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
Map-based Millimeter-Wave Channel Models: An Overview, Hybrid Modeling, Data, and Learning
与现有的无线通信系统相比，毫米波（mm-Wave）具有更宽的频谱范围。作为现有毫米波信道模型的可行替代方案，具有不同建模方法的各种基于地图的信道模型已被广泛讨论。基于地图的通道模型基于光线跟踪算法，并在给定地图中包含真实的通道参数。这些参数使研究人员能够准确地评估毫米波范围内的新技术。不同的地图建模方法导致不同的建模目标，包括信道参数的特性和不同的建模过程的复杂性。本文概述了基于地图的毫米波信道模型的概述，并提出了一个概念，如何利用它们来集成一个硬件测试台/探测器与一个软件测试台/探测器。此外，我们对基于地图的通道参数进行分类，并为混合建模提供指导方针。接下来，我们与公众共享测量数据和基于地图的通道参数。最后，我们通过共享数据库评估基于机器学习的波束选择算法。我们希望所提供的指导方针和共享的数据库将使研究人员能够很容易地设计一个基于地图的通道模型。
2019-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Millimeter Wave Networked Wearables in Crowded Environments
毫米波（mmWave）频带具有在可穿戴设备之间提供高吞吐量的潜力。当毫米波可穿戴网络在拥挤的环境中使用时，例如在公共汽车或训练上，天线方向性和定向是实现Gbps速率的关键。以前的工作，使用随机几何通常假设无限数量的干扰节点从泊松点过程（PPP）。由于室内可穿戴网络将由于墙壁而被隔离，因此具有有限数量节点的网络可能是更合适的模型。在本文中，我们描述了显着的干扰源，并开发一个典型的用户的可穿戴通信链路的空间平均性能的封闭形式的表达式。研究了人体阻塞对毫米波信号的影响以及网络密度的作用，以表明干扰器密度的增加减少了显著干扰器的平均数量。
2015-12-01 cs.IT math.IT
Inter-Operator Base Station Coordination in Spectrum-Shared Millimeter Wave Cellular Networks
我们的频谱共享毫米波下行链路蜂窝网络的速率覆盖分布的特点。多个蜂窝运营商中的每一个都拥有单独的毫米波带宽，但是在彼此之间共享频谱，同时使用动态的运营商间基站（BS）协调来抑制所产生的跨运营商干扰。我们将每个运营商的BS位置建模为相互独立的泊松点过程，并推导出第K个最强链路功率的概率密度函数（PDF），将视线和非视线状态。利用所获得的PDF，我们推导出的速率覆盖率的表达式作为系统参数，如BS密度，发射功率，带宽和协调集大小的函数。我们验证了广泛的仿真结果的分析。一个主要的发现是运营商间BS协调在频谱共享中是有用的：（i）与密集和高功率运营商以及（ii）与相当宽的波束，例如，30或更高。
2017-09-19 cs.IT math.IT
Modeling and Analyzing Millimeter Wave Cellular Systems
我们提供了毫米波（mmWave）蜂窝系统的数学模型和分析技术的全面概述。与常规Sub-6 GHz蜂窝系统的两个基本物理差异是（i）易受阻塞，以及（ii）需要在发射器和/或接收器处的显著方向性，这是通过使用小个体元件的大天线阵列来实现的。我们概述和比较这两个因素的模型，并提出了一个基线分析方法的基础上随机几何，允许计算的统计分布的下行链路信号干扰噪声比（SINR）和每链路数据率，这取决于SINR以及平均负载。模型和分析有许多含义：（a）对于大多数参数配置，毫米波系统比Sub-6 GHz更明显地受到噪声限制;（b）在毫米波中，初始接入要困难得多;（c）自回程比Sub-6 GHz系统更可行，这使得超密集部署更可行，但这导致越来越多的干扰限制行为;以及（d）与Sub-6 GHz系统形成鲜明对比的是，蜂窝运营商可以通过共享其频谱许可证而互惠互利，尽管这样做会导致不受控制的干扰。最后，我们概述了几个重要的扩展的基线模型，其中许多是有前途的途径，为未来的研究。
2016-05-13 cs.IT math.IT
Exploiting Multiple Access in Clustered Millimeter Wave Networks: NOMA or OMA?
