Maximizing Uplink and Downlink Transmissions in Wirelessly Powered IoT Networks
University of Wollongong（伍伦贡大学）
本文提出了一种基于学习的方法，用于在无线供电物联网网络中优化上行和下行传输调度，通过混合整数线性规划和学习算法提高分组传输效率。
2024-07-02 cs.NI
Performance Evaluations of C-Band 5G NR FR1 (Sub-6 GHz) Uplink MIMO on Urban Train
由于社交媒体平台、UHD 4K/8 K视频和VR/AR内容的快速发展，最近对移动网络上的巨大上行链路吞吐量的需求，上行链路MIMO（UL-MIMO）现已部署在商用5G网络上，为消费者提供合理的支持用户设备（UE）。通过利用多达2个Tx天线端口，具有UL-MIMO能力的UE有望在理想条件下实现高达两倍的上行链路吞吐量，同时在具有挑战性的条件下提供优于具有1 Tx的UE的上行链路性能。在日本，运营商之一软银于2021年10月推出了用于固定无线接入（FWA）应用的5G独立（SA）服务。移动服务于2022年5月开始，其在C波段或波段n77（3.7 GHz）上为所支持的UE提供UL-MIMO。本文将在火车上将具有UL-MIMO功能的UE的上行链路性能与传统的UL-1 Tx UE进行比较，火车是日本人最流行的交通方式。结果表明，支持UL-MIMO的UE在移动列车上的吞吐量平均提高了19.8%，在更有利的信号条件下提高了33.5%。还观察到下行链路5G NR SS-RSRP和上行链路吞吐量之间的适度关系。
2022-12-29 cs.NI
Performance Comparison of 5G NR Uplink MIMO and Uplink Carrier Aggregations on Commercial Network
本文比较了5G NR上行MIMO和上行载波聚合在商用网络中的性能，发现UL-MIMO在多数场景下吞吐量较低，但在强射频条件下仍能提供良好用户体验。
2025-11-20 cs.NI
Multi-User MIMO Scheduling in the Fourth Generation Cellular Uplink
我们考虑3GPP LTE-高级（3GPP LTE-A）蜂窝上行链路中的多用户MIMO（MU-MIMO）调度。3GPP LTE-A上行链路允许来自每个调度用户的预编码多流（预编码MIMO）传输，并且还允许灵活的多用户（MU）调度，其中多个用户可以被分配相同的时间-频率资源。然而，为了维持低信令开销而施加的某些实际约束使得利用这些特征具有挑战性。我们表明，虽然在3GPP LTE-A蜂窝上行链路的调度问题是NP-难的，它可以配制成一个拟阵和多个背包约束的子模集函数的最大化。然后，我们提出了常数因子多项式时间近似算法，并通过仿真证明其优越的性能。
2013-10-30 cs.NI
Interference Management with Partial Uplink/Downlink Spectrum Overlap
上行链路和下行链路的频谱资源的同时重用（表示为带内全双工（FD）通信）被提升为当与其半双工（HD）对应物相比时使频谱效率加倍。然而，干扰管理在FD蜂窝网络中仍然具有挑战性，特别是当上行链路和下行链路传输功率之间存在高差异时。当在同时被下行链路传输占用的信道上操作时，上行链路性能可能特别恶化。本文研究了一种下行链路和上行链路部分频谱重叠的蜂窝无线系统。因此，系统的性能成为重叠分数以及上行链路和下行链路传输的功率电平的函数。本文考虑了最大化网络整体效用的问题，以确定每个小区的上行/下行传输功率和上行/下行频谱之间的频谱重叠率，并提出使用内点法求解该问题。仿真结果证实了上行链路性能的脆弱性FD操作，并显示了该方案的FD和HD计划的优越性。结果进一步表明，明确的上行链路和下行链路的性能应该被考虑用于具有重叠的上行链路/下行链路资源的蜂窝网络的有效设计。
2015-11-19 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Uplink/Downlink Optimization for Backhaul-Limited Mobile Cloud Computing with User Scheduling
