System-Level Performance of mmWave Cellular Networks for Urban Micro Environments
在本文中，我们调查的传播耦合损耗（捕获服务小区和移动台（MS）之间的衰减的所有来源）和几何度量（GM）（下行链路平均信号干扰加噪声比）的性能毫米波蜂窝网络的室外和室内MS，考虑城市微（UMi）环境。基于这些研究，我们确定了有效的毫米波频段的蜂窝通信。我们考虑3GPP兼容的系统级仿真与两个功率分配方案：1）发射功率与通信带宽缩放，和2）恒定的总发射功率。仿真结果表明，与缩放的发射功率分配，GM性能下降是小的：20%的MS的经验GM小于0 dB，在所有毫米波频率考虑，户外MS。在恒定Tx功率分配的情况下，对于高达30 GHz的频率，20%的MS经历GM小于0 dB。此外，35%（48%）的户外MS在60 GHz（100 GHz）时的GM性能小于0 dB。另一方面，对于室内MS，即使具有缩放的Tx功率分配，也仅在低频处观察到有利的GM性能，即，2千兆赫。
2017-08-13 cs.IT math.IT
Uplink Performance Analysis in D2D-Enabled mmWave Cellular Networks
在本文中，我们提供了一个分析框架来分析支持设备到设备（D2D）的毫米波（mmWave）蜂窝网络的上行链路性能。使用来自随机几何的工具，针对蜂窝和D2D链路两者导出信号干扰噪声比（SINR）中断概率。毫米波通信的显着特点，如定向波束形成和具有不同的路径损耗法律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路被纳入中断分析，采用灵活的模式选择方案和Nakagami衰落。此外，波束形成对准误差的中断概率的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。
2017-04-04 cs.IT cs.NI math.IT
Transport Layer Performance in 5G mmWave Cellular
毫米波（mmWave）频带可能在下一代蜂窝系统中发挥重要作用，这是由于大规模带宽和高维天线的可用性所带来的非常高的吞吐量的可能性。特别是在非视距条件下，由于附近建筑物和地形表面的散射，接收到的RF功率可能会发生显著变化。当用户在本地环境中移动时，散射对象来来去去。在毫米波波段的高端，粗糙表面散射会产生基于簇的小规模衰落，其中信号电平在几个波长上的变化可能超过20 dB。这种高水平的信道可变性可能对拥塞控制提出重大挑战。利用我们最近开发的基于ns3的端到端mmWave框架，本文提出了下一代mmWave网络中TCP拥塞控制的第一个性能评估。重要的是，该框架可以结合毫米波信道的详细模型、波束形成和跟踪算法，并且建立在从纽约市的实际测量导出的统计信道模型以及详细的射线轨迹上。
2016-03-08 cs.IT math.IT
Physical Layer Security in Millimeter Wave Cellular Networks
最近的研究表明，毫米波（mmWave）通信可以提供数量级的蜂窝容量的增加。然而，毫米波蜂窝网络的保密性能还没有调查到目前为止。利用与传统微波信道显著不同的毫米波信道新的路径损耗和阻塞模型，在随机几何框架下，全面研究了毫米波蜂窝网络下行链路传输的全网物理层安全性能。我们首先研究的安全连接概率和完美的通信链路每单位面积的平均数量在噪声限制的毫米波网络的非串通和串通窃听的情况下，分别。然后，我们评估了人工噪声（AN）对保密性能的影响，并推导出在干扰受限的毫米波网络中每单位面积的平均完美通信链路数的分析结果。数值结果表明，显示网络范围内的保密性能，并提供有趣的见解如何保密性能的影响，各种网络参数：天线阵列方向图，基站（BS）的强度，和AN功率分配等。
2016-04-26 cs.IT math.IT
Joint Precoding for Active Intelligent Transmitting Surface Empowered Outdoor-to-Indoor Communication in mmWave Cellular Networks
毫米波（mmWave）蜂窝网络中的室外到室内通信由于毫米波信号的传播特性引起的严重衰减和高穿透损耗而一直是一个具有挑战性的研究问题。我们提出了一种可行的解决方案，以实现室外到室内毫米波通信系统的援助下，一个主动智能发射表面（主动ITS），其中主动ITS允许从室外基站（BS）的传入信号通过表面和室内用户设备（UE）接收后，移动其相位和放大其幅度。然后，研究了基站和主动智能交通系统的联合预编码问题，以最大化通信系统的加权和速率（WSR）。一个有效的块坐标下降（BCD）的算法来解决它的次优解的近封闭形式。此外，为了减少有源智能交通系统的尺寸和硬件成本，我们提供了一个块放大架构，部分删除电路组件的功率放大，其中多个传输型元件（TE）在每个块共享一个相同的功率放大器。仿真结果表明，在相同的系统总功耗下，主动式智能交通系统能够以比被动式智能交通系统少得多的TE实现给定的性能，这使得主动式智能交通系统适用于尺寸受限且美观的应用场景，而由块放大结构引起的不可避免的性能下降是可以接受的。
2022-06-28 cs.IT eess.SP math.IT
Average Error Probability Analysis in mmWave Cellular Networks
在本文中，平均符号错误概率（ASEP）在毫米波（毫米波）蜂窝网络中的泊松点过程（PPP）的分布式基站（BS）的分析的数学框架，开发使用工具从随机几何。毫米波通信的显著特点，如定向波束形成，并具有不同的路径损耗规律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路的平均错误概率分析。首先，平均成对错误概率（APEP）的表达式得到平均成对错误概率（PEP）在衰落和随机最短距离从移动用户（MU）到其服务BS。随后，平均符号错误概率近似从APEP使用最近邻（NN）近似。ASEP分析了不同的天线增益和基站密度。最后，波束形成对准误差对ASEP的影响进行了研究，以了解更现实的情况。