在本文中，我们介绍了一个分簇的毫米波网络与非正交多址接入（NOMA），其中基站（BS）位于每个集群的中心，所有用户遵循泊松聚类过程。为了提供实际的定向波束成形，在所有BS处部署实际天线方向图。我们提出了一种最近随机的方案，其中近端用户是距离基站最近的节点，远端用户是随机选择的，以评估我们的系统的覆盖性能和通用吞吐量。新的封闭形式的表达式推导出一个松散的网络假设。此外，我们提出了几个Monte Carlo模拟和数值结果，表明：1）NOMA优于正交多址接入的系统速率; 2）覆盖概率是成正比的可能NOMA用户的数量和簇内接收机的方差的负相关性;和3）存在一个最佳的天线单元的数量最大化的系统吞吐量。
2018-01-26 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Channel Modeling via Generative Neural Networks
统计信道模型是设计和评估无线通信系统的重要工具。在毫米波波段，这样的模型变得非常具有挑战性;它们必须捕获每个链路的延迟、方向和路径增益，并且具有高分辨率。本文提出了一种通用的建模方法的基础上训练生成神经网络的数据。建议的生成模型包括一个两阶段的结构，首先预测每个链路的状态（视线，非视线，或中断），并随后将此状态馈送到一个条件变分自动编码器，生成的路径损耗，延迟，到达和离开的角度为所有的传播路径。重要的是，预先假设最少，使模型能够捕获数据中的复杂关系。该方法被证明为28 GHz的空对地信道在城市环境中，与训练数据集通过射线跟踪。
2020-08-25 cs.IT cs.NI eess.SP
Secure Millimeter-Wave Ad Hoc Communications Using Physical Layer Security
毫米波（mmWave）通信在提高现代无线网络的容量方面具有很大的潜力，而物理层安全（PLS）技术在提高其中的关键保密性能方面具有很大的潜力。针对毫米波自组织通信中非视距（NLoS）和视距（LoS）链路信号的显著差异，提出了一种基于视距的协同干扰（SCJ）方案，以提高毫米波自组织通信的PLS性能。在该方案中，每个潜在的干扰，没有LoS链路到其最近的接收器，但可能有LoS链路到窃听者被选择具有一定的概率，以产生人工噪声，使得在合法的接收器的信道优势，可以实现。针对新干扰方案的性能建模问题，首先提出了新颖有效的理论近似方法，解决了干扰分布建模的难题，然后提出了一种基于随机几何的理论框架来刻画SCJ方案下的保密传输容量行为.最后，提供了大量的数值结果来说明SCJ方案在各种网络场景下。
2020-09-04 cs.IT math.IT
Statistical Channel Model with Multi-Frequency and Arbitrary Antenna Beamwidth for Millimeter-Wave Outdoor Communications
本文提出了一个三维毫米波统计信道冲激响应模型，从28 GHz和73 GHz的超宽带传播测量。提供了支持任意载波频率、RF带宽和天线波束宽度（对于全向天线和任意定向天线两者）的精确的3GPP类信道模型。时间簇和空间波瓣模型参数提取的经验分布从现场测量。用于生成信道系数的逐步建模过程被示出为与来自现场测量的统计数据一致，从而确认统计信道模型忠实地重新创建用于毫米波5G空中接口设计的空间和时间信道冲激响应。
2015-11-21 cs.IT math.IT
Connectivity of Millimeter Wave Networks with Multi-hop Relaying
本文提出了一种新的随机几何方法的毫米波（毫米波）网络的连接与多跳中继。将无线电环境中障碍物的随机位置和形状建模为布尔模型，其芽按泊松点过程分布，颗粒为随机矩形。导出的分析结果揭示了毫米波网络的连通性如何取决于关键系统参数，例如障碍物的密度和大小以及中继路由窗口-选择路由中继的距离范围。我们发现，多跳中继可以大大提高连接与单跳毫米波传输。我们表明，要获得接近最佳的连接中继路由窗口的大小的障碍物。
2014-12-21 cs.IT cs.NI math.IT
Local Multipath Model Parameters for Generating 5G Millimeter-Wave 3GPP-like Channel Impulse Response
本文提出了28 GHz和73 GHz的解析推导的大规模和小规模的信道模型参数，其特征在于多径的平均时间和角度特性。在发射器和接收器处的全向方位角扫描使用高增益定向天线，由此发现，在非视线（NLOS）中，平均全球方位角和到达的天顶扩展的全球3GPP建模参数在28 GHz处分别为22度和6.2度，在73 GHz处分别为37.1度和3.8度。在28 GHz的小规模空间测量揭示了一个平均交叉极化比为29.7 dB和16.7 dB的视线和NLOS，分别为个人的多径分量。使用KPowerMeans算法提取的小规模参数在28 GHz和73 GHz分别在NLOS中平均产生5.3和4.6个簇。时间簇-空间波瓣（TCSL）建模方法使用替代的基于物理的分箱过程，并重新创建3GPP模型参数以生成信道脉冲响应，以及新参数，如在量化毫米波方向性中有用的RMS波瓣角扩展。TCSL算法忠实地再现测量毫米波信道的一阶和二阶统计。
2016-02-15 cs.IT math.IT
Statistical Blockage Modeling and Robustness of Beamforming in Millimeter Wave Systems