移动云计算使得能够将计算繁重的应用（例如用于游戏、对象识别或视频处理）从移动用户（MU）卸载到直接或通过有限容量回程链路连接到无线接入点的微云或云服务器。在本文中，移动云计算系统的设计进行了研究，提出了联合优化的计算和通信资源的目的是最大限度地减少所需的能量卸载下的所有MU在应用层的延迟约束。所提出的设计考虑了多天线上行链路和下行链路干扰传输，在下行链路上有或没有合作，以及回程和计算资源的分配和用户选择。由此产生的设计优化问题是非凸的，和固定的解决方案计算通过逐次凸逼近（SCA）技术。数值结果说明了计算和通信资源的联合优化的能量延迟权衡方面的优势，以及系统参数的影响，如回程容量，和网络架构。
2017-02-03 cs.NI
Throughput Performance of 2$\times$2 Mimo LTE Downlink in a Spatial Correlation Based Microcellular Channel for Wireless Broadband Networks
多输入多输出（MIMO）技术将成为下一代无线宽带服务的可行选择，以满足对吞吐量和系统鲁棒性的要求。在长期演进（LTE）中，MIMO技术已被广泛用于获得更好的下行链路峰值速率、小区覆盖以及平均小区吞吐量。在本论文中，2x2 MIMO被作为在微蜂窝传播场景下的LTE下行链路的基线配置，考虑具有差散射环境和富散射环境的基于非物理相关性的信道。针对差散射环境和富散射环境获得下行链路的吞吐量容量。此外，还研究了MIMO技术的两个重要方面，即空间复用（SM）和发射分集（TD），以了解它们对系统吞吐量的影响。讨论了移动台速度、多径数、Rician因子等参数对系统吞吐量的影响。本文的研究有助于估计LTE下行链路在SM和TD模式下的吞吐量容量。
2011-11-07 cs.NI
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
Dynamic Scheduling and Power Control in Uplink Massive MIMO with Random Data Arrivals
本文研究了随机数据到达的大规模多输入多输出（MIMO）上行链路系统中的联合功率控制和调度问题。数据是根据个人随机过程在每个用户处生成的。利用李雅普诺夫优化技术，我们开发了一个动态调度算法（DSA），它决定在每个时隙的数据量，以接纳到传输队列和传输速率在无线信道上。该算法在各种公平性策略下，在长期用户吞吐量上达到了接近最优的性能。仿真结果表明，DSA可以改善时间平均延迟性能相比，国家的最先进的功率控制方案开发的大规模MIMO无限积压。
2019-04-09 cs.NI
Latency Reduction for Mobile Edge Computing in HetNets by Uplink and Downlink Decoupled Access
在移动边缘计算（MEC）系统中，实现端到端的低延迟计算卸载仍然是一个关键的设计问题。这是因为经由MEC服务器的计算任务的卸载需要使用通常被假设为耦合到单个基站（BS）的上行链路（UL）和下行链路（DL）无线电链路。然而，对于异构网络，提出了一种新的架构范例，其中UL和DL不与相同的BS相关联，并且由于改进的UL性能，该架构范例被认为提供了网络吞吐量的增益。出于这样的收益，并通过使用随机几何的典型结果，我们制定卸载延迟与去耦UL/DL关联，或去耦接入的MEC为基础的计划，并比较其性能与传统的耦合接入方案。尽管在UL和DL中两个服务BS之间的通信需要回程延迟，但是与具有耦合接入的传统卸载方案相比，具有解耦接入的卸载方案仍然能够提供相当低的卸载延迟。
2022-02-13 cs.NI
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
Limits on the Capacity of In-Band Full Duplex Communication in Uplink Cellular Networks
同时同信道发送和接收，被表示为带内全双工（FD）通信，已经被提升为用于提高蜂窝网络的频谱效率的有吸引力的解决方案。然而，除了自干扰问题之外，交叉模式干扰（即，在上行链路和下行链路之间）对蜂窝网络中FD通信的部署施加了主要障碍。更具体地，当与下行链路对应物相比时，由于上行链路有限的传输功率和可靠的操作，下行链路到上行链路干扰表示FD操作的性能瓶颈。虽然FD通信对下行链路性能的积极影响已在文献中得到证明，但其对上行链路传输的影响却被忽略。本文重点研究了FD蜂窝网络中下行干扰对上行传输的影响，以了解FD通信是否有利于上行传输，以及如果是，则适用于哪种类型的网络。为了量化预期的性能增益，我们推导出一个封闭的形式表达的最大可实现的上行链路容量在FD蜂窝网络。相反，下行链路的容量总是提高FD通信，我们的研究结果表明，上行链路的性能可能会提高或降低，这取决于相关的网络参数。特别是，我们表明，基站（BS）的强度有一个更突出的上行链路性能的影响比他们的发射功率。
