Extending LTE into the Unlicensed Spectrum: Technical Analysis of the Proposed Variants
长期演进（LTE）的商业成功和由此产生的移动数据需求的增长已经促使蜂窝网络运营商努力进行新的创新。已经提出了非授权频谱中的LTE以允许蜂窝网络运营商通过接入非授权5GHz频带来卸载其数据业务中的一些。目前，针对未授权频带中的LTE操作提出了三种变型，即LTE-U、授权频谱接入（LAA）和MulteFire。本文对这些变体进行了比较分析，并解释了世界不同地区对5 GHz频段的现行规定。我们提出的三个版本的技术细节，并分析他们的操作功能和共存能力，提供一个R\&D的角度，他们的部署和共存与遗留系统。
2017-09-13 cs.IT cs.NI math.IT
Spatial Resource Allocation for Spectrum Reuse in Unlicensed LTE Systems
本文研究了如何在LTE-U系统中重用未授权频谱，同时保证LTE-U和Wi-Fi系统之间的和谐共存。对于在基站（SBS）处具有多个天线的小小区，一些空间自由度（DoF）用于服务小小区用户（SUE），而其余的空间DoF用于通过应用迫零波束成形（ZFBF）来减轻对Wi-Fi用户的干扰。因此，可以通过仔细分配空间DoF来平衡LTE-U和Wi-Fi吞吐量。由于信道状态信息（CSI）估计和反馈误差的存在，ZFBF不能完全消除干扰。我们首先分析SUE之间的残留干扰，称为RAT内干扰，以及由于不完美CSI而导致的对Wi-Fi用户的干扰，称为ZFBF之后的RAT间干扰。基于分析，我们分别推导出小小区和Wi-Fi系统的吞吐量。因此，提出了空间DoF分配方案以平衡小小区和Wi-Fi系统之间的吞吐量。仿真结果验证了我们的理论分析和所提出的方案。
2017-08-30 cs.IT math.IT
Fronthauling for 5G LTE-U Ultra Dense Cloud Small Cell Networks
结合了云计算和小小区的大规模部署的超密集云小小区网络（UDCSNet）是用于第五代（5G）LTE-U移动通信的有前景的技术，因为它可以适应移动用户的数据业务的预期爆炸性增长。因此，前传成为5G LTE-U UDSNet中的一个具有挑战性的问题。在本文中，我们概述了5G \mbox{LTE-U} UDCSNets中前传技术的挑战和要求。我们调查了各种候选前传技术的优势和挑战，如光纤，基于毫米波的未授权频谱，基于Wi-Fi的未授权频谱，基于亚6 GHz的授权频谱，以及基于自由空间光的未授权频谱。
2016-07-24 cs.IT math.IT
An Uplink Control Channel Design with Complementary Sequences for Unlicensed Bands
针对非授权频段的上行控制信道，提出了两种基于互补序列（CS）的调制方案。这些方案解决了在频域中的非连续资源分配下的高峰均功率比（PAPR），并且将最大PAPR降低到3dB。第一种方案允许用户发送少量的上行链路控制信息（UCI），例如确认信号，并且不引入PAPR和共信道干扰（CCI）之间的折衷。第二种方案是基于本文介绍的一个新的定理，该方案在一个交织中为单个用户启用最多21个UCI比特或为三个用户启用11个UCI比特。这一定理使得不同的CS兼容各种各样的资源分配，同时捕捉CS和Reed-Muller（RM）码之间的内在联系，这使得CS更有用的实际系统。数值结果表明，所提出的方案保持了低PAPR的好处，而不会增加出错率的非连续资源分配在频域。
2020-06-29 cs.IT math.IT
A Multi-Game Framework for Harmonized LTE-U and WiFi Coexistence over Unlicensed Bands
通过未授权频带的LTE（LTE-U）的引入将使得LTE基站（BS）能够通过利用未充分使用的未授权频带来提高其容量并卸载其业务。然而，为了获得LTE-U的好处，有必要解决与LTE-U和WiFi共存相关联的各种新挑战。特别地，必须开发新的资源管理技术以优化网络资源的使用，同时处理WiFi和LTE用户之间的相互依赖性并确保WiFi用户不受危害。为此，本文提出了一种新的博弈论工具，称为\emph{multi-game}框架，作为一种有前途的方法建模资源分配问题在LTE-U。在这样的框架中，可以制定跨异构信道的多个共存和耦合的游戏，以捕获LTE-U的特定特性。这些游戏可以有不同的属性和类型，但它们的结果在很大程度上是相互依赖的。在介绍了多博弈框架的基础知识之后，概述了两类算法来实现多博弈的新解决方案概念。然后进行仿真结果，以显示这样的多个游戏可以有效地捕获LTE-U的特定属性，并使其成为WiFi的“友好”邻居。
2016-07-04 cs.GT cs.IT math.IT
LTE in Unlicensed Bands is neither Friend nor Foe to Wi-Fi
在5GHz频带中部署LTE以提供额外蜂窝网络容量的支持者声称，与Wi-Fi本身相比，LTE将是未授权频带中Wi-Fi的更好邻居。在辩论的另一方，Wi-Fi社区反对LTE将对Wi-Fi网络性能非常不利。然而，缺乏透明和系统的工程证据来支持两个阵营相互矛盾的说法，这对于确定是否需要监管干预来保护Wi-Fi现任者免受新的LTE进入者的影响至关重要。为此，我们提出了一个全面的共存研究的Wi-Fi和LTE的无执照，调查共存机制的大参数空间和一系列代表性的网络密度和部署方案。我们的研究结果表明，通常情况下，Wi-Fi和LTE之间的和谐共存是由大量的5 GHz信道来确保的。对于强制共信道操作的最坏情况，LTE有时是Wi-Fi的更好邻居-当有效节点密度低时-但有时更糟-当密度高时。我们发现，分布式干扰协调是唯一必要的，以防止“公地悲剧”的干扰是非常可能的政权。我们还表明，在实践中，它并没有使现任者什么样的共存机制被添加到LTE在无执照的区别，只要一个是到位。因此，我们得出结论，LTE通常与未授权频段中的Wi-Fi既不是朋友也不是敌人。我们认为，以我们的案例研究为例的系统工程分析是支持监管机构基于证据的规则制定的最佳实践方法。
