Adaptive Downlink CoMP in Heterogeneous Cellular Networks with Imperfect Overhead Messaging
协作多点传输（CoMP）是异构蜂窝网络（HetNet）中提高网络吞吐量的有效手段。然而，如果基站（BS）之间发生不完全协调，其性能会严重削弱。许多现有的CoMP工作没有考虑小区间开销消息延迟，使得获得看似惊人的CoMP吞吐量增益。在本文中，量化误差和延迟，实际存在于开销消息建模，我们开发了一个更易于处理的SIR模型的基础上的随机几何框架。提出了一种应用于下行迫零波束形成（ZFBF）的自适应多点协作（CoMP）技术，该技术可以通过延迟开销消息来减轻协作小区的干扰。的用户的SIR的互补累积分布函数（CCDF）的界限的特征在于，使得用户的平均吞吐量是能够分析评估。数值结果表明，所提出的自适应CoMP方案可以使吞吐量增益非常强大的开销延迟，从而显着提高吞吐量，即使在BS不完全协调。
2014-12-14 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Modeling of Cellular Networks: Analysis, Simulation and Experimental Validation
由于新兴蜂窝网络的异构性和部署密度的增加，需要新的灵活和可扩展的方法来对其进行建模、仿真、分析和优化。最近，一种新的方法已经被提出：它是基于点过程的理论，它利用工具，从随机几何的易处理的系统级建模，性能评估和优化。在本文中，我们研究了这种新兴的抽象建模蜂窝网络的准确性，明确考虑到现实的基站位置，建筑物的足迹，空间阻塞和天线辐射模式。更具体地，基站位置和建筑物覆盖区取自英国的两个公开可用的数据库。我们的研究证实，基于随机几何的抽象模型是能够准确地模拟密集的城市环境中的蜂窝网络的通信性能。
2015-06-11 cs.IT math.IT
Modeling and Analysis of Cellular Networks using Stochastic Geometry: A Tutorial
本文介绍了一个教程随机几何（SG）为基础的蜂窝网络分析。本教程的特点是它的深度相对于无线通信的细节和它的重点放在蜂窝网络。本文首先在一个基本的蜂窝网络模型中对基带干扰进行建模和分析。然后，它描述了信号干扰噪声比（SINR）及其相关的性能指标。特别是，一个统一的方法进行错误概率，中断概率和速率分析。虽然本文的主要重点是蜂窝网络，所提出的统一方法适用于其他类型的无线网络，周围的接收器施加干扰保护。然后，本文扩展了基线统一方法，以捕获蜂窝网络特性（例如，频率复用、多天线、功率控制等）。它还提供了与演示和讨论相关的数值示例。最后，我们指出了未来的研究方向。
2016-04-13 cs.IT math.IT
On the Throughput-Delay Tradeoff in Cellular Multicast
在本文中，我们采用跨层的设计方法来分析在一个单一的细胞系统中的多播信道的吞吐量和延迟的折衷。为了说明主要思想，我们从单组情况开始，即，纯组播，其中所有用户请求公共信息流。我们考虑三类调度算法的复杂性逐渐增加。第一类通过采用静态调度策略和无记忆解码来争取最小的复杂度。我们对这类调度算法的分析揭示了静态调度策略的存在，该策略以延迟为代价实现了吞吐量的最优缩放定律，该延迟随用户数呈指数级增加。第二种调度策略采用更高复杂度的增量冗余编码/解码策略，以实现更好的吞吐量-延迟权衡。第三，也是最复杂的，调度策略受益于不同用户之间的合作，以最小化延迟，同时实现吞吐量的最佳缩放定律。特别是，所提出的合作组播策略，同时实现最佳的缩放定律的吞吐量和延迟。然后，我们推广我们的调度算法，利用多组多样性时，不同的信息流的用户群体的不同子集的要求。最后，我们讨论了潜在的增益的影响，配备多个发射天线的基站和目前的仿真结果，验证我们的理论主张。
2005-06-07 cs.IT math.IT
Delay-Optimal User Scheduling and Inter-Cell Interference Management in Cellular Network via Distributive Stochastic Learning
针对具有M个基站和K个用户的蜂窝下行链路系统，提出了一种分布式的蜂窝小区内用户调度和小区间干扰管理控制方案。每个BS具有K个下行链路队列，分别用于具有不同到达和延迟要求的K个用户。ICI管理控制在慢时间尺度上自适应于联合队列状态信息（QSI），而用户调度控制在较快时间尺度上自适应于联合QSI和联合信道状态信息（CSI）两者。我们发现，该问题可以建模为一个无限的地平线平均成本部分观察马尔可夫决策问题（POMDP），这是NP-困难的一般。利用问题的特殊结构，我们将得到一个等价的Bellman方程来求解POMDP问题。为了解决分布式的要求和问题的维数和计算复杂度，我们推导出一个分布式的在线随机学习算法，它只需要本地QSI和本地CSI在每个M BS。我们表明，所提出的学习算法几乎肯定收敛（概率为1），并且与各种基线相比具有显着的增益。该算法的线性复杂度为O（MK）。
