Coverage Analysis for Cellular-Connected Random 3D Mobile UAVs with Directional Antennas
这封信提出了一个分析框架，以评估蜂窝连接的无人机（UAV）网络的覆盖性能，其中无人机用户设备（UAV-UE）配备有定向天线，并根据三维（3D）移动模型移动。配备有实际下倾天线的地面基站（GBS）根据泊松点过程（PPP）分布。从随机几何的工具，我们推导出切换概率和覆盖概率的最强平均接收信号强度（RSS）关联策略下的随机UAV-UE。所提出的分析框架允许调查UAV-UE天线波束宽度，移动速度，小区关联和垂直运动的切换概率和覆盖概率的影响。我们得出结论，最佳UAV-UE天线波束宽度随着GBS密度而减小，并且在稀疏网络场景中，全向天线模型是优选的。此外，最强平均RSS关联相对于最近关联的优越性随着GBS密度的增加而减小。
2022-11-27 cs.NI eess.SP
Performance Analysis of Mobile Cellular-Connected Drones under Practical Antenna Configurations
由于遭遇视线干扰和向下倾斜的基站（BS）天线的降低的增益，向无人机用户设备（UAV-UE）提供无缝连接是非常具有挑战性的。例如，随着UAV-UE的高度增加，它们的小区关联和切换过程变得由BS天线的旁瓣驱动。在本文中，蜂窝连接的UAV-UE的性能进行了研究下的3D实际天线配置。研究了两种场景：具有静态悬停UAV-UE的场景和具有移动UAV-UE的场景。对于这两种情况，UAV-UE覆盖概率被表征为系统参数的函数。研究了天线阵元数目对UAV-UE覆盖概率和移动UAV-UE切换率的影响。结果表明，实际天线方向图下的UAV-UE覆盖概率比简单天线模型下的覆盖概率要差。此外，由于天线旁瓣的零点和峰值的连续交叉，垂直移动的UAV-UE容易受到高度切换的影响。
2020-02-02 cs.IT eess.SP math.IT
Mobility and Blockage-aware Communications in Millimeter-Wave Vehicular Networks
移动性可能会降低下一代车载网络在毫米波频谱上运行的性能：频繁的未对准和阻塞需要重复的波束训练和切换，并产生巨大的开销。然而，移动性引起通信波束和阻塞事件中的时间相关性。在本文中，波束训练，数据传输和切换的自适应设计，提出了学习和利用这些时间的相关性，以减少波束训练开销和最佳的权衡吞吐量和功耗。在每个时隙，在系统状态的不确定性下，当检测到阻塞时，服务基站（BS）决定执行波束训练、数据通信或切换。该决策问题被转换为部分可观察的马尔可夫决策过程，目标是在平均功率约束下最大化传送到UE的吞吐量。为了解决高维优化问题，提出了一种近似约束点基值迭代（C-PBVI）方法，该方法同时优化原函数和对偶函数以满足幂约束.数值结果表明，分析与基于2D移动性和3D模拟波束成形的仿真之间的良好匹配，通过在BS和UE处的均匀平面阵列，并揭示了C-PBVI执行接近最佳，并在频谱效率方面优于具有周期性波束训练的基线方案38%。受C-PBVI策略结构的启发，提出了两种算法，以次优性换取复杂性，并且仅损失4%和15%的频谱效率。
2020-09-04 cs.IT eess.SP math.IT
User-centric Handover in mmWave Cell-Free Massive MIMO with User Mobility
研究了毫米波载波频率下的无小区大规模多输入多输出（MIMO）系统与用户移动性之间的耦合问题。首先，考虑到用户移动性和信道老化的影响，引入了毫米波信道。然后，三个波束成形技术，提出了在所考虑的情况下，随着动态用户关联技术（切换）：从每个移动终端和接入点（AP）的集群之间的以用户为中心的关联开始，制定和分析用于更新AP集群的规则。数值结果表明，所提出的波束形成和用户关联技术是有效的，在所考虑的场景。
2021-05-19 cs.IT eess.SP math.IT
Handover_Management_in_UAV_Networks_with_Blockages