2016-09-12 cs.IT cs.NI math.IT
Grant-less Uplink Transmission for LTE Operated in Unlicensed Spectrum
自3GPP版本13以来，在未许可频谱中部署长期演进（LTE）已经成为满足业务需求爆炸性增长的候选特征。为了进一步探索免许可频带的优点，在此上下文中，在后续版本中已经支持和研究了上行链路和下行链路两者的操作。然而，已经识别出，由于在发送上行链路授权时在eNB处以及在传输之前在调度的UE处的双重通话前监听（LBT）要求，未许可频谱中的调度的上行链路传输性能显著降级。在本文中，为了克服这个问题，提出了一种新的上行链路传输方案，它不需要任何授权，并提供有关系统设计的细节。通过对采用传统上行链路方案的系统以及所提出的方案的LBT的时间动态进行建模，通过分析评估来验证，用于上行链路传输的双LBT方案大大降低了UE的信道接入概率，并因此导致性能损失，而所提出的方案能够缓解这个问题。符合LTE标准的系统级仿真结果表明，所提出的方案可以实现显着的性能增益的吞吐量方面的性能损失可以忽略不计的下行链路，以及在相同的频谱中运行的其他技术。
2018-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
Holistic Small Cell Traffic Balancing across Licensed and Unlicensed Bands
由于一方面移动数据业务的急剧增长和另一方面许可频谱的稀缺，移动运营商正在考虑使用未许可频带（特别是5 GHz的频带）作为补充频谱，以提供更高的系统容量和更好的用户体验。这种方法目前正在由3GPP以LTE授权辅助接入（LTE-LAA）的名称进行标准化。在本文中，我们通过联合优化授权和未授权频段的使用，采取了一种整体方法来平衡LTE-LAA小小区流量。我们提出这种流量平衡作为优化问题，该优化问题通过调整LTE-LAA小小区在授权和未授权频带中的传输概率来寻求WiFi、小小区和宏小区用户的比例公平共存。该公式化的动机是LTE-LAA小小区根据干扰/业务水平和每个频带中的活动用户的数量在授权频带和未授权频带之间切换或聚合授权频带和未授权频带。我们推导出这个优化问题的封闭形式的解决方案，并另外提出了一种传输机制，用于在两个频带上的LTE-LAA小小区的操作。通过数值和模拟结果，我们表明，我们提出的流量平衡方案，除了使更好的LTE-WiFi共存和无线电资源的有效利用相对于现有的流量平衡方案，还提供了一个更好的权衡最大化的总网络吞吐量和实现所有网络流之间的公平性相比，替代方法。
2016-09-13 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Scheduling across Heterogeneous Air Interfaces of LTE/WiFi Aggregation
LTE/WiFi聚合（LWA）提供了一种通过利用未授权频带来缓解授权频带中的数据业务拥塞的有前景的方法。关键的挑战来自于通过授权和未授权频带的异构接口提供服务质量（QoS）。在本文中，我们最大限度地减少所需的授权频谱，而不降低QoS中存在的多个用户。具体而言，LWA的聚合有效容量首先推导出一个新的半马尔可夫模型。以最小化授权带宽为目标，建立了授权频段和非授权频段之间具有QoS保证的多频段资源分配模型，利用块坐标下降法（BCD）和两个凸函数差分法（DC）对模型进行了凸化，并采用一种新的迭代算法进行了有效求解。仿真结果表明，显着的性能增益的启发式替代方法。
2018-02-06 cs.IT math.IT
Proactive Resource Management for LTE in Unlicensed Spectrum: A Deep Learning Perspective
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
使用授权辅助接入LTE（LTE-LAA）的未授权频谱中的LTE是克服无线频谱稀缺的有前途的方法。然而，为了获得LTE-LAA的益处，需要与其他现有WiFi部署的公平共存机制。本文提出了一种新的深度学习方法来建模LTE-LAA小型基站（SBS）的资源分配问题。所提出的方法使多个SBS能够主动执行动态信道选择、载波聚合和部分频谱接入，同时保证与现有WiFi网络和其他LTE-LAA运营商的公平性。采用主动共存机制使得未来的延迟容忍LTE-LAA数据需求能够在它们的实际到达时间之前在给定的预测窗口内被服务，从而避免在非高峰时段期间未授权频谱的未充分利用，同时最大化总的被服务的LTE-LAA业务负载。为此，制定了一个非合作博弈模型，其中SBS被建模为Homo Egualis代理，其目的是预测未来的行动序列，从而在给定的时间范围内实现与WLAN和其他LTE-LAA运营商的长期平等加权公平性。所提出的深度学习算法，然后显示达到混合策略纳什均衡（NE），当它收敛。使用真实数据跟踪的仿真结果表明，所提出的方案可以产生高达28%和11%的增益比传统的反应式方法和比例公平共存机制，分别。结果还表明，所提出的框架可以防止密集部署的LTE-LAA网络的WiFi性能下降。
2018-12-15 cs.AI cs.GT cs.IT
LAA LTE and WiFi based Smart Grid Metering Infrastructure in 3.5 GHz Band