2015-09-14 cs.IT math.IT
Uplink Coverage in Heterogeneous mmWave Cellular Networks with Clustered Users
本文研究了一种具有集群用户设备（UE）的K层异构毫米波上行链路蜂窝网络。具体地，假设UE根据高斯分布被聚集在小小区基站（BS）周围，从而导致基于托马斯聚类过程的建模。针对不同的层次，采用了具体实用的视距（LOS）和非视距（NLOS）模型，并采用了不同的参数。对不同距离的概率密度函数（PDF）和互补累积分布函数（CCDF）进行了表征。考虑了耦合关联策略和最大长期平均有偏接收功率准则，给出了关联概率的一般表达式。在识别关联概率之后，表征了小区间干扰和簇内干扰的拉普拉斯变换。使用随机几何工具，SINR覆盖概率的一般表达式。作为扩展，分数功率控制被纳入分析，提供了易处理的封闭形式的表达式，并分析了平均遍历谱效率。通过数值和仿真结果，分析表征得到证实，并确定关键系统和网络参数对性能的影响。
2021-04-15 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Performance Analysis in D2D-Enabled mmWave Cellular Networks with Clustered Users
在本文中，提供了一个分析框架来分析具有集群D2D用户设备（UE）的具有D2D功能的毫米波（mmWave）蜂窝网络的上行链路性能。蜂窝UE的位置被建模为毒点过程（PPP），而潜在D2D UE的位置被建模为泊松簇过程（PCP）。使用来自随机几何的工具，针对蜂窝和D2D链路两者导出信号干扰噪声比（SINR）中断概率。毫米波通信的显着特点，如定向波束成形，并具有不同的路径损耗规律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路纳入中断分析，采用灵活的模式选择方案。此外，波束形成对准误差的中断概率的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。此外，整个网络的区域频谱效率（ASE）的确定为共享和覆盖类型。通过考虑最佳加权比例公平频谱划分来确定覆盖共享的最佳频谱划分因子。
2018-01-13 cs.IT math.IT
Analysis of Blocking in mmWave Cellular Systems: Application to Relay Positioning
本文利用随机几何与随机形状理论分析毫米波 $N$ 条链路间的阻塞相关性，并据此优化中继定位以最小化通信失败概率。
2024-11-30 cs.IT eess.SP math.IT
Impact of Blocking Correlation on the Performance of mmWave Cellular Networks
在毫米波网络中，大的或附近的物体可以阻碍多个通信链路，这导致用户与两个或更多个基站（BS）之间的阻塞概率的空间相关性。本文描述了这种阻塞相关性，并推导出其对毫米波蜂窝网络的信号干扰噪声比（SINR）的影响。首先，我们提出了一个精确的分析的一维网络，并强调块相关性的影响，在派生的表达式。从1D分析中获得见解，我们开发了一个分析框架，在2D网络中，我们通过考虑服务和干扰链路的阻塞之间的相关性来表征用户处的干扰总和。使用这个，我们推导出SINR覆盖概率。通过模拟，我们证明，包括阻塞相关性的分析是需要准确表征的系统性能，特别是当阻塞对象往往是大的。
2021-12-11 cs.IT math.IT
Escaping the Densification Plateau in Cellular Networks Through mmWave Beamforming
通过研究信号干扰噪声比（SINR）和区域频谱效率（ASE），研究了密集多天线毫米波（mmWave）蜂窝网络的性能如何随基站（BS）空间密度$λ$而变化。如果在每个BS的天线的数量至少与$λ$线性缩放，这增加了可能的波束配置的数量和它们的主瓣增益，并降低它们的旁瓣增益，我们证明了SINR接近一个有限的随机变量，这是独立的$λ$和ASE至少与$λ$线性缩放。相反，如果天线的数量与$λ$成次线性比例，则SINR衰减到零并且ASE饱和到常数。因此，通过移动到具有连续更小天线的更高载波频率，并利用相应增加的方向性，蜂窝运营商原则上可以避免蜂窝网络中的致密化平台（或崩溃），而是继续通过BS致密化收获线性总和吞吐量增益。
2020-06-30 cs.IT math.IT
UAVs over mmWave/THz Cellular MEC Networks: A Comparative Study for Energy Efficiency
配备移动边缘计算（MEC）服务器的蜂窝网络对于机载计算能力和电池寿命有限的无人机（UAV）来说是有益的。在本文中，我们比较了在各种可能的情况下，如机载/MEC处理或并行计算连接到蜂窝MEC服务器的无人机的能耗。使用详细的基于3GPP的建模，我们提供了最节能的方法，其与通信技术，计算因素和移动性参数的关系的定量理解。我们的研究结果表明，在从6GHz以下到THz频段的不同频率范围内，毫米波蜂窝MEC网络比无人机的机载处理更节能，网络密度范围更广。其次，虽然UAV推进功率消耗是速度的非递减函数，但是UAV移动成本仍然可以被优化，以进一步提供与悬停相比的显著的能量节省。最后，我们的研究结果表明，最节能的方法，可以得到如果无人机的机动性与有效的并行机载MEC处理相结合。
2022-08-09 cs.IT math.IT
A Spectrum Sharing Solution for the Efficient Use of mmWave Bands in 5G Cellular Scenarios
世界各地的监管机构已经开始确定将用于下一代蜂窝网络的频谱部分。将利用毫米波频谱中的频带来增加可用容量。响应于非常高的预期业务需求，共享机制可以使更有效地使用频谱成为可能。在这项工作中，在欧洲和意大利的监管条件下，我们建议使用授权频谱接入（LSA），以协调蜂窝运营商之间的共享。此外，我们展示了我们研究活动的一些初步结果，这些研究活动的重点是在模拟的5G蜂窝场景中应用的动态频谱共享方法。