本文利用随机几何分析遮挡对城市UAV网络可靠性的影响，并提出基于缓存、动态调整小区搜索与RSS关联的切换管理策略，以减少不必要切换并保障低时延可靠连接。
2025-01-09 eess.SP
Multi-Gigabit Interactive Extended Reality over Millimeter-Wave: An End-to-End System Approach
针对毫米波定向通信难以支撑高移动性下高质量XR的问题，提出端到端移动XR系统方案，通过高真实感仿真评估波束成形策略与频率的影响，并首次完成CoVRage算法的系统级评估。
2025-01-14 cs.NI eess.SP
Handover Probability in Drone Cellular Networks
这封信分析了无人机蜂窝网络中的切换概率，其中无人机基站（DBS）服务于地面上的一组用户设备（UE）的初始位置由齐次泊松点过程（PPP）建模。受第三代合作伙伴计划（3GPP）研究中考虑的移动模型的启发，我们假设所有的DBS沿随机方向的直线移动。我们进一步考虑DBS速度的两种不同场景：（i）相同速度模型（SSM），以及（ii）不同速度模型（DSM）。假设最近邻关联策略的UE在地面上，我们的特征切换概率的网络的移动性的情况下。对于SSM，我们通过建立与单层陆地蜂窝网络的等效性来计算准确的切换概率，其中基站（BS）是静态的，而UE是移动的。然后，我们推导出一个下界切换概率在DSM表征的DBS随时间的空间分布的演变。
2020-02-16 cs.IT eess.SP math.IT
CoVRage: Millimeter-Wave Beamforming for Mobile Interactive Virtual Reality
针对无线VR需低延迟传海量数据且头部转动影响波束的问题，提出coVRage接收端波束成形方案，利用HMD朝向预测动态塑形长椭圆波束覆盖AoA轨迹，实现高增益覆盖。
2025-01-14 cs.NI eess.SP
CommRad: Context-Aware Sensing-Driven Millimeter-Wave Networks
针对毫米波网络在动态移动场景下链路易中断、现有波束训练开销高的问题，提出融合双基地通信感知与单基地雷达的CommRad框架，通过上下文协同实现用户跟踪与链路维持，中位吞吐量较基线提升2.5倍。
2024-07-11 cs.NI eess.SP
Proactive Blockage Prediction for UAV assisted Handover in Future Wireless Network
针对毫米波通信视距易受阻塞的问题，提出利用无人机作为基站、结合计算机视觉预测阻塞并执行主动切换，实验表明该方法在保证无缝连接的同时将网络性能提升20%。
2024-11-04 eess.SP
Total Array Gains of Millimeter-Wave Mobile Phone Antennas Under Practical Conditions
本文研究了工作在毫米波射频的移动终端上的天线阵的增益。假设在毫米波范围的移动电话与单个基带单元和模拟波束形成类似相控阵列地操作，我们定义总阵列增益，其表示超过全向路径增益的相控阵列的路径增益。阵列总增益避免了传统阵列增益的模糊性，因为在阵列中存在多个参考单元件天线的选择，所以传统阵列增益不能唯一地定义。在移动电话机壳上实现的两种类型的8元件贴片天线阵列，即，研究了工作在60 GHz的均匀线阵和分布阵的天线性能。在机场的小小区场景中评估的增益表明，DA实现了更高的中位数和中断增益高达8和6 dB时，被认为是随着身体躯干和手指阴影的移动电话的不同方向比DAF。由于贴片天线的方向性以及身体和手指的阴影，移动电话总是存在这样的姿势，其中用户无法看到视线，从而在最坏情况下导致-15 dB的中断增益。DA在电话的不同取向上具有小得多的增益变化，即使在考虑人体躯干阴影和用户手指效应时也是如此。
2018-02-23 eess.SP
Millimeter-wave Mobile Sensing and Environment Mapping: Models, Algorithms and Validation