智能电网的高级计量基础设施（AMI）需要双向通信将数据传输到计费中心，WiFi是一个有吸引力的选择。然而，WiFi在未授权频带中操作，并且LTE需要卸载相同未授权频带中的数据。最近发布的3.5GHz（也称为公民宽带无线电服务（CBRS））可以是LTE和WiFi可以共存的有吸引力的共享频带。在我们的研究中，我们提出了一种基于固定占空比LTE-U和WiFi的智能电网计量基础设施，其中智能电表使用WiFi，智能电表的数据收集器（称为接入点（AP））使用LTE传输数据。我们调查的共存性能的LTE-WiFi在3.5 GHz频段使用时分双工（TDD）LTE联盟的WiFi以及FTP流量模型的系统级仿真。仿真结果表明，LTE和WiFi之间的良好的邻居共存，从而在3.5 GHz频段的智能电网的候选AMI架构。
2017-11-14 cs.IT math.IT
Exploring the Physical Layer Frontiers of Cellular Uplink - The Vienna LTE-A Simulator
通信系统在实践中受到许多技术/工艺约束和限制。作为示例，当前无线通信中的MIMO处理主要采用基于码本的预编码来节省发射机和接收机处的计算复杂性。在这种情况下，封闭形式的表达能力或误码率往往是无法实现的，而实际的通信系统的性能上的实际信号处理算法的影响，必须在仿真环境中进行研究。Vienna {LTE-A} Uplink Simulator是一款符合3GPP {LTE-A}标准的链路级仿真器，可在学术使用许可证下公开使用，有助于对无线通信中的信号处理算法和收发器设计进行可再现的评估。本文回顾了通过维也纳LTE-A上行链路模拟器获得的研究结果，强调了单载波频分复用（作为LTE-A下行链路的区别特征）的效果，将已知的链路自适应概念扩展到上行链路传输，示出了上行链路导频模式在接收器处收集信道状态信息的含义，并完成了未来可能的研究方向。
2015-09-08 cs.IT math.IT
Sharing of Unlicensed Spectrum by Strategic Operators
面对满足日益增长的无线数据需求的挑战，该行业正在努力开发任何人都可以免费使用而无需获得许可证的大片频谱。主要标准机构目前正在考虑在低于6 GHz的未授权频段中重新装备和部署长期演进（LTE）技术的提议。本文研究的基本问题，是否以及如何可以共享的非授权频谱的本质战略运营商，而不遭受的悲剧公地。考虑了一类一般效用函数。频谱共享的问题被制定为一个重复的游戏在一个序列的时隙。它首先表明，一个简单的静态共享计划允许一组给定的运营商达到子博弈完美的纳什均衡互利共享。有多少运营商会选择进入市场的问题也通过研究进入博弈来解决。一个共享方案，允许动态频谱借用和运营商之间的贷款，然后提出了解决时变流量，并证明达到完美的贝叶斯均衡。数值结果表明，所提出的动态共享方案优于静态共享，这反过来又实现了更高的收入比不协调的全频谱共享。还讨论了结果对未授权频带中的LTE（LTE-U）的标准化和部署的影响。
2017-01-26 cs.GT cs.IT math.IT
Energy Efficiency of an Unlicensed Wireless Network in the Presence of Retransmissions
本文分析了一种无执照无线网络的能量效率，其中如果传输的消息在中断时被解码，则可以重传。无线传感器网络被认为是其中的传感器节点是无线网络的未授权用户，其在由授权用户使用的上行链路信道中发送其数据。采用泊松点过程对节点的分布和授权用户对传感器节点的干扰进行建模。在找到存在重传的最优吞吐量后，我们重点分析了网络的总功耗和能量效率，以及重传、网络密度和中断阈值如何影响网络的能量效率。
2018-03-07 cs.IT math.IT
Energy-Efficient 5G Outdoor-to-Indoor Communication: SUDAS Over Licensed and Unlicensed Spectrum
本文研究了共享用户设备（UE）侧分布式天线系统（SUDAS）辅助下的上下行多载波传输的联合资源分配算法设计。所提出的SUDAS同时利用许可频带和未许可频带（例如，毫米波频带）来实现单天线UE的空间复用增益，以提高第$5$代（5G）室外到室内通信的能量效率和系统吞吐量。UE选择、上行链路和下行链路的时间分配以及收发器处理矩阵的设计被公式化为用于最大化端到端系统能量效率（比特/焦耳）的非凸优化问题。所提出的问题公式化考虑了延迟敏感UE的最小数据率要求和所有收发器的电路功耗。为了设计一个易于处理的资源分配算法，我们首先表明，最佳的发射机预编码和接收机后处理矩阵联合对角化的端到端的通信信道的下行链路和上行链路通信通过SUDAS。随后，矩阵优化问题被转换成一个等价的标量优化问题的多个并行通道，这是解决的渐近全局最优迭代算法。此外，我们提出了一个次优算法，找到一个局部最优解的非凸优化问题。仿真结果表明，所提出的用于SUDAS的资源分配算法通过为单天线UE提供多个并行数据流，与传统基线系统相比，在系统能量效率和频谱效率方面实现了显著的性能增益。
2015-06-24 cs.IT math.IT
Latency of Concatenating Unlicensed LPWAN with Cellular IoT: An Experimental QoE Study
开发高效采用、部署和维护的低功耗广域网（LPWAN）解决方案对于智慧城市至关重要。非授权LPWAN的服务质量差，以及LTE-M/NB-IoT的高服务成本是这些技术的关键缺点。将未经许可的LPWAN与许可的LPWAN相结合可以克服这些限制并利用它们的好处。然而，级联LPWAN架构将不可避免地导致可能影响用户体验质量（QoE）的过度延迟。为了评估该系统的实际可行性，我们首先提出了一个级联LPWAN架构，并通过实验测量了端到端（E2 E）延迟的统计数据。级联延迟裕度是通过用不同的LPWAN架构方案（即，用未授权IoT（独立LoRa）、蜂窝IoT（独立LTE-M）和级联IoT（与LTE-M对接的LoRa））来对LPWAN进行基准测试来确定的。通过对30，000个数据点的E2 E延迟的广泛实验测量活动，我们表明，由于LPWAN接口导致的额外延迟平均不到300毫秒。概念验证结果表明，对于人类感知和决策处于循环中的智能城市用例，将未授权LPWAN与蜂窝物联网连接的延迟可以忽略不计。