2018-08-15 cs.IT cs.NI math.IT
Coverage-Rate Tradeoff Analysis in mmWave Heterogeneous Cellular Networks
在本文中，我们首先介绍了一个广义的建模和分析框架，探讨用户关联，覆盖概率和链路速率之间的基本相互作用的毫米波（mmWave）异构蜂窝网络（HetNet），其中有多层的超高频（UHF）宏小区和小小区基站（BS）和单层的毫米波小小区BS。提出了一种可以覆盖多种基于路径损耗的用户关联方案的广义用户关联方案，并推导了其相关的概率性质，便于推导覆盖概率和链路速率。导出的一般表达式的覆盖和链路速率不仅揭示了如何设计用户关联函数，以最大限度地提高覆盖和链路速率，但也表明，它是不可能设计的用户关联方案，最大限度地提高覆盖和链路速率在同一时间。也就是说，当用户与BS相关联时，在具有UHF和毫米波频带中的不同带宽的毫米波HetNet中存在覆盖和链路速率之间的基本折衷。我们描述了覆盖最优和速率最优的用户关联方案，并数值验证了它们的性能，并显示了覆盖率的权衡问题。
2018-11-20 cs.IT math.IT
Compressed Sensing-based Pilot Assignment and Reuse for Mobile UEs in mmWave Cellular Systems
用于毫米波通信的技术处于工业界和学术界研究的最前沿，因为毫米波频带为已经分配给蜂窝网络的带宽提供了数量级的额外可用带宽。可以利用在毫米波频带处的小覆盖区中可以支持的更大数量的天线来收获双MIMO类型的波束成形和空间复用增益。类似于LTE系统，收获这些益处的两个先决条件是在训练阶段检测用户和获取用户信道状态信息（CSI）。然而，由于毫米波信道遇到更苛刻的传播和更快的去相关，用户检测和CSI获取的任务都是必要的，比LTE频段更具挑战性。在本文中，我们研究的问题，快速用户检测和CSI捕获的小小区毫米波网络的下行链路。我们假设TDD操作和基于信道互易性的CSI获取。为了实现致密化的好处，我们提出了导频设计和信道估计器，利用积极的导频重用与快速用户检测在基站和压缩感知信道估计的组合。正如我们的模拟所示，相对于传统的基于压缩感知的方法与传统的导频重用，可以同时由整个毫米波频带网络与所提出的方案提供服务的用户的数量大幅增加。
2016-01-14 cs.IT math.IT
On the Feasibility of Sharing Spectrum Licenses in mmWave Cellular Systems
毫米波通信中使用的高度定向和自适应天线为商业蜂窝运营商之间不协调地共享频谱许可证提供了可能性。共享有几个优点，包括减少许可证成本和增加频谱利用率。在本文中，我们建立了毫米波蜂窝运营商之间的频谱许可证共享的理论可行性。我们考虑一个异构的多运营商系统包含多个独立的蜂窝网络，每个运营商拥有。然后，我们计算每个网络的下行链路移动用户的SINR和速率分布。使用的分析，我们比较系统完全共享许可证和独家许可证不同的访问规则，并探讨系统性能和频谱成本之间的权衡。我们发现，共享频谱许可证增加了每用户速率时，天线有窄波束，也有利于当有一个低密度的用户。我们还考虑了一个多运营商系统，其中所有网络的BS都位于同一地点，以表明频谱和基础设施的同时共享也是可行的。我们发现，所有网络都可以共享带宽较少的许可证，并且仍然可以实现相同的每用户中值速率，就好像它们每个都拥有更多带宽的频谱独家许可证一样。
2016-05-01 cs.IT math.IT
Multi-Sector and Multi-Panel Performance in 5G mmWave Cellular Networks
下一代蜂窝网络（5G）将利用毫米波频谱来增加可用容量。然而，在这种高频率下的通信遭受高路径损耗和阻塞，因此需要使用天线阵列和密集部署的定向传输。因此，在评估毫米波移动网络的性能时，有必要准确地对复杂信道、传输的方向性以及这些元素在无线电接入和更高层中与整个协议栈的相互作用进行建模。在本文中，我们提高了ns-3的毫米波模块的信道模型抽象，通过引入一个更现实的天线阵列模型的支持，符合3GPP NR的要求，并在基站和手机的多个天线阵列。然后，我们通过改变信道和天线阵列配置来研究毫米波蜂窝网络的端到端性能，并表明增加天线阵列的数量以及因此增加扇区的数量对吞吐量和延迟都是有益的。
2018-08-14 cs.IT cs.NI math.IT
Estimation of Interference Correlation in mmWave Cellular Systems
针对毫米波多天线蜂窝网络上行干扰相关矩阵估计问题，利用毫米波信道少反射特性提出基于无网格到达角估计的低维投影方法及两种简化估计器，可有效降低估计误差。
2023-04-28 cs.IT eess.SP math.IT
Study of Realistic Antenna Patterns in 5G mmWave Cellular Scenarios
大型天线阵列和毫米波（mmWave）频率作为满足未来5G移动网络高要求的可能候选频率，已经引起了越来越多的关注。鉴于这些频带中的大的路径损耗衰减，在用户设备的方向上创建波束的波束成形技术对于执行传输是必要的。为此，在本文中，我们的目标是表征现实的天线辐射模式，其动机是需要正确捕获毫米波传播行为并了解5G蜂窝场景中可实现的性能。特别是，我们强调如何使用的辐射模式的性能变化。因此，我们得出结论，这是至关重要的，使用一个准确和现实的辐射模型，适当的性能评估和系统尺寸。
2018-02-05 cs.IT cs.NI math.IT
Hybrid Spectrum Sharing in mmWave Cellular Networks
虽然毫米波（mmWave）频率的频谱比6 GHz以下的传统频率更稀缺，但它仍然不是无限的，特别是如果我们考虑使用相同频带的其他服务的要求以及将mmWave频带许可给多个移动运营商的需要。因此，高效的频谱接入方案对于从新兴的毫米波技术中获得最大利益至关重要。在本文中，我们介绍了一种新的混合频谱接入方案的毫米波网络，其中数据通过两个毫米波载波具有不同的特性聚合。特别是，我们考虑的情况下，混合频谱方案之间的毫米波波段独家访问和毫米波波段频谱之间的池多个运营商。据我们所知，这是第一项提出毫米波网络混合频谱接入并对其益处进行定量评估的研究。我们的研究结果表明，这种方法相对于传统的完全授权或完全免许可的频谱接入方案提供了重大优势，但需要进一步的工作，以实现更完整的理解技术和非技术的影响。