2010-09-13 cs.IT math.IT
Stochastic Ordering based Carrier-to-Interference Ratio Analysis for the Shotgun Cellular Systems
开发了一种基于随机排序的简单分析工具，用于比较基站按照某些非齐次Poisson点过程随机分布的两个蜂窝系统的移动站载干比分布。通过仅研究基站密度而不必求解通常难以获得的载波干扰比的分布，可以方便地进行比较。
2011-10-14 cs.IT math.IT
Delay Minimizing User Association in Cellular Networks via Hierarchically Well-Separated Trees
我们研究下行链路延迟最小化的上下文中的蜂窝用户关联策略，将移动用户映射到基站。我们注意到，延迟最小用户关联问题适合于更广泛的网络效用最大化类，可以作为一个非凸二次规划。这种非凸性激发了一个分裂的二次目标函数，它捕获了原始问题的固有权衡：与提供最高信号干扰噪声比（SINR）的站相关联，与拥塞最少的站相关联。我们发现分裂长期制定是服从线性化的分层良好分离树（HST），它提供了一个线性近似恒定失真的嵌入基站。我们提供了一个数值比较的几个问题的配方，并发现，适当的优化参数选择，二次重构产生的关联政策的总和延迟，接近原来的网络效用最大化。我们还评论更困难的问题时，空闲基站（那些没有关联的用户）被停用。
2015-01-11 cs.IT cs.NI math.IT
Design and Analysis of Initial Access in Millimeter Wave Cellular Networks
初始接入是允许移动用户首先连接到蜂窝网络的过程。它包括两个主要步骤：下行链路上的小区搜索（CS）和上行链路上的随机接入（RA）。毫米波（mmWave）蜂窝系统通常必须依赖于定向波束成形（BF）以便创建可行的连接。因此，在毫米波蜂窝网络的初始接入过程中，必须学习并使用波束成形方向。本文认为，四个简单的，但有代表性的初始接入协议，使用各种组合的定向波束成形和全向发送和接收在移动和BS，在CS和RA阶段。我们提供了一个系统级的成功概率分析CS和RA的每一个，以及初始接入延迟和用户感知的下行链路吞吐量（UPT）。对于基线穷举搜索协议，我们找到了最佳BS波束宽度，并观察到，在初始接入延迟方面，它随着阻塞变得更加严重而减小，但对于UPT是相对恒定的（约$π/12$）。所考虑的协议，初始接入延迟和UPT之间的最佳权衡下实现快速小区搜索协议。
2017-03-24 cs.IT math.IT
Physical Layer Security in Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
基于随机几何框架研究了大规模蜂窝网络中的信息论保密性能。基站和移动用户的位置被建模为独立的二维泊松点过程。我们认为，蜂窝网络的两个重要特征，即，基站和小区关联之间的信息交换，表征其对任意下行链路传输的可实现的保密率的影响与一定部分的移动用户作为潜在的窃听者。特别是，听话的结果提出了各种假设下的窃听者的位置信息的可用性在服务基站，它捕获的好处，从基站之间的位置信息的交换。
2013-03-07 cs.IT math.IT
Spatiotemporal Stochastic Modeling of IoT Enabled Cellular Networks: Scalability and Stability Analysis
物联网（IoT）本质上是大规模的，这表现在大量连接的设备以及它们广阔的空间存在。蜂窝网络提供无处不在、可靠和高效的无线接入，是为物联网产生的数据海啸提供第一英里接入的自然候选者。然而，蜂窝网络可能具有向大量连接的事物提供上行链路连接的可扩展性问题。为了表征物联网环境下蜂窝上行链路的可扩展性，提出了一种基于蜂窝上行链路连接的物联网设备流量感知时空数学模型。所开发的模型基于随机几何和排队论，以考虑每个IoT设备的流量需求、不同的传输策略以及IoT设备之间的相互干扰。为此，开发的模型被用来表征蜂窝网络可以容纳物联网流量的程度，以及评估和比较三种不同的传输策略，这些策略结合了传输持久性、退避和功率提升。分析和结果清楚地说明了物联网对蜂窝网络施加的可扩展性问题，并为每种传输策略的有效场景提供了见解。
2017-02-26 cs.IT math.IT
Multi-User Coverage Probability of Uplink Cellular Systems: a Stochastic Geometry Approach