2021-05-30 cs.AR cs.IT cs.NI
Echo State Networks for Self-Organizing Resource Allocation in LTE-U with Uplink-Downlink Decoupling
其中用户可以在异构小小区网络（SCN）的上行链路和下行链路中与不同基站相关联的上行链路-下行链路解耦最近引起了极大的关注。然而，大多数现有的工作集中在LTE SCN中的简单关联机制，其仅在授权频带中操作。相比之下，在本文中，针对在未许可频带（LTE-U）中并入LTE的SCN研究了具有上行链路-下行链路解耦的资源分配的问题。这里，用户可以在与不同的基站相关联的同时接入授权和未授权频带。这个问题被制定为一个非合作的游戏，结合用户关联，频谱分配，和负载均衡。为了解决这个问题，提出了一种基于回声状态网络的机器学习框架的分布式算法，使用该算法，小型基站在仅具有关于网络和用户状态的有限信息的情况下自主地选择其最优频带分配策略。结果表明，所提出的算法收敛到一个平稳的混合策略分布，构成一个混合策略纳什均衡的研究游戏。仿真结果表明，所提出的方法产生了显着的收益，在第50百分位数的用户，达到60%和78%，分别相比，Q学习和Q学习没有解耦的总和率。结果还表明，ESN显着提供了一个相当大的减少信息交换的无线网络。
2016-10-11 cs.IT math.IT
Increasing the Throughput of an Unlicensed Wireless Network through Retransmissions
本文分析了无执照无线网络的吞吐量，在中断解码的消息可能会被重传。我们假设一些无线设备，如传感器是未经许可的用户，在授权的上行链路信道进行通信。在这种情况下，干扰未许可传输设备的许可用户是其空间分布被假设为相对于参考未许可链路遵循泊松点过程的移动设备。我们调查如何允许的重传次数和频谱效率共同影响吞吐量在[位/秒/赫兹]的参考未授权链路不同的授权网络密度，由一个给定的所需的出错率的约束。在这种情况下，作为网络密度的函数的最佳吞吐量。我们还证明了最优的约束吞吐量总是可以达到无约束的最优值。我们的数值结果证实了这些分析结果，也说明了如何允许的重传，导致最佳吞吐量的变化与出错率的要求。
2018-03-06 cs.IT math.IT
Joint Multi-Cell Resource Allocation Using Pure Binary-Integer Programming for LTE Uplink
由于高系统容量要求，3GPP长期演进（LTE）可能以遭受严重的小区间干扰（ICI）为代价而采用频率复用因子1。对抗ICI的策略之一是资源分配的网络合作。对于LTE上行链路RA，要求所有子载波被相邻地分配使得RA问题大大复杂化。本文研究了LTE上行链路的联合多小区RA问题。我们使用纯二进制整数规划（BIP）模型的上行链路RA和ICI缓解问题，与综合考虑所有用户的信道状态信息（CSI）。纯BIP模型的优点是可以用分支定界搜索（BBS）算法或其他BIP求解算法来求解，而不是诉诸穷举搜索。系统级仿真结果表明，与单小区最优RA相比，该算法在平均频谱效率和第5个百分点的用户吞吐量方面分别获得了14.83%和22.13%的增益。
2014-10-14 cs.IT cs.NI math.IT
A Throughput and Energy Efficiency Scheme for Unlicensed Massive Machine Type Communications
本文研究了未经许可的机器类型通信网络的吞吐量和能源效率。如果在网络中发生中断事件，则存在分组重传的可能性，以便获得较低的错误概率。该模型包括两种类型的用户，授权和未授权用户的网络。授权用户分配的上行链路信道也由未授权用户使用。然而，这是以这样的方式完成的，即与未许可用户共享相同的信道不会对许可用户的传输造成损害。然而，授权用户的传输会对未授权网络造成干扰。这里使用泊松点过程来模拟节点的位置和干扰对网络的影响。我们研究了不同的因素，如重传次数，SIR阈值和中断可以影响网络的吞吐量和能量效率。吞吐量和能源效率也都研究了约束优化问题，其中的约束是SIR阈值和重传尝试次数。我们还展示了为什么使用有限的传输是重要的，以及有什么好处。
2019-05-04 cs.IT math.IT
Echo State Learning for Wireless Virtual Reality Resource Allocation in UAV-enabled LTE-U Networks
在本文中，资源管理的问题进行了研究的无线虚拟现实（VR）用户使用无人机（UAV）启用LTE-U网络进行通信的网络。在所研究的模型中，无人机作为VR控制中心，通过无线上行链路从VR用户收集跟踪信息，然后通过LTE-U下行链路将构建的VR图像发送给VR用户。因此，这种启用UAV的LTE-U网络中的资源分配必须联合考虑许可频带和非许可频带上的上行链路和下行链路。在这样的VR设置中，无人机可以动态地调整每个VR图像的图像质量和格式，以改变每个VR图像的数据大小，从而满足延迟要求。因此，资源分配还必须考虑图像质量和格式。这个以VR为中心的资源分配问题被公式化为非合作博弈，该非合作博弈使得能够联合分配授权和未授权频谱带，以及动态适应VR图像质量和格式。针对这一问题，提出了一种基于带漏积分神经元的回声状态网络（ESN）机器学习工具的学习算法。与传统的基于ESN的学习算法不同，该算法可以动态地调整ESN状态的更新速度，因此，它可以使无人机学习其相关的VR用户的连续动态。仿真结果表明，与使用LTE-U的Q学习和使用LTE的Q学习相比，所提出的算法在所有用户的总VR QoE方面实现了高达14%和27.1%的增益。
2017-08-02 cs.IT math.IT