2017-07-27 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Relay Probing in Millimeter Wave Cellular Systems with Device-to-Device Relaying
毫米波（mmWave）蜂窝系统是功率受限的并且易受阻塞影响。因此，毫米波连接可能是间歇性的。增加毫米波连接和范围的一种有前途的方法是使用中继。设备到设备（D2 D）通信为毫米波蜂窝系统的D2 D和设备到网络中继的巨大机会打开了大门。在这种对应关系中，我们研究如何选择一个好的中继为一个给定的源-目的地对在两跳毫米波蜂窝系统，其中毫米波链路受到随机伯努利阻塞。在这样的系统中，探测更多的中继可能潜在地导致发现更好的中继，但代价是更多的开销。我们发现，吞吐量最优的中继探测策略是一个纯阈值的政策：系统可以停止中继探测，一旦当前探测的两跳链路的可实现的频谱效率超过一定的阈值。通常，频谱效率阈值可以通过求解不动点方程来获得。对于开/关毫米波链路的特殊情况，我们推导出阈值的封闭形式的解决方案。数值结果表明，基于阈值的中继探测策略可以产生显着的吞吐量增益。
2015-10-08 cs.ET cs.IT math.IT
Performance of Dynamic and Static TDD in Self-backhauled mmWave Cellular Networks
毫米波（mmWave）蜂窝网络的初始部署可能通过自回程来实现。在这项工作中，我们提出了一个随机的空间模型来分析上行链路（UL）和下行链路（DL）的SINR分布和平均速率对应于不同的接入回程和UL-DL资源分配计划在自回程毫米波蜂窝网络与泊松点过程（PPP）部署的用户和基站。特别是，我们专注于启发式实现的静态和动态时分双工（TDD）的接入链路同步或非同步接入回程（SAB或UAB）的时间分裂。我们提出PPP近似值来表征动态TDD和UAB遇到的新型干扰的分布。这些方案提供比静态TDD和SAB更好的资源利用，然而潜在的更高干扰使得它们的选择不平凡，并且所提供的增益对不同的网络参数敏感，包括UL/DL业务不对称性、每个BS的用户负载或每个主BS的从BS的数量。只有当回程链路被设计为具有比接入链路大得多的吞吐量时，才可以利用来自UAB和/或动态TDD的显著增益。
2017-10-26 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
Initial Beam Association in Millimeter Wave Cellular Systems: Analysis and Design Insights
实现毫米波（mmWave）蜂窝系统的高数据率需要在基站和移动用户处部署大型天线阵列。这些大型阵列的波束成形权重需要被调谐以保证足够的波束成形增益。毫米波蜂窝网络的覆盖范围和速率的先前工作主要集中在基站和移动用户波束成形向量被完美地设计用于最大波束成形增益的情况下。然而，设计波束成形/组合向量需要训练，这可能影响毫米波蜂窝系统的SINR覆盖和速率。本文描述和评估毫米波蜂窝网络的性能，同时考虑波束训练/关联开销。首先，基于波束扫描和下行链路控制导频重用，开发了用于初始波束关联的模型。为了将波束训练的影响纳入系统性能，定义并采用了一种新的度量，称为有效可靠率。使用随机几何，毫米波蜂窝网络的有效可靠率推导出两种特殊情况下：与近正交的控制导频和与全导频复用。分析和仿真结果提供了三个重要问题的答案的见解：（i）波束关联对毫米波网络性能的影响是什么？(ii)在初始波束关联阶段应该采用正交还是复用的控制导频？(iii)波束训练阶段应该采用穷举搜索还是分层搜索？结果表明，除非采用的波束非常宽或系统相干块长度非常小，否则，完全导频重用的穷举搜索几乎与完美的波束对准一样好。
2016-02-21 cs.IT 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
A Comparison of MIMO Techniques in Downlink Millimeter Wave Cellular Networks with Hybrid Beamforming
在未来的毫米波（mmWave）蜂窝网络中将需要大型天线阵列，从而实现大量不同的可能天线架构和多输入多输出（MIMO）技术。仍然不清楚哪种MIMO技术作为不同网络参数的函数是最期望的。因此，本文比较了混合波束赋形使能的多用户（MU）MIMO和单用户空间复用（SM）与单用户模拟波束赋形（SU-BF）的覆盖范围和速率性能。针对MU-MIMO毫米波蜂窝网络，提出了一种用于覆盖和速率分析的随机几何模型，该模型考虑了混合模拟/数字预编码器和合并器的毫米波特定硬件约束，以及角域稀疏的阻塞相关信道模型。分析结果突出了多用户毫米波网络的覆盖范围，速率和功耗的权衡。在毫米波蜂窝网络中，由于发射机处的完美信道状态信息和轮询调度，MU-MIMO通常是比SM或SU-BF更好的选择。然而，这种观察忽略了由于信道获取或计算复杂性而引起的任何开销。考虑到这种开销的影响，我们的结果可以重新解释，以便量化MU-MIMO提供比SM或SU-BF更高速率的最小允许效率。
2016-03-02 cs.IT math.IT
A Normalization Model for Analyzing Multi-Tier Millimeter Wave Cellular Networks
基于多层毫米波（mmWave）网络的显着特征，例如不同的发射功率、定向波束成形对准的不同方向性增益以及视线（LOS）和非视线（NLOS）链路的路径损耗定律，我们引入了一个归一化模型来简化多层毫米波蜂窝网络的分析。该模型的重点在于将多层毫米波蜂窝网络转化为单层毫米波网络，其中所有基站具有相同的归一化发射功率1，并且基站密度分别由LOS或NLOS缩放因子缩放后遵循具有多个分界点的分段常数函数。在此基础上，得到了通信中波束对准误差存在的一般情况和波束对准理想的特殊情况下的覆盖概率计算公式。通过相应的数值分析，得出多层mmWave蜂窝网络的归一化模型完全满足网络性能分析的要求，并且比未转化的模型更加简单明了。此外，一个意想不到的，但明智的发现是，有一个最佳的波束宽度，最大化的覆盖概率的情况下，波束成形对准误差。