将有效的连接、定位和传感功能集成到5G新无线电（NR）及其他移动蜂窝系统中是一种及时的研究范式，特别是在毫米波和亚太赫兹波段。在这篇文章中，我们解决了基于无线电的传感和环境映射的前景，特别强调用户设备（UE）方面。我们首先描述了一个有效的l1正则化最小二乘（LS）方法来获得稀疏的距离角图表在个别测量或传感位置。对于随后的环境映射，我们然后引入一种新的状态模型映射漫反射和镜面散射，它允许有效地跟踪随着时间的推移，使用交互多模型（IMM）扩展卡尔曼滤波器和平滑的单个散射体。还解决了相关的测量选择和数据关联问题。我们在28 GHz频段上提供了广泛的数值室内映射结果，部署了基于OFDM的5G NR上行链路波形，信道带宽为400 MHz，涵盖了基于精确射线跟踪的测量结果和实际RF测量结果。结果表明，与静态参考方法相比，基于动态跟踪的解决方案具有明显的优越性，同时也全面展示了基于无线电的移动环境感知和测绘在未来毫米波网络中的良好前景。
2022-01-19 eess.SP
Reinforcement Learning Based Vehicle-cell Association Algorithm for Highly Mobile Millimeter Wave Communication
University of Oulu（奥卢大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）
车联网（V2X）通信是一个不断增长的通信领域，具有各种用例。研究了毫米波通信网络中的车辆-小区关联问题。目标是最大化每个车辆用户（VUE）的时间平均速率，同时确保所有VUE的目标最低速率以及低信令开销。我们首先制定的用户（车辆）关联问题作为一个离散的非凸优化问题。然后，通过利用机器学习的工具，特别是分布式深度强化学习（DDRL）和异步演员评论算法（A3C），我们提出了一个低复杂度的算法，近似于所提出的优化问题的解决方案。所提出的基于DDRL的算法赋予每个路边单元（RSU）与本地RL代理，选择一个本地的行动的基础上观察到的输入状态。不同RSU的动作被转发到中央实体，中央实体计算全局奖励，然后反馈给RSU。结果表明，每个独立训练的RL执行车辆RSU关联动作，与运行在线复杂算法来解决非凸优化问题相比，具有较低的控制开销和较低的计算复杂性。最后，仿真结果表明，与几种基准设计相比，该方案在总速率方面获得了15%的增益，VUE中断减少了20%.
2020-01-22 cs.LG cs.NI eess.SP
Millimeter Wave Line-of-Sight Blockage Analysis
毫米波（mmWave）通信系统可以提供高数据速率，但是系统性能可能由于移动阻塞器和用户自身的身体而显著降级。高频率的中断和长时间的阻塞可能会降低体验的质量。例如，超过10毫秒的延迟会导致VR观众恶心。基站（BS）的宏分集已经被认为是一种有前途的解决方案，其中如果当前服务BS被阻塞，则用户设备（UE）可以切换到其他可用BS。然而，在这种情况下，动态阻塞事件的频率和持续时间的分析模型在很大程度上是未知的。在这篇论文中，我们考虑了一个开放的公园般的场景，并获得封闭形式的表达式的阻塞概率，期望频率和阻塞事件的持续时间使用随机几何。我们的研究结果表明，满足AR/VR和其他低延迟应用的服务质量（QoS）要求所需的BS的最小密度在很大程度上是由阻塞事件而不是容量要求驱动的。将BS放置在更高的高度处降低了阻塞的可能性。我们提出了一个封闭形式的表达BS密度高度权衡，可用于网络规划。
2018-07-12 eess.SP
Beam Acquisition and Training in Millimeter Wave Networks with Narrowband Pilots
研究了由多址接入点和移动设备组成的毫米波网络中的初始波束捕获问题。提出了一种用于发射和接收波束联合估计的训练协议，其具有由初始接入子帧和随后的数据传输子帧组成的一般帧结构。在初始子帧期间，AP和移动设备扫描一组波束，并通过握手确定最佳发送和接收波束。所有的导频信号都是窄带的（音调），并且移动台通过其分配的导频频率来区分。分别基于功率检测和最大似然（ML）的非相干和相干波束估计方法。为了避免AP和移动台之间交换波束形成向量的信息，还提出了一种局部最大似然（LML）算法。提出了一种有效的快速傅里叶变换实现ML和LML，以实现高分辨率。执行系统级优化，其中选择帧长度、训练时间和训练带宽以最大化速率目标，同时考虑阻塞和移动性。基于一个实际的网络拓扑的仿真结果比较了不同的估计方法和训练码本的性能，并证明了所提出的协议的有效性。