分析了分数功率控制下多用户上行蜂窝网络的覆盖概率。我们使用一个随机的几何方法，移动用户分布为泊松点过程（PPP），而服务基站（BS）被放置在原点。使用有条件的细化，我们能够计算的覆盖概率的$k$用户被分配一组正交资源在感兴趣的小区，获得这个概率的分析表达式，考虑到他们各自的服务BS的距离。这些表达式给出了有用的见解之间的相互作用的功率控制策略，干扰水平和系统中不同用户之间的公平程度。
2014-04-03 cs.IT math.IT
Treating Interference as Noise in Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
当干扰足够低时，将干扰视为噪声（TIN）的干扰管理技术是最佳的。最近已经提出了基于TIN最优性条件的调度算法，例如，以应用于设备到设备通信。然而，TIN从未被应用于蜂窝网络。在这项工作中，我们提出了一个调度算法应用到蜂窝网络，是基于TIN的最优性条件。在所提出的调度算法中，每个基站（BS）首先在其覆盖区域内随机选择一个用户设备（UE），然后检查TIN最优性条件。如果不满足后一条件，则BS被关闭。为了评估三角网应用于蜂窝网络的性能，我们介绍了一个分析框架的援助随机几何理论。我们开发，特别是，易于处理的信号干扰噪声比（SINR）的覆盖概率和蜂窝网络的平均速率的表达式。此外，我们进行渐近分析，找到最佳的系统参数，最大化的SINR覆盖概率。通过使用优化的系统参数，它示出了TIN应用于蜂窝网络产生显着的增益的SINR覆盖概率和平均速率。具体来说，数值结果表明，平均速率增益的顺序$21\%$在传统的调度算法。
2018-07-02 cs.IT math.IT
Stochastic Geometric Coverage Analysis in mmWave Cellular Networks with a Realistic Channel Model
毫米波（mmWave）频带作为下一代蜂窝网络的可能候选已经吸引了越来越多的关注，因为可用频谱比当前蜂窝分配大几个数量级。为了精确设计毫米波系统，重要的是要检查大规模部署下的毫米波干扰和SIR覆盖。为此，我们应用一个准确的毫米波信道模型，从实验中得出，到一个分析框架的基础上随机几何。在这种方式中，我们得到一个封闭形式的SIR覆盖概率在大规模的毫米波蜂窝网络。
2017-05-02 cs.IT cs.NI math.IT
Impact of Artificial Noise on Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
研究了多小区蜂窝网络中人工噪声对目标小区保密性能的影响。虽然AN被证明是确保点对点/单小区机密传输的有效方法，但它会增加多小区蜂窝网络中的小区间干扰，这可能会降低网络的可靠性和保密性能。为了分析目标小区的平均保密性能，这是显着的利益，我们采用了混合蜂窝部署模型，其中目标小区是一个固定大小的圆和目标小区外的基站（BS）被建模为一个齐次泊松点过程（PPP）。我们调查的影响AN的可靠性和安全性的用户在目标小区中存在的导频污染，使用随机几何方法。给出了目标小区中其蜂窝用户（CU）的平均连接中断和保密中断的分析结果，便于评估目标小区中随机选择的CU的平均保密吞吐量。它表明，与期望信号和AN之间的优化功率分配，AN方案是一个有效的解决方案，在多小区蜂窝网络中的通信安全。
2016-08-18 cs.IT math.IT
Downlink Coordinated Multi-Point with Overhead Modeling in Heterogeneous Cellular Networks
协作多点（CoMP）通信对于异构蜂窝网络（HCN）来说是有吸引力的，以减少干扰。然而，先前的CoMP方法在HCN中面临两个主要障碍。首先，它们通常忽略小区间开销消息传递延迟，尽管它导致不可降低的性能界限。其次，他们考虑了基站位置的网格或Wyner模型，这不适合于众多且随机的HCN BS位置。即使对于没有重叠的小小区的常规宏小区网络，SINR结果在网格模型中也不容易处理，在Wyner模型中也不准确。为了克服这些障碍，我们开发了一种新的分析框架，其中包括开销延迟的影响，在HCN的CoMP评估。该框架可用于一类没有用户数据共享的CoMP方案。作为一个例子，我们将其应用到下行链路CoMP迫零波束成形（ZFBF），并看到显着的分歧从以前的工作。例如，我们表明，CoMP ZFBF不增加吞吐量时，开销信道延迟大于60%的信道相干时间。我们还发现，在大多数情况下，仅与一个其他小区协调几乎是下行链路CoMP ZFBF的最佳选择。
2012-10-19 cs.IT math.IT
Spatio-Temporal Analysis of Cellular Networks with Cell-Center/Edge Users