Dual connectivity and standalone modes for LTE-U
非授权频带中的长期演进（LTE-U）已经被认为是从授权频带卸载业务的有效方式。本文讨论了LTE-U的场景、需求和不同的操作模式。支持两种操作模式，即双连接（DC）和独立的动机和好处进行了讨论。此外，提供了一些典型LTE-U场景的评估结果，以显示支持LTE-U的双连接和独立模式的益处。
2020-04-16 cs.IT eess.SP math.IT
IoT-U: Cellular Internet-of-Things Networks over Unlicensed Spectrum
在本文中，我们考虑了一个上行链路蜂窝物联网（IoT）网络，其中蜂窝用户（CU）可以作为IoT设备集群的移动数据聚合器。具体而言，IoT设备可以通过蜂窝通信直接向基站（BS）发送感测数据，或者在CU将聚合的数据上传到BS之前，首先通过机器对机器（M2M）通信将数据聚合到CU。为了支持大规模连接，IoT设备可以利用未授权频谱进行M2M通信，称为IoT未授权（IoT Unlicensed，IoT-U）。为了最大限度地增加调度的物联网设备的数量，同时将每个物联网设备与具有最小发射功率的正确CU或BS相关联，我们首先引入了一个单阶段公式，可以同时捕获这些目标。为了有效地解决NP难问题，我们将问题分解为两个子问题，分别用连续线性规划和凸优化技术求解。仿真结果表明，所提出的IoT-U方案可以支持更多的IoT设备比只使用授权频谱。
2019-03-07 cs.IT math.IT
Liquid State Machine Learning for Resource and Cache Management in LTE-U Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Networks
本文研究了支持缓存的无人机（UAV）网络的联合缓存和资源分配问题，这些无人机通过LTE许可和非许可（LTE-U）频段为无线地面用户提供服务。所考虑的模型侧重于用户，可以访问授权和未授权的频带，同时接收内容从缓存单元在无人机直接或通过内容服务器-无人机-用户链接。这个问题被制定为一个优化问题，它联合采用用户关联，频谱分配，和内容缓存。针对这一问题，提出了一种基于液态机（LSM）机器学习框架的分布式算法。使用所提出的LSM算法，云可以预测用户的内容请求分布，而只有有限的网络和用户的状态信息。所提出的算法还使无人机自主选择最佳的资源分配策略，最大限度地提高稳定队列的用户数量取决于网络状态。基于用户关联和内容请求分布，得到了需要在无人机上缓存的最优内容以及最优资源分配。使用真实数据集的仿真结果表明，所提出的方法分别产生高达33.3%和50.3%的收益，在用户的数量方面，有稳定的队列相比，两个基线算法：Q学习与缓存和Q学习没有缓存。结果还表明，LSM显着提高了收敛时间高达33.3%相比，传统的学习算法，如Q学习。
2018-01-29 cs.IT math.IT
Data Aggregation and Packet Bundling of Uplink Small Packets for Monitoring Applications in LTE
在蜂窝大规模机器类型通信（MTC）中，设备可以直接向基站（BS）或通过聚合器（中间结点）进行发送。虽然直接设备-BS通信最近已经成为5G/3GPP研究和标准化工作的焦点，但是聚合器的使用仍然是较少探索的主题。在本文中，我们分析了聚合器可以代表多个MTC设备执行蜂窝接入的部署场景。我们研究了在聚合器，它减少了发送小数据包时的开销和资源浪费的数据包捆绑的效果。聚合器引起的接入拥塞和资源饥饿之间的权衡，我们表明，数据包捆绑可以最大限度地减少资源饥饿，特别是对于较小数量的聚合器。在所考虑的模型的限制下，我们调查的网络参数的最佳设置，在聚合器的数量和包束的大小。我们的研究结果表明，在一般情况下，数据聚合可以有利于在LTE中的上行链路大规模MTC，通过减少信令开销。
2017-09-07 cs.IT cs.NI 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
A Learning-Based Coexistence Mechanism for LAA-LTE Based HetNets
许可辅助接入LTE（LAA-LTE）已经被提出来处理巨大的移动业务需求和拥挤的许可频谱之间的激烈矛盾。在本文中，我们研究了基于LAA-LTE的异构网络（HetNets）的共存机制。一个联合的资源分配和网络接入问题被认为是最大化的归一化吞吐量的未授权频带，同时保证现任WiFi用户的服务质量要求。提出了一个基于学习的两级框架，通过将问题分解为两个子问题来求解。在主节点层，提出了一种基于Q学习的LAA-LTE系统传输时间确定方法。在从机中，每个用户采用基于博弈论的学习方法来自主地执行网络访问。仿真结果验证了该方法的有效性。
2018-07-18 cs.GT cs.IT cs.NI
Coordinated Dynamic Spectrum Management of LTE-U and Wi-Fi Networks
本文研究了Wi-Fi和LTE在旨在适应多种无线电接入技术的新兴未授权频带中的共存。Wi-Fi和LTE是当今部署的两种最突出的接入技术，激发了对在这种共享频谱场景中产生的系统间干扰以及用于实现改进的共存的可能技术的进一步研究。开发了用于评估共存Wi-Fi和LTE的基线性能的分析模型，并用于获得基线性能测量。结果表明，Wi-Fi和LTE网络都会对彼此造成显著干扰，并且降级取决于许多因素，例如功率水平和物理拓扑。基于模型的结果部分验证通过实验评估使用USRP基于SDR平台上的ORBIT测试台。此外，提出了跨Wi-Fi和LTE系统的具有逻辑集中式无线电资源管理的网络间协调作为用于改进共存的可能解决方案。数值结果显示，在Wi-Fi和LTE性能的显着增益与建议的网络间协调的方法。
2015-07-24 cs.IT cs.NI cs.PF
