[論文レビュー] Performance Impact of LoS and NLoS Transmissions in Small Cell Networks

Ming Ding, Peng Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2015

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 12被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、小型セルネットワーク（SCNs）における視線路（LoS）および視線路外（NLoS）伝送を区別する洗練されたパスロスモデルを提案し、その影響がカバレッジ確率およびエリアスペクトル効率（ASE）に与える影響を分析する。その結果、過剰な小型セル密度はカバレッジ確率を低下させ、ASEの増加を制限することが判明し、従来のLoS/NLoSの区別を無視する仮定に疑問を呈する。

ABSTRACT

In this paper, we introduce a sophisticated path loss model incorporating both line-of-sight (LoS) and non-line-of-sight (NLoS) transmissions to study their performance impact in small cell networks (SCNs). Analytical results are obtained on the coverage probability and the area spectral efficiency (ASE) for two user association strategies (UASs) assuming both a general path loss model and two special cases of path loss models recommended by the 3GPP standards. The performance impact of LoS and NLoS transmissions in SCNs in terms of the coverage probability and the ASE is shown to be significant both quantitatively and qualitatively, compared with previous work that does not differentiate LoS and NLoS transmissions. Particularly, our analysis demonstrates when the density of small cells is larger than a threshold, the network coverage probability will decrease as small cells become denser, which in turn makes the ASE suffer from a slow growth or even a notable decrease. For practical regime of small cell density, the performance results derived from our analysis are distinctively different from previous results, and show that small cell density matters. Therefore, our results shed new insights on the design and deployment of future SCNs.

研究の動機と目的

• 視線路（LoS）および視線路外（NLoS）伝送の性能への影響を、従来の研究がしばしば無視していた点を調査すること。
• 一般および3GPPが推奨する2つのパスロスモデルを用いた2つのユーザ接続戦略（UASs）におけるカバレッジ確率およびエリアスペクトル効率（ASE）を分析すること。
• LoS/NLoSの区別が性能のトレンド、特に小型セル密度のスケーリングに関してどのように変化させるかを明らかにすること。
• ネットワークの密度化とLoS/NLoS伝搬効果による性能劣化のトレードオフに関する解析的知見を提供すること。

提案手法

• 3GPPが推奨するパスロスモデルを用いて、LoSおよびNLoS伝送状態を明示的に組み込んだパスロスモデルを構築する。
• 確率的幾何学および点過程理論を適用し、2つのユーザ接続戦略におけるカバレッジ確率およびASEの閉形式表現を導出する。
• 実用的関連性を確保するため、一般パスロスモデルおよび2つの特殊ケース（例：3GPPモデル）を検討する。
• 小型セル密度がネットワーク性能に与える影響を分析し、特にLoSからNLoS優位への遷移に注目する。
• トレーサブルな数学的表現を用いて、さまざまなLoSおよびNLoS確率下でのカバレッジおよびスペクトル効率を評価する。
• LoS/NLoSの区別をしない従来の研究と比較し、この区別の重要性を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LoSおよびNLoS伝送状態の組み込みが、小型セルネットワークにおけるカバレッジ確率およびASEにどのように影響を与えるか？
• RQ2 LoSおよびNLoS伝搬を明示的にモデル化した場合、小型セル密度がネットワーク性能に与える影響は何か？
• RQ3 異なるユーザ接続戦略は、LoS/NLoS状況下での性能トレードオフにどのように影響を与えるか？
• RQ4 小型セル密度が何に達する段階で、ネットワークの密度化にもかかわらずカバレッジ確率が劣化し始め、その理由は何か？
• RQ5 本モデルの解析的結果は、LoS/NLoSの区別を無視する従来の研究とどのように異なるか？

主な発見

• LoSおよびNLoS伝送の影響は、LoS/NLoSの区別をしない従来のモデルと比較して、定量的および定性的に顕著に顕著である。
• 小型セル密度が一定の閾値を超えると、NLoSリンクと干渉の増加によりカバレッジ確率が低下し、密度化に伴い性能が単調に向上するとの一般的な仮定に反する。
• 高密度の小型セル環境では、ASEの増加が著しく遅延し、場合によっては低下する傾向を示し、性能の飽和点または崩壊点を示唆する。
• 実用的な小型セル密度において、本研究が提示するLoS/NLoSに配慮したモデルの結果は、均一な伝搬条件を仮定した従来の分析と顕著に異なる。
• 本研究は、小型セルの配置密度が重要な設計パrameterであることを示し、LoS/NLoS効果を無視すると誤った性能予測が生じることを示している。