2019-10-10 eess.SP
Initial Beamforming for Millimeter-Wave and Terahertz Communications in 6G Mobile Systems
为了满足太比特每秒的最高数据率的需求，下一代移动通信系统需要充分利用毫米波和太赫兹波段丰富的频谱资源。然而，高频传输严重依赖于大规模天线阵列来获得高波束成形增益，用于补偿严重的传播损耗。它提出了在初始接入阶段期间的全向波束成形的问题，其中基站需要向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。本文提出了一种新的初始波束形成方案，该方案通过形成一对互补波束在各个方向上提供相等的瞬时增益。数值结果表明，该方法可以实现全向覆盖，其性能明显优于随机波束形成方法。它适用于任何形式的大规模阵列，以及所有三种架构，即，数字、模拟和混合波束形成。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Blockage-Aware Robust Beamforming in RIS-Aided Mobile Millimeter Wave MIMO Systems
本文针对移动毫米波MIMO系统的路径阻塞问题，提出基于Neyman-Pearson准则的阻塞感知算法，并设计了可变波束宽度的鲁棒RIS波束成形器与加速投影梯度下降算法，有效实现了中断概率最小化与可达速率最大化。
2024-03-02 eess.SP
Beam Alignment Using Trajectory Information in Mobile Millimeter-wave Networks
针对移动毫米波网络中的波束搜索开销问题，提出利用轨迹划分区域并维护候选波束集，通过优化区域数量平衡信噪比与信令开销，实现高信噪比且对位置误差鲁棒。
2023-05-09 cs.IT eess.SP math.IT
The Impact of Mobile Blockers on Millimeter Wave Cellular Systems
毫米波（mmWave）通信系统可以提供高数据速率，但是系统性能可能由于诸如人或车辆的移动阻挡者的中断而显著降级。高频率的中断和长时间的阻塞持续时间将降低用户体验的质量。一种有前景的解决方案是采用基站（BS）的宏分集，其中如果当前服务BS被阻塞，则用户设备（UE）可以切换到其他可用BS。然而，分析模型，以评估在这种设置中的动态阻塞事件的系统性能是未知的。在本文中，我们开发了一个视线（LOS）动态阻塞模型，并评估的概率，持续时间，和频率的阻塞事件考虑到所有的链接到UE的建筑物或用户自己的身体不阻塞。对于一个密集的城市地区，我们还分析了非LOS（NLOS）链路阻塞事件的影响。我们的研究结果表明，满足超可靠低延迟通信（URLLC）应用程序的服务质量（QoS）要求所需的BS的最小密度将主要由阻塞和延迟约束，而不是覆盖或容量的要求。
2019-07-01 eess.SP
Limited by Capacity or Blockage? A Millimeter Wave Blockage Analysis
毫米波（mmWave）通信系统可以提供高数据速率，但是系统性能可能由于移动阻塞器和用户自身的身体而显著降级。高频率的中断和长时间的阻塞可能会降低体验的质量。例如，超过10毫秒的延迟会导致VR观众恶心。基站（BS）的宏分集已经被认为是一种有前途的解决方案，其中如果当前服务BS被阻塞，则用户设备（UE）可以切换到其他可用BS。然而，在此setting.In本文中，我们考虑一个开放的公园般的情况下，并获得封闭形式的阻塞概率，预期的频率和阻塞事件的持续时间，使用随机几何的分析模型的频率和持续时间在很大程度上是未知的。我们的研究结果表明，满足AR/VR和其他低延迟应用的服务质量（QoS）要求所需的BS的最小密度在很大程度上是由阻塞事件而不是容量要求驱动的。将BS放置在更高的高度处降低了阻塞的可能性。我们提出了一个封闭形式的表达BS密度高度权衡，可用于网络规划。