各种类型业务的出现带来了蜂窝网络中业务量的爆炸式增长以及多样化的业务特性。全面了解各种业务状况对网络性能的影响对于下一代无线网络的部署至关重要。在本文中，我们开发了一个数学分析模型，利用排队论和随机几何的交通和地理位置的随机性，可以捕获。我们分别推导出了小区中心用户（CCU）和小区边缘用户（CEU）的条件成功概率的b阶矩和Meta分布的闭式表达式。然后，考虑随机到达业务量，建立固定点方程，得到Meta分布的精确值，揭示了随机到达业务量对排队状态的影响.此外，推导了CCU和CEU的平均本地延迟，并得到了CCU和CEU的平均本地延迟保持有限的相应区域。最后，通过数值计算，分析了临界网络参数对Meta分布和平均局部时延的影响。
2020-06-16 cs.IT math.IT
Delay Analysis for Wireless D2D Caching with Inter-cluster Cooperation
主动无线缓存和D2 D通信已经成为用于增强用户的服务质量和网络性能的有前景的技术。在本文中，我们提出了一种新的架构D2 D缓存与集群间的合作。我们研究了一个蜂窝网络中，用户缓存流行的文件，并与其他用户在他们附近通过D2 D通信或与远程用户使用蜂窝传输共享它们。我们从排队的角度来描述每个请求的网络平均延迟。具体来说，我们制定的延迟最小化问题，并表明它是NP-难的。此外，我们证明了延迟最小化问题是等价的最小化一个非增单调超模函数的分区拟阵约束。提出了一种计算效率高的贪心算法，证明了该算法在最优值的2倍内是局部最优的。仿真结果表明，超过45%的延迟减少相比，D2 D缓存系统没有集群间的合作。
2017-08-23 cs.IT math.IT
Unified Stochastic Geometry Model for MIMO Cellular Networks with Retransmissions
本文提出了一个统一的数学范式，随机几何的基础上，下行蜂窝网络与多输入多输出（MIMO）基站（BS）。所开发的范例占信号重传解码错误时，其中捕获的原始和重传信号的信号干扰噪声比（SINR）之间的时间相关性。除了对重传对网络性能的影响进行建模外，所开发的数学模型还为MIMO蜂窝网络文献提供了双重分析统一。首先，它将有形的解码错误概率和抽象的（即，调制方案和接收机类型不可知）中断概率分析，这在文献中很大程度上是不相交的。其次，统一了对不同MIMO配置的分析。通过高斯信令近似以及MIMO蜂窝网络中每数据流SINR的等效SISO表示来抽象干扰信号中传达的不必要信息，从而实现统一的MIMO分析。我们表明，建议的统一简化了分析，而不牺牲模型的准确性。为此，我们讨论了不同的MIMO方案所施加的分集复用的折衷，并阐明了由于原始和重传信号的SINR之间的时间相关性的分集损失。最后，强调了几个设计见解。
2016-04-11 cs.IT math.IT
Modeling Cellular Networks with Full Duplex D2D Communication: A Stochastic Geometry Approach
如果实现足够的自干扰消除（SIC），则乐观地促进全双工（FD）通信以使频谱效率加倍。然而，当在大规模设置中部署FD通信时，由于所引起的相互干扰，这是不正确的。因此，有必要进行大规模的研究，以得出与FD通信相关的收益的合理结论。本文研究了用于蜂窝网络中共享上行链路资源的移动设备到设备（D2 D）通信的FD操作。我们提出了一个不相交的微调选择标准的D2 D和FD操作模式。然后，我们开发了一个易于处理的分析范式，基于随机几何，计算蜂窝和D2 D用户的中断概率和速率。结果表明，即使在完美SIC的情况下，由于FD-D2 D通信注入到网络的干扰增加，使所有邻近UE在FD-D2 D中进行发送对于网络也是不利的。然而，如果仔细地调整系统参数，则可以收获非平凡的网络频谱效率增益（所示的64）。我们还研究了不完美的SIC和D2 D链路距离分布对收获的FD增益的影响。
2016-08-22 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Analysis of Normalized SNR-Based Scheduling in Downlink Cellular Networks
通过将基站和用户的位置建模为两个独立的Poison点过程，推导了下行蜂窝网络中基于归一化信噪比调度的覆盖概率和平均数据率.调度器选择具有由短期平均SNR归一化的最大瞬时SNR的用户。在归一化SNR调度中，当期望信号经历瑞利衰落时，覆盖概率由干扰的概率密度函数的一系列拉普拉斯变换给出。此外，封闭形式的表达的覆盖概率近似实现。结果表明，归一化SNR调度由于多用户分集增益而增加了覆盖概率。
2017-03-29 cs.IT 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
Stochastic Geometric Analysis of Energy-Efficient Dense Cellular Networks