作为第五代新无线电（5G-NR）无线标准化努力的一部分，对毫米波（mmW）技术的商业化的兴趣越来越大。在这个方向上，许多独立的测量活动表明，对于小小区覆盖，mmW载波频率下的无线传播仅略差于低于6 GHz载波频率的传播-这是5G-NR最重要的用例之一。另一方面，在实践中，毫米波系统的可行性的最大决定因素是毫米波信号通过散射环境中的不同材料的穿透和阻挡。在此背景下，本文的重点是了解毫米波信号的阻塞和减少的空间覆盖的影响，由于通过人手，身体，车辆等渗透利用测量与28 GHz毫米波实验样机和电磁仿真研究，我们首先提出统计阻塞模型来捕捉手，人体和车辆的影响。然后，我们研究了毫米波信号被阻断（手和人体）的时间尺度。我们的研究结果表明，这些事件可以归因于物理运动和时间尺度相应的阻塞，因此在几个100毫秒或更长的顺序。基于这一基本理解，我们最终考虑了毫米波波束成形处理阻塞的鲁棒性的更广泛问题。网络致密化、设计有多个子阵列的用户设备（UE）中的子阵列切换、诸如码本增强的回退机制以及在非独立部署中切换到传统载波等可以在阻塞导致对mmW链路裕度的有害影响之前解决阻塞。
2018-01-10 cs.IT math.IT
Scalable and Accurate Modeling of the Millimeter Wave Channel
毫米波（mmWave）频率下的通信是第五代（5G）蜂窝网络中引入的主要新颖性之一。与这种高频率相关的机遇和挑战刺激了一些研究，这些研究依赖于模拟来评估所提出的解决方案。仿真的准确性在很大程度上取决于信道模型的准确性，但是用于毫米波的流行信道模型（诸如空间信道模型（SCM））具有高计算复杂性并且限制场景的可扩展性。本文介绍了一种广泛使用的毫米波频率SCM模型的实现，并提出了一种简化版本的3GPP SCM，该SCM将计算时间减少了12.5倍，同时提供了基本相同的几个度量分布，例如大规模场景中的信号干扰噪声比（SINR）。我们还提供了使用简化模型仍然可以产生有效结果的用例的见解。
2019-10-22 cs.IT cs.NI math.IT
A Millimeter-Wave Channel Simulator NYUSIM with Spatial Consistency and Human Blockage
精确的信道建模和仿真是毫米波宽带通信系统中不可或缺的，该系统采用电可调窄波束天线阵。在第三代合作伙伴计划第14版中提出了三个重要的信道建模组件，即空间一致性、人为阻塞和室外到室内穿透损耗，用于毫米波通信系统设计。本文介绍了NYUSIM 2.0，一个改进的信道模拟器，可以模拟空间一致的信道实现的基础上，现有的下降为基础的信道模拟器NYUSIM 1.6.1。提出了一种基于几何的方法，使用多个反射表面来产生空间相关和时变的信道系数。使用73 GHz的行人测量结果的人阻塞，四状态马尔可夫模型已实施在NYUSIM模拟动态人阻塞阴影损失。为了对由于穿透到建筑物中而产生的额外路径损耗进行建模，5G信道建模特别兴趣组采用了室外到室内穿透损耗的抛物线模型，并在NYUSIM 2.0中实现。本文演示了这些新的建模功能如何使用NYUSIM 2.0以Monte Carlo方式实现时再现真实数据，使其成为第五代及以后毫米波通信系统设计和评估的有价值的基于测量的信道模拟器。
2019-08-26 cs.IT eess.SP math.IT
Overview of Millimeter Wave Communications for Fifth-Generation (5G) Wireless Networks-with a focus on Propagation Models
本文概述了目前正在开发的用于毫米波（mmWave）频带的第五代（5G）无线通信系统的特征。本文介绍了5G网络的早期成果和关键概念，并描述了许多国际组织针对授权和非授权应用的信道建模工作。在0.5-100 GHz范围内，比较了用于理解毫米波传播的传播参数和信道模型，例如由各种标准化机构建模的视线（LOS）概率、大规模路径损耗和建筑物穿透损耗。
2017-07-24 cs.IT math.IT
3D Channel Modeling and Characterization for Hypersurface Empowered Indoor Environment at 60 GHz Millimeter-Wave Band
提出了一种考虑超曲面影响的室内三维信道模型。超表面是一种软件控制的智能元表面，可用于操纵电磁波，例如非镜面反射和完全吸收。因此，它可以在LOS和NLOS路径两者中控制从发射器朝向接收器位置的撞击射线，例如以对抗距离并改善无线连接。我们专注于60 GHz毫米波频段，因为它在5G/6 G网络中的重要性越来越大，并使用CST模拟（高频组件的3D电磁模拟器），根据与超曲面反射和吸收功能相关的衰减系数评估超曲面在室内环境中的影响。为了突出超曲面涂层墙与普通墙的优势，我们使用了衍生的超曲面3D通道模型和普通墙的自定义3D光线跟踪模拟器，考虑了不同Tx-Rx位置和间隔距离的典型室内场景。
2019-06-28 cs.IT eess.SP math.IT
Clustered Millimeter Wave Networks with Non-Orthogonal Multiple Access
本文引入了非正交多址接入（NOMA）技术，将NOMA用户建模为Poisson簇过程，每个簇包含一个位于中心的基站（BS）。为了提供真实的定向波束成形，在所有BS处部署实际的天线阵列方向图。我们提出了三个距离相关的用户选择策略来评估路径损耗对我们所考虑的网络性能的影响。借助这些策略，我们推导出易于处理的覆盖概率和系统吞吐量的解析表达式。在稀疏网络假设下，推导了该算法的解析表达式，提高了计算效率。理论分析表明，大天线规模有利于近端用户，而由于波束形成的随机性，对远端用户的影响是波动的。仿真结果表明：1）该系统的性能优于传统的正交多址接入技术和随机波束形成的NOMA-mmWave场景; 2）覆盖概率与簇内接收机的方差呈负相关; 3）73 GHz是近端用户的最佳载波频率，28 GHz是远端用户的最佳载波频率; 4）存在用于最大化系统吞吐量的天线元件的最佳数目。