2018-08-02 eess.SP
Millimeter-Wave Propagation Modeling and Measurement
毫米波（mmWave）通信由于其对大量可用频谱资源的接入而成为第五代（5G）移动网络中最有前途的技术之一。尽管理论上具有高数据速率的潜力，但在移动网络中使用毫米波仍然存在几个关键技术挑战，例如严重的路径损耗，高穿透损耗，窄波束宽度等。因此，准确可靠地了解毫米波信道传播特性对于开发5G无线通信系统至关重要。在本文中，首先介绍了毫米波的基本特性。然后，讨论了两种主要的河道建模方法。最后，为了研究毫米波频段的信道特性，使用三种不同的大规模阵列拓扑结构进行测量活动，并提取和分析了典型的信道参数。
2018-04-05 eess.SP
High-Resolution Angle Tracking for Mobile Wideband Millimeter-Wave Systems with Antenna Array Calibration
毫米波（mmWave）系统使用定向波束来支持高速率数据通信。发射和接收波束之间的小的未对准（例如，由于移动性）可能导致接收信号质量的显著下降，尤其是在视距通信信道中。在本文中，我们提出并评估高分辨率的角度跟踪策略，宽带毫米波系统的移动性。我们自定义设计成对的辅助光束作为跟踪光束，并使用它们来捕获角度变化，数据光束的转向方向被调整到该角度变化。不同于传统的波束跟踪设计，所提出的框架既不依赖于角度变化模型，也不需要在网格上的假设。对于实际实施所提出的方法，我们研究阵列校准误差对辅助波束对设计的影响。数值结果表明，通过采用所提出的方法，良好的角度跟踪性能可以在各种天线阵列配置，信道模型，和移动性条件下实现。
2018-02-12 cs.IT eess.SP math.IT
Integrated Millimeter Wave and Sub-6 GHz Wireless Networks: A Roadmap for Joint Mobile Broadband and Ultra-Reliable Low-Latency Communications
下一代无线网络必须通过跨越增强型移动宽带（eMBB）的广泛无线服务以及超可靠低延迟通信（URLLC）来实现增强现实和联网自动驾驶汽车等新兴技术。由于频谱稀缺，仅依赖于稀缺的低于6 GHz的微波（$μ$ W）频段的现有无线系统将不能满足未来无线服务的这种严格和混合的服务要求。同时，在高频毫米波（mmWave）频带下操作被视为有吸引力的解决方案，这主要是由于大规模多天线通信的带宽可用性和可能性。然而，毫米波通信由于其对阻塞、高路径损耗和信道不确定性的敏感性而固有地不可靠。因此，为了提供URLLC和高速无线接入，期望将$μ$ W网络的可靠性与毫米波网络的高容量无缝集成。为此，本文介绍了\emph{integrated mmWave-$μ$W}通信的第一个综合教程。这种设想的集成设计将使无线网络能够实现URLLC以及eMBB，这是通过利用两个世界中的最佳世界来实现的：$μ$ W波段的可靠远程通信和毫米波频率的定向高速通信。为了实现这一目标，讨论了关键的解决方案概念，包括无线电接口的新架构、URLLC感知帧结构和资源分配方法以及移动性管理，以实现集成毫米波- $μ$ W通信的潜力。讨论了每种方案的机遇和挑战，并给出了关键结果，以显示所开发的集成毫米波- $μ$ W框架的优点。
2018-10-30 cs.IT cs.NI eess.SP
Intelligent Beamforming and Handover via Physics-Informed Beam-Aware CKM Diffusion
School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学信息与电子学院）；National Mobile Communication Research Laboratory, School of Information Science and Engineering, Southeast University（东南大学信息科学与工程学院移动通信国家重点实验室）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）