密集蜂窝网络（DenseNets）正在迅速成为现实，基站（BS）的快速部署旨在满足爆炸性的数据流量需求。然而，在传统系统中，这伴随着更高的网络干扰和能量消耗的惩罚。为了以可持续的方式支持网络密集化，系统行为应该是“负载成比例的”，从而允许网络的某些部分按需激活。在这项工作中，我们开发了一个分析框架，使用工具从随机几何理论的性能分析的DenseNets负载感知是明确嵌入在设计中。该模型利用灵活的蜂窝网络架构，其中数据和信令通信功能完全分离。使用所提出的模型，我们确定了满足某些最低服务标准的最节能的部署解决方案，并通过动态睡眠方式分析了相应的省电。基于最先进的系统参数，具有单独的信令宏小区层的数据平面的同构微微部署被揭示为未来密集城市环境中最节能的解决方案。
2016-10-21 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Modeling and Analysis of Multi-Tier Millimeter Wave Cellular Networks
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，这是来自最近报道的实验数据。路径损耗模型考虑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，并依赖于典型毫米波网络部署的噪声限制近似，获得了用于计算覆盖概率和平均速率的简单而精确的积分以及近似和封闭形式的公式。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。建议的数学框架是适用于小区关联标准的基础上最小的路径损耗和最高的接收功率。它考虑了波束成形对准误差和多层蜂窝网络部署。数值结果证实，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。
2014-10-14 cs.IT math.IT
Energy Efficient Power Allocation for Device-to-Device Communications Underlaid Cellular Networks Using Stochastic Geometry
在本文中，我们研究了多个频段上的蜂窝网络下的D2D通信的上行链路中的能量效率最大化问题。利用随机几何，我们推导出封闭形式的表达式的平均和速率，成功的传输概率，和能量效率的蜂窝和D2D用户。然后，我们制定了一个优化问题，以联合最大化D2D和蜂窝用户的能量效率，并获得最佳的D2D和蜂窝用户的传输功率。在优化问题中，我们通过考虑每个链路上的成功传输概率来保证用户的QoS。为了解决这个问题，我们首先将问题转化为标准凸形式。之后，我们解决了两个阶段的问题，能源效率最大化的设备和能源效率最大化的蜂窝用户。在第一阶段，我们最大限度地提高D2D用户的能源效率，并将解决方案提供给第二阶段，在第二阶段，我们最大限度地提高蜂窝用户的能源效率。仿真结果表明，可以获得显著的能量效率，在高密度场景下，与固定传输功率相比，能效提高10%。
2019-09-06 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Geometry Analysis of Multi-Antenna Two-Tier Cellular Networks
本文研究了多天线双层网络在不同系统配置下的关键特性。基于随机几何，我们推导出用户平均数据率的表达式和近似。通过更易处理的近似，理论分析可以大大简化。我们发现，两层之间的密度和发射功率的差异，以及范围扩展偏差显着影响用户的数据率。此外，为面积频谱效率（ASE）最大化的目的，我们发现，每一层的最佳数量的活跃用户是近似固定的一部分的天线数量加1的总和。有趣的是，最佳设置对两个层之间的不同配置不敏感。最后但并非最不重要的是，如果宏基站（MBS）的天线数量足够大于小小区基站（SBS）的天线数量，我们发现范围扩展将改善ASE。
2016-01-15 cs.IT math.IT
SIR Meta Distribution of K-Tier Downlink Heterogeneous Cellular Networks with Cell Range Expansion
异构蜂窝网络（HCN）是蜂窝网络演进的必要步骤。在本文中，我们申请的信号干扰比（SIR）Meta分布框架的一个细化的SIR性能分析的HCN，专注于K层异构蜂窝网络的基础上均匀独立泊松点过程（HIP）模型，范围扩展偏差（卸载偏差）在每一层。整个网络和每一层的条件成功概率的b阶矩的表达式推导，基于此确切的Meta分布和β近似进行评估和比较。得到了各层的平均成功概率、条件成功概率方差、平均局部时延和渐近SIR增益等关键性能指标。结果表明，偏差对整个网络的平均成功概率是不利的，单层PPP网络的一阶矩曲线的水平移动版本可以很好地近似每一层的条件成功概率的b阶矩曲线（对SIR阈值）。我们还提供了基站的活动概率的区域的下界，以保持每层的平均本地延迟有限。