2015-11-17 cs.IT cs.NI math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in Cellular Uplink and Downlink: Challenges and Enabling Techniques
通过组合发射机处的叠加编码和接收机处的连续干扰消除（SIC）的概念，非正交多址（NOMA）最近已经成为用于5G无线技术的有前途的多址技术。在本文中，我们首先讨论上行链路和下行链路NOMA传输的基本原理，并概述它们的关键区别（在实现复杂性、SIC接收机处的检测和解码、引起的小区内和小区间干扰方面）。随后，对于下行链路和上行链路NOMA，我们从理论上推导出NOMA主导条件为每个单独的用户在一个两个用户NOMA集群。NOMA主导条件是指与传统正交多址（OMA）相比，NOMA的频谱效率增益得到保证的条件。推导出的条件提供了直接的见解选择合适的用户在两个用户NOMA集群。对于上行链路和下行链路以及对于每个单独的用户，条件是不同的。数值结果表明，推导出的条件的意义上的用户选择在上行链路/下行链路NOMA集群，并提供了一个比较的随机用户选择。然后简要概述了最近的研究调查，突出现有的研究差距。最后，我们讨论了NOMA传输的潜在应用和关键挑战。
2016-08-20 cs.IT cs.NI math.IT
Load & Backhaul Aware Decoupled Downlink/Uplink Access in 5G Systems
直到第四代（4G）蜂窝3GPP系统，用户设备（UE）的小区关联一直基于来自最强基站的下行链路接收功率。最近的工作已经表明，随着新兴5G系统中异质性程度的增加，这种方法明显是次优的，提倡下行链路和上行链路的独立关联，其中下行链路由宏小区服务，上行链路由最近的小小区服务。在本文中，我们通过明确地考虑小区负载以及在关联过程期间的可用回程容量来推进现有技术。我们介绍了一种新的关联算法，并证明了其优越性w.r.t.通过基于沃达丰的小小区试验网络并采用高分辨率路径损耗预测和实际用户分布的仿真，我们还研究了不同的功率控制设置对算法性能的影响。
2014-10-24 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
Capacity Analysis of Decoupled Downlink and Uplink Access in 5G Heterogeneous Systems
鉴于4G和新兴5G系统的异构程度越来越高，我们对小区的传统概念正在发生巨大变化。而不是属于一个特定的细胞，一个设备将选择最合适的连接从过多的可用连接。在这样的设置中，假定传输功率在下行链路（DL）和上行链路（UL）之间显著不同，则看到多个基站（BS）的无线设备可以以它从一个BS接收下行链路（DL）业务并且通过另一BS发送上行链路（UL）业务的方式来接入基础设施。这种情况被称为下行链路和上行链路解耦（DUDe）。在本文中，容量和吞吐量的增益所带来的解耦严格推导使用随机几何。理论研究结果，然后通过模拟结果证实。本文的另一个组成部分是通过一个真实世界的系统仿真平台的理论推导结果的验证。尽管理论假设与非常完整的系统模拟器不同，但关联概率和容量增益的趋势是相似的。基于有希望的结果，然后，我们概述了架构的变化，以促进DL和UL的解耦。
2014-10-27 cs.IT cs.NI math.IT
On the Uplink and Downlink EMF Exposure and Coverage in Dense Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
本文提出增强随机几何框架，联合建模上下行EMFE与覆盖，推导其分布、比率及联合概率指标，并发现最优节点密度。
2024-06-26 cs.IT cs.NI math.IT
FedAQ: Communication-Efficient Federated Edge Learning via Joint Uplink and Downlink Adaptive Quantization
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
针对联邦学习在无线网络中通信开销大的问题，本文提出FedAQ框架，通过联合上下行自适应量化策略优化比特长度，实现最高66.7%的通信能量节省。
2024-06-26 cs.DC cs.LG cs.NI
Analysis of the Decoupled Access for Downlink and Uplink in Wireless Heterogeneous Networks