针对6G网络中无人机下行通信的波束对齐问题，提出物理信息扩散框架BeamCKMDiff，构建连续波束感知信道知识图，实现端到端连续波束成形与主动双基站切换，在NLoS条件下提升频谱效率并消除链路中断。
2026-09-29 eess.SP
Radar Enhanced Multi-Armed Bandit for Rapid Beam Selection in Millimeter Wave Communications
本文提出将雷达与通信结合以增强多臂老虎机（MAB）学习性能，通过仅搜索雷达检测到移动目标的波束来减少扫描数量和探索时间，从而在大量波束场景下有效降低延迟并提高吞吐量。
2023-06-29 eess.SP
Millimeter-Wave for Unmanned Aerial Vehicles Networks: Enabling Multi-Beam Multi-Stream Communications
随着第五代（5G）移动网络的积极标准化和部署，许多新的车载通信技术被开发以支持和丰富各种应用场景。无人机通信是构建下一代高度可重构移动网络的一种重要解决方案。本文首先从网络、系统和硬件设计的角度对未来无人机应用的挑战进行了研究和展望，然后提出了一种工作在毫米波（mmWave）频段并支持多波束多流通信的无人机空中基站（ABS）原型。在世界上第一个无人机ABS的现场试验测试方面，上下行链路的数据速率为每秒数千兆比特，在温和的恶劣天气条件下具有良好的稳定性和可靠性。
2018-10-16 eess.SP
Energy-Efficient Power Control in Cell-Free and User-Centric Massive MIMO at Millimeter Wave
在无小区大规模多输入多输出架构中，非常大量的分布式接入点同时并联合地服务于少得多的移动站;无小区技术的变体是以用户为中心的方法，其中每个接入点仅服务于减少的移动站集合。本文介绍和分析了毫米波频率的无小区和以用户为中心的架构，考虑基于训练的信道估计阶段，以及下行链路和上行链路数据传输阶段。首先，一个多用户分簇毫米波信道模型，以考虑附近用户的信道之间的相关性，其次，上行链路的多用户信道估计方案描述随着低复杂度的混合模拟/数字波束形成架构。第三，针对下行链路全局能量效率最大化的功率分配的非凸问题。有趣的是，在所提出的方案中，在移动站处不需要信道估计，并且在移动站处使用的波束成形方案是信道无关的并且具有非常简单的结构。数值结果表明，所考虑的架构是有效的，并允许评估的损失所产生的使用的混合波束形成器和由信道估计错误的功率控制程序所授予的好处。
2019-03-27 cs.IT eess.SP math.IT
LiDAR-Aided Mobile Blockage Prediction in Real-World Millimeter Wave Systems
视线链路阻塞是毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）通信网络的可靠性和延迟的关键挑战。本文提出利用LiDAR传感数据来提供对通信环境的感知，并在动态链路阻塞发生之前主动预测它们。这允许网络对切换/波束切换做出主动决策，这增强了其可靠性和延迟。我们制定了激光雷达辅助阻塞预测问题，并提出了第一个现实世界的演示激光雷达辅助阻塞预测毫米波系统。特别是，我们基于DeepSense 6 G结构构建了一个大规模的真实世界数据集，其中包括户外车辆场景中共存的LiDAR和mmWave通信测量。然后，我们开发了一种有效的LiDAR数据去噪（静态聚类去除）算法和一种机器学习模型，可以主动预测动态链路阻塞。基于真实世界的数据集，我们的激光雷达辅助方法被证明在100 ms内预测堵塞发生的准确率达到95%，在1秒内预测堵塞发生的准确率超过80%。如果用于主动切换，所提出的解决方案可以潜在地提供网络延迟的数量级节省，这突出了解决毫米波/亚太赫兹网络中的阻塞挑战的有希望的方向。
2021-11-18 cs.IT eess.SP math.IT