2018-03-01 cs.IT math.IT
Stochastic Geometry Analysis of Sojourn Time in Multi-Tier Cellular Networks
在下一代无线服务中，移动性的影响将越来越重要，相关的挑战也需要解决。逗留时间，移动用户停留在小区内的持续时间，是可以显著影响移动用户的性能的移动性感知参数，并且还可以利用它来改进网络中的资源分配和移动性管理方法。在本文中，我们推导出在多层蜂窝网络中的逗留时间的分布和平均值，在每一层中的基站（BS）的空间分布遵循一个独立的齐次泊松点过程（PPP）。为了得到具有最大偏置平均接收功率关联的多层蜂窝网络中的逗留时间分布，我们推导了每层蜂窝网络的线性接触分布函数和弦长分布。我们还研究了平均逗留时间和其他流动性相关的性能指标之间的关系。我们发现，平均逗留时间是成反比的切换率，和互补累积分布函数（CCDF）的逗留时间是有界的从上面的切换概率的补充。此外，我们还研究了用户速度和网络参数对逗留时间的影响。
2020-01-07 cs.IT math.IT
The Intensity Matching Approach: A Tractable Stochastic Geometry Approximation to System-Level Analysis of Cellular Networks
介绍了一种易于处理的蜂窝网络性能评估和优化的强度匹配方法。它假设基站被建模为泊松点过程的点，并利用随机几何进行系统级分析。它的基本原理依赖于观察系统级的性能是由底层空间泊松点过程的转换的强度测量。通过近似的原始系统模型与一个简化的，其性能是由一个数学上方便的强度测量，易于处理的，但准确的积分表达式计算面积光谱效率和潜在的吞吐量。所考虑的系统模型考虑了许多实际方面，对于易处理性，这些方面通常被忽略，例如，视线和非视线传播、天线辐射模式、业务负载、实际小区关联、一般衰落信道。更重要的是，所提出的方法方便地制定了几个系统参数的影响，例如，基站和阻塞的密度。这种新的和一般的方法的有效性进行了验证的援助经验数据的基站的位置和密集的城市环境中的建筑物的足迹。
2016-04-10 cs.IT math.IT
Adaptive Rate NOMA for Cellular IoT Networks
物联网（IoT）技术被设想为通过互连数十亿个传感器/设备来实现各种实时应用，这些传感器/设备被部署来观察一些随机的物理过程。这些物联网设备依赖于低功耗广域无线连接来传输其相关随机过程的状态更新，大多数情况下是固定的，但规模较小。蜂窝网络被视为向物联网设备提供可靠无线连接的自然候选者。然而，对这些大量设备的常规正交多址（OMA）预计会降低频谱效率。作为OMA的一种有前途的替代方案，蜂窝基站（BS）可以采用非正交多址（NOMA）来进行移动用户和IoT设备的上行链路传输。特别地，上行链路NOMA可以被配置为使得移动用户可以基于其信道条件来适配传输速率，而IoT设备以固定速率进行传输。对于这种设置，我们使用随机几何分析移动用户的遍历容量和物联网设备的平均本地延迟。我们的分析表明，当物联网设备的延迟约束严格时，上述NOMA配置可以为移动用户提供比OMA更好的遍历容量。此外，我们还表明，在相同的延迟约束下，NOMA可以支持比OMA更大的物联网设备的数据包大小。
2021-12-03 cs.IT eess.SP math.IT
A Primer on Cellular Network Analysis Using Stochastic Geometry
本教程旨在为有兴趣学习如何使用随机几何建模和分析蜂窝网络性能的人提供一个可访问但严格的第一参考。特别是，我们专注于计算信号干扰噪声比（SINR）分布，其特征在于覆盖概率（SINR CCDF）或中断概率（CDF）。我们在网络中的基站（BS）作为一个实现的密度$λ$的齐次泊松点过程的模型，并计算三个主要情况下的SINR：下行链路，上行链路，最后的多层下行链路，其特征在于具有$k$层的BS，每个具有一个独特的密度$λ_i$和发射功率$p_i$。这三个基线结果已经被广泛地扩展到许多不同的场景，我们总结了其中一些扩展的简短摘要。
2016-10-05 cs.IT cs.NI math.IT
Decoding Delay Guarantees of Space Regulated Multiple Access Random Wireless Networks using Successive Interference Cancellation
Inria, INSA Lyon, CITI（法国国家信息与自动化研究所，里昂国立应用科学学院，信息与通信研究所）；INRIA-ENS（法国国家信息与自动化研究所，巴黎高等师范学院）；Telecom Paris（巴黎电信学院）