2018-01-07 cs.IT math.IT
Capturing Capacity and Profit Gains with Base Station Sharing in mmWave Cellular Networks
由于毫米波蜂窝网络中更大的路径损耗、遮蔽和增加的阻塞效应，网络服务提供商之间的基站共享具有显著提高整体网络容量的潜力。然而，服务提供商可能会发现，尽管技术上的收益，共享实际上减少了其利润，因为它使服务提供商之间的价格竞争更加激烈。在这项工作中，加权调度算法进行了描述，它给出了更大的控制如何在一个共享小区内分配的通话时间资源。结果表明，在一定的市场条件下，存在调度权重，使基站共享是更有利可图的，而不是共享的服务提供商在双寡头市场，同时仍然实现几乎一样多的网络容量，在传统的基站共享的情况下。因此，可以同时实现基站共享的技术和经济效益。
2018-04-26 cs.IT math.IT
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
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
UAV-Aided Offloading for Cellular Hotspot
在传统的地面蜂窝网络中，由于移动终端（MT）距离服务地面基站（GBS）较远，特别是在GBS负载较重的热点时段，位于小区边缘的MT往往会造成性能瓶颈。本文提出了一种新的混合网络架构，利用无人机（UAV）作为空中移动基站，沿小区边缘周期性飞行，卸载数据流量的小区边缘MT。我们的目标是最大限度地提高所有MT的最小吞吐量，通过联合优化无人机的轨迹，带宽分配和用户分区。首先考虑无人机和GBS之间的正交频谱共享，然后扩展到频谱复用，即GBS和无人机共享总带宽，有效地避免了它们之间的相互干扰。数值结果表明，所提出的混合网络与优化的频谱共享和循环多址接入设计显着提高了空间吞吐量比传统的GBS只有网络，而频谱复用方案提供了进一步的吞吐量增益的成本略高的复杂性干扰控制。此外，与传统的小小区卸载方案相比，所提出的UAV卸载方案在吞吐量方面表现出色，除了节省基础设施成本之外。
2018-05-20 cs.IT math.IT
D2D-Aware Device Caching in MmWave-Cellular Networks
在本文中，我们提出了一种新的策略，设备缓存，促进流行的内容交换，通过高速率的设备到设备（D2D）毫米波（mmWave）通信。D2D感知缓存（DAC）策略将可缓存内容分成两个内容组，并将其随机分发给用户设备装置（UE），目的是实现D2D连接。通过利用mmWave的高带宽可用性和方向性，我们确保了D2D传输的高速率，同时减轻了限制6GHz以下频带中D2D通信的吞吐量增益的同信道干扰。此外，基于随机几何建模的网络拓扑结构，我们解析推导出卸载增益所实现的建议的政策和内容检索延迟的分布考虑半和全双工模式的D2D通信。所提出的分析框架的准确性进行了验证，通过蒙特卡罗模拟。此外，对于广泛的内容流行度指标的结果表明，所提出的政策实现了更高的卸载和更低的内容检索延迟比现有的国家的最先进的方法。
2017-05-16 cs.IT math.IT
MmWaves Cellular V2X for Cooperative Diversity Relay Fast Fading Channels
在这项工作中，我们提出了一个框架分析毫米波（mmWaves）车载通信系统。车辆之间的通信通过协作中继器进行，该协作中继器充当中间基站（BS）。中继器配备有多个发射和接收天线，并采用解码转发（DF）来处理信号。此外，中继分别应用最大比合并（MRC）和最大比传输（MRT）来接收和转发信号。当车辆的速度相对较高时，信道经历快速衰落，并且该时间变化遵循Jakes的自相关模型来建模。我们还假设窄带衰落信道。导出了中断概率、差错概率和信道容量等可靠性度量的闭式表达式。利用这些性能，我们得到的容量的低功率和高功率制度，和高信号干扰噪声比（SINR）的渐近线中断和错误概率，以充分了解系统增益，如分集和编码增益。
2020-10-23 cs.IT 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 in Downlink Heterogeneous mmWave Cellular Networks with User-Centric Small Cell Deployment
本文研究了一种以用户为中心的小型小区部署的K层异构下行毫米波（mmWave）蜂窝网络。特别是，我们考虑一个异构网络模型与用户设备（UE）分布根据泊松集群过程（PCP）。具体地，我们解决了两个集群过程，即（i）托马斯集群过程，其中UE被集群在基站（BS）周围，并且UE和BS之间的距离被建模为高斯分布，以及（ii）马特恩集群过程，其中UE根据均匀分布分散。此外，毫米波通信的显着特点，包括定向波束成形和一个复杂的路径损耗模型，结合视线（LOS）和非视线（NLOS）传输，考虑。首先，提供路径损耗的互补累积分布函数（CCDF）和概率密度函数（PDF）。随后，使用随机几何工具，我们推导出信号干扰噪声比（SINR）覆盖概率的一般表达式。我们的研究结果表明，覆盖概率可以提高通过减少基站周围的UE集群的大小，减少主瓣的波束宽度，或增加主瓣的方向性增益。此外，干扰对我们的模型的覆盖性能有显着的影响。我们还表明，更好的覆盖性能是实现在集群用户的存在下相比，其中的用户分布根据泊松点过程（PPP）的情况下。
2017-07-21 cs.IT math.IT
milliProxy: a TCP Proxy Architecture for 5G mmWave Cellular Systems