Zadoff-Chu sequence design for random access initial uplink synchronization
Zadoff-Chu（ZC）序列的自相关性与其自身的非零循环移位版本为零。由于ZC序列的有趣性质，ZC序列被广泛用于LTE空中接口中的主同步信号（PSS）、随机接入前导码（PRACH）、上行链路控制信道（PUCCH）等。然而，由于潜在问题的一些特定结构，ZC序列的这种有趣性质在随机接入初始上行链路同步问题中没有用处。特别地，现有技术的上行链路同步算法并不对所有ZC序列同等地执行。在这项工作中，我们展示了一个系统的过程来选择ZC序列，产生最佳性能的上行链路同步算法。首先，我们证明了上行链路同步是一个过完备的稀疏信号恢复问题。接下来，我们使用稀疏恢复算法的理论，并确定控制算法性能的因素。然后，我们提出了一个ZC序列设计程序，以最佳地选择这个因素。仿真结果表明，大多数最先进的上行同步算法的性能显着提高时，ZC序列的选择，通过使用所提出的技术。
2016-04-06 cs.IT math.IT
Unlicensed Band Allocation for Heterogeneous Networks
针对 LAA 与 Wi-Fi 共享免授权信道时的干扰和 QoS 问题，本文建立分析模型并仿真比较 UFA、UTA、UFAB、UTAB 四种频段分配方案，为信道占用与缓存设计提供指导。
2025-09-27 cs.IT cs.NA cs.NI
Assessment of LTE Wireless Access for Monitoring of Energy Distribution in the Smart Grid
虽然LTE正在广泛推广用于人类类型的服务，但它也是智能电网监控设备的经济高效连接的有前途的解决方案。这是一种主要由零星上行链路传输组成的机器对机器（M2M）业务。在这样的设置中，可以在小区中服务的业务量不受数据容量的约束，而是受随机接入信道和控制信道中的信令约束的约束。在本文中，我们探讨了这些限制使用详细的模拟LTE接入预留协议（ARP）。我们发现：1）分配更多的随机接入机会实际上可能会降低性能; 2）ARP之后的附加信令对支持设备数量方面的容量有很大影响;我们观察到容量几乎减少了3倍。这表明，在M2M应用的标准化中需要考虑具有减少数量的信令消息的轻量级接入方法。此外，我们提出了一个易于处理的分析模型来计算可以快速实施和评估的停电。该模型考虑了随机接入、控制信道、上行链路和下行链路数据信道以及重传的特征。
2015-11-30 cs.IT cs.NI math.IT
Uplink Contention Based SCMA for 5G Radio Access
第五代（5G）无线网络预计将支持非常多样化的应用和终端。与大量设备的大规模连接是5G网络的重要要求。当前的LTE系统不能有效地支持大规模连接，特别是在上行链路（UL）上。由于大规模连接而出现的问题之一是信令开销和延迟的成本。在本文中，一个上行链路的竞争为基础的稀疏码多址接入（SCMA）的设计提出了一种解决方案。首先，所提出的多址接入方案的系统设计方面进行了说明。可以调整SCMA参数以提供不同的过载水平，从而适合于满足不同的业务连接性要求。此外，针对基于竞争的UL SCMA，提供了小分组应用场景的系统级评估。在严格的延迟要求下，就连接性和丢弃率而言，将SCMA与OFDMA进行比较。仿真结果表明，基于竞争的SCMA可以提供约2.8倍的增益基于竞争的OFDMA的支持的活跃用户。基于上行链路竞争的SCMA方案可以是用于具有低信令开销、低延迟和大规模连接支持的数据传输的5G无线网络的有前景的技术。
2014-07-22 cs.IT math.IT
A Primer on Zadoff Chu Sequences
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本入门教程介绍Zadoff-Chu（ZC）序列的定义、关键特性，说明其在LTE和5G NR中用于初始接入、控制信息传输等核心功能，还涉及改进型ZC序列及其应用。
2026-07-30 cs.IT math.IT
Efficient LTE Access with Collision Resolution for Massive M2M Communications
LTE随机接入过程在异步、不相关的业务到达的情况下令人满意地执行。然而，当到达是相关的并且同步到达时，随机接入信道（RACH）的性能急剧降低，导致大量设备经历中断。在这项工作中，我们提出了一个LTE RACH计划量身定制的延迟敏感的M2M服务与同步流量到达。关键思想是，在检测到RACH过载时，应用基于分裂树的冲突解决算法。该解决方案是在现有LTE RACH机制之上实现的，仅需要对协议操作进行微小修改，并且不引起对物理层的任何改变。结果非常有希望，远远优于相关解决方案。作为说明，所提出的方案可以在下行链路和上行链路中的传输错误的实际概率下，以平均5个前导码传输和1.2秒的延迟来解析30k个设备。
2014-10-24 cs.IT cs.NI math.IT
Downlink and Uplink Decoupling: a Disruptive Architectural Design for 5G Networks
蜂窝网络中的小区关联传统上仅基于下行链路接收信号功率，尽管上行链路和下行链路传输功率和干扰电平显著不同。这种方法在宏基站都具有相似的发射功率电平的同构网络中是足够的。然而，随着不同基站类型的发射功率存在很大差异的异构网络的增长，这种方法效率非常低。在本文中，我们研究了下行链路和上行链路解耦（DUDe）的概念，其中下行链路小区关联是基于下行链路接收功率，而上行链路是基于路径损耗。我们提出了这种5G设计方法的动机，并通过基于沃达丰在密集城市地区的LTE现场试验网络的模拟评估了这种设计方法的收益，采用了基于实时网络测量的高分辨率射线跟踪路径损耗预测和现实流量地图。