2019-01-28 cs.IT math.IT
A Survey of Typical-Cell Volume Distributions in Poisson--Voronoi and Poisson--Delaunay Tessellations: Analytical Theory, High-Dimensional Limits, and Wireless Applications
School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University（中山大学电子与信息工程学院）；Techphant Technologies Company Ltd.（天舟科技有限公司）
本文综述泊松-沃罗诺伊与泊松-德劳内镶嵌的典型单元体积分布，梳理分析方法、相关结果与高维极限，探讨其在无线网络的应用并指出开放问题。
2026-08-17 cs.IT math.IT
The Connectivity of Millimeter-Wave Networks in Urban Environments Modeled Using Random Lattices
毫米波（mmWave）通信在mmWave频带中开辟了数十千兆赫（GHz）频谱，以供下一代无线系统使用，从而解决了频谱稀缺的问题。由于毫米波传播的阻塞效应，保持连接性是部署在城市地区的毫米波网络的关键设计挑战。具体来说，毫米波信号可能会被建筑物和其他大型城市物体阻挡。在本文中，我们着手调查的阻塞效应的毫米波网络的连接在曼哈顿型城市地区建模使用随机规则格，而基站（BS）是泊松分布在平面上。特别是，我们分析了连接概率，一个典型的用户是在一个BS的传输范围内，并通过视线连接。利用随机格点和随机几何理论，推导了不同的连通概率下界，并将其作为建筑物尺寸、格点单元被建筑物占用概率、基站密度和传输距离的函数。对于密集建筑物的情况，也导出了渐近连通概率。最后，将结果推广到异构网络。我们的研究得出了构建过程和BS过程参数之间的封闭关系，为实际的毫米波网络部署提供了有用的指导。
2018-02-24 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
Outage Analysis of Cooperative NOMA in Millimeter Wave Vehicular Network at Intersections
本文研究了在交叉路口使用协作非正交多址接入方案（NOMA）对毫米波（mmWave）车载网络的影响和改进。交叉口由两条垂直的道路组成。在中继的帮助下，传输发生在源节点和两个目的地节点之间。我们假设干扰来自一组车辆，这些车辆分布为一维齐次泊松点过程（PPP）。我们推导出封闭形式的中断概率表达式的合作NOMA，并比较它们与合作正交多址接入（OMA）。我们表明，NOMA提供了显着的改善，特别是对于高数据速率。然而，对数据速率有一个条件，否则，NOMA的性能将急剧下降。我们表明，作为节点的方法的交集，中断概率增加。反直觉地，我们表明，非线的叹息（NLOS）的情况下有一个更好的性能比线的叹息（LOS）的情况下。使用随机几何工具进行分析，并与Monte Carlo模拟进行验证。
2019-11-26 cs.IT eess.SP math.IT
Rapid Fading Due to Human Blockage in Pedestrian Crowds at 5G Millimeter-Wave Frequencies
在密集的城市环境中由行人引起的快速衰落信道将对采用电可操纵和窄波束宽度天线阵列的毫米波（mmWave）通信系统产生重大影响。在纽约布鲁克林人口稠密的开放广场场景中，使用73.5 GHz的7度、15度和60度半功率波束宽度（HPBW）天线对和1 GHz的RF零到零带宽进行了点对点（P2P）测量活动，以研究典型行人交通造成的阻塞事件。选择范围大约为一个数量级的天线波束宽度，以获得具有不同波束宽度的天线的衰落事件的知识，因为毫米波系统的天线方向图将是电子可调的。两个简单的建模方法，在文献中介绍了一个两状态马尔可夫模型或四状态分段线性建模方法来表征阻塞事件。转移概率率从测量结果中确定，它示出，平均衰落持续时间与-5 dB阈值为299.0 ms的7度HPBW天线和260.2 ms的60度HPBW天线。四状态分段线性建模方法表明，信号强度衰减和上升时间对于阻塞事件是不对称的，并且平均信号衰减（平均衰落深度）与天线HPBW成反比，其中7度和60度HPBW天线分别导致15.8 dB和11.5 dB的平均信号衰落。本文提出的模型对于在毫米波下扩展统计信道模型以在设计第五代（5G）无线系统时准确地模拟真实世界的行人阻塞事件是有价值的。
2017-11-07 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access Performance for Millimeter Wave in Vehicular Communications
在本文中，我们研究了毫米波（mmWave）车辆通信（VC）使用非正交多址接入方案（NOMA）在道路交叉口的性能，因为有地区更容易发生事故。我们研究的情况下，交叉口涉及两个垂直的车道，然后我们扩展到一个交叉口与多个车道的研究。传输发生在源和两个目的地之间。传输经历源自作为泊松点过程（PPP）分布的一组车辆的干扰。我们的分析包括建筑物和车辆在十字路口堵塞的影响。得到了闭型中断概率表达式。我们表明，节点到达交叉点，中断概率增加。反直觉，我们表明，非线的叹息（NLOS）的情况下有一个更好的性能比线的叹息（LOS）的情况。最后，我们比较了毫米波NOMA与OMA的性能，我们表明，NOMA提供了一个显着的改善OMA毫米波车载网络。通过Monte-Carlo模拟验证了分析的正确性。
