[論文レビュー] Generalized Carrier to Interference Ratio Analysis for the Shotgun Cellular System

Prasanna Madhusudhanan, Juan G. Restrepo+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2010

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 11被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、1次元、2次元、3次元空間における基地局配置をポアソン点過程でモデル化することで、ショットガンセルラーシステムの一般化されたSINR解析を提案する。任意のフェージングおよびパスロスモデル下での半解析的カバレッジ確率式を導出し、干渉制限、均一な状況下でパスロスがべき則に従う場合、SINR分布がフェージングおよび基地局密度に依存しないことが明らかになった。

ABSTRACT

In this paper, we analyze the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) performance at a mobile station (MS) in a random cellular network. The cellular network is formed by base-stations (BSs) placed in a one, two or three dimensional space according to a possibly non-homogeneous Poisson point process, which is a generalization of the so-called shotgun cellular system. We develop a sequence of equivalence relations for the SCSs and use them to derive semi-analytical expressions for the coverage probability at the MS when the transmissions from each BS may be affected by random fading with arbitrary distributions as well as attenuation following arbitrary path-loss models. For homogeneous Poisson point processes in the interference-limited case with power-law path-loss model, we show that the SINR distribution is the same for all fading distributions and is not a function of the base station density. In addition, the influence of random transmission powers, power control, multiple channel reuse groups on the downlink performance are also discussed. The techniques developed for the analysis of SINR have applications beyond cellular networks and can be used in similar studies for cognitive radio networks, femtocell networks and other heterogeneous and multi-tier networks.

研究の動機と目的

• 非均一なポアソン点過程に従って配置された基地局を有するランダムセルラーネットワークにおけるSINR性能を分析すること。
• 任意のフェージング分布およびパスロスモデル下でのカバレッジ確率の半解析的表現を導出すること。
• ランダム送信電力、電力制御、複数のチャネル再利用グループがダウンリンク性能に与える影響を調査すること。
• 干渉制限、均一なネットワークでパスロスがべき則に従う場合、SINR分布がフェージングおよび基地局密度に依存しないことを確立すること。
• セルラーネットワークを超えた応用に適した解析的手法を構築すること、例えば認知無線やフェミトセルネットワークなど。

提案手法

• 1次元、2次元、3次元における一般化されたポアソン点過程を用いて基地局配置をモデル化すること。
• ショットノイズ過程の間の同等関係を用いて、ランダムネットワークにおけるSINR解析を簡略化すること。
• 干渉電力にラプラス変換技術を適用することで、カバレッジ確率の半解析的表現を導出すること。
• べき則パスロスおよび任意のフェージング分布を有する干渉制限状況に、結果を適用すること。
• ランダム送信電力、電力制御、複数のチャネル再利用グループを含めるためのフレームワークの拡張。
• 均一で干渉制限の状況下で、異なるフェージングモデルにおけるSINR分布の不変性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基地局が1次元、2次元、3次元空間においてポアソン点過程に従って配置されたランダムセルラーネットワークにおいて、SINR分布はどのように振る舞うか？
• RQ2 このようなネットワークにおける任意のフェージングおよびパスロスモデルが、カバレッジ確率に与える影響は何か？
• RQ3 干渉制限、均一なネットワークでパスロスがべき則に従う場合、異なるフェージング分布に対してもSINR分布は不変であるか？
• RQ4 ランダム送信電力および電力制御は、提案されたモデルにおけるダウンリンク性能にどのように影響を与えるか？
• RQ5 導出された解析的手法は、認知無線やマルチティアーネットワークなどの他のネットワークタイプへどの程度一般化可能か？

主な発見

• 干渉制限、均一なポアソンネットワークでパスロスがべき則に従う場合、SINR分布はフェージング分布および基地局密度に依存しない。
• 導出されたカバレッジ確率式は半解析的であり、任意のパスロスモデルおよびフェージング分布に対して有効である。
• ショットノイズ過程間の同等関係により、複雑なランダムネットワークトポロジーにおけるSINR解析が簡略化可能である。
• このフレームワークは、異種およびマルチティアーネットワーク、例えばフェミトセルや認知無線システムにも適用可能である。
• ランダム送信電力および複数のチャネル再利用グループは、構造的変更を最小限に抑えて分析に組み込むことができる。
• 干渉制限状況下でフェージングに依存しないSINR分布の不変性は、特定のフェージングモデルに依存せず、強固な結果である。