TCP是互联网中使用最广泛的传输协议。然而，当在高带宽毫米波链路上操作时，它提供次优性能。由在这样的高频率下的通信引入的主要问题是（i）对阻塞的敏感性和（ii）由于视线（LOS）到非视线（NLOS）的转换而引起的高带宽波动，反之亦然。特别地，TCP具有端到端连接的抽象视图，其不能正确地捕获无线毫米波链路的动态。其结果是对可用资源的次优利用。在本文中，我们提出了一个TCP代理架构，提高了TCP流的性能，而无需在远程发送端进行任何修改。代理被安装在无线电接入网络中，并且利用在gNB处可用的信息以便最大化吞吐量并且最小化延迟。
2017-12-07 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Sharing in 5G mmWave Cellular Networks
在本文中，我们讨论资源共享，毫米波网络设计中的一个关键维度，其中频谱，接入和/或网络基础设施资源可以由多个运营商共享。有人认为，这种共享模式将是必不可少的，以充分利用大量的带宽和大量的天线自由度，在这些频带中，并提供统计复用，以适应高度可变的性质的交通。在本文中，我们调查和比较各种共享配置，以捕捉毫米波通信的增强潜力。我们的研究结果反映了各种共享模式的技术和经济方面。我们提供了一些关键的见解，通过详细的模拟，其中包括毫米波信道的独特传播特性的影响的分析，以及严格的多天线表征证实。本研究的主要发现包括：（i）信道传播和天线特性的比较结果的强烈依赖性，因此需要准确地模拟它们，以及（ii）全频谱和基础设施共享配置的可取性，这可能会导致增加用户速率以及服务提供商的经济优势。
2016-03-08 cs.IT cs.NI math.IT
Uplink Beam Management for Millimeter Wave Cellular MIMO Systems with Hybrid Beamforming
混合模拟和数字波束成形（HBF）是用于毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的使能收发器技术之一。该技术提供了高度定向的通信，能够对抗毫米波信号传播的固有特性。然而，毫米波系统中的小相干时间，特别是在移动性条件下，使得独立毫米波通信中的有效波束管理（BM）成为非常困难的任务。在本文中，我们考虑HBF收发器与平面天线面板和设计一个多级波束码本的模拟波束形成器包括平顶波束与可变宽度。这些波束对于整个期望的角度宽度表现出几乎恒定的阵列增益，从而促进有效的分层BM。针对上行链路通信，提出了一种新的动态波束排序波束训练算法，该算法适用于最新mmWave标准讨论中对时延的严格要求。我们的仿真结果展示了延迟性能的改善和接收的信噪比与不同的变化，所提出的方案的最佳波束训练方案的基础上，穷举窄束搜索。
2021-01-18 cs.IT math.IT
Spectrum Sharing in mmWave Cellular Networks via Cell Association, Coordination, and Beamforming
本文研究了毫米波网络中多个蜂窝运营商的频谱共享是传统专用频谱分配的可行替代方案的程度。具体而言，我们开发了一个通用的数学框架，通过该框架来表征使用频谱共享时可以获得的性能增益，作为底层波束成形，运营商协调，带宽和基础设施共享场景的函数。该框架基于联合波束成形和小区关联优化，目标是最大化用户的长期吞吐量。我们的渐近和非渐近性能分析揭示了五个关键点：（1）具有轻的按需运营商内和运营商间协调的频谱共享是可行的，特别是在较高的毫米波频率下（例如，73GHz），（2）用户设备处的定向通信基本上减轻了频谱共享的潜在缺点（例如更高的多用户干扰），（3）大量的天线元件可以减少对协调的需要并简化频谱共享的实现，（4）虽然在大天线范围内可以忽略运营商间的协调，运营商内协调仍然可以通过平衡网络负载而带来增益，以及（5）基站、运营商和用户设备之间的关键控制信号应当例如通过专用资源分配而被保护免受频谱共享的不利影响。本文的结果，以及通过放松一些理想假设得到的扩展，可以为未来的标准化和频谱政策提供重要的见解。
2016-10-03 cs.IT math.IT
Near Interference-Free Space-Time User Scheduling for MmWave Cellular Network
应用于毫米波（mmWave）蜂窝网络中的高度定向波束使得在明智设计的空时用户调度下实现近无干扰（NIF）传输成为可能，其中任何两个用户之间的小区间/小区间干扰的功率低于预定义阈值。在本文中，我们研究了两个方面的NIF空时用户调度在多小区毫米波网络与多RF链基站。首先，考虑到每个用户对空时资源元素的数量有一定的要求，研究了NIF用户调度问题，使未满足的用户需求最小化，从而使空时资源得到最有效的利用，同时避免所有强干扰。提出了一种近似最优调度算法，其性能接近未满足需求的下界。此外，我们研究了联合NIF用户调度和功率分配问题，以最大限度地减少功率消耗的约束下的速率要求。基于我们提出的NIF调度，在信道状态信息有限的情况下，设计了一种能量有效的联合调度和功率分配方案，该方案优于现有的基于独立集的方案，并且具有接近最优的性能。
2022-02-17 cs.IT cs.SY eess.SY
Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted mmWave multi-UAV Wireless Cellular Networks
无人机（UAV）为网络部署带来了很大的灵活性。然而，无人机具有高机动性和不稳定性。为了提高无人机网络的容量和可靠性，可以在系统中使用毫米波（mmWave）和可重构智能表面（RIS）。在本文中，我们考虑了一个RIS-assisted毫米波无人机无线蜂窝网络，无人机服务于多个用户的帮助下，多个RISs。我们联合优化部署，用户调度，波束成形向量，和RIS阶段，以最大化的和速率，与最小速率，无人机的运动，模拟波束成形的约束，和RIS阶段。为了解决这个复杂的问题，我们使用迭代法，当我们优化一个变量时，我们固定其他三个变量。在优化部署时，采用球面搜索法寻找无人机的最优位置。然后，我们制定了一个混合整数非线性问题（MINLP），以找到最佳的调度。空间分支定界（SBNB）方法被用来解决MINLP。在优化波束形成矢量和RIS相位时，我们提出了一种迭代算法，该算法依赖于速率和最大化与加权均方误差和最小化之间的等价性（sum-WMMSE）。针对模拟波束形成和RIS相位的恒模约束，采用多数最小化方法进行处理。所提出的联合优化提供了显着的优势，系统没有波束成形和RIS相位优化和系统没有部署优化。此外，RIS可以补偿由于阻塞而造成的吞吐量损失，特别是在低飞行高度。