2019-11-26 cs.IT eess.SP math.IT
On the Optimal Beamwidth of UAV-Assisted Networks Operating at Millimeter Waves
毫米波（mm波）频带实现了可以生成用于波束成形和空间复用的窄波束的非常大的天线阵列。然而，方向性引入波束未对准并导致降低的能量效率。因此，在小区中采用最可能的波束可能不一定意味着最大覆盖。这项工作的目的是确定最佳扇区波束宽度的蜂窝体系结构服务的无人机（UAV）作为基站（BS）。假设小区中的用户在给定的用户密度下按照泊松点过程（PPP）分布。我们考虑在无人机的混合波束形成，使得多个并发波束同时服务于所有扇区。一个优化问题，制定在一个给定的区域最大化的总和速率，同时限制每个扇区的总功率。我们观察到，对于给定的发射功率，最佳扇区波束宽度随着小区中的用户密度减小而增加，并且基于UAV的高度而变化。因此，我们为农村地区的用户提供了最佳波束成形配置的指导方针。
2023-01-26 cs.IT cs.NI math.IT
Millimeter Wave and Sub-Terahertz Spatial Statistical Channel Model for an Indoor Office Building
毫米波（mmWave）和亚太赫兹（THz）频率预计将在6 G无线系统及以后发挥至关重要的作用，因为它们具有数十GHz的巨大可用带宽。本文基于2014年至2020年在室内办公室环境中进行的28和140 GHz的广泛无线电传播测量，提出了一种针对毫米波和亚太赫兹频率的室内三维空间统计信道模型。全向和定向路径损耗模型和信道统计数据，如时间簇的数量，集群延迟，集群功率来自超过15,000测量功率延迟配置文件。由此产生的信道统计数据表明，时间集群的数量遵循泊松分布，每个集群内的子路径的数量遵循复合指数分布的LOS和NLOS环境在28和140 GHz。本文提出了一个统一的室内统计信道模型的毫米波和亚太赫兹频率以下的数学框架，以前的室外NYUSIM信道模型。开发了相应的室内信道模拟器，该模拟器可以针对高达150 GHz的任意毫米波和亚太赫兹载波频率、信号带宽和天线波束宽度重建3D全向、定向和多输入多输出（MIMO）信道。本文提出的统计信道模型和仿真器将指导未来6 G及以后的空中接口、波束成形和收发器设计。
2021-03-31 cs.IT 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
Millimeter Wave MIMO Channel Estimation with 1-bit Spatial Sigma-delta Analog-to-Digital Converters
本文主要研究了采用1位空间Σ-Δ模数转换器（ADC）的毫米波MIMO系统的信道估计。1位空间Σ-Δ型ADC的信道估计性能取决于量化噪声建模。因此，我们提出了一种新的方法，利用1位空间Σ-Δ ADC的确定性输入输出关系来建模量化噪声。使用这个新的噪声模型，我们提出了一种算法的信道估计的窄带单用户毫米波视线MIMO系统，通过确定未知的角度和路径衰减，表征平坦衰落信道。通过仿真，我们证明了所开发的方法的性能与传统的模拟系统相当，并显着优于传统的1位量化系统。
2020-10-23 cs.IT eess.SP math.IT
Path Loss Modeling and Measurements for Reconfigurable Intelligent Surfaces in the Millimeter-Wave Frequency Band
可重构智能表面（RISs）提供了无线传播环境的电磁世界和信息科学的数字世界之间的接口。简单而又足够精确的RISs路径损耗模型是RISs辅助无线通信系统理论分析和优化的重要基础。在本文中，我们改进了我们以前提出的自由空间路径损耗模型的RIS，使其更简单，更适用，更容易使用。天线的方向性的发射机，接收机，和RIS的单元格上的路径损耗的影响被明确地制定为一个角度相关的损耗因子。改进后的模型给出了更准确的估计的路径损耗的RIS组成的单位细胞与深亚波长的大小。基于所提出的模型，一个单一的单元格的属性进行评估的散射性能，功耗和面积，这使我们能够揭示在高频段部署RIS的基本考虑。利用两个在毫米波（mmWave）频带中操作的制造的RISs来执行测量活动。测量结果表明，在良好的协议与建议的路径损耗模型。此外，实验结果提出了一种有效的形式来表征路径损耗建模的单位细胞的功率辐射模式。
2021-12-14 cs.IT eess.SP math.IT
Random Cell Association and Void Probability in Poisson-Distributed Cellular Networks
研究了泊松分布蜂窝网络中所有基站形成一个强度为$λ_B$的齐次泊松点过程（PPP），而所有用户形成另一个强度为$λ_U$的独立PPP的基本建模缺陷。建模缺陷，很难发现在以前的作品，是空细胞的问题，源于用户和BS的分布之间的独立性和“以用户为中心”的细胞关联，它可能会导致非常不准确的分析结果。我们证明了广义随机细胞关联下细胞的空概率总是有界于零以上，其理论下限是$\exp(-\frac{λ_U}{λ_B})$，可以通过大关联加权来实现。推导出了单元空穴概率的精确表达式，仿真结果验证了其正确性。我们还表明，相关联的BS基本上不再是PPP，使得将它们建模为PPP以便于分析干扰相关的性能指标可能脱离现实，如果BS强度与用户强度相比不是显著大的话。
2015-02-08 cs.IT math.IT