2014-05-08 cs.IT cs.NI math.IT
Required Base Station Density in Coordinated Multi-Point Uplink with Rate Constraints
在本文中，我们得到所需的空间密度的基站（BS）在一个协调的多点上行链路蜂窝网络，以满足所选择的服务质量度量。我们的模型假设两个BS之间的合作，并获得所需的密度下阴影和瑞利衰落不同的LTE-A路径损耗模型。所提出的方法保证了在整个覆盖区域的最坏情况下的可实现的速率高于目标速率与选定的概率。两个模型的位置的BS被认为是：一个六边形网格和泊松点过程（PPP）修改设置一个最小的单元格大小。首先，对于每个合作区域，确定具有最小速率覆盖概率的位置-最坏情况点。接下来，获得最坏情况下的速率覆盖概率的精确闭合形式近似。提出的近似是有用的网络性能的快速评估，并可用于网络设计的参数研究。这里，它们被应用于获得所需的BS密度以实现目标速率覆盖概率。作为额外的好处，这里的公式量化了从常规BS部署（网格模型）移动到随机BS部署（PPP模型）的代价。
2013-09-27 cs.IT math.IT
Canonical Dual Method for Resource Allocation and Adaptive Modulation in Uplink SC-FDMA Systems
在本文中，我们研究了资源分配和自适应调制的SC-FDMA，这是采用作为多址接入方案的上行链路在3GPP-LTE标准。一个和效用最大化（SUmax），和联合自适应调制和和成本最小化（JAMSCmin）的问题。与OFDMA不同，除了将子信道最多分配给一个用户的限制之外，在SC-FDMA中分配给用户的多个子信道也应该是连续的。这使得资源分配问题极其困难，并且标准优化工具（例如，广泛用于OFDMA等的拉格朗日对偶方法）无法帮助其实现最佳解决方案。我们提出了一个新的优化框架，这些问题的解决方案，灵感来自最近开发的正则对偶理论。首先将优化问题转化为二进制整数规划问题，然后将二进制整数规划问题转化为连续空间正则对偶问题，即凹极大化问题.基于连续空间对偶问题的解，我们推导了两个问题的资源分配算法（与JAMSCmin的自适应调制联合），其复杂度均为多项式。我们提供的条件下，所提出的算法是最佳的。我们还提出了一个自适应调制方案的SUmax问题。我们将所提出的算法与文献中现有的算法进行比较，以评估其性能。
2012-05-18 cs.IT math.IT
Interference Mitigation Methods for Unmanned Aerial Vehicles Served by Cellular Networks
通过现有蜂窝网络向低空无人机（UAV）提供连接的主要挑战是由于网络中的干扰增加而出现的。增加的高度和有利的传播条件导致UAV对相邻小区产生更多干扰，并且同时经历来自相邻基站的下行链路传输的更多干扰。上行链路干扰问题可能导致地面UE具有降级的性能，而下行链路干扰问题可能使UAV维持与网络的连接具有挑战性。在本文中，我们提出了几个上行链路和下行链路干扰缓解技术来解决这些问题。结果表明，在所有基站全功率发射的最坏情况下，所提出的解决方案能够降低地面UE的上行吞吐量下降，并确保无人机保持在LTE覆盖范围内。
2018-02-01 cs.IT math.IT
Energy Efficient Scheduling and Groupping for Machine-TYpe Communications over Cellular Networks
在本文中，能量有效的调度部署在蜂窝网络中的分组机器类型的设备进行了研究。我们引入了一个基于奖励的合作激励计划，使机器节点在本地组织起来，创建机器组，并通过组代表到基站进行通信。该方案得益于一种新的调度器设计，它考虑到每个节点的合作水平，补偿组代表的额外能量消耗，并最大限度地提高网络的生命周期。由于重用蜂窝上行链路资源用于组内的通信降低了主用户的服务质量（QoS），因此提供了分析结果，其呈现了给定小区中同时活动的机器组的最大允许数量与主用户的QoS之间的折衷。此外，我们扩展了我们的现有蜂窝网络的解决方案，提出了一个合作激励LTE调度器，并提出我们的仿真结果在LTE的上下文中。仿真结果表明，所提出的解决方案显著延长了网络的生存时间。此外，它示出，在某些情况下，由机器设备重用上行链路资源可以显着降低主用户的中断性能，因此，机器设备和蜂窝用户的共存管理对于下一代蜂窝网络是至关重要的，以使基于组的机器类型的通信，同时保证主用户的QoS。
2016-03-17 cs.IT math.IT
Full-Duplex Transceiver for Future Cellular Network: A Smart Antenna Approach
在本文中，我们提出了一种用于全双工（FD）eNodeB（eNB）和FD用户设备（UE）收发器的收发器架构。对于FD通信，即，同时的带内上行链路和下行链路操作，可以在上行链路和下行链路中向UE分配相同的子载波。因此，与传统LTE相反，我们提出将单载波频分多址（SC-FDMA）用于下行链路以及将其用于上行链路的传统方法。在eNB处使用多个天线以及在下行链路中使用奇异值分解（SVD）允许多个用户（MU）在相同的子载波集合上操作。在上行链路中，使用具有最优排序的连续干扰消除（SSIC-OO）算法来解耦在相同子载波集合中操作的UE的信号。采用智能天线方法，其防止在UE的下行链路中来自共享相同子载波的其它UE的上行链路信号的干扰。该方法包括在UE处使用多个天线来形成朝向eNode的定向波束和朝向其他UE的空值。所提出的架构导致蜂窝网络的每个小区的整体频谱效率的显著提高。
2015-09-10 cs.IT cs.NI math.IT
Interference Mitigation and Resource Allocation in Underlay Cognitive Radio Networks