无线蜂窝网络向异构基础设施演进，其特征在于多种类型的基站（BS），诸如毫微微BS（FBS）和宏BS（MBS）。无线设备观察多个点（BS），无线设备可以通过多个点接入基础设施，并且无线设备可以选择从一个BS接收下行链路（DL）业务并且通过另一BS发送上行链路（UL）业务。这种情况被称为解耦DL/UL接入。使用随机几何的框架，我们推导出DL/UL的关联概率。为了最大化平均接收功率，随着FBS的相对密度最初增加，大部分设备选择解耦接入，即在DL中从MBS接收并且在UL中通过FBS发送。我们分析了这种类型的关联在系统中的平均吞吐量的影响。
2014-10-21 cs.IT cs.NI math.IT
Achieving Low Latency Two-Way Communication by Downlink and Uplink Decoupled Access
在许多场景中，低延迟无线通信假定双向连接，使得接收信息的节点可以迅速地发送确认或其他响应。在本文中，我们解决的问题，低延迟的双向通信，并解决它通过建议的基站（BS）的合作计划。该方案基于下行链路（DL）和上行链路（UL）解耦接入（DUDA）。据我们所知，这是第一次使用解耦访问的思想来减少延迟。我们推导了平均延迟的解析表达式，并基于随机几何分析验证了延迟表达式与中断概率的有效性。分析和仿真结果表明，DUDA，延迟可以减少约30-60%，相比传统的耦合访问。
2018-03-06 cs.IT cs.NI math.IT
Dynamic Uplink-Downlink Optimization in TDD-based Small Cell Networks
动态时分双工（TDD）可以在上行链路（UL）和下行链路（DL）用户之间提供公共无线蜂窝资源的高效且灵活的划分。在本文中，UL/DL优化问题被制定为一个小小区基站（SCBS）之间的非合作博弈，其中每个基站的目标是最小化其总的UL和DL流延迟。为了解决这一问题，提出了一种基于TDD的小小区网络的自组织UL/DL资源配置方案。使用所提出的方案，SCBS能够自主地估计和学习UL和DL负载，同时相应地优化其UL/DL配置。仿真结果表明，该算法实现了显着的增益在分组吞吐量的情况下，不对称的上下行业务负载。这种增益随着流量不对称性的增加而增加，相对于随机和固定的加密方案，分别达到97%和200%的增益。我们的研究结果还表明，该算法是很好地适应动态业务条件和不同的网络规模，并有效地运行在严重的交叉链路干扰的情况下，相邻小区在相反的方向上发送。
2014-09-11 cs.GT cs.NI
Collaborative Edge Learning in MIMO-NOMA Uplink Transmission Environment
多输入多输出非正交多址接入（MIMO-NOMA）蜂窝网络是支持大规模连接的理想网络。本文在MIMO-NOMA上行链路传输环境中利用低延迟机器学习，其中大量数据必须从多个数据源上传到一跳距离的边缘服务器以进行机器学习。提出了一种具有数据源、边缘服务器和基站协作的延迟感知边缘学习框架，称为DACEL。在分析DACEL时延的基础上，进一步设计了NOMA信道分配算法，以最小化DACEL的学习时延。仿真结果表明，该算法在减少学习延迟方面优于基线方案。
2021-06-28 cs.IT cs.NI 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
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
Cloud Radio Access Networks: Uplink Channel Estimation and Downlink Precoding
云无线电接入网络（C-RAN）在节省资本和运营费用、灵活性、干扰管理和网络致密化方面所提供的收益依赖于远程无线电头端（RRH）和基带单元（BBU）之间的高容量低延迟前传连接的存在。鉴于光纤电缆的不均匀和有限的可用性，前传网络的带宽限制一方面要求开发先进的基带压缩策略，另一方面要求更仔细地研究RRH和BBU之间的最佳功能划分。在本章中，在简要介绍了C-RAN中的信号处理挑战之后，在物理（PHY）层研究了这种最佳功能划分，因为它涉及两个关键的基带信号处理步骤，即上行链路中的信道估计和下行链路中的信道编码/线性预编码。基带前传压缩和基带信号处理的联合优化在不同的PHY功能划分下解决，由此在RRH处或在BBU处执行上行链路信道估计和下行链路信道编码/线性预编码。的分析，基于信息理论的参数，和数值结果产生洞察网络架构和前传的能力，其中不同的功能分裂是有利的配置。治疗还强调了确定性和随机连续凸逼近策略的C-RAN的优化的多功能性。
2016-08-26 cs.IT cs.NI math.IT