Modeling and Design of Millimeter-Wave Networks for Highway Vehicular Communication
互联和自动驾驶汽车将在未来的智能交通系统（ITS）和智能城市中发挥关键作用。高速和低延迟的无线通信链路将使市政当局能够警告车辆安全隐患，并支持云驾驶解决方案，以大幅减少交通堵塞和空气污染。为了实现这些目标，车辆需要配备各种传感器，以生成和交换高速数据流。最近，已经引入毫米波（mmWave）技术作为满足这种高数据率要求的手段。在本文中，我们建立了一个高速公路通信网络，并描述其基本的链路预算指标。特别是，我们特别考虑了一个网络，其中车辆由部署在道路旁的毫米波基站（BS）提供服务。为了评估我们的高速公路网络，我们开发了一个新的理论模型，占一个典型的情况下，重型车辆（如公共汽车和卡车）在慢车道阻碍视线（LOS）的车辆在快车道的路径，因此，作为阻塞。使用随机几何工具，我们推导出近似的信号干扰噪声比（SINR）中断概率，以及用户达到目标通信速率（速率覆盖概率）的概率。我们的分析为毫米波高速公路通信网络提供了新的设计见解。在考虑高速公路的情况下，我们表明，减少水平波束宽度从$90^\circ$ $30^\circ$确定的SINR中断概率（即，$4 \cdot 10^{-2}$在最大）的最小减少。而且，与二维毫米波蜂窝网络不同，对于小BS密度（即，每$500$ m一个BS），仍然可以实现小于$0.2$的SINR中断概率。
2017-08-15 cs.IT cs.PF math.IT
Modeling Heterogeneous Network Interference Using Poisson Point Processes
随着包括毫微微小区、中继和分布式天线的低功率节点的引入，蜂窝系统变得更加异构。不幸的是，由此产生的干扰环境也变得越来越复杂，使得在分析和仿真中对不同通信策略的评估具有挑战性。利用最近的应用随机几何分析蜂窝系统，本文提出了在一个固定大小的小区，这是一个加权Voronoi小区内的泊松场的符号，分析下行链路的性能。在干扰计算中包括最近的小区外干扰器、保护区域外的小区外干扰器和跨层干扰。将干扰功率作为与小区中心的距离的函数进行限制，通过其拉普拉斯变换来表征总干扰。在附加假设条件下，对小区外干扰提出了一个等效的标记过程。为了便于简化计算，干扰分布近似使用二阶矩匹配的伽马分布。伽马近似简化了成功概率和平均速率的计算，结合了小规模和大规模衰落，并与同层和跨层干扰一起工作。仿真结果表明，该模型提供了一种灵活的方法来表征中断概率和率的函数到小区边缘的距离。
2013-04-26 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Millimeter Wave Wireless Power Transfer With Imperfect Beam Alignment
研究了波束对准不良对毫米波无线功率传输的影响。我们考虑毫米波WPT网络，其中能量发射器的位置遵循泊松点过程。我们采用第三代合作伙伴计划（3GPP）建议的高斯天线模型，而不是最常用的平顶天线模型，以获得更好的精度。两个波束对准误差（BAE）模型，即，截断高斯和均匀模型，介绍了代表不同的BAE源。我们推导出的概率密度函数（PDF）的级联天线增益与两个BAE模型，然后提供近似的PDF处理。借助Fox的H函数，推导出了非线性能量收集模型下能量覆盖概率的解析表达式。此外，我们推导出一个封闭形式的平均收获射频（RF）能量的表达式。仿真结果验证了我们的理论结果，并证明了BAE的性能下降。它还表明，在BAE的存在下，平顶天线模型并不能总是提供准确的性能评估。
2021-02-21 cs.IT eess.SP math.IT
Optimization of a Millimeter-Wave UAV-to-Ground Network in Urban Deployments
考虑城市战术无线网络，其中基站位于无人驾驶飞行器（UAV）上，无人驾驶飞行器（UAV）提供到地面资产（诸如位于城市街道上的车辆）的连接。假设无人机按照二维点过程随机部署在固定高度。毫米波（mmWave）频率用于利用由于波束成形而产生的大的可用带宽和空间隔离。在城市环境中，毫米波信号容易被建筑物阻挡视线（LoS）。虽然反射是可能的，一致的连接性的愿望放置在一个畅通的LoS路径的存在强烈的偏好。因此，在本文中考虑的关键性能指标是连接概率，这是一个畅通的LoS路径的概率至少有一个无人机在某个最大的传输距离。通过利用来自随机几何的工具，连接概率被表征为城市类型的函数（例如，城市、密集城市、郊区）、UAV密度（每平方公里的UAV平均数量）和UAV高度。城市街道被建模为曼哈顿泊松线过程（MPLP）和建筑物的高度是随机分布的。分析首先找到以特定网络实现（UAV的位置）为条件的连接概率，然后去除条件以揭示连接的分布;即，网络实现将不能满足中断阈值的部分。虽然相关工作已经将MPLP应用于具有单个UAV的网络，但本文的贡献在于：（1）考虑多个UAV的网络，（2）通过连接分布来表征性能，以及（3）确定UAV的最佳高度。
2021-10-31 cs.IT math.IT
Millimeter-wave Extended NYUSIM Channel Model for Spatial Consistency
常用的基于丢弃的信道模型不能满足毫米波（mmWave）信道建模的空间一致性要求，其中需要考虑瞬时运动或紧密间隔的用户。具有\textit{spatial consistency}的信道模型可以捕获当用户移动时或者当多个用户在室外场景中在局部区域中彼此接近（例如10 m内）时信道的平滑变化。需要空间一致性来支持第五代（5G）毫米波移动网络中大规模多输入多输出（MIMO）和多用户MIMO的波束成形和波束跟踪测试。本文提出了一种信道模型的扩展和空间一致性的相关实现在NYUSIM信道仿真平台。随着一个数学模型，我们使用的测量，用户沿着一条街道移动，并在一个拐角处超过75米的路径长度，以获得几个关键参数，如相关距离和集群的出生和死亡率的现实值，这表明提供空间一致性NYUSIM在城市微小区街道峡谷的情况。