本文研究了无线网络中满足信号干扰噪声比阈值η_0的解码延迟保证问题，采用空域网络计算方法量化了蜂窝外网络上行链路的最坏传输解码延迟。
2026-09-21 cs.IT cs.NI math.IT
Assessing the robustness of critical behavior in stochastic cellular automata
有证据表明，生物系统，如大脑，工作在一个临界状态下，对噪音具有鲁棒性，因此能够在扰动下保持稳定。在这项工作中，我们解决的关键系统的鲁棒性噪声的问题。特别是，我们研究了随机元胞自动机（CA）在临界状态下的鲁棒性。随机元胞自动机是一种最简单的随机模型显示的临界性。随机元胞自动机的过渡态是通过一组概率来定义的。我们系统地扰动已知产生临界行为的最佳随机CA的概率，我们报告说，这样的CA能够保持在一个临界状态到一定程度的噪声。我们提出的结果使用误差度量的幂律拟合，如Kolmogorov-Smirnov统计和Kullback-Leibler分歧。我们讨论了我们的研究结果对未来实现脑启发的人工智能系统的影响。
2022-08-01 cs.IT cs.NE math.IT
Performance Analysis of Split Preamble RAN Over-load Protocol for M2M Communications in Cellular Networks
3G/4G网络中的机器类型通信（MTC）最近由于与泊松类型H2 H业务相反的业务特性的突发性质而得到更多关注。在文献中已经提出了大量的方法。在本文中，我们给出了一个数学模型的性能分析的不相交分配（DA）和联合分配（JA）方法分配给M2M和H2 H用户的权限。在早期的工作中，我们已经研究了两种可能的分裂前导码方法对MTC用户的冲突概率和能量减少的性能。本文利用$K$阶马尔可夫链方法建立了RACH过程中JA/DA方法的随机模型，并从碰撞概率、接入成功概率、平均接入时延、前导码发送统计量和M2M用户接入时延统计量等方面进行了性能分析。基于给定的成功接入延迟阈值，推导出预留前导码集的最佳数目。数值结果验证了仿真结果，并表明该模型可以准确地估计JA/DA方法的性能。
2015-08-31 cs.IT cs.NI math.IT
Stability Analysis of Device-to-Device Relay-Assisted Cellular Networks
针对D2D中继辅助蜂窝网络，本文考虑突发到达、用户移动和中继自有流量，刻画稳定性区域，并提出联合资源分配与功率控制策略以实现吞吐量最优。
2018-10-31 cs.IT cs.NI math.IT
Complexity and Stochastic Synchronization in Coupled Map Lattices and Cellular Automata
现在的问题是“什么是复杂性？”是一个需要回答的挑战这个问题引发了物理学、生物学、数学和计算机科学等前沿领域的大量工作。甚至当本世纪被告知是复杂性的世纪时。虽然回答上述问题似乎并不紧迫，但在文献中可以找到就此提出的许多不同建议。在这方面，本章收集了几篇关于统计复杂性和随机过程的文章。
2010-09-02 cs.IT math.IT nlin.CD
In-Band $α$-Duplex Scheme for Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach
带内全双工（FD）通信已得到乐观推广，以提高频谱利用率和效率。然而，由于施加的上行链路/下行链路干扰，FD通信向蜂窝网络域的渗透是具有挑战性的。本文提出了一个易于处理的框架，随机几何的基础上，研究在蜂窝网络中的FD通信。特别是，我们评估FD通信对网络性能的影响，并量化相关的收益。该研究证明了上行链路对下行链路干扰的脆弱性，并表明在下行链路中收获的改进的FD速率增益（高达$97\%$）是以上行链路速率的显著降级（高达$94\%$）为代价的。因此，我们提出了一种新的细粒度的重叠方案，表示为$α$双工方案，它允许上行链路和下行链路频带之间的部分重叠。我们推导出所需的条件收获率增益的$α$双工计划，并显示其优越性的FD和半双工（HD）计划。特别是，我们表明，$α$双工方案提供了一个同时改善$28\%$的下行链路速率和$56\%$的上行链路速率。最后，我们表明，重叠量可以优化的基础上的网络设计目标。
2016-07-11 cs.IT math.IT stat.AP
Initial Access in 5G mm-Wave Cellular Networks