由于无线设备和数据饥渴应用的不断增加的使用，提高现有无线网络的频谱效率已经变得必要。提高频谱效率的单向式方法之一是在不同的共存网络之间共享频谱并同时服务于多个设备。在最近的文献和说明书中正在考虑用于诸如LTE的许可网络与诸如Wi-Fi的未许可网络的共存的频谱共享机制。为了实现授权用户和未授权用户之间的共存，有必要包括干扰缓解技术以保护授权主用户（PU）免受有害干扰。典型的干扰减轻机制基于频谱感测和认知无线电（CR），其中，未许可的次级用户（SU）观察频谱，并且在许可的PU不活动时使用频谱。因此，SU利用共享频谱中的空时隙来避免干扰。如果允许SU通过利用由多天线技术提供的空间维度与PU同时发送，则可以进一步提高频谱效率。MCR范例允许这样的共存，其中SU通过利用网络中的空间和频率资源在与PU相同的时隙中发送其信号。为了利用空间维度，SU可以利用PU的位置坐标来引导其信号远离PU以减轻干扰。SU发射机还可以采用多种天线技术来为大量设备提供服务。此外，SU可以通过动态地选择提供最高速率的频段来利用PU占用的频段。在这项工作中，我们开发的PU的位置估计，空间资源分配和频段选择SUs在GPRS网络的技术。
2019-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex eNodeB and UE Design for 5G Networks
自干扰消除（SIC）设计领域的最新进展使得能够开发全双工（FD）单天线和多天线系统。在本文中，我们提出了一种用于5G网络的FD eNodeB（eNB）和用户设备（UE）的设计。FD操作的使用使得能够同时进行带内上行链路和下行链路操作，从而将频谱需求减少一半。FD操作要求在上行链路和下行链路中对UE的相同子载波分配。长期演进（LTE）使用正交频分多址（OFDMA）用于下行链路。为了实现FD操作，我们提出将单载波频分多址（SC-FDMA）用于下行链路以及将其用于上行链路的常规方法。利用信道互惠性，下行链路中基于奇异值分解（SVD）的波束成形允许多个用户（MU）在同一组子载波上操作。在上行链路中，使用频域最小均方误差（MMSE）均衡器以及最优排序连续干扰消除（SSIC-OO）算法来解耦在同一组子载波中操作的用户的信号。该工作包括分别针对下行链路和上行链路在UE和eNB处示出高效FD操作的仿真。
2015-06-06 cs.IT cs.NI math.IT
A Novel Beamformed Control Channel Design for LTE with Full Dimension-MIMO
全方位MIMO（FD-MIMO）技术能够在同时连接大量移动无线设备、无人机和物联网（IoT）的情况下实现网络吞吐量的巨大改善。在FD-MIMO中，随着基站处的大量天线和执行波束成形的能力，物理下行链路共享信道（PDSCH）的容量已经增加了很多。然而，第三代合作伙伴计划（3GPP）的当前规范不允许基站对物理下行链路控制信道（PDCCH）执行波束成形技术，因此，PDCCH既不具有PDSCH的容量也不具有PDSCH的覆盖范围。因此，PDCCH容量将仍然限制网络的性能，因为它规定了在给定时刻可以调度的用户的数量。在版本11中，3GPP引入了增强型PDCCH（EPDCCH），以牺牲PDSCH资源为代价来增加PDCCH容量。在可用的控制信道资源内增强PDCCH容量的问题在文献中尚未被解决。因此，在本文中，我们提出了一种新的波束成形的PDCCH（BF-PDCCH）的设计，这是对齐的3GPP规范，并要求在基站简单的软件变化。我们依靠在上行链路中发送的探测参考信号来决定用于用户的最佳波束，并且巧妙地在PDCCH中调度用户。我们进行系统级仿真，以评估所提出的设计的性能，并表明，所提出的BF-PDCCH实现更大的网络吞吐量时，与目前的最先进的算法，PDCCH和EPDCCH计划。
2019-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
Network Lifetime Maximization for Cellular-Based M2M Networks
高能效对于在蜂窝网络上实现大规模机器类型通信（MTC）至关重要。本文主要研究了蜂窝网络中大规模MTC的能耗建模、电池寿命分析、寿命感知调度和发射功率控制。我们考虑一个现实的MTC和模型网络电池寿命的能源消耗模型。解析表达式推导出演示调度对个人和网络电池寿命的影响。推导出的表达式，随后采用在上行链路调度和发射功率控制的混合优先级的MTC业务，以最大限度地提高网络的生命周期。除了主要的解决方案，低复杂度的解决方案与有限的反馈要求进行了研究，并将结果扩展到现有的LTE网络。此外，能量效率，频谱效率，和网络寿命的权衡资源配置和调度MTC蜂窝网络进行了研究。仿真结果表明，该方案可以显著提高网络生存时间，降低网络维护成本
2018-02-19 cs.IT math.IT
When Cellular Meets WiFi in Wireless Small Cell Networks
覆盖在现有宏蜂窝系统上的小小区基站（SCBS）的部署被视为用于卸载业务、优化覆盖和提高未来蜂窝无线系统的容量的关键解决方案。设想下一代SCBS是多模的，即，其能够在许可和未许可频带上同时发送。这构成了WiFi和蜂窝无线电接入技术（RAT）的具有成本效益的集成，可以有效地应对峰值无线数据流量和异构服务质量要求。为了利用这种多模式SCBS的优势，我们讨论了新提出的跨系统学习的范例，SCBS通过该范例自组织并自主地引导其跨不同RAT的流量。跨系统学习允许SCBS利用WiFi和蜂窝世界的优势。例如，SCBS可以将延迟容忍数据业务卸载到WiFi，同时学习它们在授权蜂窝频带上的传输策略的概率分布函数。本文将首先介绍跨系统学习的基本构建块，然后在覆盖WiFi热点的长期演进（LTE）模拟器中提供初步的性能评估。值得注意的是，它表明，所提出的跨系统学习方法显着优于一些基准流量导向政策。
2013-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
