points
向可能为大量用户提供服务的室内区域（如交通枢纽或会议中心）提供高吞吐量毫米波信号将需要部署专用的室内毫米波接入点。在本文中，我们研究了安装在天花板上的毫米波接入点的密集部署，并使用固定定向天线照亮地面上的选定地点。在这种设置中，限制信号传播的主要因素是人体的阻塞。我们评估我们的系统下，考虑到波束宽度的主瓣，接入点密度，和定位的移动终端相对于用户的身体的情况下。我们发现，覆盖范围和面积频谱效率曲线表现出非平凡的行为，可以分为四个区域的接入点密度，波束宽度和高度值的选择有关。此外，我们观察到一个权衡波束宽度设计，最佳波束宽度最大化覆盖范围或区域频谱效率，但不是两者兼而有之。最后，当我们考虑不同的身体阴影场景时，我们的网络设计优化了手持或直接佩戴在身体上的设备的覆盖或区域频谱效率性能，因为每个场景都需要互斥的接入点密度和波束宽度设置。
2018-02-16 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
Context Information for Fast Cell Discovery in mm-wave 5G Networks
毫米波段的开发是5G移动无线电网络最有前途的解决方案之一。然而，由于限制接入可用性的毫米波恶劣传播条件，在蜂窝网络中使用毫米波技术并不简单。为了克服这一障碍，正在考虑混合网络架构，其中毫米波小小区可以利用基于传统技术的覆盖层。附加mm波层还可以利用控制平面和用户平面之间的功能划分，这允许将大部分信令功能委托给传统基站，并从用户收集上下文信息以进行资源优化。然而，毫米波技术需要高增益天线系统来补偿高路径损耗和有限的功率，例如，通过使用用于高方向性的多个天线。定向传输还必须用于小区发现和同步过程，并且由于需要在不同方向上扫描具有多个传输的小区区域，这可能导致不可忽略的延迟。在本文中，我们建议利用上下文信息相关的用户位置，由单独的控制平面提供，以改善小区发现过程，并最大限度地减少延迟。我们调查的基本权衡的小区发现过程与定向天线和上下文信息的准确性对其性能的影响。数值结果验证了我们的观察。
2016-05-18 cs.NI
Dynamic Standalone Drone-Mounted Small Cells
本文研究了在无人机小蜂窝（Drone Small Cells，DSC）中使用动态水平定位（D-HOP）的可行性，重点分析了天线设备效率对最佳DSC高度的影响，该高度已被选择用于最大化覆盖范围。我们扩展了常见的城市传播模型的各向同性天线占定向天线，使其依赖于天线的能力，以适应理想的传播模式。这导致我们定义一个封闭形式的表达式，用于计算通过天线倾斜保持恒定覆盖的D-HOP实现的速率改进。假设完全了解均匀分布的活动用户的位置，测试了三种D-HOP技术：最小边界圆（SBC）的中心;最大聚合速率（MAR）的点;以及上述两个中的最中心点（CMP）。通过分析研究和仿真，我们推断，DSC D-HOP的实现是可行的，当使用电小和可倾斜的天线。尽管如此，在低用户密度场景中实现高达20- 3 - 5%的平均每用户平均速率增加是可能的，或者在用户密集场景中实现高达3-5%的平均每用户平均速率增加是可能的，即使当在已经被设计用于独立覆盖的DSC中使用高效天线时。
2020-09-04 cs.IT cs.NI eess.SP
Optimized Deployment of Millimeter Wave Networks for In-venue Regions with Stochastic Users' Orientation
毫米波（mmW）通信是用于提供大容量无线网络接入的有前景的解决方案。然而，mmW的益处受到以下事实的限制：由于诸如人体的障碍物对mmW链路的严重阻塞，mmW接入点与用户设备之间的信道可能随机改变。因此，mmW网络覆盖的一个主要挑战是实现接入点和移动设备之间的定向视线链路。在本文中，提出了一种新的框架，用于优化热点和场地内区域的毫米波网络覆盖，同时认识到网络用户的身体阻塞。在所研究的模型中，潜在的接入点和用户的位置被假定为预定义的参数，而用户的方向被假定为随机的。因此，联合随机接入点布局和波束转向问题受到随机用户的身体阻塞，在所需的网络覆盖约束。然后，一个贪心算法被引入到寻找一个近似解的联合部署和分配问题使用一个新的“大小约束加权集覆盖”的方法。解析推导出最优解与近似解之比的封闭表达式（由贪心算法得到）。所提出的算法模拟三个场地区域：会议室在弗吉尼亚理工大学的校友大会堂，机场大门，一个体育场足球的一边。仿真结果表明，为了保证不同的场馆区域的网络覆盖，贪心算法使用最多三个接入点（AP）相比，最优的解决方案。结果还表明，由于使用了额外的AP，贪心算法将产生比最佳AP最小化解决方案好11.7%的网络覆盖。
2019-06-06 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-User Provisioning in Millimeter-Wave Urban Cellular Networks
在本文中，我们提出了第一个全面的研究毫米波（mm波）城市蜂窝网络的多用户容量，使用特定站点的射线跟踪传播数据和现实的天线阵列模式。我们比较TDMA和SDMA（时分和空分多址，分别）不同的网络场景和天线配置的性能。我们提出了一个贪婪的启发式算法来解决网络范围内的定向链路分配问题，从而估计多用户毫米波网络的可达容量和覆盖范围。我们的研究结果表明，小区间的干扰是可以忽略不计的，所以TDMA的性能是严格限制空中分时共享。相比之下，SDMA的主要限制因素是小区内干扰，强调实际天线阵列旁瓣的影响。尽管如此，SDMA在平均UE吞吐量方面显著优于TDMA，使用8x8阵列时高达2Gbps。作为一个重要的设计见解，我们的研究结果表明，较大的基站天线阵列限制小区内干扰，同时补偿小UE阵列，降低成本和波束成形的要求，在实际的SDMA网络。我们的分析还表明，在实际的混合波束成形架构中，有限数量的天线子阵列可能会迫使SDMA丢弃具有良好覆盖的UE，突出了基站密集化和天线资源之间的权衡。
2020-02-04 cs.NI eess.SP
Sensing-Based Beamformed Resource Allocation in Standalone Millimeter-Wave Vehicular Networks
本文针对独立毫米波车载网络中未协调资源分配导致的冲突问题，提出基于定向波束赋形和SCI的信道接入方案，仿真证明其能降低资源分配冲突概率。
2025-03-19 cs.NI eess.SP