毫米波频率（大约在10 GHz以上）的大量可用带宽有可能大大增加第五代蜂窝无线系统的容量。然而，为了克服在这些频率处经历的高各向同性路径损耗，在基站和移动用户设备处都需要高方向性以在广域网中建立足够的链路预算。这种对方向性的依赖对于控制层过程具有重要意义。由于需要基站和用户找到用于定向发送和接收的适当对准，初始接入尤其可能被显著延迟。本文提供了一个调查最近提出的几种技术，用于此目的。覆盖和延迟分析进行比较各种技术，包括穷举和迭代搜索，上下文信息为基础的算法。我们表明，最佳策略取决于目标信噪比制度，并提供指导方针，以表征作为系统参数的函数的最佳选择。
2016-05-24 cs.IT cs.NI math.IT
3GPP-inspired Stochastic Geometry-based Mobility Model for a Drone Cellular Network
本文研究了基于随机几何的无人机蜂窝网络时变性能的表征，其中无人机基站（DBS）的初始位置被建模为泊松点过程（PPP），并且每个DBS被假设为在随机方向上沿直线移动。该无人机放置和轨迹模型密切模仿第三代合作伙伴计划（3GPP）用于无人机相关研究的模型。假设地面上典型用户设备（UE）的最近邻关联策略，我们考虑用于服务DBS的移动性的两个模型：（i）UE独立模型，和（ii）UE依赖模型。使用来自随机几何的位移定理，我们表征了典型UE所看到的时变干扰场，使用该时变干扰场，我们导出了典型UE处的时变覆盖概率和数据率。我们还比较了我们的模型与更复杂的移动模型，其中DBS可能会在非线性轨迹移动，并证明了我们的模型估计的覆盖概率和速率作为这些更一般的模型的下限。据我们所知，这是第一次对3GPP启发的无人机移动模型进行严格分析，并建立该模型与更一般的非线性移动模型之间的联系。
2019-05-08 cs.IT eess.SP math.IT
Beef up mmWave Dense Cellular Networks with D2D-Assisted Cooperative Edge Caching
边缘缓存技术通过在小型基站（SBS）中主动缓存流行内容，从而减少超密集网络中的内容检索延迟，减轻回程链路的巨大负担。然而，单个SBS的约束缓存资源显著地抑制了边缘缓存的性能。在本文中，我们提出了一个设备到设备（D2D）辅助合作边缘缓存（DCEC）毫米波（mmWave）密集网络的政策，合作利用用户和SBS的缓存资源在附近。在所提出的DCEC策略中，可以根据内容流行度将内容缓存在用户的设备或SBS中，并且用户可以经由D2D链路从相邻用户或经由蜂窝链路从相邻SBS检索所请求的内容，以有效地利用缓存分集。与需要复杂的干扰管理技术来抑制干扰的较低频段中的现有协作缓存策略不同，我们利用毫米波系统中的定向天线来确保高传输速率，同时减轻干扰足迹。考虑到实际的定向天线模型和网络密度，基于网络拓扑的随机信息，推导了回程卸载性能和内容检索延迟的闭合表达式。此外，分析结果表明，随着网络密度的增加，通过D2D链路的内容检索延迟显著增加，而通过蜂窝链路的内容检索延迟略有增加。综合仿真验证了我们的理论分析，并表明，该政策可以实现更高的性能，卸载回程流量，减少内容检索延迟相比，最先进的最流行的缓存（MPC）政策。
2023-01-02 cs.IT cs.SY eess.SY
Design of a Stochastic Traffic Regulator for End-to-End Network Delay Guarantees
在诸如因特网的分组交换网络中提供端到端网络延迟保证对于任务关键和延迟敏感的数据传输是非常期望的，然而它仍然是一个具有挑战性的开放问题。由于确定性边界的松散性，已经提出了各种随机网络演算的框架，至少在理论上提供了更严格的网络延迟概率边界。然而，很少有人关注的问题，根据随机突发性界，这是必要的，以保证在实践中的延迟范围的流量调节。我们设计和分析了一个随机流量调节器，可以用来与随机网络演算的结果，提供概率保证端到端的网络延迟。数值结果证明了所提出的流量调节器的性能。
2020-08-18 cs.IT cs.NI math.IT
Time-based Handover Skipping in Cellular Networks: Spatially Stochastic Modeling and Analysis
在无线蜂窝通信网络的背景下，切换（HO）管理引起了研究的关注。HO管理的一个关键问题是处理移动用户经历的越来越多的HO。为了解决这个问题，近年来已经研究了HO跳过技术。在本文中，我们提出了一种新的HO跳过方案，即基于时间的HO跳过。在所提出的方案中，用户的HO由一定的固定时间段控制，我们称之为跳过时间。可以将跳过时间作为系统参数来管理，从而实现HO跳过的灵活操作。我们分析了该方案的传输性能的基础上的随机几何方法。在用户执行基于时间的HO跳过的情况下，我们推导出两个性能指标的解析表达式：HO速率和期望的数据率。分析结果表明，具有基于时间的HO跳过的场景优于没有HO跳过的场景，特别是当用户快速移动时。此外，我们发现，有一个唯一的最佳跳过时间最大化的传输性能，我们近似获得。
2020-08-24 cs.IT cs.NI math.IT