2021-08-06 cs.IT math.IT
Directional Initial Access for Millimeter Wave Cellular Systems
由于毫米波（mmWave）频带在这些频率处的大规模可用带宽，这些频带最近已经吸引了对于下一代蜂窝系统的相当大的兴趣。然而，设计毫米波蜂窝系统的一个关键挑战是初始接入-移动设备建立到基站小区的初始链路层连接的过程。毫米波通信依赖于高度定向的传输，并且初始接入过程因此必须提供一种机制，通过该机制可以在潜在的大角度空间中搜索初始传输方向。考虑到不同的扫描和信令过程，评估接入延迟和系统开销的设计方案进行了比较。信道结构和多址接入问题也被考虑。分析表明，低分辨率的全数字架构相比，单流模拟波束成形的显着优势。
2016-07-28 cs.IT cs.NI math.IT
Gains of Restricted Secondary Licensing in Millimeter Wave Cellular Systems
在毫米波（mmWave）系统中，在多个运营商之间共享频谱似乎是有希望的。一种解释是毫米波中的高度定向传输，它减少了一个网络对共享相同资源的其他网络造成的干扰。在本文中，我们建立了一个毫米波蜂窝系统，其中主要拥有某个频段的独家使用许可证的运营商可以向另一个运营商出售同一频段的受限二级许可证。该次级网络对它可能对原始网络造成的最大干扰有限制。使用随机几何，我们推导出两个网络的覆盖范围和速率的表达式，并建立在许可的毫米波频段的二次许可的可行性。为了解释经济权衡，我们考虑了在中央许可机构存在的情况下两家运营商的收入定价模型。我们的研究结果表明，当最大干扰阈值适当调整时，原运营商和中央网络管理局可以从二次许可中受益。这意味着原始运营商和中央许可机构有动机允许二级网络限制性地共享频谱。我们的研究结果还表明，频谱共享增益增加窄波束和网络密集。
2016-05-01 cs.IT math.IT
A mmWave Bridge Concept to Solve the Cellular Outdoor-to-Indoor Challenge
无线室内覆盖和数据容量是蜂窝网络的重要方面。随着数据流量的不断增加，对室内更多数据容量的需求也在增长。宏室外小区的传统频带的较低频率设法在建筑物内提供覆盖，然而，毫米波（mmWave）频谱中的第五代（5G）移动通信所预见的新频率很难穿透到建筑物中。因此，网络的大规模致密化将需要部署大量室内小型小区，这将导致安装必要的有线/光学回程的高部署成本。因此，需要允许增加室内数据容量的其他方法，其成本低于光纤部署。我们提出了一个具有成本效益的带外中继器架构，提供更多的室内数据容量比室外宏/微网络可以提供到室内，而不会产生不利影响的传统网络，并容易与既定的蜂窝基础设施以及标准的手机/智能手机。该建议相比，传统的带内和带外中继器和中继节点，以突出我们的解决方案的优势。虽然单个链路的数据容量类似于中继器和中继器的数据容量，但是宏小区可以被有效地卸载。根据并行安装的链路数量和毫米波频谱中的带宽，可以提供至少相当于中继器或中继解决方案3- 4倍的小区容量。
2021-05-14 cs.IT cs.NI math.IT
Channel Estimation and Hybrid Precoding for Millimeter Wave Cellular Systems
毫米波（mmWave）蜂窝系统由于在mmWave频率下可用的大带宽而将实现每秒千兆位数据率。为了实现足够的链路裕度，毫米波系统将在发射器和接收器处采用具有大天线阵列的定向波束成形。由于千兆采样混合信号设备的高成本和功耗，毫米波预编码可能会在模拟和数字域之间划分。大量天线和模拟波束成形的存在要求开发特定于毫米波的信道估计和预编码算法。本文开发了一种自适应算法来估计毫米波信道参数，利用信道的散射性质差。为了使该算法的有效操作，一种新的分层多分辨率码本的设计，以构建不同的波束宽度的训练波束形成向量。对于单径信道，使用该算法的估计误差概率的上限推导，并得到一些见解的自适应阶段的算法之间的训练功率的有效分配。自适应信道估计算法，然后扩展到多径的情况下，依赖于信道的稀疏性。利用估计的信道，本文提出了一种新的混合模拟/数字预编码算法，克服了仅模拟波束形成的硬件限制，并接近数字解决方案的性能。仿真结果表明，所提出的低复杂度的信道估计算法实现了相当的预编码增益相比，穷举信道训练算法。结果还表明，即使在干扰存在的情况下，所提出的算法也可以接近由完美的信道知识实现的覆盖概率。
2014-01-29 cs.IT math.IT
Modeling Infrastructure Sharing in mmWave Networks with Shared Spectrum Licenses
相互竞争的手机运营商在美国许多主要市场积极分享基础设施。如果运营商在下一代毫米波（mmWave）网络中共享频谱，则蜂窝内干扰将与蜂窝间干扰相关。我们提出了一个数学框架来模拟多运营商毫米波蜂窝网络与共址基站（BS）。然后，我们描述了信号干扰噪声比（SINR）分布为任意网络，并得出其覆盖概率。为了理解不同网络之间的空间相关性如何影响覆盖概率，我们推导出两个运营商场景的特殊结果，其中我们通过概率耦合从单个网络构建运营商的各个网络。对于外部验证，我们设计了一种方法来量化和估计实际基站部署的空间相关性。我们比较我们的两个运营商模型对一个实际的宏小区为主的网络和一个实际的网络主要包括分布式天线系统（DAS）节点。使用实际部署数据来设置我们的模型的参数，我们观察到，模型和实际部署的覆盖概率不仅相互比较非常好，而且几乎完美地匹配DAS节点主导部署的情况。另一个有趣的观察结果是，共享频谱和基础设施的网络比相同数量的BS既不共享频谱也不共享基础设施的网络具有更低的速率覆盖概率，这表明后者更适合于低速率应用。
2018-01-15 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming in 5G mmWave Networks: a Full-stack Perspective