2018-08-21 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Communications for Future Mobile Networks
毫米波（mmWave）通信最近吸引了大量的研究兴趣，因为巨大的可用带宽可以潜在地导致每个用户的几个Gbps（千兆比特每秒）的速率。虽然毫米波可以容易地用于诸如室内热点或回程的固定场景，但是在移动网络中使用毫米波是具有挑战性的，其中发送/接收节点可能是移动的，信道可能具有复杂的结构，并且多个节点之间的协调是困难的。为了充分利用mmWave在移动网络中的高潜在速率，必须解决许多技术问题。本文对未来移动网络（5G及以后）的毫米波通信进行了全面调查。我们首先总结了最近的渠道测量活动和建模结果。然后，我们详细讨论了毫米波通信的多输入多输出（MIMO）收发器设计的最新进展。之后，我们将概述多址接入和回程的解决方案，然后分析覆盖和连接。最后，讨论了移动网络中毫米波标准化和部署的进展。
2017-05-17 cs.IT math.IT
Coverage and Rate Analysis for Millimeter Wave Cellular Networks
毫米波（mmWave）有望成为第五代蜂窝网络的载波频率。由于毫米波信号对阻塞敏感，因此在超高频（UHF）频带中操作的蜂窝网络的先前模型不适用于直接分析毫米波蜂窝网络。利用随机几何的概念，本文提出了一个通用的框架来评估毫米波蜂窝网络的覆盖和速率性能。使用距离相关的站点线（LOS）的概率函数，LOS和非LOS基站的位置被建模为两个独立的非齐次泊松点过程，不同的路径损耗的法律适用。基于所提出的框架，信号噪声干扰比（SINR）和速率覆盖概率的表达式推导。毫米波覆盖和速率性能作为天线几何形状和基站密度的函数进行检查。密集网络的情况下，进一步分析通过应用简化的系统模型，其中的LOS区域的用户近似为一个固定的LOS球。结果表明，密集毫米波网络可以实现可比的覆盖范围和更高的数据率比传统的UHF蜂窝系统，尽管存在堵塞。结果表明，实现最佳SINR的小区大小与用户的LOS区域的平均大小成比例。
2014-10-18 cs.IT cs.NI math.IT
Poisson Cox Point Processes for Vehicular Networks
分析了车辆网络模型中泊松线Cox点过程的统计性质。点过程是由两个阶段的建设：一个泊松线过程模型的道路基础设施和独立的泊松点过程，有条件的泊松线，模型的道路上的车辆。我们得到的点过程的基本性质，包括一般的二次位置的点，最近的距离分布，拉普拉斯功能，面的Cox-Voronoi镶嵌的密度，和车辆致密化下的典型Voronoi细胞的渐近行为。这些属性与车辆网络中重要的功能密切相关。
2018-07-23 cs.IT 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
Distributed Conditional Generative Adversarial Networks (GANs) for Data-Driven Millimeter Wave Communications in UAV Networks
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；University of Oulu（奥卢大学）
针对无人机无线网络中毫米波通信的特点，提出了一种基于数据驱动的空对地信道估计方法。首先，开发了一种有效的信道估计方法来收集毫米波信道信息，允许每个UAV通过条件生成对抗网络（CGAN）沿每个波束形成方向训练独立的信道模型。接下来，为了将训练的信道模型的应用场景扩展到更广泛的时空域，开发了基于分布式CGAN架构的协作框架，允许每个UAV以全分布式方式协作学习mmWave信道分布。为了保证一个有效的学习过程中，最佳的无人机网络拓扑结构，最大化学习率的合作信道建模的必要条件和充分条件，推导出的最佳CGAN学习解决方案，每个无人机的特点，基于分布式网络结构。仿真结果表明，所提出的分布式CGAN方法对每个无人机的局部训练误差具有鲁棒性。同时，更大的机载网络规模需要每个UAV更多的通信资源来保证有效的学习率。结果还表明，与不共享信息的独立CGAN和其他两种分布式CGAN方法（即多通道CGAN和联合CGAN方法）相比，所提出的分布式CGAN方法在学习环境的同时具有更高的建模精度，并且在无人机下行毫米波通信的在线性能中实现了更高的平均数据率。
2021-07-31 cs.IT cs.LG math.IT
Mixture-based Modeling of Spatially Correlated Interference in a Poisson Field of Interferers
由于基于PPP的无线网络中的干扰表现出空间相关性，因此涉及多个空间点的任何联合分析要么以在$\mathbb{R}^2$上的数值积分结束，要么在分析上变得太难处理。为了解决这些问题，我们提出了一种替代方法，不仅提供了一个更简单的分析结构，但也密切模仿PPP的特点。这种方法的核心是使用随机变量混合构建的相关框架对相关干扰进行建模。此外，一个相关性框架的基础上更标准的方法的线性组合的随机变量也提出了比较的目的。这些模型的性能进行了研究，通过推导联合CCDF的SIR在$N$任意点。发现图紧密地近似于精确的基于PPP的结果，紧密度取决于$λp$（干扰强度）、$α$（路径损耗指数）和$N$的值。基于混合的模型的适用性也示出了多天线MRC接收机，其中仅示出了简化中断概率分析的主要推导步骤。
