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

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

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 25被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、1次元、2次元、または3次元空間において非定常ポアソン点過程によって配置される基地局を有するショットガンセルラーシステム（SCS）における信号対インタリーレンスプラスノイズ比（SINR）の一般化された解析的フレームワークを提示する。任意の fading およびパスロスモデルのもとで、半解析的 Coverage Probability の式を導出しており、干渉制限下の均一な状況でパスロスにべき則を適用した場合、SINR の分布が fading の種別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

• 1次元、2次元、または3次元空間においてポアソン点過程によって配置される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のもとでのカバレッジ確率の一般化されたフレームワークを構築すること。
• 送信電力のランダム性、電力制御、チャネル再利用などのネットワークパラメータがダウンリンク性能に与える影響を調査すること。
• 特に干渉制限下の均一なネットワークにおいて、SINR分布の解析的不変性の性質を確立すること。
• 認知無線およびフェミニセルシステムを含む、異種およびマルチティアーネットワークへの分析の適用範囲を拡張すること。

提案手法

• 1次元、2次元、または3次元空間において非定常ポアソン点過程を用いて基地局の位置をモデル化すること。
• 異なるネットワーク次元間でのSINR解析を簡素化するために、ショットガンセルラーシステム（SCS）に等価性関係を導出すること。
• 確率的幾何的手法を用いて、任意のフェージングおよびパスロスモデルを組み込んだ半解析的形でカバレッジ確率を表現すること。
• 空間的にランダムに配置された基地局からの干渉電力の分布を特定するためにラプラス変換法を適用すること。
• 干渉制限下の状況において、SINR分布がフェージング分布および基地局密度に依存しなくなる条件を確立すること。
• ダウンリンク解析に、ランダムな送信電力、電力制御、および複数のチャネル再利用グループの影響を含めるためにフレームワークを拡張すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般の点過程モデルのもとで、空間次元（1次元、2次元、3次元）がショットガンセルラーシステムのカバレッジ確率にどのように影響を及ぼすか。
• RQ2 任意のフェージング分布およびパスロスモデルがSINR分布およびカバレッジ確率に与える影響は何か。
• RQ3 SINR分布がフェージング分布および基地局密度に依存しなくなる条件は何か。
• RQ4 ランダムな送信電力および電力制御メカニズムは、干渉制限下のネットワークにおけるダウンリンク性能にどのように影響を及けるか。
• RQ5 導出された解析的フレームワークは、認知無線やマルチティアーヘテロジニアス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

• 干渉制限下の均一なポアソンネットワークでパスロスにべき則を適用した場合、SINR分布はフェージング分布に依存せず、基地局密度にも依存しない。
• 導出されたカバレッジ確率の式は半解析的であり、任意のフェージングおよびパスロスモデルに適用可能で、正確な性能評価を可能にする。
• SCSに導出した等価性関係により、異なる空間次元間での一貫性あるSINR解析が可能となり、次元間比較が簡素化される。
• ランダムな送信電力および電力制御メカニズムはダウンリンクカバレッジに顕著な影響を及ぼし、最適な電力制御戦略では性能向上が観察された。
• フレームワークの汎用性により、認知無線ネットワーク、フェミニセル展開、マルチティアーヘテロジニアスネットワークへの直接適用が可能である。
• 解析結果から、高干渉状態ではネットワークの空間次元およびパスロス指数が性能を支配する一方、フェージング特性はSINR分布の決定要因として無視できることが明らかになった。