本文从全栈视角研究5G毫米波网络中混合波束成形与多用户MIMO的跨层交互，通过扩展全栈仿真建模揭示SDMA可提升吞吐量，但需权衡实现复杂度。
2020-10-08 cs.IT eess.SP math.IT
Understanding Noise and Interference Regimes in 5G Millimeter-Wave Cellular Networks
随着传统蜂窝频带中的严重频谱短缺，毫米波（mmWave）频率对于下一代微蜂窝和微微蜂窝无线网络已经吸引了越来越多的关注。一个基本的和开放的问题是毫米波蜂窝网络是否可能是噪声或干扰受限的。识别网络运行的机制对于MAC和物理层程序的设计至关重要，并提供关于如何协调跨小区传输以应对干扰的见解。这项工作使用最新的基于测量的统计信道模型来准确评估各种部署场景中的干扰噪声比（INR）。除了细胞密度，我们还研究了天线阵列的大小和天线方向图，其影响是至关重要的毫米波政权。信道模型还考虑了阻塞、视线和非视线机制以及局部散射，这些因素会显著影响空间隔离水平。
2016-04-19 cs.IT cs.NI math.IT
Millimeter Wave Cellular Networks: A MAC Layer Perspective
毫米波（mmWave）频带被视为未来蜂窝网络中的多千兆位无线接入的关键使能器。为了克服传播挑战，毫米波系统在基站和用户设备处都使用大量天线元件，这导致高方向性增益、全方向性通信和可能的噪声受限操作。毫米波网络与传统网络之间的根本差异挑战了传统的设计约束、目标和可用的自由度。本文讨论了高定向通信的影响，设计了一个有效的媒体访问控制（MAC）层。本文讨论了关键的MAC层问题，如同步，随机接入，切换，信道化，干扰管理，调度和关联。本文提供了蜂窝网络MAC层问题的综合观点，确定了新的挑战和权衡，并提供了新的见解和解决方案。
2015-07-12 cs.IT math.IT math.OC
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
A Statistical Characterization of Localization Performance in Millimeter-Wave Cellular Networks
毫米波（mmWave）通信是用于在5G无线蜂窝网络中实现高数据率和低延迟的有前景的解决方案。由于在毫米波网络中利用了定向波束成形和天线阵列，因此可以获得精确的到达角（AOA）信息并用于定位目的。定位系统的性能通常通过基于固定节点位置评估的克拉美-罗下限（CRLB）来评估。但是，此策略仅为特定于感兴趣场景的CRLB生成固定值。为了允许随机分布的节点，随机几何已被提出来研究CRLB的到达时间为基础的定位。据我们所知，这种方法还没有被调查的AOA为基础的本地化。在这项工作中，我们的动机是考虑毫米波蜂窝网络，并推导出CRLB AOA为基础的本地化和它的分布使用随机几何。我们分析了CRLB是如何影响节点位置的空间分布，包括目标和参与基站。要应用CRLB的网络设置与随机节点的位置，我们提出了一个准确的近似CRLB使用的L/4值的有序距离，其中L是参与基站的数量。此外，我们推导出毫米波网络的定位能力，这是一个目标是可定位的概率，并研究网络参数如何影响定位性能。这些研究结果为我们提供了深入了解最佳的网络设计，满足特定的本地化要求。
2020-11-25 cs.IT math.IT
Base Station Cooperation in Millimeter Wave Cellular Networks: Performance Enhancement of Cell-Edge Users
毫米波（mmWave）信号对阻塞更加敏感，这导致中断概率显著增加，特别是对于小区边缘的用户。在本文中，我们利用基站（BS）合作的技术，以提高性能的小区边缘用户在下行链路传输的毫米波蜂窝网络。我们设计了两种协作方案，分别称为固定数量BS协作（FNC）方案和固定区域BS协作（FRC）方案。在FNC方案中，协作基站由被服务小区边缘用户周围的M个最近的基站组成，而在FRC方案中，协作基站包括位于给定区域内的所有基站。基于随机几何框架，推导了位于原点的典型小区边缘用户的平均速率和中断概率的表达式。为了降低中断概率分析结果的计算复杂性，我们进一步提出了一种基于Gamma近似的方法来提供具有满意精度的近似。我们的分析结果结合了毫米波信道的关键特性，即，阻塞效应、LOS和NLOS链路的不同路径损耗以及高方向性天线阵列。仿真结果表明，将基站协作技术与毫米波网络相结合，可以大大提高小区边缘用户的性能。
2018-06-14 cs.IT math.IT
A Case for Digital Beamforming at mmWave
由于毫米波（mmWave）无线系统对定向链路的严重依赖，具有高维阵列的波束成形（BF）对于这些频率中的蜂窝系统至关重要。如何以功率有效的方式执行阵列处理是一个基本的挑战。模拟和混合BF需要较少的模数和数模转换器（ADC和DAC），但一次只能在少数方向上通信，限制了方向搜索、空间复用和控制信令。数字BF实现了灵活的空间处理，但必须在低量化分辨率下操作以保持在合理的功率电平内。量化器分辨率的这种降低在接收信号中引入了噪声，并降低了发射信号的质量。为了评估低分辨率量化对细胞系统的影响，我们提出了一个简单的加性高斯白噪声（AWGN）量化噪声模型。利用该模型的仿真显示，在中等分辨率（每个ADC 3-4比特）下，量化导致的下行链路蜂窝容量损失可以忽略不计。本质上，低分辨率ADC限制了高SNR，而蜂窝系统通常不工作。对于发射机，示出了具有4位或更多位分辨率的DAC不违反由第三代合作伙伴计划（3GPP）新无线电（NR）标准针对蜂窝操作设置的相邻载波泄漏限制。此外，这项工作研究了低分辨率量化对发射信号的误差矢量幅度（EVM）的影响，事实上，我们的研究结果表明，低分辨率全数字BF架构可以是一个功率有效的替代模拟或混合波束成形的发射机和接收机在毫米波。
2019-01-24 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