2017-07-14 cs.IT math.IT math.PR
Modeling and Analysis of Uplink Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in Large-Scale Cellular Networks Using Poisson Cluster Processes
非正交多址（NOMA）通过叠加不同的消息信号为多个用户提供服务。在接收机处通过应用连续干扰消除（SIC）对所需消息信号进行解码。利用泊松簇过程理论，我们提供了一个分析多小区上行NOMA系统的框架。具体地说，我们的特点是在排名$m$（从它的服务BS的距离）在一个小区中的所有用户之间的NOMA用户的速率覆盖概率和小区中的所有用户的平均速率覆盖概率。由于第$m$用户的信号与干扰加噪声比（SINR）依赖于有效的SIC，因此我们考虑三种情况，即，完全SIC（其中比第$m$用户强的$m-1$用户的信号被成功解码）、不完美SIC（其中比第$m$个用户强的$m-1$个用户的信号可能被成功解码也可能不被成功解码），不完全最坏情况SIC（其中，每当其相对的$m-1$较强用户的解码不成功时，第$m$个用户的信号的解码总是不成功）。导出的表达式被定制为捕获在等效正交多址（OMA）系统中的秩$m$处的用户的性能。最后，数值结果验证了推导的表达式。
2016-11-10 cs.IT cs.NI math.IT
Millimeter Wave Massive MIMO Downlink Per-Group Communications with Hybrid Linear Precoding
我们解决的问题，分析和分类组中的下行链路信道环境中的毫米波长小区，占路径损耗，多径衰落，和用户设备（UE）阻塞，通过采用混合传播和多径衰落模型，从而使用准确的组间干扰建模。基站（BS）采用大型均匀平面阵列（UPA）来促进高效率的大规模多输入多输出（MIMO）通信。UE配备有单个天线并且均匀地分布在小区内。关键问题是分析和定义预编码组。因为在组之间期望公平类型的吞吐量，所以必要时采用组合频分和空分复用（CFSDM）。我们表明，通过采用三个子载波频率，可以有效地将UE分成高吞吐量组，每组采用基于虚拟信道模型波束（VCMB）的内部预编码，然后是高效的多用户多输入多输出（MU-MIMO）外部预编码器。对于每一组，我们研究了三种不同的分组方法，提供不同的优势。我们表明，零强制每组预编码（ZF-PGP）的零强制预编码（ZFP）提供的改进是非常高的。
2020-02-05 cs.IT eess.SP math.IT
ItDPDM: Information-Theoretic Discrete Poisson Diffusion Model
Department of Electrical Engineering, Stanford University（斯坦福大学电气工程系）；Department of Computer Science, Oklahoma University（俄克拉荷马大学计算机科学系）；School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, USA（普渡大学电气与计算机工程学院）
本文提出ItDPDM模型，结合信息论视角和离散泊松重建损失，实现对离散数据的精确似然估计与生成建模。
2026-02-11 cs.IT cs.LG math.IT
Downlink coverage probability in cellular networks with Poisson-Poisson cluster deployed base stations
Poisson-Poisson簇过程是一类具有吸引点模式的点过程。最近，PPCP被积极地研究用于异构蜂窝网络或设备到设备网络的建模和分析。然而，令人惊讶的是，据作者所知，对于具有根据PPCP部署的基站（BS）的蜂窝网络，在最基本的设置（例如单层、瑞利衰落和最近BS关联）内，没有以数值可计算形式的下行链路覆盖概率的精确推导。在本文中，我们考虑这个基本模型，并推导出一个数值计算的覆盖概率的形式。为了验证分析，我们比较了数值计算与蒙特卡罗模拟的结果，并确认良好的协议。
2018-03-16 cs.IT math.IT math.PR
On Modeling Heterogeneous Wireless Networks Using Non-Poisson Point Processes
未来的无线网络需要支持比当前LTE标准高1000倍的数据率。为了满足日益增长的需求，未来的无线网络将不可避免地发展多种技术之间的无缝互连。这种想法的一种表现是不同类型的网络层（如宏小区和小小区）之间的协作，从而导致所谓的异构网络（HetNet）。研究人员使用随机几何来分析这些网络，并了解它们的真正潜力。毫不奇怪，它已被揭示，干扰对性能有不利影响，特别是如果没有正确建模。干扰可以在空间和/或时间上相关，这在过去被忽视了。例如，通常假设节点彼此完全独立，并遵循齐次泊松点过程（PPP），这在真实网络中不一定正确，因为节点位置是空间相关的。此外，由相关随机过程产生的干扰相关性大多被忽略。为此，我们采取了不同的方法来建模干扰，我们使用非PPP，以及我们研究的空间和时间相关性对HetNet的性能的影响。为了说明相关性对性能的影响，我们考虑三个案例研究，从现实生活中的场景。具体来说，我们使用大规模多输入多输出（MIMO）来了解空间相关性的影响;我们使用随机介质访问协议来研究时间相关性;我们使用协作中继网络来说明时空相关性。我们提出了几个数值例子，通过这些例子我们展示了各种相关类型对HetNet性能的影响。
2015-06-20 cs.IT cs.NI math.IT
