[論文レビュー] Effective Resource Sharing in Mobile-Cell Environments

Shan Jaffry, Syed Faraz Hasan+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2018

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 27被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、車両ネットワークにおける移動セル（MCs）のアクセスリンク（AL）とバックホールリンク（BH）または車外のセルラーユーザーとの間で周波数再利用を可能にする動的リソース共有アルゴリズム（DRSA）とパワーコントロール方式を提案する。この手法は、干渉を低減するために逐次干渉キャンセレーション（SIC）を活用し、車内ユーザーのサービス品質（QoS）を維持しながら、追加のサブチャンネルを必要としないスペクトル効率の向上を実現する。主な貢献は、追加のサブチャンネルを要しないスペクトル効率の向上である。

ABSTRACT

The mobile users on board vehicles often experience low quality of service due to the vehicular penetration effect, especially at the cell edges. The so-called mobile-cells are installed inside public transport vehicles to serve the commuters. On one end, the mobile-cells have a wireless backhaul connection with the nearest base station, and on the other, they connect wirelessly to the in-vehicle users over access links. This paper integrates the mobile-cells within the cellular networks by reusing their sub-channels. Firstly, this paper proposes an algorithm that allows spectrum sharing for access-link with out-of-vehicle cellular users or MC's backhaul-links. Secondly, it proposes a scheme for controlling the transmit power over the access link to mitigate interference to the backhaul-link, while maintaining high link quality for in-vehicle users.

研究の動機と目的

• 既存の手法でMCアクセスリンクとバックホールリンクに専用のサブチャンネルを割り当てることに起因するスペクトル非効率性を是正すること。
• 同じサブチャンネルを使用する場合に、空間的に近接するMCのアクセスリンクとバックホールリンクの間の干渉を低減すること。
• MCアクセスリンクと、車外のセルラーダウンリンクユーザーまたはMCバックホールリンクとの間でリソース共有を可能にし、サービス品質を低下させないようすること。
• 動的パワーコントロールを用いて、外部のセルラーユーザーと共存させながら、車内ユーザーの高いサービス品質（QoS）を維持すること。
• レイノルズ周波数フェージングとポアソン点過程に基づくネットワークモデル下での共有リンク（BH、AL、およびセルラーダウンリンク）のエルゴディックレート解析のフレームワークを構築すること。

提案手法

• MCアクセスリンクとバックホールリンクまたは車外のセルラーダウンリンク送信との間で周波数再利用を可能にする動的リソース共有アルゴリズム（DRSA）を提案する。
• MCアクセスリンクのためのパワーコントロール方式を導入し、バックホールリンクへの干渉を低減するとともに、車内ユーザーの高い信号品質を維持する。
• MC受信機で逐次干渉キャンセレーション（SIC）を採用し、強い信号を復元・減算することで、ALとBHまたはALとセルラーダウンリンクの周波数共有を可能にする。
• 確率的幾何学的手法とラプラス変換を用いて、共有バックホール、アクセス、およびセルラーダウンリンクのエルゴディックレートの閉形式表現を導出する。
• マクロセルeNB、スモールセル、およびMCの空間的分布をポアソン点過程モデルで表現し、複数の干渉源からの干渉をモデル化する。
• エルゴディックレート式に含まれる解けない積分を数値積分により解くために、変数変換（例：g = 1/(1+τ)）を用い、実用的展開に向けた計算可能性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QoSを低下させることなく、移動セルアクセスリンクとバックホールリンクまたは車外のセルラーダウンリンク送信との間で周波数を効率的に共有できるか？
• RQ2 同じサブチャンネルを使用する共存するMCアクセスリンクとバックホールリンクの間の干渉をどのように低減できるか？
• RQ3 アクセスリンクでの高品質受信を保証するとともに、バックホールリンクへの干渉を最小限に抑えるパワーコントロール戦略は何か？
• RQ4 レイノルズフェージングと空間的ランダムネスの下で、共有バックホール、アクセス、およびセルラーダウンリンクのエルゴディックレートはどの程度達成可能か？
• RQ5 SICベースの信号処理により、同じ周波数帯で複数のMCリンクの信頼性ある共存が可能になるか？

主な発見

• 提案されたDRSAにより、追加のサブチャンネルを必要とせず、MCアクセスリンクとバックホールリンクまたは車外のセルラーダウンリンクリンクとの間で周波数共有が可能となり、スペクトル効率が向上する。
• パワーコントロール方式により、バックホールリンクへの干渉が効果的に低減され、信頼性の高い受信が確保され、車内ユーザーの高い信号品質が維持される。
• SICにより、共有サブチャンネル上での複数信号の正常な復元が可能となり、空間的に近接しているアクセスリンクとバックホールリンクの共存が実現できる。
• 確率的幾何学的手法とラプラス変換を用いて、バックホール、アクセス、およびセルラーダウンリンクのエルゴディックレート式が閉形式で導出され、性能評価が可能になる。
• 数値結果により、提案手法が高いスペクトル効率とQoSを維持していることが確認され、干渉が最も深刻となるセルエッジ領域でも同様の効果が得られる。
• 変数変換（例：g = 1/(1+τ)）の使用により、複雑なエルゴディックレート式の数値積分が可能となり、実用的展開に向けた解析の妥当性が確保される。